CN105423319B - 变径方弯头及烟气管道系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型变径方弯头及烟气管道系统，该新型变径方弯头包括大端和小端，以及圆滑过渡连接所述大端和小端的变径段，所述大端、小端及变径段的横截面均设置为四边形；而且，在所述变径段上，R＝1～5D；其中，R为所述变径段中心线上任一点处的曲率半径，D为该点处横截面四边形的较长的对角线长度。本发明提出的新型变径方弯头，使管道过渡平缓，从而使得管道内的烟气流场均匀，减小管道的振动和噪音。

Description

变径方弯头及烟气管道系统
技术领域
本发明涉及火力发电厂管道设计技术领域，特别涉及一种新型变径方弯头及烟气管道系统。
背景技术
随着火力发电厂布置要求的提高，为节省占地布置空间越来越紧凑，设备和管道之间不同截面相连节省空间和阻力的要求日益突显，常规的连接方式占用空间大，已难以满足布置需求，采用新型的连接部件解决布置空间紧凑的问题亟需解决。传统技术中，为连接两个截面大小不同的方管，一般先采用渐缩大小变截面管头连接大截面方管，再采用等径方弯头将变截面管头和小截面方管相连。变截面方管相连时，必须先通过渐缩或渐扩大小管头先把截面大小变化成要被连接的方管截面大小，然后再通过等径弯头连接。这种连接方式的弯头截面变化突然，而且等径弯头的弯曲角度过小，使管道内烟气的流场变化突然导致流场极度不均匀，会使管道产生振动和噪音。
发明内容
基于此，针对上述问题，本发明提出一种新型变径方弯头，使管道过渡平缓，从而使得管道内的烟气流场均匀，减小管道的振动和噪音。
本发明提出一种烟气管道系统，具有上述的新型变径方弯头，使烟气管道系统过渡平缓，管道中烟气流场均匀，可减小管道的振动和噪音。
其技术方案如下：
一种新型变径方弯头，包括大端和小端，以及圆滑过渡连接所述大端和小端的变径段，所述大端、小端及变径段的横截面均设置为四边形；而且，在所述变径段上，R＝1～5D；其中，R为所述变径段中心线上任一点处的曲率半径，D为该点处横截面四边形的较长的对角线长度。
通过控制四边形变径段中心线上任一点处的曲率半径，对四边形变径段的弯曲半径进行控制，避免四边形变径段管道弯曲过于急促，使其与四边形大端和小端的过渡圆滑平缓可靠，从而使管道中烟气流场均匀，减小烟气在管道中流动时产生的振动和噪音。通过采用FLUENT流体模拟软件模拟计算得出该新型变径方弯头产生的阻力远小于传统弯头的阻力，使该变径弯头既能满足工艺设计要求，又能尽可能的减小对烟气的阻力，实现减小能耗的目的。将连接部件由传统的大截面管头、小截面管头、等径弯头、渐缩或渐扩大小管头四部分减少为四边形大端、小端及矩形变径段三部分，无需使用渐缩或渐扩大小管头，大大减小了流场阻力，减小了布置管道占用的空间，而且减少了连接部件使安装连接过程简单方便。
下面对其进一步技术方案进行说明：
进一步地，所述大端和小端的横截面均设置为矩形，而所述变径段的横截面设置为梯形，且所述变径段的中心线为椭圆弧线。将该新型变径方弯头的大端和小端横截面设置为矩形，并将变径段的横截面设置为梯形，使其形状更加规则，能进一步减小烟道中的流场阻力，设计制作也更加简单方便。
进一步地，在所述变径段上，设置R＝1.5D，且A2 min+B2 min<＝D2<＝A2 max+B2 max；其中，Amax为所述变径段与矩形大端结合处的矩形长边长度，Amin为所述变径段与矩形小端结合处的矩形长边长度，Bmax为变径段与矩形大端结合处的矩形短边长度，Bmin为变径段与矩形小端结合处的矩形短边长度。将变径段中心线上任一点处的曲率半径R设置为该点处横截面四边形的较长的对角线长度的1.5倍，且D的值处于矩形小端的对角线长度和矩形大端的对角线长度之间，使变径段的弯曲半径与其截面大小较为合理，达到较好的弯曲状态。
进一步地，在所述变径段上，Amax/Amin＝1～2，Bmax/Bmin＝1～2。将矩形大端和矩形小端的长边长度和短边长度控制在一个较小的合理的比值范围内，避免变径段从最大端到最小端的变化范围过大，以避免管道突然扩张或收缩对流场产生过大的影响扰动。
进一步地，设置Amax/Amin＝6/4，Bmax/Bmin＝5/3。将变径段的长边长度比值控制为6/4，将短边长度比值控制为5/3，管道流场的流动比较顺畅，阻力更小。
