SE515552C2 - Anordning för avskiljning av fasta objekt ur en strömmande fluid - Google Patents

Description

W U 20 25 30 35 @ ~ | » n 5152 552 bildningar, i det huvudvattenflöde som passerar genom avskil- jaranordningen. Även det biflöde som tas ut via ringspalten störs i hög grad. Sålunda uppstår i samlingsutrymmet utanför innerväggen tämligen intensiva virvelbildningar och turbulens, som i praktiken leder till att de objekt som förts ut i sam- lingsutrymmet efter kortare eller längre tid rycks med av vatt- net och àterförs till huvudflödet. Med andra ord blir anord- ningens avskiljningsförmäga medioker och stundom obefintlig, framför allt med avseende på lättare objekt.

Genom EP O 162 44l är vidare känd en avskiljaranordning som i första hand låter sig användas för separering av ånga från vatten. Även i detta fall sker avskiljningen via en ring- formig spalt, vartill kommer att anordningen icke inbegriper något samlingsutrymme i vilket fasta objekt skulle kunna upp- fångas och ackumuleras.

Uppfinninqens syften och särdrag Föreliggande uppfinning tar sikte pà att undanröja ovan- nämnda olägenheter hos den tidigare kända avskiljaranordningen och skapa en förbättrad avskiljaranordning. Ett grundläggande syfte med uppfinningen är att skapa en avskiljaranordning som kan icke blott fånga de fasta objekt som medföljer huvudflödet på ett effektivt sätt, utan även säkerställa att de fångade ob- jekten tillförlitligt kvarblir i samlingsutrymmet under lång tid, företrädesvis under den tid som förflyter mellan två på varandra följande reaktorrevisioner. Ett annat syfte är att skapa en avskiljaranordning som då den passeras av huvudfluid- flödet ej ger upphov till flödesstörningar, såsom virvelbild- ningar, turbulens och liknande, vilka i sin tur kan ge upphov till skadliga vibrationer i ledningssystemet nedströms anord- ningen. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att skapa en avskiljaranordning med en mekanisk uppbyggnad som är så enkel som möjlig, varvid anordningen skall kunna monteras in i be- fintliga ledningsrör. Ännu ett syfte är att skapa en avskiljar- anordning som ej ger upphov till nämnvärt tryckfall i huvud- fluidflödet då detta passerar anordningen.

Enligt uppfinningen nås åtminstone det grundläggande syftet medelst de särdrag som är angivna i patentkravets 1 kän- netecknande del. Fördelaktiga utföranden av den uppfinnings- N H 20 25 30 35 f., m. 51š@ššéh enliga anordningen är vidare definierade i de osjälvständiga -v-u. kraven.

Kortfattad ytterligare belysning av teknikens ståndpunkt Centrifugalavskiljaranordningar för allmänna industri- ella ändamål är tidigare kända genom exempelvis US 1 931 193, US 2 425 110, US 2 512 253, US 2 616 563, US 2 986 278, US 4 834 887, EP 0 005 494, EP 0 162 441 och EP 0 267 285.

Ingen av dessa anordningar grundar sig emellertid på användning av tangentiellt åtskilda, avlånga hål av det slag som karakte- riserar föreliggande uppfinning. Av detta skäl lämpar sig de tidigare kända anordningarna icke för avskiljning av skrot ur matarvattnet till kärnreaktorer.

Kort beskrivning av bifogade ritningar På ritningarna är: Fig 1 en längdsektion genom ett första utförande av en avskil- jaranordning enligt uppfinningen, Fig 2 en tvärsektion A-A i fig 1, Fig 3 en tvärsektion B-B i fig 1, Fig 4 en förstorad tvärsektion av enbart en i anordningen in- gående innervägg, närmare bestämt i sektionsplanet A-A i fig 1, Fig 5 en analog förstoring av en tvärsektion genom samma in- nervägg i sektionsplanet B-B i fig 1, Fig 6 en schematisk vy illustrerande geometrin hos två närbe- lägna passagehàl i förutnämnda innervägg, Fig 7 en förstorad partiell vy av nämnda innervägg i ett tänkt, utbrett tillstànd betraktad från centrum, Fig 8 en förstorad detaljsektion C-C (se fig 4 och 5) genom samma innervägg, Fig 9 en mot fig 1 svarande sektion som visar ett andra, al- ternativt utförande av den uppfinningsenliga anord- ningen, Fig 10 en tvärsektion A-A genom avskiljaranordningen enligt fig 9, och Fig 11 en sektion visande tredje och fjärde utföranden av upp- finningen.

