DE2352335A1

DE2352335A1 - Siebkoerper zum abscheiden von feststoffen aus gasfoermigen medien

Info

Publication number: DE2352335A1
Application number: DE19732352335
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Keller
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1973-10-18
Filing date: 1973-10-18
Publication date: 1975-04-24
Also published as: DE2352335C2; CH589466A5; BE821010A; US3958966A; SE413628B; NL7412018A; ATA734274A; SE7412531L; AT350076B; IT1022913B

Description

KRAi¹SDWEEK UNION AKiDIEFGESBLLSGKAPi 4530 Mülheim-Ruhr,

Wiesenstraße 35

Unser Zeichen: PA 73/9352 Mes/Fl

Siebkörper zum Abscheiden von Feststoffen aus gasförmigen Medien

Die Erfindung "betrifft einen Siebkörper zum Abscheiden von Feststoffen aus gasförmigen, strömenden Medien, insbesondere Dampf, mit mehreren, parallel zueinander angeordneten Siebelementen, zwischen denen jeweils Durchtrittsspalte für das zu reinigende Medium gebildet sind.

Derartige Siebkörper, wie sie beispielsweise aus der DiD-AS 1 198 833 und der DI-PS 967 766 bekannt sind, haben beispielsweise im !Turbinen bau die Aufgabe, aus dem Dampf strom Fremdkörper abzuscheiden , die in dem der iDurbine zuströmenden Dampf enthalten sind. Sie erfüllen somit eine Schutzfunktion für Ventile, Beschaufelung und Wellendichtungen. Diese bekannten Siebkörper weisen im allgemeinen zylindrische oder konische, aenkrecht zu ihrer Hüllfläche durchströmte Siebflächen auf, wobei eine große Anzahl kleiner Strömungaöffnungen durch Bohrungen, Gewebe oder gewickelte Streifen gebildet sind. Diese Siebkörper werden im Ventilgehäuse oder in davon getrennten, speziellen Siebgehäusen eingebaut.

Üblicherweise beträgt dabei die Summe der engsten freien Strömungsquerschnitte ein Mehrfaches des Nennquerschnittes der Rohrleitung. Der Druckverlust liegt dabei etwa in der Größenordnung des ein- bis zweifachen Staudruckes in der Rohrleitung und führt damit zu einer Minderung des therm odynamischen Wirkungsgrades der Dampfturbine von etwa 0,2 #.

Bei gegebener Dampfgeschwindigkeit und gegebenem Druck wächst bei derartigen Sieben der Volumenstrom mit der zweiten Potenz der linearen Abmessungen, während der Materialaufwand mit der dritten Potenz zunimmt. Dadurch steigen die Kosten von Dampfsieben pro Leistungseinheit mit der Vergrößerung der iDurbinen-

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leistungen progressiv an. Zusätzlich sind jedoch, bei vergrößerten Dampfströmen und damit vergrößerten Siebflächen auch die Beanspruchungen der Siebkörper größer, so daß unverhältnismäßig große Stützkonstruktionen für den eigentlichen Siebkörper erforderlich werden, die auch den Strömungsverlust zusätzlich erhöhen.

Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, einen Siebkörper zu schaffen, dessen Druckverlust etwa nur die Hälfte der Verluste herkömmlicher Siebkörper aufweist und der darüber hinaus durch eine kompakte Bauforra kein gesondertes Siebgehäuse erfordert, sondern selbst eine ausreichende mechanische Festigkeit auch bei größeren Temperaturunterschieden aufweist.

Ausgehend von einem Siebkörper der eingangs beschriebenen Art ist zur Lösung der genannten Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Siebelemente angenähert stumpfwinkligen Dreiecksquerschnitt aufweisen und derart quer zur Strömungsrichtung gestaffelt schräg hintereinander und mit Abstand zueinander angeordnet sind, daß jeweils eine Dreiecksseite parallel zur Strömungsrichtung liegt und jeweils zwei benachbarte Siebelemente einen Strömungskanal bilden, der zunächst im Winkel zur Anströmrichtung verläuft und allmählich wieder in die ursprüngliche Anströmrichtung übergeht.