进一步地，设置Amax＝6000mm，Amin＝4000mm，Bmax＝5000mm，Bmin＝3000mm。即将变径段连接矩形大端处的矩形长边长度设置为6000mm，连接矩形大端处的矩形短边长度设置为5000mm；而将变径段连接矩形小端处的矩形长边长度设置为4000mm，连接矩形小端处的矩形短边长度设置为3000mm。此时，烟道阻力更小，流场更加均匀。
进一步地，所述变径段的弯曲角度设置为90°。弯曲角度设置为90°时，加工较规范简单。
本发明还提出一种烟气管道系统，包括如上所述的新型变径方弯头。利用上述新型变径方弯头连接组成的烟气管道系统，烟道中流场阻力小，流场顺畅均匀，能耗减小，而且减小了烟气在管道中流动时产生的振动和噪音。
本发明具有如下突出的优点：采用变径方弯头连接不同截面大小的方管，减少阻力和布置空间；变径方弯头连接变截面方管，过渡均匀，减少了渐变管的使用。
附图说明
图1是本发明实施例中所述新型变径方弯头的立体结构示意图；
图2是本发明实施例中所述新型变径方弯头的立体透视结构示意图。
附图标记说明：
100-小端，200-变径段，210-中心线，300-大端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1至图2所示，一种新型变径方弯头，包括大端300和小端100，以及圆滑过渡连接所述大端300和小端100的变径段200，所述大端300、小端100及变径段200的横截面均设置为四边形；而且，在所述变径段200上，R＝1～5D；其中，R为所述变径段的中心线210上任一点处的曲率半径，D为该点处横截面四边形的较长的对角线长度。而且，由于变径段200的横截面是变化的，导致曲率半径R也是随着横截面的变化而变化。
通过控制四边形变径段200的中心线210上任一点处的曲率半径R＝1～5D，对变径段200的弯曲半径进行控制，避免变径段管道弯曲过于急促，使其与四边形大端300和四边形小端100的过渡圆滑平缓可靠，从而使管道中烟气流场均匀，减小烟气在管道中流动时产生的振动和噪音。通过采用FLUENT流体模拟软件模拟计算得出该新型变径方弯头产生的阻力远小于传统弯头的阻力，使该新型变径弯头既能满足工艺设计要求，又能尽可能的减小对烟气的阻力，实现减小能耗的目的。此外，将连接部件由传统的大截面管头、小截面管头、等径弯头、渐缩或渐扩大小管头四部分减少为四边形大端300、小端100及变径段200三部分，无需使用渐缩或渐扩大小管头，大大减小了流场阻力，减小了布置管道占用的空间，而且减少了连接部件使安装连接过程简单方便。
而且，可将所述大端300和小端100的横截面均设置为矩形，而所述变径段200的横截面设置为梯形，且所述变径段200的中心线210为椭圆弧线。将该新型变径方弯头的大端300和小端100横截面设置为矩形，并将变径段200的横截面设置为梯形，使其形状更加规则，能进一步减小烟道中的流场阻力，设计制作也更加简单方便。进一步地，在所述变径段200上，可设置R＝1.5D，且A2 min+B2 min<＝D2<＝A2 max+B2 max；其中，Amax为所述变径段200与矩形大端300结合处的矩形长边长度，Amin为所述变径段200与矩形小端100结合处矩形长边长度，Bmax为变径段200与矩形大端300结合处的矩形短边长度，Bmin为变径段200与矩形小端100结合处的矩形短边长度。将变径段200中心线上任一点处的曲率半径R设置为该点处横截面四边形的较长的对角线长度的1.5倍，且D的值处于矩形小端100的对角线长度值和矩形大端300的对角线长度值之间，使变径段的弯曲半径与其截面大小较为合理，达到较好的弯曲状态。
此外，在所述变径段200上，还可以使Amax/Amin＝1～2，Bmax/Bmin＝1～2；其中，Amax为所述变径段200与矩形大端300连接处的横截面矩形的长边长度(也可认为是变径段200的中心线210上任意一点处横截面梯形的最大长边长度)，Amin为变径段200与小端100连接处的横截面矩形的长边长度(也可认为是该点处横截面梯形的最小长边长度)，Bmax为变径段200与大端300连接处的横截面矩形的短边长度(也可认为是该点处横截面梯形的最大短边长度)，Bmin为变径段200 与小端100连接处的横截面矩形的短边长度(也可认为是该点处横截面梯形的最小短边长度)。将变径段200的长边长度和短边长度控制在一个较小的合理的比值范围内，避免变径段从最大端到最小端的变化范围过大，避免管道突然扩张或收缩对流场产生过大的影响扰动。