W Ü 20 25 30 35 - 1 . . . .

. . . . - . . . . , ., Detalíerad beskrivning av föredragna utföranden av uppfinningen I fig 1 betecknar 1 generellt en uppfinningsenlig av- skiljaranordning vilken är monterad i ett vattenledningsrör 2, närmare bestämt mellan en första rördel 2' på anordningens upp- strömssida, och en andra rördel 2" på anordningens nedströms- sida. Såsom illustreras medelst de två kraftiga, axiella pi- larna passerar vattenflödet genom ledningsröret i riktning ned- ifrån och uppåt, varvid röret fördelaktigast är vertikalt ori- enterat. y Avskiljaranordningen 1 innefattar ett hus som inbegriper en rörformig yttre vägg 3 och en likaledes rörformig inre vägg 4. Åtminstone innerväggen 4 - men med fördel även ytterväggen 3 - har rotationssymmetrisk grundform. I exemplet enligt fig 1 är de båda väggarna närmare bestämt cylindriska. Var och en av de båda väggarna är förbundna med särskilda ändstycken 5, 6, vilka i sin tur är förbundna med de båda rördelarna 2' och 2". Såsom antyds på ritningen kan nämnda detaljer vara inbördes förbundna medelst svetsar 7, ehuru även andra förbindningsalternativ är tänkbara. Mellan de båda väggarna 3, 4 avgränsas ett ringfor- migt, runtomgående utrymme 8. Detta utrymme har till uppgift att mottaga och uppsamla fasta skrotobjekt 9 som avskiljs ur huvudvattenflödet i rörledningen. I fortsättningen kommer detta utrymme därför att benämnas samlingsutrymme. Uppåt avgränsas detta samlingsutrymme av en ovanyta 10 utformad i det övre ändstycket 6. Nedåt avgränsas utrymmet av en bottenyta 11 ut- formad i det undre ändstycket 5.

Inuti huset är anordnad en centralt placerad kropp 12 med rotationssymmetrisk grundform. Denna centralkropp är kon- centrisk med innerväggen 4 och kan ha en diameter inom området 50-70% av innerväggens diameter. Kroppen är långsmal och har en centrumaxel som sammanfaller med huvudrörledningens 2 centrum- axel. Vid sin uppströmsände uppvisar centralkroppen 12 en av- smalnande änddel 13 med rotationssymmetrisk form, vilken ändar i en uttalad spets. I allt väsentligt är änddelens 13 mantelyta konisk, ehuru med något välvd form. Vid sin nedströmsände upp- visar centralkroppen 12 en andra änddel 14 som i likhet med den första änddelen har rotationssymmetrisk, avsmalnande form. Här är dock mantelytan med fördel genuint konisk, varjämte änddelen ändar i en plan gavelyta i stället för i en spets. 10 15 20 25 30 35 515 55?sx@;:m3.

. . - . . . - . - . U 5 Med var och en av centralkroppens 12 båda ändar samver- kar flödeskonverteringsdon 15, 16. Av dessa båda don verkar uppströmsdonet 15 såsom en rotationsalstrare som har till upp- gift att omvandla ett axiellt ankommande vattenflöde till ett åtminstone partiellt roterande flöde i det med 17 betecknade, ringformiga utrymmet mellan centralkroppens 12 utsida och in- nerväggens 4 insida. Donet 15 utgörs av en sats åtskilda blad vilka vid sina uppströmsändar är väsentligen plana för att suc- cessivt krökas (i flera plan) i riktning mot sina nedströmsän- dar. När det ankommande axiella huvudvattenflödet ankommer till bladsatsen kommer vattnet att på ett progressivt sätt länkas av i sidled och underkastas en roterande rörelse som medför att vattnet, av centrifugalkraften, pressas ut mot innerväggens 4 insida. Även det andra flödeskonverteringsdonet 16 består av en sats åtskilda blad. Dessa blad är emellertid utformade med krökta uppströmspartier vilka successivt övergår i väsentligen plana nedströmspartier. När det roterande vätskeflödet ankommer till denna sats av blad omvandlas därför flödet till ett vä- sentligen axiellt flöde.

