CN105737629A - 凝汽器管束 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凝汽器管束，包括均由冷却水管叉排而成的松树形主凝区和直角梯形空冷区。主凝区内部设有未凝气体汇集用竖直主通道，空冷区设有两个，位于主凝区下方，分别布置于竖直主通道两侧，并与竖直主通道延伸段相连通，空冷区与主凝区通过挡汽板分隔。与现有技术相比，本发明主凝区围绕形状简单的未凝气体汇集竖直主通道布置，未凝气体汇集竖直主通道流程短，未凝气体汇集到下部即可流入空冷区，减小了主凝区汽阻。此外，直角梯形的形状有利于蒸汽在空冷区内的凝聚，且空冷区对称设于主凝区下面两侧，与主凝区浑然天成，布局紧凑，管束容积率大。

Description

凝汽器管束

技术领域

本发明涉及一种凝汽器管束，尤其是涉及一种空冷区位于管束底部两侧的凝汽器管束。

背景技术

凝汽器是电站机组的重要部件，担负着将汽轮机排出的乏汽冷凝成水并在汽轮机的排汽口建立与维持一定的真空值的任务。电站凝汽器的设计分为热力设计和布管设计两个阶段，如果后期的凝汽器管束布置合理，则可以不同程度地提升在热力设计阶段按照HEI标准设计的凝汽器性能，如果不合理，甚至还会降低HEI标准设计出的凝汽器性能。因此，凝汽器合理的管束布置对凝汽器设计的重要环节。

目前，在我国电站机组中出现过的凝汽器布管有多种型式：教堂窗式管束、山形管束、向心式管束、AT型管束、垂直均衡流动式管束、将军帽式管束、辐射穗状管束、双菱形式管束、带状管束、卵形管束等。若干文献中的数值模拟工作表明这些管束布置型式不同程度地存在一些不足，有些蒸汽流经管束区的平均流程长，汽阻大，过冷度大；有些热负荷不均匀，存在局部涡流区和空气积聚区，总传热系数较低；有些管束的容积率低，需要较大的布管区域和壳体空间。而且，来自发电机组的数据也表明发电机组凝汽器的实际运行真空普遍高于设计值，造成机组能耗偏高。

中国专利CN104266501A公开了一种具有双梯形空冷区的窄带顺流式凝汽器管束，该管束包括两个窄带顺流主凝区和设在两个主凝区之间的空冷区，主凝区外缘设有多个倾斜向上的渐缩形蒸汽引导通道，内缘设有多个倾斜向下的未凝气体汇集通道，蒸汽从上至下沿途经主凝区外缘的蒸汽引导通道均匀顺流到主凝区深处，未凝气体经主凝区内缘的汇集通道汇顺流至汇集主通道。主凝区蒸气流动顺畅，汽阻小，凝结水过冷度小。除此之外，该管束主凝区下部没有让新鲜蒸汽从下往上流过的管束，减小了主凝区汽阻。空冷区整体呈狭长型，由上梯形和下梯形组成，未凝气体在空冷区大口径流入，入口阻力小，空冷区整体狭长，保证了小流量情况下气体的流速，传热系数大，凝聚效果明显。数值模拟表明窄带顺流式凝汽器管束克服了一些管束布置的汽阻大、凝聚效果不好的不足，凝汽器换热性能高于HEI标准的计算值。但是，该窄带顺流式凝汽器管束仍然具有管束容积率低，需要较大壳体空间的不足，在工程应用上有一定限制，尤其是当凝汽器壳体的高宽比数值较大(即壳体狭长)时，布置两个窄带顺流主凝区在空间上就有些紧促，甚至会使得主蒸汽通道过窄，导致主蒸汽通道内蒸汽地流速超过80m/s的合理流速，蒸汽过多地窜流到管束区下部，造成蒸汽负荷分配不均匀。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种空冷区位于管束底部两侧的凝汽器管束，该管束容积率高、汽阻小、热负荷均匀、未凝气体凝聚效果好。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种凝汽器管束，包括均由冷却水管叉排而成的空冷区和松树形主凝区，所述主凝区内部设有未凝气体汇集用竖直主通道，所述空冷区共设有两个，相对设于主凝区下方两侧，并通过挡汽板与主凝区分隔，两个空冷区之间设有与竖直主通道顺接的主通道延伸段，该主通道延伸段与竖直主通道连通。