进一步地，可设置Amax/Amin＝6/4，Bmax/Bmin＝5/3。即将矩形变径段200的长边长度比值控制为6/4，将短边长度比值控制为5/3，管道流场的流动比较顺畅，阻力更小。在本实施例中，可设置Amax＝6000mm，Amin＝4000mm，Bmax＝5000mm，Bmin＝3000mm。即将变径段200连接矩形大端300处的矩形长边长度设置为6000mm，连接矩形大端300处的矩形短边长度设置为5000mm；而将变径段200连接矩形小端100处的矩形长边长度设置为4000mm，连接矩形小端100处的矩形长边长度设置为3000mm。此时，烟道阻力更小，流场更加均匀。
此外，还可使所述变径段200的弯曲角度不小于90°。具体可使弯曲角度大于等于90°，不会在管道上产生锐角转弯，减小加工难度，也能减小流场中紊流的产生。在本实施例中，可使所述矩形变径段200的弯曲角度设置为90°。弯曲角度设置为90°，管道的设计加工较规范简单。
本发明还提出一种烟气管道系统，包括如上所述的新型变径方弯头。该新型变径方弯头可连接于除尘器后的矩形烟道和引风机连接处的矩形烟道之间。利用上述新型变径方弯头连接组成的烟气管道系统，烟道中流场阻力小，流场顺畅均匀，能耗减小，而且减小了烟气在管道中流动时产生的振动和噪音。而且，能够减小管道部件，减小管道布置时占用的空间位置。
具体地，以2×600MW的常规燃煤火力发电厂为例，除尘器后的烟道与引风机入口相连的地方通常会出现不同截面和不同方向的方形烟道相连，除尘器后烟道是6000mm×5000mm的矩形烟道，引风机的入口处是4000mm×3000mm的矩形烟道，通过该新型变径方弯头相连，均匀过渡，不需要渐缩大小头变径，就能直接变径方弯头连接，省去了减缩大小头的阻力和布置空间。减缩大小头的阻力按50PA考虑，机组年利用小时按6000小时，发电成本价按0.230元/kW.h，额定工况烟气量为863.09m3/s，引风机效率按85％考虑，引风机在锅炉额定工况下轴功率减少：50×863.09÷0.85÷1000＝50.77(kW)，引风机的年节约运行 费用：50.77×6000×0.23÷10000＝7万元。
从以上计算可以看出，采用本发明提供的新型变径方弯头，可以减小引风机的运行轴功率约50.77kW，节省年运行费用约7万元，对于2×600MW火力发电厂2台机组按4台引风机计算，年运行费用节省28万元，具有较好的经济效益。
本发明具采用变径方弯头连接不同截面大小的方管，减少阻力和布置空间；变径方弯头连接变截面方管，过渡均匀，减少了渐变管的使用；而且能产生良好的经济效应，具有良好的应用推广前景。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种变径方弯头，其特征在于，包括大端和小端，以及圆滑过渡连接所述大端和小端的变径段，所述大端、小端及变径段的横截面均设置为四边形；
而且，在所述变径段上，R＝1～5D；其中，R为所述变径段中心线上任一点处的曲率半径，D为该点处横截面四边形的较长的对角线长度；
所述大端和小端的横截面均设置为矩形，而所述变径段的横截面设置为梯形，且所述变径段的中心线为椭圆弧线；
在所述变径段上，设置R＝1.5D，且A2 min+B2 min<＝D2<＝A2 max+B2 max；
其中，Amax为所述变径段与矩形大端结合处的长边长度，Amin为所述变径段与矩形小端结合处长边长度，Bmax为变径段与矩形大端结合处的短边长度，Bmin为变径段与矩形小端结合处的短边长度。
2.根据权利要求1所述的变径方弯头，其特征在于，在所述变径段上，Amax/Amin＝1～2，Bmax/Bmin＝1～2。
3.根据权利要求2所述的变径方弯头，其特征在于，设置Amax/Amin＝6/4，Bmax/Bmin＝5/3。
4.根据权利要求3所述的变径方弯头，其特征在于，设置Amax＝6000mm，Amin＝4000mm，Bmax＝5000mm，Bmin＝3000mm。
5.根据权利要求1所述的变径方弯头，其特征在于，所述变径段的弯曲角度设置为90°。
6.一种烟气管道系统，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的变径方弯头。
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