[发明专利]具有微针单向输运表面的气液旋叶分离器

说明书

一种具有微针单向输运表面的气液旋叶分离器，包括：内筒、出气管和外筒，其中：外筒的顶部为封闭结构且中心设有用于安装出气管的通孔，出气管与外筒固定连接，内筒位于外筒内且两者通过外肋片相连，内筒底部延伸到外筒的底部外。本发明在气液旋叶分离器的内筒壁面、下降通道顶部导流环和出气管壁面采用微针定向液膜输运表面能够增强液滴壁面聚集和液膜沿着壁面输运，减少液膜破碎和液滴二次携带，捕获出气管中微细液滴扩散壁面实现分离，提高旋叶分离器的分离效率。

技术领域

本发明涉及的是一种核电蒸汽发电领域的技术，具体是一种具有微针单向输运表面的气液旋叶分离器。

背景技术

现有的压水堆核电站的汽水分离器是蒸汽发生器内的重要设备。湿蒸汽经汽水分离器后分离大部分液相，随后进入汽轮机进行做功。汽水分离器通常由旋叶分离器和干燥器组成。其中，旋叶分离器承担分离80%以上湿蒸汽的任务。旋叶分离器的工作原理是汽水混合物经过旋叶后，由于汽水混合物中液体密度显著高于气体密度，在离心力的作用下液体往壁面迁移。气体聚集在流道中心位置通过出气管流向干燥器。分离液体聚集在壁面上逐渐形成液膜，向上流动液膜在上升筒顶部进入下降通道流回蒸汽发生器入口。汽水分离器分离性能提高的主要挑战来自于上升筒壁面和导流环液膜的破碎造成二次液滴夹带，以及出气管旋流效果较弱二次夹带微小液滴难以分离，迫切需要降低液膜破碎和降低出气管二次液滴携带率。

现有基于重力的除湿汽水分离技术依靠重力引导液膜向下流实现及时排出分离液体，降低液膜破碎液滴二次夹带，但无法解决旋叶分离器向上流动气液形成的向上流动液膜流向的引导和出气管弱旋流下微细液滴的分离弱的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有微针单向输运表面的气液旋叶分离器，在气液旋叶分离器的内筒壁面、下降通道顶部导流环和出气管壁面采用微针定向液膜输运表面能够增强液滴壁面聚集和液膜沿着壁面输运，减少液膜破碎和液滴二次携带，捕获出气管中微细液滴扩散壁面实现分离，提高旋叶分离器的分离效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种具有微针单向输运表面的气液旋叶分离器，包括：内筒、出气管和外筒，其中：外筒的顶部为封闭结构且中心设有用于安装出气管的通孔，出气管与外筒固定连接，内筒位于外筒内且两者通过外肋片相连，内筒底部延伸到外筒的底部外。

所述的内筒的顶部与外筒的顶部之间的间隙为用于排出分离液体到下降通道。

所述的内筒内部设有旋叶组件，该旋叶组件以上部分为内筒上升段，旋叶组件以下区域为入口发展段。

所述的内筒、出气管和外筒均为圆形截面。

所述的内筒上升段和出气管壁面采用激光等离子刻蚀形成单向输运表面，该单相输运表面具有微针结构，微针直径为100μm，倾斜角度为60°，微针间距为300μm。

所述的外筒顶部与出气筒连接处内侧焊有导流环，导流环的壁面采用激光等离子刻蚀形成单向输运表面，该单相输运表面具有微针结构，微针直径为100μm，倾斜角度为30°，微针间距为300μm。

技术效果

与现有技术相比，本发明技术效果包括：

本发明采用激光等离子刻蚀加工内筒上升段壁面倾斜微针阵列表面，微针倾斜角度为60°，能够促进壁面分离后的液膜定向斜向上输运，减少液膜回流和滞留时间，降低液膜厚度。同时微针具有钉扎效应，减少液膜回流。微针尖端能够捕捉气体中液滴扩散至壁面，使得分离至壁面的液膜更为均匀。两种效果均能降低液膜厚度，减少液膜受到气流作用破碎形成二次液滴，从而提高旋叶分离器的分离效率，达到提升汽水分离器出口蒸汽质量的效果。