所述空冷区呈直角梯形，空冷区的直角边朝向主凝区设置，并与主凝区的竖直主通道设置方向垂直，且两个空冷区的下底边相对设置。

所述空冷区上底边与直角边的长度比值为0.2～0.4，斜边与直角边的夹角为5～15度。

所述主凝区外缘设有多个朝空冷区反向倾斜的蒸汽引导通道，内缘设有多个朝空冷区反向倾斜、并与竖直主通道连通的未凝气体汇集用支通道，且支通道和蒸汽引导通道交错设置。

所述蒸汽引导通道由自主凝区外缘向内延伸的第一倾斜通道和第一水平通道连接组成，所述支通道由自竖直主通道向外延伸的第二水平通道和第二倾斜通道连接组成，且所述第一水平通道和第二水平通道均与竖直主通道垂直，第一倾斜通道与第一水平通道和第二倾斜通道分别与第一水平通道和第二水平通道成一钝角。

所述第一倾斜通道包括相互连接的宽倾斜段和窄倾斜段，所述窄倾斜段与第一水平通道连接，且宽倾斜段的宽度大于窄倾斜段。

所述第一水平通道与第一倾斜通道的窄倾斜段宽度一致，第二水平通道与第二倾斜通道宽度一致。

所述第一倾斜通道与第一水平通道的夹角为120度，第二倾斜通道与第二水平通道的夹角为120度。

所有第一水平通道自主凝区树形底部向树形顶部排布，且长度依次缩短，所有第二水平通道自主凝区向树形顶部排布，且长度依次缩短。

所述挡汽板的由上挡板、两块侧挡板和两块下挡板围城，其上挡板上设有与竖直主通道在该处宽度一致的缺口，

两个空冷区均设于挡汽板内，并分别与主通道延伸段连通，且空冷区的直角边和斜边紧贴挡气板设置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)主凝区围绕形状简单的竖直主通道布置，竖直主通道流程短，未凝气体汇集到下部即可流入空冷区，减小了主凝区汽阻，此外空冷区对称设于主凝区树形底部两侧，与主凝区浑然天成，布局紧凑，管束容积率大。

2)空冷区形状狭长，保证了小流量情况下气体的流速，传热系数大，冷却效果明显，两侧布置顺应了未凝汽体的流动路线，减小了流程，有利于减小汽阻。

3)空冷区上底边与直角边的长度比设置在0.2～0.4之间，若比值小于0.2，会增大空冷区的流动阻力，抬高凝汽器压力，若比值大于0.4，则梯形直角边相对较短，蒸汽在空冷区内的流程较短，不能起到很好的凝聚作用，不利于凝汽器压力的降低。

4)支通道和蒸汽引导通道均朝向空冷区反向设置，利于减小汽阻。

5)空冷区斜边与直角边的夹角设置在5°～15°之间，若夹角小于5°，梯形截面收缩的不明显，则不能保证小流量情况下气体的流速，传热系数小，冷却效果降低。若夹角大于15°，蒸汽从竖直主通道流向空冷区时，流动方向改变较大，增大流动阻力，且在相同的空冷区冷却管数目的情况下，会间接造成梯形的直角边相对较短，蒸汽在空冷区内的流程较短，不能起到很好的凝聚作用，不利于凝汽器压力的降低。

6)蒸汽引导通道和支通道内设置水平通道可以增加主凝区内设置二者的数目，增加管束的容积率。

附图说明

图1为本发明实施例一的单流程钟形凝汽器管束中间剖面结构示意图；

图2为本发明实施例一的单流程钟形凝汽器管束示意图；

图3为本发明实施例一的单流程钟形凝汽器管束的蒸汽引导通道和支通道的局部放大图；

图4为本发明实施例一的单流程钟形凝汽器管束的空冷区的局部放大图；

图5为本发明实施例一的主凝管束区和空冷管束区的冷却管排列次序图；

图6为本发明实施例二的双流程钟形凝汽器中间剖面结构示意图；

图7为本发明实施例三的单流程钟形凝汽器管束中间剖面结构示意图(四个管束模块)；

图8为本发明的实施例四的双流程钟形凝汽器中间剖面结构示意图(四个管束模块)；

其中：1、凝汽器壳体，2、左侧主蒸汽通道，3、中间主蒸汽通道，4、右侧主蒸汽通道，5、主凝区，6、蒸汽引导通道，7、支通道，8、竖直主通道，9、空冷区，10、挡汽板，11、抽气口，12、L字形分程挡汽板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一：

