CN113996123A - 一种分离叶片及汽水分离器 - Google Patents

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陈军亮
何戈宁
吴杨
蒋鸿
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李毅
张富源
张渝
吴舸
汤臣杭
王海松
李焕鸣
谈国伟
李冬慧
成翔
刘威
田雅婧
鲁佳
余纪成
邓丰
苏桐
许国文
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Abstract

为解决现有的汽水分离器的汽水分离阻力大的技术问题，本发明实施例提供一种分离叶片及汽水分离器，包括：第一螺旋叶片；所述第一螺旋叶片包括：第一叶片部，呈细长弧面结构，第一叶片部的一侧朝向汽水混合物入口；第二叶片部，呈螺旋弧面结构，第二叶片部的一侧与第一叶片部的另一侧连接；以及第三叶片部，呈圆柱弧面结构，第三叶片的一侧与第二叶片部的另一侧连接。本发明实施例通过将叶片部设置为螺旋弧面结构使汽水混合物在螺旋弧面上旋转时在离心力的作用下产生分离；将叶片部设置为圆柱弧面结构减少了蒸汽对水膜的再携带作用，从而，通过分离叶片解决了现有的汽水分离器的汽水分离阻力大的问题。

Description

一种分离叶片及汽水分离器
技术领域
本发明涉及一种分离叶片及汽水分离器。
背景技术
汽水分离装置是压水堆核电站蒸汽发生器(SG)的关键部件，其功能是保证自然循环蒸汽发生器出口蒸汽干度满足设计要求，而汽水分离器的流动阻力是蒸汽发生器二次侧水循环阻力的重要组成部分，对蒸汽发生器的循环倍率影响较大。
国内现役核电厂蒸汽发生器中广泛使用汽水分离器如图1所示，主要包括分流器1、下降筒组件2、上升筒组件3、中心柱4和分离叶片5。汽水混合物进入汽水分离器，经过分离叶片的旋转加速作用后，水滴被抛向上升筒的内壁。水滴在上升筒的内壁上形成水膜，在上升筒的出口部分水膜流向切向疏水口，部分水膜向下流向上升筒与下降筒之间的下降通道，最后在下降筒底部出口流出。初步分离后的汽水混合物经过分流器后直接向上进入重力分离空间。
对于图1所示的汽水分离器结构，其布置结构简单，汽水分离器之间的空间较大，便于制造焊接以及在役检查和检修，但由于其直径较大，对新型蒸汽发生器蒸汽负荷的适应性较差，阻力相对较大，不利于循环倍率的提高。为适应紧凑高效小直径汽水分离器的应用，降低汽水分离器阻力和提高汽水分离装置分离效率，需要对汽水分离器结构进行改进设计。
发明内容
为解决现有的汽水分离器的汽水分离阻力大的技术问题，本发明实施例提供一种分离叶片及汽水分离器。
本发明实施例通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种分离叶片，包括：第一螺旋叶片；所述第一螺旋叶片包括：
第一叶片部，呈细长弧面结构，第一叶片部的一侧朝向汽水混合物入口；
第二叶片部，呈螺旋弧面结构，第二叶片部的一侧与第一叶片部的另一侧连接；以及
第三叶片部，呈圆柱弧面结构，第三叶片的一侧与第二叶片部的另一侧连接。
进一步的，所述细长弧面结构为细长圆柱弧面结构；第一叶片部在长度方向上弯曲成圆柱弧面。
进一步的，所述第一叶片部、第二叶片部和第三叶片部一体成型。
进一步的，所述第二叶片部的螺旋弧面结构为：第二叶片部的材质以第三叶片部的圆柱弧面结构的母线上一点为螺旋起点，所述螺旋起点在第一虚拟筒的中轴线上，将所述螺旋起点至第一虚拟筒的距离作为初始径线做第一螺旋上升运动得到。
进一步的，所述第三叶片部的圆柱弧面的母线与第一虚拟筒的中轴线的夹角为43-48°，所述第一螺旋上升运动的上升角为30-35°。
第二方面，本发明实施例提供一种分离叶片，包括第二螺旋叶片；所述第二螺旋叶片包括：
第四叶片部，呈螺旋弧面结构，第四叶片部的一侧朝向汽水混合物入口；