Dabei können die Strömungskanäle einen sich in Abströmrichtung diffuaorartig erweiternden Querschnitt aufweisen, wobei zweckmäßigerweise die eine der Abströmseiten der Siebelemente konkav und die andere konvex gekrümmt sind.

Durch diese Bauform ist kein gesondertes Siebgehäuse mehr erforderlich, sondern der Siebkörper kann direkt in den vorhandenen Strömungsraum, wie zum Beispiel in die Rohrleitung, eingebaut werden.

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Dabei ist es "besonders vorteilhaft, wenn der Siebkörper eine kegelige Form aufweist und aus ringförmigen, mit von der Spitze zum I¹UB des Kegels von Stufe zu Stufe größeren Durchmesser aufweisenden Siebelementen bestellt. Der Siebkörper kann dabei in oder entgegen der Strömungsrichtung in eine Rohrleitung eingebaut werden.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen UnteranSprüchen genannt.

Anhand einer schematisohen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen kegelförmigen Siebkörper nach der Erfindung, der mit seiner Spitze entgegen der Strömungsrichtung direkt in eine Dampfleitung eingebaut ist;

Pig. 2 und 3 Beispiele für eine Zuordnung der einzelnen Siebelemente j

Pig. 4 eine besondere Ausbildung der Siebelemente in perspektivischer Ansicht und

Pig. 5 einen Längsschnitt durch einen kegelförmigen Siebkörper, der in Strömungsrichtung in eine Rohrleitung eingebaut ist.

In Pig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Siebkörpers 1 bei direktem Einbau in eine Frischdampfrohrleitung 2 gezeigt. Der Siebkörper 1 weist dabei eine kegelige Form auf und ist mit seiner Spitze entgegen der Strömungsrichtung in die Rohrleitung eingebaut. Der Siebkörper besteht aus einzelnen Siebelementen 3, die gestaffelt schräg hintereinander und mit Abstand zueinander angeordnet sind, so daß zwischen jeweils zwei ringförmigen Siebelementen 3 ein Strömungskanal 4 gebildet wird. Wie aus dem Querschnitt durch drei

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parallele Siebelemente 3 in Fig. 2 zu ersehen ist, weist jedes Siebelement 3 einen angenähert stumpfwinkligen Dreiecksquersctinitt auf. Diese Siebelemente sind dabei so angeordnet, daß jeweils eine Dreiecksseite 5 parallel zur Strömungsrichtung 6 liegt, während von den abströraseitigen Flächen der Siebelemente die Oberseite 7 konkav und die Unterseite 8 konvex gewölbt ist. Die einzelnen Elemente 3 sind dabei so zueinander gestaffelt angeordnet, daß von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Elementen ein Siebschlitz 9 gebildet wird, der anschließend zwischen den Siebelementen in einen sich nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel venturiartig erweiternden Abströmkanal 4 übergeht. Der Querschnittsverlauf in den Kanälen 4 des Siebkörpers 1 und die aus Festigkeitsgrtinden erforderlichen Querschnitte, Widerstandsmomente und Trägheitsmomente der Siebelemente 3 sind dabei durch eine zunächst angenähert radial gerichtete Umlenkung und eine dahinter folgende allmähliche Umlenkung in die axiale Richtung so abgestimmt, daß bei ausreichender !Festigkeit minimale Strömungsverluste entstehen, die etwa nur halb so groß sind wie bei herkömmlichen Sieben. Bei einem vorgegebenen Querschnittsverlauf in den Siebkanälen, die zweckmäßigerweise entsprechend dem Querschnittsverlauf in einer Venturidüse ausgebildet ist, wirken sich dabei stärker umlenkende Kanäle im Sinne einer höheren Festigkeit und schwächer umlenkende Kanäle im Sinne kleinerer Druckverluste aus. Die erfindungsgemäße Umlenkung des Dampfstromes wieder zurück in die Hauptströmungsrichtung vor dem Austritt der Kanäle 4 verhindert, daß das Geschwindigkeitsprofil der Rohrströmung hinter den Siebquerschnitten unter Gefälleverlust erst wieder aufgebaut werden muß. Dieser Gefälleverlust ist bei herkömmlichen Siebkörpern auch der Grund dafür, daß auch bei noch so großer Siebfläche der Verlustbeiwert dieser Siebe bezogen auf die Geschwindigkeit in der Rohrleitung größer als "1" ist.

