CN101994706B - 用于控制流体的设备和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制流体的设备和系统，提供一种流体控制装置(200)，其位于距流体转移设备(150)预定距离(DP)处。该流体控制装置包括限定顶部中心部分(203)的锥形基部(202)和插入所述锥形基部的至少一部分内的多个叶片(204)，叶片(204)从所述顶部中心部分径向向外延伸。

Description

用于控制流体的设备和系统
技术领域
本文所述的实施例大体而言涉及流体运输系统的控制，且更具体而言，涉及用于导送水以便于冷却水系统操作的方法和设备。
背景技术
至少某些已知发电站包括与至少一个发电蒸汽涡轮系统整合的冷却或循环水系统。许多已知的蒸汽涡轮系统从蒸汽发生系统接收蒸汽，且蒸汽涡轮使用蒸汽来发电。许多已知的蒸汽涡轮系统向配接于循环水系统内的冷凝单元排放用过的蒸汽，其中蒸汽被冷凝以在蒸汽涡轮系统中再使用。至少某些已知的冷却水系统包括至少一个冷却塔和至少一个循环水泵，它们各与蒸汽冷凝单元配接成流体连通。
已知循环水泵中的至少某些在泵的吸入部分附近引起漩涡作用和涡流生成。但是，在泵吸入口的这种漩涡可能会造成泵吸入口处的水压和速度的不均匀分布和突然变化，这可能会由于可用于泵吸入口的净正吸入压头(NPSH)减小而导致泵降低的性能。此外，在泵吸入口附近的这种涡流可能包括浸没涡流，其向水内引起预旋，或者类似漩涡条件，且可能会发展成自由表面涡流，自由表面涡流向泵吸入口内导送空气(即，空化)。过度的漩涡和空化可增加泵中的噪声和/或振动，其随着时间可能会增加维护成本和/或替换成本。此外，用于降低漩涡和/或涡流生成的已知方法可仅提供有限的益处且通常较为昂贵。
发明内容
提供此简要描述来以简化形式介绍概念的选择，其将在下文的具体实施方式中进一步展开描述。此简要描述并不意图确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用于辅助判定所要求保护的主题的范围。
在一方面，提供一种流体转移系统。流体转移系统包括流体供应源。流体供应源包括从底部延伸的至少一个壁。流体转移系统还包括位于流体供应源内的至少一个流体转移设备。流体转移系统还包括流体控制系统。流体控制系统包括至少部分地在壁与至少一个流体转移部分之间配接于流体供应源内的板。流体控制系统还包括在壁与至少一个流体转移设备之间从该板延伸的至少一个分隔件。至少一个分隔件与该板合作以至少部分地将流体流导入至少一个流体转移设备。
在另一方面，提供一种流体控制装置。流体控制装置位于距流体转移设备的预定距离处。流体控制装置包括限定顶部中心部分的锥形基部和插入锥形基部的至少一部分内的多个叶片，多个叶片从顶部中心部分径向向外延伸。
在又一方面，提供一种流体控制系统。流体控制系统包括至少部分地在壁与至少一个流体转移设备之间配接于流体供应源内的板。流体控制系统还包括在壁与至少一个流体转移设备之间从该板延伸的至少一个分隔件。该至少一个分隔件与该板合作以至少部分地将流体流导入至少一个流体转移设备。
附图说明
通过结合附图来参考下文的描述可更好地理解本文所述的实施例。
图1是示范性发电站的一部分的示意图；
图2是可用于图1所示的发电站的示范性循环水泵坑的示意图；
图3是可用于图2所示的循环水泵坑的示范性流体控制装置的透视图；
图4是图3所示的流体控制装置的示意图；
图5是可用于图2所示的循环水泵坑的示范性流体控制系统的第一示意图；
图6是图5所示的流体控制系统的俯视图；
图7是图5和图6所示的流体控制系统的第二示意图；
图8是关于区域A所取的图7所示的流体控制系统的细节的示意图；
图9是关于区域B所取的图7所示的流体控制系统的细节的示意图；以及
图10是关于区域C所取的图7所示的流体控制系统的细节的示意图。
具体实施方式
图1是工业设施100的一部分且更具体而言示范性发电站100的示意图。在示范性实施例中，发电站100包括蒸汽涡轮系统102，其包括与蒸汽发生系统(未图示)配接成流动连通的蒸汽入口104。蒸汽涡轮系统102还包括蒸汽涡轮组件106，蒸汽涡轮组件106接收由蒸汽入口104导送的蒸汽。蒸汽涡轮组件106配接至发电机(未图示)。
在示范性实施例中，发电站100还包括蒸汽冷凝单元110。蒸汽冷凝单元110包括多个冷凝管112。蒸汽冷凝单元还包括冷凝液出口114，冷凝液出口114与和蒸汽发生系统相关联的冷凝液/给水系统(未图示)配接成流动连通。
