DE2352335C2 - Sieb zum Abscheiden von Feststoffen aus gasförmigen Medien - Google Patents

Description

a) der Siebkörper (1) kegelförmig ausgebildet ist,

b) die Siebelemente (3) ringförmig ausgebildet sind und einen angenähert stumpfwinkligen Dreiecksquerschnitt aufweisen, wobei die außenliegende Dreiecksseite (5) parallel zur Anströmrichtung (6) liegt,

c) der Raum zwischen den benachbarten Siebelementen (3) durch entsprechende Krümmung der beiden anderen Dreiecksseiten (7, 8) als solcher Strömungskanal (4) gestaltet ist, daß das im Winkel geneigt zur Anströmrichtung (6) in ihn eintretende gereinigt« Medium bei diffusorartig sich erweiterndem Querschnitt allmählich in eine wieder parallel zur Anströmrichtung (6) übergehende Richtung umgelenkt wird, und

d) die Stützkonstruktion 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 (1) einerseits mit den Siebelementen (3) und andererseits untereinander verbunden sind.

2. Sieb nach Anspruch 1, 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.

3. Sieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (14) mit Einschnitten (16) zur Aufnahme der Abströmkanten der Siebelemente (3) versehen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sieb zum Abscheiden von Feststoffen aus gasförmigen Medien gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Sieb ist aus der US-PS 27 46 602 bekannt. Der Siebkörper dieses bekannten Siebes besitzt zwei spitzwinklig zueinander geneigte Siebflächen, die durch eine entsprechend gestaffelte Anordnung von lamellenförmigen Siebelementen gebildet werden. Die jeweils zwischen zwei benachbarten Siebelementen gebildeten Durchtrittsspalte für das gereinigte Medium sind dabei etwa senkrecht zu den Siebflächen ausgerichtet, so daß die Strömung aus aer Anströmrichtung zweimal entsprechend umgelenkt werden muß, um das Sieb zu passieren, wodurch sich hohe Strömungsverluste ergeben. Die Stützkonstruktion zur Halterung der einzelnen Siebelemente wird im wesentlichen durch dünne Leisten gebildet, so daß das bekannte Sieb nur für geringe Strömungsgeschwindigkeiten mit relativ geringer mechanischer beanspruchung des Siebkörpers geeignet ist Ein Einsatz derartiger Siebe zum Abscheiden von Feststoffen aus gasförmigen Medien mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise im Turbinenbau auftreten, ist daher nicht möglich.

Im Turbinenbau eingesetzte Siebe, die beispielsweise aus der DE-PS 9 67 766 bekannt sind, haben die Aufgabe, aus dem Dampfstrom Fremdkörper abzuscheiden, die in dem der Turbine zuströmendsn Dampf enthalten sind. Sie erfüllen somit eine Schutzfunktion für Ventile, Beschaufelung und Wellendichtungen. Die bekannten Dampfsiebe weisen im allgemeinen zylindrische oder konische, senkrecht zu ihrer Hüllfläche durchströmte Siebflächen auf, wobei eine große Anzahl kleiner Strömungsöffnungen durch Bohrungen, Gewebe oder gewickelte Streifen gebildet sind. Die Siebkörper derartiger Dampfsiebe werden im Ventilgehäuse oder in davon getrennter;, speziellen Siebgehäusen eingebaut

Üblicherweise beträgt dabei die Summe der engsten

freien Strömungsquerschnitte ein Mehrfaches des Nennquerschnittes der Rohrleitung. Der Druckverlust liegt dabei in der Größenordnung des ein- bis zweifachen Staudruckes in der Rohrleitung und führt damit zu einer Minderung des thermodynamischen Wirkungsgrades der Dampfturbine von etwa 0,2%, was insbesondere bei Dampfturbinen großer Leistung einer beträchtlichen Leistungsverminderung entspricht

Bei gegebener Dampfgeschwindigkeit und gegebenem Druck wächst bei derartigen Dampfsieben 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 Turbinenleistungen 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 Siebkörper erforderlich werden, die auch den Strömungsverlust zusätzlich erhöhen.

so Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein für den Einsatz im Turbinenbau geeignetes Sieb zu schaffen, dessen Siebkörper etwa nur die Hälfte der Druckverluste herkömmlicher Siebkörper aufweist und darüber hinaus durch eine kompakte Bauform kein gesondertes Siebgehäuse erfordert, sondern selbst eine ausreichende mechanische Festigkeit auch bei größeren Temperaturunterschieden aufweist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Sieb wird durch die kegelförmige Ausgestaltung des Siebkörpers und die aus sternförmig ausgerichteten Stegen bestehende Stützkonstruktion eine in sich stabile und äußerst kompakte Bauform des Siebkörpers erzielt so daß der Siebkörper auch bei höchsten Beanspruchungen direkt in die das zu reinigende Medium führende Rohrleitung eingebaut werden kann. Darüber hinaus wird durch die

spezielle Ausgestaltung der Siebelemente bzw. der zwischen den Siebelementen gebildeten Strömungskanäle ein Siebeffekt mit Energierückgewinn der Strömung erzielt, wobei das gereinigte Medium angedrosselt wird und dann durch die diffusorartigen Erweiterungen unter gleichzeitiger Umlenkung parallel zur Anströmrichtung abströmen kann.