I praktiken tjänar bladen i nämnda don 15, 16 även såsom medel för fixering av centralkroppen 12. Närmare bestämt är varje blad utmed motsatta längskanter fastsvetsade mot utsidan av centralkroppen resp. insidan av ledningsröret 2.

Det skall vidare påpekas att det uppströms befintliga, undre ändstycket 5 inbegriper ett utlopp 18 för evakuering av uppsamlat skrot, företrädesvis i samband med revision av kärn- reaktorn. Utloppet 18 är med fördel förbundet med en evakue- ringsledning 19 med ventiler för bortförsel av skrotobjekten under kontrollerade former. Samlingsutrymmets 8 bottenyta 11 kan luta relativt horisontalplanet och ha sin lägsta punkt lokaliserad vid utloppet 18.

Enligt ett för uppfinningen karakteristiskt särdrag ut- görs erforderliga passager eller öppningar för avdrag av skrot- objekten ur huvudvätskeflödet till samlingsutrymmet 8 av en sats tangentiellt åtskilda hål 20 med avláng form. Dessa hål kan vara placerade i samma avsnitt av innerväggen såtillvida att samtliga uppströmsändar av hålen är lokaliserade i ett ge- mensamt tvärsnittsplan samtidigt som hälens nedströmsändar är 10 15 20 25 30 35 515 552::æ:;§æ¿ 6 . . ~ | - | « . - . u lokaliserade i ett gemensamt tvärsnittsplan. Dock kan närbe- lägna hål även vara axialförskjutna relativt varandra. Antalet hål 20 kan i och för sig variera, men bör ligga inom området 3- 8. I det visade, föredragna utförandet uppgår antalet hål till sex.

I fig 1 betecknar 21 ett antal fina kanaler, vilka har till uppgift att åstadkomma ett begränsat returvattenflöde från samlingsutrymmet 8 tillbaka in i huvudvattenflödet. Dessa kana- ler 21 är placerade i ett gemensamt tvärsnittsplan i området mellan hälsatsen 20 och det andra flödeskonverteringsdonet 16.

I praktiken kan kanalerna 21 ha cylindrisk form med en diameter inom området 6-10 mm. Fördelaktigast har kanalerna en diameter av ca 8 mm.

Nu hänvisas även till de ritningsfigurer 2-8 som åskåd- liggör olika detaljer hos det utförande av anordningen som vi- sas i fig 1. Av fig 2 och 3 framgår att centralkroppen 12 kan bestå av ett cylindriskt rör. Detta rör år i praktiken förbun- det med änddelar 13, larna i fig 2 framgår vidare hurusom det roterande, 14 av gediget, kraftigt utförande. Av pi- skruvfor- miga huvudvattenflödet genom avskiljarhuset i exemplet tänkes röra sig medsols i ett plan betraktat uppifrån. I och med att vattnet av centrifugalkraften pressas ut mot insidan av inner- väggen 4 kommer en viss del av flödet att länkas av in i sam- lingsutrymmet 8, varvid de skrotobjekt som medföljer vattnet och som har större densitet än detta kommer att kastas ut radi- ellt och tangentiellt genom hålen 20. Genom förekomsten av ka- nalerna 21 nedströms hålen 20 bibringas det i samlingsutrymmet 8 inkommande biflödet även en viss axiell hastighetskomponent.

Till följd av det faktum att kanalerna 21 är diminutiva begrän- I förhållande till det in- som i fallet matarvatten kan sas dock detta biflöde i hög grad. tensiva axiella huvudvattenflödet, kan därför vattnet i ha en hastighet av ca 10 m/s eller mer, samlingsutrymmet 8 betraktas såsom närmelsevis stillastående, ehuru svagt roterande. I fig 3 antyds det måttliga biflödet eller returvattenflödet från samlingsutrymmet 8 till huvudväts- keflödet medelst små, Av fig 4 framgår dels hurusom antalet hål 20 uppgår till inåtriktade pilar. sex, dels hurusom hålens kantytor med fördel är snedfasade.