另外，在示范性实施例中，发电站100包括流体转移系统，或者更具体而言，循环水系统120。在示范性实施例中，循环水系统120包括至少一个冷却塔122。循环水系统120可包括能使循环水系统120能如本文所述起作用的任意多个和任何类型的冷却塔122。循环水系统还包括在冷却塔122内的喷水歧管124、以及温水管道126，温水管道126与喷水歧管124和冷凝管112配接成流动连通。在示范性实施例中，循环水系统120还包括定位于喷水歧管124下方的至少一个水盘128和在水盘128下方的冷却塔盆129。
而且，在示范性实施例中，循环水系统120包括循环水供应源130，且更具体而言，示范性循环水泵坑130。冷水管道132与冷却塔盆129和循环水坑泵130配接成流体连通。循环水系统120还包括至少一个流体转移设备，或者更具体而言，在示范性实施例中，多个循环水泵150，其至少部分地浸没于循环水泵坑130内。在示范性实施例中，循环水泵150是离心泵，其具有已知的NPSH要求，且循环水泵坑130的大小至少部分地便于提供已知的NPSH要求。循环水系统120还包括泵排放管道152，其与循环水泵150和冷凝管112配接成流体连通。
在操作中，自蒸汽发生系统的高温蒸汽(未图示)经由蒸汽入口104导送至蒸汽涡轮组件106。蒸汽引起蒸汽涡轮组件106的旋转，蒸汽涡轮组件106的旋转随后使发电机旋转。循环水(未图示)在冷凝管112内导送，且自蒸汽涡轮组件106排放的蒸汽由冷凝管112冷却且冷凝成水(未图示)，水从蒸汽冷凝单元110经由冷凝液出口114导送至冷凝液/给水系统内。
而且，在操作中，温循环水(未图示)经由温水管道126从蒸汽冷凝单元110导送到喷水歧管124。温循环水从喷水歧管124朝向水盘128排放，其中水撞击到水盘128上且落入到冷却塔盆129内。温循环水在从喷水歧管124输送到冷却塔盆129期间冷却，且在冷水池(未图示)中的盆129内收集。冷水(未图示)经由冷水管道132从盆129导送至循环水泵坑130。冷水存储于循环水泵坑130内，之后经由循环水泵150和泵排放管道152导送至冷凝管112内。
虽然在示范性实施例内，循环水系统120整合于发电站100内，系统120可实施于能使得系统120如本文所述操作的任何工业设施内，包括(但不限于)食品和化学品处理设施，制造设施和空调系统。
图2是水泵坑130的示意图。在使用期间，坑130至少部分地维持装有水160以限定流体自由表面162，或者更具体而言，高度HW高于坑底部164的水位线162。循环水泵150定位于坑130内，配接至坑壁166，且包括泵吸入部分168。泵150至少部分地保持浸没，使得净正吸入压头(NPSH)可用于泵吸入部分168。泵150具有轴向中心线170。
在操作中，冷水160从冷却塔122(在图1中示出)导送至坑130，如上文所述。在操作期间，坑130收集朝向泵150导送的水160。抽送到泵吸入部分168的水160朝向蒸汽冷凝单元110导送，如上文所述。
图3是可用于循环水泵坑130(在图2中示出)的示范性流体控制装置200，或者更具体而言，十字锥形(crucicone)反旋装置200的透视图。在示范性实施例中，反旋装置200包括具有直径D的锥形基部202。锥形基部202包括顶部中心部分203，其在示范性实施例中具有等于大约0.28D的高度HASD。而且，在示范性实施例中，反旋装置200包括四个叶片204，它们彼此之间以大约90°间隔开定向，且每个叶片从顶部中心部分203径向向外延伸。或者，反旋装置200可包括能使反旋装置200如本文所述起作用的以任何方位的任意多个叶片204，包括(但不限于)三个叶片以大约120°隔开定向及五个叶片以大约72°隔开定向。
在示范性实施例中，叶片204具有大约0.02D的叶片厚度T。此外，在示范性实施例中，锥形基部202的曲率半径(未图示)大约为0.66D。在示范性实施例中，通过使第一基本矩形板206与第二基本矩形板208在锥形基部202内顶部中心部分203相交而形成叶片204，由此叶片204形成基本十字形的图案。或者，叶片204可定向为使反旋装置200如本文所述起作用的任何图案。
图4是位于循环水泵坑130内的反旋装置200的示意图。在示范性实施例中，反旋装置200在泵吸入部分168下方配接在底部164上，从而在底部164与泵吸入部分168之间限定空隙距离DC。而且，在示范性实施例中，反旋装置200从底部164向顶部中心部分203延伸大约0.8DC的距离，且泵吸入部分168定位于距顶部中心部分203大约0.2DC的距离。在示范性实施例中，用于确定反旋装置200的直径D的方程式为：
0.8DC＝HASD＝0.28D(方程式1)
以及，求D的解，
