[发明专利]一种超音速汽液两相分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种汽轮机湿蒸汽汽液分离装置。

背景技术

大功率火电汽轮机特别是核电汽轮机与核动力舰用汽轮机的动叶水蚀非常严重，湿蒸汽的存在明显降低了汽轮机的通流效率并影响汽轮机的安全经济运行。有效去除汽轮机湿蒸汽中的水分，防止或减轻动叶水蚀和湿汽损失是保证汽轮机安全可靠高效运行的关键技术之一。

蒸汽以超音速绕外折直壁流动，当壁面几何折角较小时，在两直壁交界处汽流侧会产生膨胀波系，可以将该波系看成一条集中的膨胀波，汽流经过该膨胀波后转向，膨胀波后气流方向与波前汽流方向交角与壁面几何折角等值。当汽流中夹带一定粒径并被尽可能加速的液滴，汽流经过膨胀波系之后，汽流按照波后汽流折角等于壁面几何折角的规律转向，而液滴由于运动惯性沿着接近直线的轨迹运动，就实现了液滴与汽流的分离。

目前广泛应用的汽水分离装置主要是波纹板分离器和回旋叶片式分离器或旋风分离器结合的方式。湿蒸汽首先经过回旋叶片式分离器或旋风分离器进行预分离，两相流体随后流入波纹板分离器，流体在流动过程中附着在波纹板上被捕集，干蒸汽随后流出波纹板分离器。经过对进入分离器进口蒸汽的光学测量显示大部分抵达分离器的水珠直径均大于10微米，而对汽轮机安全运行产生威胁的主要是粒径在50～400微米的水滴，小于50微米的水滴仅仅影响汽轮机的通流效率。现有的分离可以实现微米粒径尺度下的液滴高效分离，但是经回旋叶片式分离器或旋风分离器后的预分离效率不高，并且能量损失较大，波纹板分离器需要大量钢制波纹板，对钢材的消耗量比较大，结构也相对复杂，易出现腐蚀，还存在流动阻力较大和局部速度易出现超速的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于汽轮机湿蒸汽级汽水高效分离的超音速汽液两相分离装置。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种超音速汽液两相分离装置，其特征在于，包括矩形截面的缩放喷管，该缩放喷管的出口连接一个分离流道管的进口，分离流道管的出口连接矩形截面的扩压管，所述分离流道管中有一个分离流道，该分离流道由一小段水平段与一大段倾斜段相连而成，水平段与倾斜段夹角为135°～175°，分离流道倾斜段下方通过渗水装置与一个疏水收集装置相连接。

上述方案中，所述的渗水装置包括在倾斜段下方壁面开有一个长方形的通孔，将一个形状与所述长方形通孔相吻合的多孔介质板插入并固定在该长方形通孔内，使多孔介质板上面形成分离流道内倾斜段的下壁面，再在多孔介质板下面连接疏水收集装置。

所述分离流道管进口与缩放喷管的连接、分离流道管出口与扩压管的连接均采用法兰密封连接形式。

本发明与现有技术相比，其优点是，对影响汽轮机安全稳定运行的直径为50～400微米的水滴去除效率可达100%，对大于10微米小于50微米的水滴去除效率可达90%以上。由于流动过程中动能损失主要转化为热能对蒸汽进行加热，因此蒸汽的总焓损失很小，当进口马赫数为2.0时总焓损失仅为进口总焓的1.5%左右。本装置中热力学过程只涉及流体自身能量的转化，因此不需要外界能量输入。另外，本发明具有结构简单，无活动部件，制造成本低，使用寿命长的特点。

附图说明

以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

图1为本发明分离装置组成简图。

图2为图1分离流道剖视图。

图1、图2中：1为缩放喷管，2为分离流道管，3为扩压管，4为疏水收集装置，5为疏水阀，6为连接法兰，7为分离流道，8为多孔介质板，9为排水管。

具体实施方式

参照图1所示，一种超音速汽液两相分离装置，包括矩形截面的缩放喷管1，缩放喷管的进口与需要进行汽水分离的汽轮机再热冷端或抽汽口连接，出口连接一个不锈钢钢板焊接而成的分离流道管2的进口，分离流道管的出口连接矩形截面的扩压管3，将一个带疏水阀5的疏水收集装置4连接在分离流道管的下方，扩压管的出口与再热器或其他设备相连。