Aus der DE-OS 15 07 804 ist bereits ein Separator zum Abscheren von Feststoffen aus gasförmigen Medien bekannt, bei welchem in Verbindung mit einer durch Trägheitskräfte bewirkten Abscheidung ebenfalls das druckrückgewinnende Prinzip von Diffusoren angewandt wird. Jedes der ineinandergeschachtelt angeordneten Separatorelemente besteht dabei aus einem Düsenabschnitt und einem daran anschließenden Diffusorabschnitt, wobei in den Düsenabschnitten der Strömung und insbesondere den Feststoffen eine radiale Beschleunigungskomponente aufgezwungen wird, während in den Diffusorabschnitten das von den Feststoffen entreicherte Medium unter gleichzeitigem Druckrückgewinn wieder abgebremst wird. Auf diese Weise werden die in dem Medium enthaltenen Feststoffe in einem zentralen Strömungsbereich angereichert, so daß sie über ein zentral angeordnetes Sammelrohr abgeführt werden können. Ein Vergleich der Separatorelemente des bekannten Separators mit den Siebelementen des erfindungsgemäßen Siebes ist also nicht ohne weiteres möglich. Die Separatorelemente haben die Aufgabe, die Strömung unter gleichzeitiger Beschleunigung in einen zentralen Bereich umzulenken und danach unter gleichzeitiger Abbremsung in einen radial außenliegenden Bereich zu führen, so daß die Feststoffe durch diese gezielte Umlenkung unter Ausnutzung von Trägheitskräften in dem zentralen Bereich angereichert werden. Demgegenüber haben die Siebelemente des erfindungsgemäßen Siebes die Aufgabe, einen Siebkörper mit einem für das mechanische Aussortieren der Feststoffe bemessenen Siebquerschnitt zu bilden, wobei die Strömung diesen Siebquerschnitt mit einer möglichst kleinui Umlenkung passieren soll.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Siebes ist vorgesehen, daß die Siebelemente auf ihrer Oberseite im Bereich des engsten Abstandes zum nachfolgenden Siebelement in Strömungsrichtung verlaufende, kammartige Nuten aufweisen. Durch diese kammartigen Nuten kann bei gleichen äußeren Abmessungen und bei annähernd gleicher Festigkeit der Siebquerschnitt vergrößert werden, wodurch sich eine weitere Reduzierung der Druckverluste ergibt.

Bei einer weiteren bevorzugten AusführungsTorm des erfindungsgemäßen Siebes sind die Stege mit Einschnitten zur Aufnahme der Abströmkanten der Siebelemente versehen. Dadurch wird ohne Verringerung des engsten Siebquerschnittes eine mechanisch äußerst stabile Halterung der Siebelemente erreicht.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Sieb, dessen Siebkörper mit seiner Spitze entgegen der Strömungs- eo richtung direkt in eine Dampfleitung eingebaut ist,

F i g. 2 die Zuordnung der einzelnen Siebelemente des in F i g. I dargestellten Siebes und

Fig.3 eine Variante in der Ausbildung der Siebelemente. 6^r)