Je nach den Anforderungen hinsichtlich Festigkeit, Druckverlust und Bauaufwand wird das Verhältnis Ϊ (Summe der engsten

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Querschnitte zum lichten Rohrquerschnitt) bei einem Siebkörper nach der Erfindung in der Größen Ordnung von 0*3 "bis 0,9 ein Optimum darstellen. Die Zuordnung der Siebelemente 3 nach Fig. 2 ergibt dabei ein f* von 0,5, während sich ein f* = 1 bei einer Siebelementanordnung nach Fig. 3 ergibt» Hierbei weisen die Siebelemente 10 einen flacheren Querschnitt und geringere Durchmesserdifferenzen von Stufe zu Stufe aus. Dabei ist es auch nicht erforderlich, daß die Abströmkanäle 11 in Form eines Diffusors ausgebildet werden, da der Strömungsquerschnitt auf der gesamten Länge des Siebkörpers keine Änderung erfährt. Bei vergleichbaren Querschnitten der Siebelemente ist die Baulänge eines Siebkörpers mit einer Anordnung nach Pig. 3 etwa doppelt so groß wie bei einer Anordnung nach Fig. 2.

Bei gleichen äußeren Abmessungen, insbesondere gleichen Ringzahlen, gleicher Schlitzbreite und annähernd gleicher Festigkeit kann jedoch die Summe der engsten Querschnitte noch weiter erhöht werden, wenn - wie in Fig. 4 in perspaktivischer Ansicht gezeigt ist - im Bereich der Sieböffnungen 9 in Strömungsrichtung verlaufende kammartige Nuten 12 in die Siebelemente 3 eingeschnitten sind. Hierdurch können die Druckverluste noch erheblich gemindert werden.

Die Siebeiemente 3 des Siebkörpers 1 nach Fig. 1 sind nunmehr durch eine Stützkonstruktion gehalten, die aus einander sternförmig zugeordneten und auf der Abströmseite des Siebkörpers angeordneten Stegen 14 besteht. Diese Stege 14 verlaufen dabei parallel zur" Siebmantelfläche und weisen auf ihrer Außenkante entsprechende Einschnitte·16 zur Aufnahme der einzelnen Siebelemente 3 auf. Dabei soll diese Verbindung außerhalb des Bereiches der engsten Querschnitte vorgesehen sein, um eine unnötige Beeinträchtigung von ? zu vermeiden. Die Stege 14 sind dabei abströmseitig der äußersten Siebelemente an der Stelle 15 mit der Rohrleitung 2 beispielsweise durch Schweißen fest verbunden und an ihren anderen, in der kegelförmigen Spitze des Siebkörpers 1 liegenden Enden 17 miteinander ver-

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schweißt. Eine wärmeelastische Auebildung dea sternförmigen Stützkörpers läßt sich dadurch erreichen, daß die Befestigungsstellen 15 an der Rohrwandung in einer anderen Querachnittsebene liegen als die Befestigungsatellen 17 der Stege 14 untereinander. Bei sehr langen Siebkörpern 1 kann es darüber hinaus noch zweckmäßig sein, den Siebkörper 1 an seiner Spitze 18 zusätzlich axial zu fähren.

Da bei einer derartigen Ausbildung des SiebkBrpers alle Siebquerschnitte in der Projektion des RohrinnenQuerschnittes liegen, genügt zur Inapektion und Reinigung des Siebkörpers eine einzige Öffnung in der Rohrleitung vor dem Sieb.

In Pig. 5 ist ein weiteres kegelförmiges Sieb 19 dargestellt, daa jedoch mit seiner Spitze 26 in Strömungarichtung in eine Rohrleitung 2 eingebaut iat. Die einzelnen ringförmigen Sieb— elemente 20 weisen dabei einen entsprechenden Dreieckaquerschnitt wie die Siebelemente 3 nach Pig. 1 auf, wobei jetzt lediglich in Strömungsrichtung zuerst die Siebelemeate mit dem größten Querschnitt und dann mit stufenweise abnehmendem Querschnitt angeordnet sind. Außerdem ist bei diesen Siebelementen 20 auch die eine Dreiecksseite 23 parallel zur Anströrarichtuüg, während auf der Abatrömseite die Oberseiten 21 konvex und die Unterseiten 22 konkav gekrümmt ist. Auch hierbei ergeben aich entsprechende diffusorartig erweiterte Abströmkanäle 24· Die einzelnen Siebelemente 20 sind dabei auf der Abströmseite durch entsprechende Stege 25 gehalten.