第五叶片部，呈圆柱弧面结构，第五叶片部的一侧与第四叶片部的另一侧连接。
进一步的，所述第五叶片的螺旋弧面结构为：第五叶片部的材质以第四叶片部的圆柱弧面结构的母线上一点为螺旋起点，所述螺旋起点在第二虚拟筒的中轴线上，将所述螺旋起点至第二虚拟筒的距离作为初始径线作第二螺旋上升运动得到。
进一步的，所述第四叶片部的圆柱弧面的母线与第二虚拟筒的中轴线的夹角为43-48°，所述第二螺旋上升运动的上升角为30-35°。
第三方面，本发明实施例提供一种汽水分离器，包括所述分离叶片。
进一步的，第一虚拟筒为一级上升筒，第二虚拟筒为二级上升筒，汽水分离器包括：
一级上升筒，一级上升筒内设有多个第一螺旋叶片；
一级下降筒，套设于一级上升筒外侧；
二级上升筒，二级上升筒内设有多个第二螺旋叶片，二级上升筒的一端穿过一级下降筒后与一级上升筒的一端连通；二级上升筒的另一端穿过二级下降筒后与分流罩连通；以及
二级下降筒，套设于二级上升筒外侧；
每个第一螺旋叶片的螺旋起点焊接于一点；每个第一螺旋叶片与一级上升筒接触的端部焊接在一级上升筒上；
每个第二螺旋叶片的螺旋起点焊接于一点；每个第一螺旋叶片与二级上升筒接触的端部焊接在二级上升筒上。
本发明实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明实施例的一种分离叶片及汽水分离器，通过将叶片部设置为螺旋弧面结构使汽水混合物在螺旋弧面上旋转时在离心力的作用下产生分离；将叶片部设置为圆柱弧面结构减少了蒸汽对水膜的再携带作用，从而，通过分离叶片解决了现有的汽水分离器的汽水分离阻力大的问题；在此基础上汽水分离器采用无中心柱设计避免了中心柱占用汽水混合物流通空间，进一步减少了汽水分离的阻力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为传统核电站蒸汽发生器的汽水分离器结构示意图。
图2为本发明实施例汽水分离器结构示意图。
图3为第一螺旋叶片的展开结构示意图。
图4为第二螺旋叶片的展开结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-分流器，2-下降筒，3-上升筒，4-中心柱，5-分离叶片，6-一级上升筒，7-第一分离叶片，8-一级下降筒，9-第二分离叶片，10-二级下降筒，11-二级上升筒，12-第一叶片部，13-第二叶片部，14-第三叶片部，15-第四叶片部，16-第五叶片部。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
参考图1所示，传统的汽水分离器包括分流器1、下降筒2、上升筒3、中心柱4和分离叶片5；分离叶片5通过中心柱4安装在汽水分离器内；分流器即分流罩。
发明人发现，现有的汽水分离器中由于中心柱的存在，占用了汽水混合物流通空间，在一定程度上增加了汽水分离的阻力。
为解决现有的汽水分离器的汽水分离阻力大的技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种分离叶片，包括：第一螺旋叶片；所述第一螺旋叶片包括：
第一叶片部，呈细长弧面结构，第一叶片部的一侧朝向汽水混合物入口；
第二叶片部，呈螺旋弧面结构，第二叶片部的一侧与第一叶片部的另一侧连接；以及
第三叶片部，呈圆柱弧面结构，第三叶片的一侧与第二叶片部的另一侧连接。
从而，本发明实施例通过将叶片部设置为螺旋弧面结构使汽水混合物在螺旋弧面上旋转时在离心力的作用下产生分离；将叶片部设置为圆柱弧面结构减少了蒸汽对水膜的再携带作用，从而，通过分离叶片解决了现有的汽水分离器的汽水分离阻力大的问题。