Fig. 1 zeigt einen insgesamt mit 1 bezeichneten Siebköqper, welcher dirükt in eine Frischdampfrohrleitung 2 eingebaut ist. Der Siebkörper 1 weist dabei eine kegelige Form auf und ist mit seiner Spitze 18 entgegen der Strömungsrichtung in die Rohrleitung eingebaut. Der Siebkörper 18 besteht aus einzelnen Siebelemenien 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 parallele Siebelemente 3 in Fig. 2 zu ersehen ist, weist jedes Siebelement 3 einen angenähert stumpfwinkligen Dreiecksquerschnitt auf. Die Siebelemente 3 sind dabei so angeordnet, daß jeweils eine Dreiecksseite 5 parallel zur Anströmrichtung 6 liegt, während von den abströmseitigen Flächen der Siebelemente 3 die obere Dreiecksseite 7 konkav und die untere Dreiecksseite 8 konvex gewölbt ist. Die einzelnen Siebelemente 3 sind dabei so zueinander gestaffelt angeordnet, daß von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Siebelementen 3 ein Siebschlitz 9 gebildet wird, der anschließend zwischen den Siebelementen 3 in den sich venturiartig erweiternden Strömungskanal 4 übergeht. P:r Querschnittsverla'jf in den S'römungskanälen 4 des Siebkörpers ! und die aus Festigkeitsgründen 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 grüß sind wie bei herkömmlichen Sieben. Bei einem vorgegebenen Querschnittsverlauf in den Strömungskanälen 4 wirken sich dabei stärker umlenkende Kanäle im Sinne einer höheren Festigkeit und schwächer umlenkende Kanäle im Sinne kleinerer Druckverluste aus. Die durch die Strömungskanäle 4 bewirkte Umlenkung des Dampfstromes in eine zur Anströmrichtung 6 parallele Richtung verhindert, daß das Geschwindigkeitsprofil der Rohrströmung hinter den Siebquerschnitten unter Gefälleverlust erst wieder aufgebaut werden muß. Dieser Gefäileverlust ist bei herkömmlichen Sieben auch der Grund dafür, daß auch bei noch so großer Si .bfläche der Verlustbeiwert, bezogen auf die Geschwindigkeit in der Rohrleitung, größer als »1«ist.

je nach den Anforderungen hinsichtlich Festigkeit^ Druckverlust und Bauaufwand wird das Verhältnis f (Summe der engsten Querschnitte zum lichten Rohrquerschnitt) bei dem dargestellten Siebkörper 1 in der Größenordnung von 0,3 bis 0,9 ein Optimum darstellen. Die Zuordnung der Siebelemente 3 nach F i g. 2 ergibt beispielsweise ein /"von 0,5.

Bei gleichen äußeren Abmessungen, insbesondere gleichen Ringzahlen, gleicher Schlitzbreite und annähernd gleicher Festigkeit kann die Summe der engsten Querschnitte noch weiter erhöht werden, wenn — wie in F i g. 3 in perspektivischer Ansicht gezeigt ist — im Bereich der Sir'oschlitze 9 in StröMungsrichtung verlaufende kammartige Nuten 12 in die Siebelemente 3 eingeschnitten sind. Hierdurch können die Druckverluste noch weiter herabgesetzt werden.

Wie aus Fig. ι hervorgeht, sind die Siebelemente 3 des Siebkörpers 1 durch eine Stützkonstruktion gehalten, die aus einander sternförmig zugeordneten und auf der Abströmseite des Siebkörpei's 1 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 Γζυ vermeiden. Die Stege 14 sind dabei jenseits des Siebfußes an der Rohrinnenwandung 15 der Rohrleitung 2 beispielsweise durch Schweißen befestigt und an ihren anderen, im Innern des Siebkörpers 1 liegenden Enden 17 miteinander verschweißt. Eine wärmeelastische Ausbildung des sternförmigen Stützkörpers läßt sich dadurch erreichen, daß die Befestigungsstellen an der Rohrinnenwandung 15 in einer anderen Querschnittsebene liegen als die Befestigungsstellen 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 führen.

Da bei einer derartigen Ausbildung des Siebkörpers 1 alle Siebquerschnitte in der Projektion des Rohrinnenquerschnittes liegen, genügt zur Inspektion und Reinigung des Siebkörpers 1 eine einzige Öffnung in der Frischdampfrohrleitung vor dem Sieb.

Die Anwendung des in Fig. 1 dargestellten Siebes beschränkt sich nicht allein auf Dampfturbinen, vielmehr können derartige Siebe allgemein im Strömungsmaschinenbau, in der Reaktortechnik und in der allgemeinen Verfahrenstechnik Verwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Sieb zum Abscheiden von Feststoffen aus gasförmigen, strömenden Medien, insbesondere Dampf, mit einem eine Spitze aufweisenden Siebkörper, der mit dieser Spitze entgegen der Strömungsrichtung in eine das zu reinigende Medium führende Rohrleitung eingebaut ist und aus mehreren parallel zueinander angeordneten und von einer Stützkonstruktion gehaltenen Siebelementen besteht, die in der Rohrleitung gestaffelt hintereinander mit von Stufe zu Stufe größerer Entfernung von der Rohrleitungsmitte derart angeordnet sind, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Siebelementen ein Durchtrittsspalt für das gereinigte Medium so gebildet wird, daß letzteres im Winkel geneigt zur Anströmrichtung in den Raum zwischen die benachbarten Siebelemente eintritt, dadurch gekenni ; ich η et,daß