Närmare bestämt visas i fig 4 hurusom hålkantytan 22 utmed det 10 15 20 25 30 35 515i552§@æw=¿=; . . . . 1. 7 enskilda hàlets ena långsidokant sträcker sig obruten i jämfö- relsevis flack vinkel (t ex inom området O-lO°) relativt en tänkt tangent på innerväggens 4 mantelyta, medan den motsatta (t ex 20-40°) mot en tänkt tangent. Hålkantytan 22 är belägen uppströms betraktat hålkantytan 23 sträcker sig i brantare vinkel i tangentialriktningen, medan hålkantytan 23 är belägen ned- ströms, såsom framgår av pilen i fig 4. Det må noteras att ytan 23 i omedelbar närhet av sin uppströmskant är bruten i viss vinkel. _ Av fig 5 framgår tydligt hurusom antalet returflödeska- naler 21 uppgår till arton. Härav följer att delningsvinkeln W uppgår till 20°. Av fig 5 framgår vidare hurusom den enskilda kanalen är snedställd med en vinkel K i förhållande till ett tänkt radialplan. I praktiken kan denna vinkel Ä uppgå till ca 45°. Såsom framgår av fig 8 är den enskilda kanalen 21 sned- ställd även i axiell riktning med en vinkel Q. Även denna vin- kel S2 kan med fördel uppgå till 45°. Närmare bestämt är kanalen 21 snedställd på ett sådant sätt att dess utvändiga mynning lokaliseras uppströms den invändiga mynningen betraktat i hu- vudvätskeflödets riktning.

Av fig 7 framgår vidare hurusom icke blott hålkantytorna 22 och 23 utmed hàlets långsidokanter är snedfasade, utan även hålkantytorna 24 och 25 vid hàlets båda motsatta kortändar. Så- som framgår av fig 8 divergerar de båda hålkantytorna 24, 25 i riktning utåt relativt varandra. På så sätt säkerställs god vattensläppning vid hålets uppströmsände i anslutning till hål- kantytan 24, varjämte vattenflödet kommer att effektivt skäras av den skarpa kanten i anslutning till den nedströms befintliga hålkantytan 25. Samma effekt erhålls medelst de snedfasade långsidokantytorna 22, 23 av vilka den förstnämnda säkerställer att tangentiellt ankommande vatten smidigt följer ytan, medan den skarpa kanten i anslutning till hålkantytan 23 effektivt skär igenom det ankommande vattenflödet.

I fig 6 och 7 visas innerväggen 4 jämte tillhörande hål 20 i ett tänkt, plant utbrett tillstånd. Ehuru hålens 20 form och placering kan variera föredras i det visade exemplet en i förhållande till avskiljarhusets längdaxel snedställd place- ring, varvid det enskilda hålet är i allt väsentligt parallel- logramformat, dock med det undantaget att hàlets motsatta kort- 10 15 20 25 30 35 1515 =:ï;»ïí;. .=:=;1I. 8 sidokanter ej är absolut parallella (vilket är fallet med lång- sidokanterna).

Innerväggen 4 kan ha en ytterdiameter av inom området 400-500 mm, t ex 450 mm, varvid väggtjockleken kan ligga inom området 5-10 mm. Den i fig 6 med "h" betecknade höjden eller nivåskillnaden mellan det enskilda hàlets diametralt motsatta hörn uppgår då till 300-450 mm, t ex 380 mm, varvid den med "b" betecknade bredden hos den undre kortsidokantytan (i projek- tionsplanet) kan uppgå till 60-100 mm, t ex 83 mm. I praktiken är de olika hålen 20 ekvidistant åtskilda, varvid delningsav- ståndet "d" kan uppgå till 200-250 mm, t ex 235 mm. Lutnings- vinkeln B mellan det enskilda hålets undre kortsidokantyta och t ex 15°. Lut- I det konkreta exemplet ett tänkt horisontalplan kan uppgå till 10-20°, ningsvinkeln 7 kan uppgå till 20-40°. är vinkeln 30°. Båda dessa vinklar kan emellertid variera såväl uppåt som nedåt. I synnerhet kan vinkeln y reduceras i riktning mot noll. I ett ytterlighetsfall, som exemplifieras i fig 9, kan sålunda hålen vara lokaliserade axiellt i innerväggen.