用两个本申请所公开的管束束呈左右对称排列而成冷却水单管程结构凝汽器，如图1所示，左边模块管束的外围与凝汽器壳体1左侧面形成左侧主蒸汽通道2，两管束模块之间形成中间主蒸汽通道3，右边模块管束的外围与凝汽器壳体右侧面形成右侧主蒸汽通道4。主蒸汽通道宽度的设置应以蒸汽在该处的流速为70～90m/s为宜，过大的或者过小的主蒸汽通道宽度蒸汽流场的不合理，引起换热的降低或汽阻的增加。

在图1中，以左边的管束为例，将管束分为A区、B区、C1区和C2区，其中A是管束的呈松树形的主凝区5，B区为汇集未凝气体的通道，C1区和C2区为未凝气体在管束内的冷却区(即空冷区9)。蒸汽在主凝区5被大部分冷凝，剩余的汽气混合物由B区汇集，再在空冷区内继续冷却凝聚，最终剩余的未凝气体经抽气口由真空泵抽出。

如图2至图4所示，管束包括松树形主凝区5和两个直角梯形空冷区9，主凝区5和空冷区9均由多根冷却水管交叉排列而成。主凝区5由“飘带”状管束带折转而成，主凝区5中央设有未凝气体竖直主通道8，主凝区5外缘设有多个朝空冷区9反向倾斜的蒸汽引导通道6，内缘设有多个朝空冷区9反向倾斜、并与竖直主通道8连通的未凝气体汇集用支通道7，且支通道7和蒸汽引导通道6交错设置，空冷区9共设有两个，相对设于主凝区5树形下方两侧，并通过挡汽板10与主凝区分隔，两个空冷区9之间设有与竖直主通道顺接的主通道延伸段，该主通道延伸段与竖直主通道8连通。空冷区9呈直角梯形，空冷区9的直角边朝向主凝区设置，并与主凝区的竖直主通道8设置方向垂直，且两个空冷区9的下底边相对设置。如图4所示，挡汽板10的由上挡板、两块侧挡板和两块下挡板围城，具体的上挡板朝向主凝区，两块侧挡板分别设于上挡板两侧并均与上挡板垂直，两块下挡板相互连接，另一端分别与两块侧挡板连接，其上挡板上设有与竖直主通道8在该处宽度一致的缺口，两个空冷区9均设于挡汽板10内，并依次通过主通道延伸段、缺口和竖直主通道8连通，且空冷区9的高和斜边紧贴挡气板10设置。更为形象的，挡汽板9由两个开口相对、躺倒的“U”字形状的板围城，两个空冷区9和两个抽气口11包含在挡汽板9形成的“U”字形内区域。挡气板10的尺寸形状与空冷区9匹配，如图4中显示空冷区9的高为b，上底边长度为h，斜边与直角边所成的夹角为α，空冷区9上底边与直角边的长度比值为0.2～0.4，斜边与直角边的夹角为5～15度。

蒸汽引导通道6由自主凝区5外缘向内延伸的第一倾斜通道和第一水平通道连接组成，支通道7由自竖直主通道8向外延伸的第二水平通道和第二倾斜通道连接组成，且第一水平通道和第二水平通道均与竖直主通道8垂直，第一倾斜通道与第一水平通道成一钝角，第二倾斜通道与第二水平通道成一钝角。第一倾斜通道包括相互连接的宽倾斜段和窄倾斜段，窄倾斜段与第一水平通道连接，且宽倾斜段的宽度大于窄倾斜段。

管束布置使得蒸汽通过管束外缘的蒸汽引导通道6均匀顺流到主凝区5，经由主凝区5冷凝后，未冷凝气体汇集至支通道7，再经由未凝气体竖直主通道8汇集其直至底部流入空冷区9，在空冷区进一步凝聚、冷却，而在空冷区9中仍然未能凝结的气体，最终经抽气口11由真空泵抽出。

折转成主凝区5的“飘带”为4～7排冷却管，折转形成的相邻两个蒸汽引导通道6间的间距为14～16排，折转形成的相邻两个支通道7间的间距为14～16排。

第一水平通道、第二水平通道、第二倾斜通道，以及第一倾斜通道的窄倾斜段宽度一致。第一倾斜通道与第一水平通道的夹角为120度，第二倾斜通道与第二水平通道的夹角为120度。