参考图2和图3所示，第一分离叶片7包括第一叶片部12(叶片下部)、第二叶片部13(叶片中部)和第三叶片部14(叶片上部)；第一叶片部的下侧朝向汽水混合物入口；第二叶片部的下侧和第一叶片部的上侧连接；第二叶片部呈螺旋弧面结构，其展开图参考图2所示。第二叶片部的上侧与第三叶片部连接；第三叶片部呈圆柱弧面结构；第三叶片部的下侧与第二叶片部的上侧连接。
参考图2所示，第一叶片部为细长状结构。可选地，所述细长弧面结构为细长圆柱弧面结构；第一叶片部在长度方向上弯曲成圆柱弧面。
第一叶片部的圆柱弧面用于在使用时与筒体的下部的切口配合，即第一叶片部与筒体下部的入口相切，从而起到将第一叶片部上的水进行导流的作用。
第二叶片部的螺旋弧面结构，可以认为是一径线沿一筒体内壁上的螺旋线旋转上升而成；
可选地，所述第二叶片部的螺旋弧面结构为：第二叶片部的材质以第三叶片部的圆柱弧面结构的母线上一点为螺旋起点，所述螺旋起点在第一虚拟筒的中轴线上，将所述螺旋起点至第一虚拟筒的距离作为初始径线做第一螺旋上升运动得到。
虚拟筒为便于描述所设定的并不存在的筒体，而在应用时，可将虚拟筒用实际存在的筒所具体化，比如下面所描述的汽水分离器中第一虚拟筒为一级上升筒，第二虚拟筒为二级上升筒；此为虚拟筒的具体实物化的应用。
第二叶片部的螺旋弧面结构，在使用时，汽水混合物在该弧面上旋转后，在离心力的作用下产生分离。可选地，所述第一螺旋上升运动的上升角为30-35°。
第三叶片部为圆柱弧面结构，可选地，所述第三叶片部的圆柱弧面的母线与第一虚拟筒的中轴线的夹角为43-48°，该弧面的角度较大，减少了蒸汽对水膜的再携带作用，从而减少蒸汽阻力。
进一步的，所述第一叶片部12、第二叶片部13和第三叶片部14一体成型。
第二方面，本发明实施例提供一种分离叶片，参考图2和图4所示，包括第二螺旋叶片；所述第二螺旋叶片包括：
第四叶片部15，呈螺旋弧面结构，第四叶片部的一侧朝向汽水混合物入口；
第五叶片部16，呈圆柱弧面结构，第五叶片部的一侧与第四叶片部的另一侧连接。
进一步的，所述第五叶片的螺旋弧面结构为：第五叶片部的材质以第四叶片部的圆柱弧面结构的母线上一点为螺旋起点，所述螺旋起点在第二虚拟筒的中轴线上，将所述螺旋起点至第二虚拟筒的距离作为初始径线作第二螺旋上升运动得到。
进一步的，所述第四叶片部的圆柱弧面的母线与第二虚拟筒的中轴线的夹角为43-48°，所述第二螺旋上升运动的上升角为30-35°。
同理，本发明实施例还提供第二螺旋叶片，原理同上，此不赘述。
第三方面，本发明实施例提供一种汽水分离器，包括所述分离叶片。
进一步的，第一虚拟筒为一级上升筒，第二虚拟筒为二级上升筒，汽水分离器包括：
一级上升筒，一级上升筒内设有多个第一螺旋叶片；
一级下降筒，套设于一级上升筒外侧；
二级上升筒，二级上升筒内设有多个第二螺旋叶片，二级上升筒的一端穿过一级下降筒后与一级上升筒的一端连通；二级上升筒的另一端穿过二级下降筒后与分流罩连通；以及
二级下降筒，套设于二级上升筒外侧；
多个第一螺旋叶片的螺旋起点焊接于一点；每个第一螺旋叶片与一级上升筒接触的端部焊接在一级上升筒上；
多个第二螺旋叶片的螺旋起点焊接于一点；每个第一螺旋叶片与二级上升筒接触的端部焊接在二级上升筒上。
参考图2所示(图2中仅示出一个第一螺旋叶片和一个第二螺旋叶片)，汽水分离器包括第一分离叶片7和第二分离叶片9；第一分离叶片为第一螺旋叶片，第二分离叶片为第二螺旋叶片；第一螺旋叶片设于一级上升筒6内，一级下降筒8设于一级上升筒外，下降筒与上升筒的作用原理及结构关系同现有技术，此不赘述。
一级下降筒8的上侧设有二级上升筒11和二级下降筒10；一级上升筒从一级下降筒的上侧穿出后与二级上升筒11连通；二级下降筒10套设于二级上升筒11的外侧；二级上升筒11从二级下降筒10的外侧穿过后与分流罩连接。
顶部安装有分流罩，分流罩具有圆弧形流道，该结构将已分离的水和蒸汽分开，靠近内筒的水在此处改变方向流向下降通道，蒸汽继续向上流动。汽水分离器下降通道底部采用限流板结构，该结构可防止蒸汽从下降通道流出，防止蒸汽的下携带。