D＝2.857DC(方程式2)
其中直径D和反旋装置200的其它相关联尺寸是空隙距离DC的函数。
举例而言，但并无限制意义，在反旋装置200的一实施例中，大约1米(m)(3.28英尺(ft))的空隙距离DC具有大约0.8m(2.624ft)的高度HASD，大约2.857m(9.37ft)的直径D，大约0.057m(0.187ft)的叶片厚度T和大约1.89m(6.18ft)的曲率半径。在此实施例中，反旋装置200配接至底部164，且在反旋装置200与泵吸入部分168之间具有大约0.2m(0.656ft)的空隙。
在操作中，水160在水流210中朝向泵吸入部分168抽吸。一般而言，水流210具有两个向量速度分量，即，基本上平行于泵中心线170的第一速度分量，和与轴向分量相切的第二速度分量，即，切向速度分量。切向速度分量与关于轴向中心线170测量的切向角成比例。而且，一般而言，随着水流210的切向速度分量相对于水流210的轴向速度分量增加，形成预旋条件的可能性增加。因此，在示范性实施例中，确定反旋装置200附近的预旋切向系数，其中预旋切向系数基本上等于切向水速度值与轴向水速度值的比例。因此，与水流210的轴向水速度相比，较小的切向角值造成水流210减小的切向速度分量值，且便于减小在反旋装置200的附近形成预旋条件的可能性。
在示范性实施例中，在操作中，水160通过反旋装置200导送，或者更具体而言，水160经由基部202和叶片204导送至泵吸入部分168。反旋装置200便于分配进入泵吸入部分168的水流210，且使水流210朝向循环水泵150的轴向中心线170大体上对准，从而如上文所述减小水流的切向角至远离轴向中心线170小于5°，从而与水流210的增加的轴向速度分量相比，减小水速度的切向分量。因此，便于减小在反旋装置200附近的水160内形成预旋条件的可能性。包括反旋装置200减少了修改泵150的需要。
图5是定位于循环水泵坑130内的示范性流体控制系统300或更具体而言反旋系统300的第一示意图。图6是反旋系统300的俯视图且图7是反旋系统300的第二示意图。在示范性实施例中，反旋系统300包括次表面板302，次表面板302配接于循环水泵坑130内使得板302至少部分地由坑壁166支承。
而且，在示范性实施例中，次表面板302基本上是实体的且基本上在水位线162下方在坑底部164上方预定距离DP处基本上水平地安装于水160中。确定距离DP的值范围，其中在范围下端，泵150将经历NPSH的减小使得泵150将需要泵功率增加以提供充分的流量，且在范围上端，板302在减小漩涡可能性方面基本上不太有效。另外，在示范性实施例中，板302至少部分地限定泵分开线(pumpbifurcationline)301，泵分开线301基本上正交于轴向中心线170，其中板302的至少一部分绕泵150从泵分开线301延伸到壁166。
在示范性实施例中，板302由半圆形边缘303限定。或者，边缘303可具有能使反旋系统300如本文所述起作用的任何形状。除边缘303外，板302具有长度LP，宽度WP，和厚度TP，其中长度LP，宽度WP，和厚度TP可变地选择以能使反旋系统300如本文所述操作。限定于边缘303与泵150之间的预定空隙间隙G便于减小膨胀干扰和从泵150至板302的力的转移，和从板302至泵150的力的转移，其中间隙G具有便于反旋系统300如本文所述操作的任何值。
而且，在示范性实施例中，反旋系统300包括至少一个浸没分隔件，或者更具体而言，第一楔形件304和第二楔形件306。楔形件304和306配接至板302，且至少部分地支承板302。另外，在示范性实施例中，反旋系统300还包括铰链与连杆机构308，结合图7中的区域A、B和C更详细地描述。
图8是关于区域A所取得的反旋系统300的示意图。在示范性实施例中，铰链与连杆机构308包括配接至板302的顶部314的第一铰链312。而且，在示范性实施例中，铰链与连杆机构308包括配接至铰链312的第一连杆316。铰链与连杆机构308能使板302移位，同时维持边缘303与泵150之间预定的空隙间隙G，从而减小了板302与泵150之间的干扰可能性。在至少某些替代实施例中，额外的铰链与连杆机构308配接至泵150的相对侧(未图示)。
图9是关于区域B所取得的反旋系统300的示意图。在示范性实施例中，铰链与连杆机构308包括第二连杆318，第二连杆318经由第二铰链320配接至第一连杆316。在至少某些替代实施例中，额外的铰链与连杆机构308配接至泵150的相对侧(未图示)。