所有第一水平通道自主凝区5树形底部向松树形顶部排布，且长度依次缩短，所有第二水平通道自主凝区5向松树形顶部排布，且长度依次缩短。

宽倾斜段和窄倾斜段的长度比为0.35～0.5，此外，宽倾斜段优选为冷却水管管间间距的三倍，即为沿布管线抽掉3排换热管后的管间间距，第一水平通道、第二水平通道、第二倾斜通道，以及第一倾斜通道的窄倾斜段的宽度为冷却水管管间间距的2倍，即为沿布管线抽掉2排换热管后的管间间距(如图5中s所示为管间间距)，

两个狭长的直角梯形空冷区9的换热面积(或管束根数)取凝汽器总换热面积(或总管束根数)的7.6℅；两个直角梯形空冷区9的面积相等。

如图5所示，主凝区5和空冷区9均由节距相同的呈正三角形排列的管子排列而成，s表示管间间距。

实施例二：

本实施例与实施例一中相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。

本实施例中管束为上下对分的冷却水双管程结构，如图6所示，管束的中部设有L字形分程挡汽板12。

实施例三：

本实施例与实施例一中相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。

如图7所示，本实施例中凝汽器的管束部分由四个如本发明的管束组成，管束均为冷却水单管程结构。

实施例四：

本实施例与实施例二中相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。

如图8所示，本实施例中凝汽器的管束部分由四个管束为如本发明的管束组成，管束均为上下对分的冷却水双管程结构，管束的中部设有L字形分程挡汽板12。

实施例五：

本实施例与实施例一中相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。

本实施例中，蒸汽引导通道6不局限于实施例一中的形式，还可以是仅包含窄倾斜段；或者由宽倾斜段和窄倾斜段组成，又或者由窄倾斜段和第一水平通道组成。

同理支通道7也可以只包含窄倾斜段。

实施例六：

本实施例与实施例一中相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。

本实施例中，两个空冷区为横向设置的矩形。

Claims (10)

1.一种凝汽器管束，包括均由冷却水管叉排而成的空冷区(9)和松树形主凝区(5)，所述主凝区(5)内部设有未凝气体汇集用竖直主通道(8)，其特征在于，所述空冷区(9)共设有两个，相对设于主凝区(5)下方两侧，并通过挡汽板(10)与主凝区分隔，两个空冷区(9)之间设有与竖直主通道顺接的主通道延伸段，该主通道延伸段与竖直主通道(8)连通。

2.根据权利要求1所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所述空冷区(9)呈直角梯形，空冷区(9)的直角边朝向主凝区设置，并与主凝区的竖直主通道(8)设置方向垂直，且两个空冷区(9)的下底边相对设置。

3.根据权利要求2所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所述空冷区(9)上底边与直角边的长度比值为0.2～0.4，斜边与直角边的夹角为5～15度。

4.根据权利要求1所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所述主凝区(5)外缘设有多个朝空冷区(9)反向倾斜的蒸汽引导通道(6)，内缘设有多个朝空冷区(9)反向倾斜、并与竖直主通道(8)连通的未凝气体汇集用支通道(7)，且支通道(7)和蒸汽引导通道(6)交错设置。

5.根据权利要求4所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所述蒸汽引导通道(6)由自主凝区(5)外缘向内延伸的第一倾斜通道和第一水平通道连接组成，所述支通道(7)由自竖直主通道(8)向外延伸的第二水平通道和第二倾斜通道连接组成，且所述第一水平通道和第二水平通道均与竖直主通道(8)垂直，第一倾斜通道与第一水平通道和第二倾斜通道分别与第一水平通道和第二水平通道成一钝角。

6.根据权利要求5所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所述第一倾斜通道包括相互连接的宽倾斜段和窄倾斜段，所述窄倾斜段与第一水平通道连接，且宽倾斜段的宽度大于窄倾斜段。

7.根据权利要求6所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所述第一水平通道与第一倾斜通道的窄倾斜段宽度一致，第二水平通道与第二倾斜通道宽度一致。

8.根据权利要求5所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所述第一倾斜通道与第一水平通道的夹角为120度，第二倾斜通道与第二水平通道的夹角为120度。

9.根据权利要求5所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所有第一水平通道自主凝区(5)树形底部向树形顶部排布，且长度依次缩短，所有第二水平通道自主凝区(5)向树形顶部排布，且长度依次缩短。

10.根据权利要求2所述的一种凝汽器管束，其特征在于，所述挡汽板(10)的由上挡板、两块侧挡板和两块下挡板围城，其上挡板上设有与竖直主通道(8)在该处宽度一致的缺口，

两个空冷区(9)均设于挡汽板(10)内，并分别与主通道延伸段连通，且空冷区(9)的直角边和斜边紧贴挡气板(10)设置。