第一螺旋叶片的第二叶片部的下侧中心o点(参考图3所示)，位于一级上升筒的中轴线上；第二螺旋叶片的第四叶片部的下侧中心o点(参考图4所示)，位于二级上升筒的中轴线上；一级上升筒和二级上升筒的中轴线重合。
汽水分离器直径小型化，汽水分离器分离叶片处内筒内径Φ200mm-Φ300mm，方便在不同功率的蒸汽发生器中布置汽水分离器。
通过将每个第一螺旋叶片的螺旋起点焊接于一点；每个第一螺旋叶片与一级上升筒接触的端部焊接在一级上升筒上；每个第二螺旋叶片的螺旋起点焊接于一点；每个第一螺旋叶片与二级上升筒接触的端部焊接在二级上升筒上；本发明实施例避免了采用中心柱固定第一螺旋叶片和第二螺旋叶片的情形，避免了中心柱占用汽水混合物流通空间。
从而，本发明实施例的一种分离叶片及汽水分离器，在采用第一螺旋叶片和第二螺旋叶片的基础上进一步采用无中心柱设计避免了中心柱占用汽水混合物流通空间，进一步减少了汽水分离的阻力。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种分离叶片，其特征在于，包括：第一螺旋叶片；所述第一螺旋叶片包括：
第一叶片部，呈细长弧面结构，第一叶片部的一侧朝向汽水混合物入口；
第二叶片部，呈螺旋弧面结构，第二叶片部的一侧与第一叶片部的另一侧连接；以及
第三叶片部，呈圆柱弧面结构，第三叶片的一侧与第二叶片部的另一侧连接。
2.如权利要求1所述分离叶片，其特征在于，所述细长弧面结构为细长圆柱弧面结构；第一叶片部在长度方向上弯曲成圆柱弧面。
3.如权利要求1所述分离叶片，其特征在于，所述第一叶片部、第二叶片部和第三叶片部一体成型。
4.如权利要求1所述分离叶片，其特征在于，所述第二叶片部的螺旋弧面结构为：第二叶片部的材质以第三叶片部的圆柱弧面结构的母线上一点为螺旋起点，所述螺旋起点在第一虚拟筒的中轴线上，将所述螺旋起点至第一虚拟筒的距离作为初始径线做第一螺旋上升运动得到。
5.如权利要求4所述分离叶片，其特征在于，所述第三叶片部的圆柱弧面的母线与第一虚拟筒的中轴线的夹角为43-48°，所述第一螺旋上升运动的上升角为30-35°。
6.一种分离叶片，其特征在于，包括第二螺旋叶片；所述第二螺旋叶片包括：
第四叶片部，呈螺旋弧面结构，第四叶片部的一侧朝向汽水混合物入口；
第五叶片部，呈圆柱弧面结构，第五叶片部的一侧与第四叶片部的另一侧连接。
7.如权利要求6所述分离叶片，其特征在于，所述第五叶片的螺旋弧面结构为：第五叶片部的材质以第四叶片部的圆柱弧面结构的母线上一点为螺旋起点，所述螺旋起点在第二虚拟筒的中轴线上，将所述螺旋起点至第二虚拟筒的距离作为初始径线作第二螺旋上升运动得到。
8.如权利要求7所述分离叶片，其特征在于，所述第四叶片部的圆柱弧面的母线与第二虚拟筒的中轴线的夹角为43-48°，所述第二螺旋上升运动的上升角为30-35°。
9.一种汽水分离器，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述分离叶片和权利要求6-8任意一项分离叶片。
10.如权利要求9所述汽水分离器，其特征在于，第一虚拟筒为一级上升筒，第二虚拟筒为二级上升筒，汽水分离器包括：
一级上升筒，一级上升筒内设有多个第一螺旋叶片；
一级下降筒，套设于一级上升筒外侧；
二级上升筒，二级上升筒内设有多个第二螺旋叶片，二级上升筒的一端穿过一级下降筒后与一级上升筒的一端连通；二级上升筒的另一端穿过二级下降筒后与分流罩连通；以及
二级下降筒，套设于二级上升筒外侧；
每个第一螺旋叶片的螺旋起点焊接于一点；每个第一螺旋叶片与一级上升筒接触的端部焊接在一级上升筒上；
每个第二螺旋叶片的螺旋起点焊接于一点；每个第一螺旋叶片与二级上升筒接触的端部焊接在二级上升筒上。
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