Såsom vidare framgår av fig 6 sträcker sig en tänkt för- längning 26 av hàlets 20 övre kortsidokantyta 25 genom det un- dersta hörnet hos varje närbeläget hål. Snedställningsvinkeln d mellan avskiljaranordningens längdaxel "x" och förlängnings- linjen 26 resp. den övre kortsidokantytan kan uppgå till ca 50°, ehuru avvikelser såväl uppåt som (främst) nedåt från detta värde är tänkbara.

I fig 6 betecknar 9', 9" resp. 9'” tre olika tunga skrotobjekt av vilka den tyngsta 9' underkastas den största centrifugalkraften. Detta innebär att detta objekt slungas ut med jämförelsevis flack vinkel hos rörelsevektorn. Det något lättare objektet 9" rör sig tangentiellt utåt i större vinkel i och med att detta objekt ej påverkas lika kraftigt av centrifu- galkraften. Det vinkel, dvs den axiella rörelsevektorn är här större än mot- lättaste objektet 9'” rör sig i ännu brantare svarande vektor för tyngre objekt. Dock sker även denna rörelse i en vinkel som är mindre än ovannämnda vinkel a. Genom den visade geometrin erhålls långa trajektorier för en given hål- area. Genom att partier av innerväggen 4 förefinns mellan par av närbelägna hål låter sig huvudvattenflödet genom utrymmet 17 delvis stöda mot väggen i samband med att hålen passerats; nå- 10 U 20 25 30 35 2.. u. . . .. .. . - e» .u . » u» 1 ' . n» - u 4 - .f u u ~ ~ | m f, n, fun . n n .a . 1 I - . . H - » « - n 9 got som i hög grad bidrar till att stabilisera flödet och mot- verka störningar i detta.

I fig 9 och 10 illustreras ett alternativt utförande vid vilket de enskilda, avlånga hålen 20 är orienterade axiellt. Även i detta fall kan hålen ha parallellogramliknande form. Vid detta utförande är vidare anordnade skenor eller stavar 27 på utsidan av innerväggen 4, närmare bestämt på den del av väggen som är belägen uppströms (dvs under) hålen 20. Skenorna kan vara raka och ekvidistant åtskilda samt sträcka sig i axiell riktning. Skenornas höjd kan vara begränsad (t ex inom området 5-10 mm). förekommande rotationsrörelse i vätskemassan i samlingsutrymmet Genom förekomsten av dessa skenor kan eventuellt 8 bromsas i syfte att förbättra samlingsutrymmets förmåga att kvarhàlla skrotobjekt. Ehuru dylika skenor illustrerats enbart i fig 9 och 10 kan desamma med fördel användas även vid övriga utföranden.

Beträffande såväl utförandet enligt fig 1 som utförandet enligt fig 9 skall påpekas att innerväggarna 4 båda är cylind- riska och har en diameter som är större än rördelarnas 2', 2" diameter. Närmare bestämt är innerväggens 4 diameter så mycket större än rördelarnas diameter att tvärsnittsarean hos det an- nulära utrymmet 17 (dvs innerväggens tvärsnittsarea minskad med centralkroppens 12 tvärsnittsarea) är ungefär lika stor som eller eventuellt något mindre än tvärsnittsarean hos rördelarna 2', 2". flöde genom utrymmet. Det må vidare påpekas att husets båda Även detta bidrar till ett mer störningsfritt vätske- ändstycken 5, 6 uppvisar koniskt avsmalnande innerytor 28, 29, vilka säkerställer en jämn och stabil vätskeöverföring mellan ledningsröret och det ringformiga utrymmet 17. Notabelt är att dessa koniska ytor är lokaliserade i nivå med centralkroppens båda koniskt avsmalnande änddelar 13, 14.

