CN101122542A

CN101122542A - 凝汽器喉部微型柔性试验装置

Info

Publication number: CN101122542A
Application number: CNA2006100298162A
Authority: CN
Inventors: 崔国民; 张磊磊
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2026-08-08
Also published as: CN101122542B

Abstract

本发明几何尺寸按比例可缩小到原型的1∶30，调频风机的出风口通过软连接依次与变径管、消声器、变径管、方形管道、喉部模型和导流管连接；喉部模型为柔性结构，前、后、左、右侧板分别与方形管道的下边缘铰接，各侧板可绕铰链轴线任意改变角度；前、后侧板为尺寸较大的矩形板，左、右侧板以3度为分度，制作成众多不同扩散角可方便拆换的梯形板；各侧板间由螺栓连接用胶带密封。通过更换扩散角不同的左、右侧板，实现左右侧扩散角连续可调、前后侧扩散角分级可调。前、后侧板上开有条形槽，内壁固定弹簧件，弹簧件上连接有夹具，低压加热器上加装套管固定在夹具上，可实现高度、位置、直径的调节；侧板上开有螺旋口，可任意连接探入部件。

Description

凝汽器喉部微型柔性试验装置

技术领域

本发明涉及一种为科学试验和结构设计所用的汽轮机凝汽器喉部微型柔性试验装置。

背景技术

汽轮机凝汽器喉部是大型电站系统中的一个重要组成部分。从结构上看喉部是一个结构异常复杂的流体通道，其内部要布置大量的管道设备。喉部的主要功能有两个：其一：为汽轮机提供具有足够压力的出口真空环境；其二：输出由汽轮机末级排出并由主凝结区凝结的乏汽。其结构的合理设计及内部设备的合理布置直接关系到汽轮机乃至整个汽轮机系统的安全和高效运行，而喉部的性能直接由其结构所决定。因此，喉部的结构设计是保证电站效率和安全性的关键部位之一。为优化结构设计，人们需要通过试验装置，进行各种工况、不同结构和要求的模拟试验，以寻求最佳设计方案。目前国内外都是通过模型吹风试验，再现凝汽器喉部内的流动情况，研究其流动特性，来寻求减小压力损失和使速度分布尽可能均匀的设计方案。试验采用空气做介质，喉部模型采用丙稀塑料或钢板制成，在模型的某些部位安装有机玻璃之类的透明物，以供观察试验情况，模型缩小的比例通常为1∶10。这种试验装置的缺点主要表现为：试验模型的尺寸大且只能针对一种试验方案，对于不同的喉部结构方案，需要加工不同的喉部模型，或进行大的部件调整，因此不但试验周期长，而且试验成本高，极大地阻碍了对汽轮机凝汽器的开发研究。

发明内容

为克服上述缺点，本发明公开了汽轮机凝汽器喉部微型柔性试验装置。本发明的基本思路是：采用模型吹风的试验方法，从减小试验装置尺寸的角度入手，降低试验的投资成本，同时喉部采用柔性结构，即针对不同的喉部形状、参数以及不同的内部设备布置，在同一模型上完成多种不同变化的试验，达到缩短试验周期、降低试验成本，优化凝汽器喉部结构的目的。

理论研究分析认为：根据相似理论，为了模拟和再现实物内的流动状态，实物和模型之间应满足以下条件：(1)几何尺寸相似；(2)马赫数相等；(3)雷诺数相等；(4)弗鲁德数相等。考虑到蒸汽在从低压汽轮机末级叶片出口端至凝汽器喉部出口端之间的流动中重力不起主要作用，所以弗鲁德数可以不考虑。另外，与流体的压缩性有关的马赫数，在实际情况下很小，也可以认为其对喉部的内部流动影响不大。因此，理论上讲要想使模型重现凝汽器喉部内的实际流动状态，只需满足几何尺寸相似和雷诺数相等即可。模化试验的关键是保证流动的相似，原则上要求模型和实体雷诺数相同。但是在实际情况中若要满足雷诺数相等，则模型中的入口流速将非常大，做到这一点是十分困难的，即使采用试验蒸汽轮机一般也做不到。由于受到试验设备的限制，因此在满足相同流态的前提下，即喉部内工质的流动呈现湍流状态，只考虑几何尺寸的相似(以往模型吹风试验也是如此)，这样就能够得到与实际凝汽器喉部相同的结构参数和流动参数与流动阻力之间的关系，从而用来优化实际的凝汽器喉部结构。