图10是关于区域C所取得的反旋系统300的细节的示意图。在示范性实施例中，铰链与连杆机构308还包括配接至第二连杆318和壁166的多个引导件322。第二连杆318延伸到壁166上部任何距离，且具有任意多个引导件322，其能使反旋系统300如本文所述起作用。在至少某些替代实施例中，额外的铰链与连杆机构308配接至泵150的相对侧(未图示)。
在操作中且参看图5、图6、图7、图8、图9和图10，水160作为水流324朝向操作循环水泵150的泵吸入部分168抽吸。一般而言，有益于形成空气夹带表面涡流的位置是低自由表面速度的区域，即，限定于泵150与壁166之间的流动区域(未图示)。反旋系统300，且更具体而言，板302，与楔形件304和306合作，便于减小泵150对低速度区域朝向泵吸入部分168的抽吸作用，低速度区域限定于泵150与壁166之间。这种在低速度区域中减小的泵抽吸便于阻碍在板的顶部314与水位线162之间的流动，且显著地减小涡流形成和随后空气夹带到泵吸入部分168的可能性。包括反旋系统300减少了对修改泵150的需要。
本发明描述了便于控制流体，且更具体而言，通过冷却或循环水系统导送水的设备和系统的示范性实施例。另外，具体而言，本文所述的反旋装置和反旋系统便于减小浸没涡流形成的趋势，浸没涡流的形成引起预旋，或者类似漩涡的条件，且也可形成自由表面涡流，自由表面涡流向循环水泵吸入口内导送空气，随后在循环水泵吸入口中空化。漩涡和空化的减小降低了在受影响的泵中引起噪声和/或振动的可能性，且随后降低检查成本、维修成本和/或更换成本。此外，如本发明所述的这种装置和系统便于使用更浅的循环水泵坑，从而降低构造的资金成本。另外，如本文所述使用反旋装置和/或反旋系统减少对相关联的泵进行修改的需要。
本文所述的方法和系统并不限于本文所述的具体实施例。举例而言，每个系统的构件和/或每个方法的步骤可与本文所述的其它构件和/或步骤独立地且单独地使用和/或实践。此外，每个构件和/或步骤也可与其它组件封装和方法一起使用和/或实践。
虽然根据各种具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员应了解在本发明的精神和范围内在实践本发明时可做出修改。
部件列表
100 发电站(工业设施)
102 蒸汽涡轮系统
104 蒸汽入口
106 蒸汽涡轮组件
110 蒸汽冷凝单元
112 冷凝管
114 冷凝液出口
120 循环水系统
122 冷却塔
124 喷射歧管
126 温水管道
128 水盘
129 冷却水盆
130 循环水泵坑(循环水供应源)
132 冷水管道
150 循环水泵(流体转移设备)
152 泵排放管道
160 水
162 水位线(流体自由表面)
164 坑底部
HW 水高度
166 坑壁
168 泵吸入部分
170 泵轴向中心线
200 反旋装置(流体控制装置)
202 锥形基部
203 顶部中心部分
HASD 反旋装置的高度
204 叶片
T 叶片厚度
206 第一矩形板
208 第二矩形板
DC 在底部与泵吸入口之间的空隙距离
210 水流
300 反旋系统(流体控制系统)
301 泵分开线
302 次表面板
DP 距坑底部的距离
LP 板长度
WP 板宽度
TP 板厚度
G 间隙
303 板边缘
304 第一楔形件
306 第二楔形件
308 铰链与连杆机构
312 第一铰链
314 板的顶部
316 第一连杆
318 第二连杆
320 第二铰链
322 引导件
324 水流

Claims (2)

1.一种流体控制系统(300)，包括：
板(302)，其至少部分地在壁(166)与至少一个流体转移设备(150)之间基本水平地配接于流体供应源(130)内；以及
至少一个分隔件(304和306)，其在所述壁与所述至少一个流体转移设备之间从所述板延伸，所述至少一个分隔件与所述板合作，以将流体流(210)至少部分地导入至少一个流体转移设备，
铰链与连杆机构(308)，所述铰链与连杆机构(308)配接至所述板(302)的至少一部分和所述壁(166)的至少一部分上，所述铰链与连杆机构便于维持限定于所述板的边缘(303)与所述至少一个流体转移设备(150)的部分之间的间隙(G)。
2.根据权利要求1所述的流体控制系统(300)，其中所述板(302)的至少一部分由边缘(303)限定，所述边缘(303)具有与至少一个流体转移设备(150)的一部分基本类似的形状，所述边缘位于距至少一个流体转移设备一定距离处，从而在它们之间限定间隙(G)。
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