Der erfindungagemäße Aufbau des Siebes ist in der Zeichnung am Beispiel einer rotationssyrametrischen Ausbildung gezeigt. Es ist jedoch ein derartiger rotationasymmetrischer Aufbau nicht unbedingt erforderlich. Vielmehr kann beim Einbau in Gehäusen oder rechteckigen Querschnitten auch eine jalousieartige Anordnung von geraden Siebeleraenten vorgesehen werden, die an ihren Enden selbst oder über gesonderte, parallel zur Siebfläche verlaufende Stege gehalten sind. Perner beschränkt sich die Anwendung nicht allein auf Dampfturbinen, sondern

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derartige Siebkörper können allgemein im Strömungsmaschinenbau, in der Reaktortechnik und in der allgemeinen Verfahrenstechnik Verwendung finden.

11 Ansprüche
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Claims

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1.) Siebkörper zum Abscheiden von Feststoffen aus gasförmigen, strömenden Medien, insbesondere Dampf, mit mehreren parallel zueinander angeordneten Siebelementen, zwischen denen jeweils Durchtrittsspalte für das zu reinigende Medium gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebelemente (3, 10, 20) angenähert stumpfwinkligen Dreiecksquerschnitt aufweisen und derart quer zur Strömungsrichtung gestaffelt schräg hintereinander und mit Abstand zueinander angeordnet sind, daß jeweils eine Dreiecksseite (15, 23) parallel zur Strömungsrichtung (6) liegt und jeweils zwei benachbarte Siebelemente (3; 10; 20) einen Strömungskanal (4,24) begrenzen, der zunächst im Winkel zur Anatrömrichtung verläuft und dann allmählich wieder in die ursprüngliche Anströmrichtung übergeht.

2. Siebkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (4, 24) einen sich in Abströmrichtung diffusorartig erweiternden Querschnitt aufweist.

3. Siebkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den abströmseitigen Flächen der Siebelemente (3, 20) die eine Fläche (7; 22) konkav und die andere Fläche (8; 21) konvex gekrümmt ist,

4. Siebkörper nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebelemente (3) auf ihrer Oberseite im Bereich des engsten Abstandes (9) zum nachfolgenden Siebelement (3) in Strömungsrichtung verlaufende, kammartige Nuten (12) aufweisen.

5. Siebkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebkörper (1j 19) eine kegelige Form aufweist und aus ringförmigen, mit von Stufe zu Stufe

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größeren Durchmesser aufweisenden Siebelementen (3, 20) besteht.

6. Siebkörper nach. Anspruch. 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Siebkörper (1) mit seiner Spitze (18) entgegen der Strömungsrichtung in eine Rohrleitung (2) eingebaut ist.

7. Siebkörper nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Siebkörper (19) mit seiner Spitze (26) in Strömungsrichtung in eine Rohrleitung (2) eingebaut ist.

8. Siebkörper nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebelemente (3) von einer Stützkonstruktion gehalten sind, die aus einander sternförmig zugeordneten, auf der Abströmseite des Siebkörpers (1) angeordneten Stegen (14) besteht, die jenseits des Siebfußes an der Rohrinnenwandung (15) befestigt und im Innern des Siebkörpers einerseits mit den Siebelementen (3) und andererseits untereinander verbunden sind.

9. Siebkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4_S dadurch gekennzeichnet, daß bei Einbau in einen prismatischen Strömungsraum die einzelnen Siebelemente jalousieartig übereinander angeordnet sind.

10_o Siebkörper nach Anspruch 7 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Siebelemente (20) von auf der Abströmseite parallel zur Einhüllenden der Siebfläche verlaufenden Stegen (25) gehalten sind, die an ihren Enden mit der Wandung des Strömungsraumes verbunden sind_o

11« Siebkörper nach Anspruch 8 oder 1O₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (14? 25) πι it EinschDitten (16) zur Aufnahme der Abströmkanten der Siebeletaente (3, 20) versehen sind.

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