本发明的技术方案是：工质仍采用空气代替实际工况下的水蒸汽，装置以风机作为驱动代替蒸汽轮机；试验模型根据几何尺寸按比例缩小，形成一结构紧凑的微型试验装置；并对喉部模型、低压加热器的结构和位置、探入部件和内部管板实施柔性设计。

凝汽器喉部微型柔性试验装置，它包括：送风系统、喉部模型和微机控制系统；

送风系统由风机、变径管、消声器、管道和导流管组成，风机为调频风机，与工作台固连；风机的出风口通过软连接依次与变径管、消声器、变径管、方形管道、喉部模型和导流管连接；

喉部模型由前、后侧板和左、右侧板组成，与方形管道形成梯形台结构，方形管道的下边缘分别和前、后侧板、左、右侧板铰接，铰接的侧板可绕铰链轴线任意改变角度；各侧板间由螺栓连接，然后采用密封件密封；左、右侧板可方便拆换，以变换扩散角度，通过更换左、右侧板实现左右侧扩散角连续可调，前后侧扩散角分级可调；

微机控制系统由计算机、电源、压差传感器、流速测量仪和控制柜组成，计算机分别与喉部模型上的压差传感器和流速测量仪连接，计算机与电源、控制柜和风机串联连接。

前、后侧板上开有条形槽，内壁固定有压紧弹簧，压紧弹簧上连接有夹具，低压加热器通过销栓与销孔连接，实现高度、位置固定，通过调整压紧弹簧带动夹具，使低压加热器位置连续可调；通过在低压加热器上加装套管，可实现直径的调节；侧板上开有螺旋口，探入部件经螺旋口与喉部模型连接，可实现探入部件的方便设置和任意连接。

本发明提供的试验装置为微型试验装置，可按几何尺寸缩小比例，内部管板设备以预先组合的方式，布置于喉部模型内部。喉部模型与方形管道和导流管采用铰链连接；方形管道和变径管采用焊接连接；其余接口处均采用法兰连接；所需的所有电源为交流电源；为对不同风量工况下的阻力进行试验，在试验装置加装变频器，目的是通过改变风机的转速来调节风机的送风量；由于试验要求的风量比较大，风机的噪音较高，为改善试验环境，在试验装置中加装消声设备，消声器的选配应根据风量的大小及试验环境需要而定；调频式风机的工作台，可加装减振器，用于减小风机的振动，使测试结果更加准确；将密封件安装于所有的管道连接处，以防止风量的泄漏；压力测量采用福廷式气压计，流量的测量采用流速测量仪；喉部模型为可换件，以满足不同喉部结构的需要。

本发明为微型试验装置，结构简单，操作方便，由于喉部采用了柔性结构，因此通过对柔性结构的简单调整，可完成对不同的喉部结构、扩散角度、低压加热器位置和尺寸、内部探入物、支撑方式和支撑管数目及布置等的优化试验，为凝汽器的设计及改造提供前期试验数据，达到缩短试验周期、降低试验成本，优化凝汽器喉部结构的目的。

附图说明

以下结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明凝汽器喉部微型柔性试验装置整体结构示意图；

图2是本发明喉部模型柔性结构示意图；

图3是本发明低压加热器位置柔性调节装置示意图；

图4是本发明侧板螺旋口分布示意图；

图5是本发明对扩散角度优化的试验流程图。

1.喉部模型，2.导流管，3.方形管道，4.变径管，5.消声器，6.软连接，7.风机，8.计算机，9.压差传感器，10.流速测量仪，11.电源系统，12.控制柜，13.左右侧扩散角，14.前后侧扩散角，15.条形槽，16.左、右侧板，17.前、后侧板，18.夹具，19.条形槽，20.销孔，21.压紧弹簧，22.螺旋口。