Nu hänvisas till fig 11 som i en och samma bild illust- rerar tvá olika, ytterligare utföranden av uppfinningen. På den vänstra sidan av centrumaxeln exemplifieras hurusom innerväggen 4 inbegriper icke blott en cylindrisk del 4', utan även en ko- niskt avsmalnande del 4". Den cylindriska delen 4' är belägen uppströms den koniska delen 4". Genom att innerväggens diameter reduceras i området nedströms cylinderväggen 4' ernås en ytter- 10 15 .- o- u- » v v» v. . 1- >| . 1 .- . . .f e | . u .f n - - ~ . .u i, U, _.,. - n n I | | a : n _ .. U ' | » . .- 10 ligare stabilisering av strömningen under bibehållande eller ökning av skrotobjektens tangentiella rörelsekomponent.

Till höger om centrumlinjen illustreras ett utförande vid vilket innerväggen 4 är i sin helhet koniskt formad. När- mare bestämt konvergerar väggen 4 i riktning nedströms (liksom även den koniska väggdelen 4"), vilket även kan vara fallet med ytterväggen 3.

Tänkbara modifikationer av unbfinninqen Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utförandena. Sålunda är det tänkbart att tillämpa uppfinningen i samband med andra fluider än just vat- ten, t ex andra vätskor eller till och med gasformiga fluider.

Vidare kan geometrin hos i anordningen ingående detaljer modi- fieras pá allehanda sätt inom ramen för efterföljande patent- krav.

Claims (8)

W 20 25 30 35 Es 2 u» .u u | H u av n « . v ». . . n, o 1 1 n u» v » « » « v: v. n. e v o u v: 1 - ~ w u . .l . H Patentkrav

1. Anordning för avskiljning av fasta objekt ur en i ett led- ningsrör (2) strömmande fluid, innefattande ett mellan åtskilda delar (2', 2") av röret monterat hus, vilket inbegriper en rör- formig yttre vägg (3) och en rörformig inre vägg (4) med rota- tionssymmetrisk grundform, varvid mellan sagda väggar avgränsas (8), tivt innerväggen (4) placerad centralkropp (12) med rotations- ett ringformigt samlingsutrymme samt en koncentriskt rela- symmetrisk grundform, vilken vid en inloppsände samverkar med ett första flödeskonverteringsdon (15) med uppgift att omvandla ett ankommande axiellt fluidflöde till ett i huvudsak roterande flöde i ett ringformigt utrymme (17) mellan centralkroppen (12) och innerväggen (4), och vid en utloppsände samverkar med ett andra flödeskonverteringsdon (16) med uppgift att omvandla det roterande fluidflödet till ett utgående, axiellt flöde i rörde- len nedströms huset, varvid innerväggen (14) uppvisar passager genom vilka fluiden medföljande objekt (9) med större densitet än fluiden kan passera radiellt utåt för att samlas upp i ringutrymmet (8), k ä n n e t e c k n a d därav, att sagda (20) med avlång form, vilka är placerade i en nedströms befintlig del av passager utgörs av en sats tangentiellt åtskilda hål innerväggen (4), medan en uppströms befintlig del av denna vägg saknar dylika hål, och att en från hålen (20) (ll) fjärmad botten i samlingsutrymmet (8) är sluten under drift.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att det enskilda hålet (20) är axiellt orien- i innerväggen (4) terat.

3. Anordning enligt krav 1 , k ä n n e t e c k n a d därav, att det enskilda hålet är snedställt re- (20) i innerväggen (4) lativt husets längsaxel. k ä n n e - (20)

4. Anordning enligt något av föregående krav, att det enskilda hålet i innerväggen t e c k n a d därav, (4) har parallellogramliknande form. 10 15 20 515 552%; :Ia så; , | . . n 12

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att kantytor (22, 23, 24, 25) som avgrän- sar det enskilda hålet (20) är snedfasade.

6. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att i den del av innerväggen (4) som är belägen nedströms satsen av hål (20), finns en mångfald fina kanaler (21) för att åstadkomma ett begränsat returfluidflöde från samlingsutrymmet (8) tillbaka in i huvudfluidflödet i led- ningsröret (2). A A 4

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d därav, att den enskilda returfluidkanalen (21) är snedställd icke blott relativt innerväggens (4) axiella utsträckning, utan även relativt dess tangentiella utsträckning.

8. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d därav, att de avlånga hålen (20) är placerade i ett och samma avsnitt av den nedströms befintliga delen av in- nerväggen (4).