[发明专利]一种旋叶式小型气泡分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种分离装置，具体地说是气泡分离装置。

背景技术

国内外现有堆型、概念堆型超过900种，熔盐堆以其安全性高、采用闭式燃料循环等优势，沉寂了若干年后再次得到核科学界专家和学者的重视。熔岩堆运行过程中会不断产生中子吸收截面比较大的裂变气体，如氙、氪等，它们的存在严重影响到反应堆的运行，甚至会导致停堆，被视为反应堆中的毒物。另外，这些惰性气体在熔盐中以气泡形式存在，随着反应堆的运行，不断积累增多，如果不及时去除，还会影响到反应堆的传热特性。因此在熔盐堆运行过程中必须实时、不断地将其去除，以保证热中子的利用率和反应堆反应性的相对稳定，而一套高效率的气体分离系统是实现此目的不可或缺的辅助系统之一。

熔盐堆中需要分离的裂变气体以气泡形式存在，体积小，含量少。现有技术中可以采用的分离方法大致有两种：重力沉降和旋流分离。第一种方法原理简单，无运动部件，安全性高，可用的设备也很多，如专利CN202315422U提供了一种三相盖腔重力分离器，但这类分离设备普遍存在驱动力小，效果差，分离周期较长的缺陷，尤其不适用于高粘度流体中小气泡的分离，无法满足反应堆的特殊需求。旋流分离主要是通过改变流体速度方向，在流体内部形成离心力场，使气泡受力向中心运动来实现与液体的分离。根据旋流分离原理，旋流分离设备可以在流体运动过程中完成气-液分离，满足熔盐堆实时去除气泡的需求。实际应用过程中，可以作为燃料循环中的过流部件，根据去除气体效率的要求，对熔盐堆主循环回路全流量或者部分流量进行处理，而不影响燃料的循环。目前，这种分离方法已非常成熟，国内外相关应用及研究也很多，主要形式集中在传统型切向入口，如专利CN88101590公开了一种用于处理热气流中悬浮着的粉末状原材料的旋流器，但这种形式的分离设备处理量小，易堵塞，且流体的切向引入会增加入口处流体的湍流度，使小气泡进一步碎化，不利于分离；另外从能量耗损的角度看，这种设备的压降相对较大，正常运作过程中需要更大的压头，经济性较差。而轴流形式的旋流分离设备，则可克服这方些面的缺点，无论是在经济上还是在效率上，均能达到一个很高的标准。

现有技术中的轴流旋叶式分离器大致存在两种形式：溢流口位于工质的流入侧，如专利CN2882798公开了一种新型轴流式高效水利旋流器；溢流口位于旋流器末端（如Verlaan.Performance of novel mist eliminators.Delf:Delf University of Technology,1991）。但这两种结构的分离设备用于气-液分离时，在非设计工况下分离效率会明显下降：根据徐继润、庞学诗等人的研究结果，水力旋流器轴向速度分布存在零速包络面（即流体轴向速度为零的轨迹），零速包络面以上的中心区域流体轴向速度与主流体流动方向相反，零速包络面以下区域，流体轴向速度与主流体流动方向相同。气-液分离过程中，气泡一面随主流体作轴向运动，一面受力向分离器筒体中心聚合，其中由于小气泡径向运动速度比较小，需要较长的轴向距离进行分离。此时，如果气泡的聚合点在零速包络面以下，对于溢流口位于工质流入侧的分离器来说，气体会随主流一同流出筒体，进而无法实现气体的完全分离。反之，对于溢流口位于筒体末端的分离器，如果气泡在零速包络面之上即已聚合，则同样不利于分离。因此现有技术很难满足熔盐堆的除气及安全要求，有必要发明一套适用于熔盐堆气泡分离、效率高、工作范围宽、性能稳定的除气设备。

发明内容

本发明的目的在于提供能够满足熔盐堆的除气要求的一种旋叶式小型气泡分离装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种旋叶式小型气泡分离装置，其特征是：包括圆柱形的筒体，筒体的前端设置前出气管，筒体的后端设置后出气管，筒体内部分别安装搅浑叶轮和恢复叶轮，搅浑叶轮包括搅浑叶片和搅浑叶轮轮轴，恢复叶轮包括恢复叶片和恢复叶轮轮轴，搅浑叶轮轮轴和恢复叶轮轮轴均设置中孔，两个中孔的进口相对布置，搅浑叶轮轮轴中孔的出气口与前出气管相连通，恢复叶轮轮轴中孔的出气口与后出气管相连通。

本发明还可以包括：

1、所述搅浑叶片为5～8个，搅浑叶片的进口与筒体的轴向平行，搅浑叶片的出口与筒体的轴向的夹角为35±5°；迎着水流方向，搅浑叶片的旋转方向为逆时针；相邻搅浑叶片之间的重叠角度为25±5°。

2、恢复叶片进口与筒体的轴向的夹角32±5°，恢复叶片出口与筒体的轴向平行；沿着水流方向，恢复叶片的旋转方向为逆时针。

3、恢复叶片数量同搅浑叶片相同，恢复叶片长度为搅浑叶片的一半。