图2中虚线表示二侧板相接触线。

具体实施方式

本发明几何尺寸按比例缩小为1∶30，包括送风系统、喉部模型和微机控制系统；送风系统采用调频风机7，调频风机的出风口通过软连接6依次与变径管4、消声器5、变径管4、方形管道3、喉部模型1和导流管2连接；喉部模型为柔性结构，前、后、左、右侧板分别与方形管道3的下边缘铰接，各侧板可绕铰链轴线任意改变角度；前、后侧板17为尺寸较大的矩形活动板，左、右侧板16以3度为分度，制作成众多不同扩散角度、可方便拆换的梯形板；各侧板间由螺栓连接用胶带密封。通过更换扩散角不同的左、右侧板16，实现左右侧扩散角13连续可调、前后侧扩散角14分级可调。前、后侧板17上开有条形槽19，内壁固定压紧弹簧21，压紧弹簧上连接有夹具18，低压加热器固定在夹具18上，可实现高度、位置连续调整；侧板上开有螺旋口22，可任意连接探入部件。

本实施例是在汽轮机凝汽器喉部微型柔性试验装置上，对左右扩散角13进行优化试验。设置左、右侧板扩散角度初始值为20度，低压加热器高度为0.072m，直径为0.061m，设定风机流速为30m/s，本实施例流量的测量采用间接测量，即采用热线风速仪，测量流动工质的速度分布，再计算出工质的流量，传输给计算机8，若流速稳定，则微机控制系统持续记录流速、阻力三分钟；更换左、右侧板16，使扩散角度增加3度，继续进行上述试验，直至完成对所有扩散角度的试验。然后，由计算机进行数据处理，曲线拟合出关系式，获取最佳扩散角度。其它内容试验步骤与此相同，可通过不断改变柔性结构，实现对低压加热器高度、直径优化；内部探入物优化；流速优化和其它结构优化。

本发明由于缩小了试验装置的几何尺寸，使结构更为精巧，不但节约试验成本，而且易于操作；由于采用了柔性结构，可以在不需重新加工喉部模型的条件下，进行各种不同条件、结构、工况试验，试验结果准确并且大大缩短试验周期，为汽轮机凝汽器喉部结构的研究和设计提供了更为可靠和先进的试验研究手段。

Claims

1.凝汽器喉部微型柔性试验装置，它包括：送风系统、喉部模型和微机控制系统；

a)送风系统由风机、变径管、消声器、方形管道和导流管组成，其特征在于：风机为调频风机，与工作台固连；风机的出风口通过软连接依次与变径管、消声器、变径管、方形管道、喉部模型和导流管连接；

b)喉部模型由前、后侧板和左、右侧板组成，与方形管道形成梯形台结构，其特征在于：前、后侧板为矩形板，左、右侧板为带有一定扩散角的梯形板；方形管道的下边缘分别与前、后侧板和左、右侧板铰接，铰接的侧板可绕铰链轴线任意改变角度；各侧板间由螺栓连接，然后采用密封件密封；左、右侧板可方便拆换，以变换扩散角度，通过更换左、右侧板实现左右侧扩散角连续可调，前后侧扩散角分级可调。

c)微机控制系统由计算机、电源、压差传感器、流速测量仪和控制柜组成，其特征在于：计算机分别与喉部模型上的压差传感器和流速测量仪连接，计算机与电源、控制柜和风机串联连接。

2.根据权利要求1所述的凝汽器喉部微型柔性试验装置，其特征在于：前、后侧板上开有条形槽，内壁固定有压紧弹簧，压紧弹簧上连接有夹具，低压加热器通过销栓与销孔连接，实现高度、位置固定，通过调整压紧弹簧带动夹具，使低压加热器位置连续可调；通过在低压加热器上加装套管，可实现直径的调节；侧板上还开有螺旋口，探入部件经螺旋口与喉部模型连接，可实现探入部件的方便设置和任意连接。