CN107300330B - 侧向进汽凝汽器的布管结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于轴向排汽汽轮机的侧向进汽的凝汽器的换热管的布置结构。目的是提供一种改进的侧向进汽凝汽器的布管结构，可以在相同尺寸的管板范围内布置更多的换热管，或者在同样尺寸的凝汽器和同样的换热管数量下，排汽的阻力更低，排汽冷凝效果更好，确保侧向进汽凝汽器能在设计的真空压力下运行，保证侧向进汽凝汽器的换热效率。技术方案是：侧向进汽凝汽器的布管结构，包括定位于凝汽器腔体内的若干个管束，管束之间为利于蒸汽流通的扩散槽，相邻扩散槽的轴线均平行排列；其特征在于：所述扩散槽的轴线与凝汽器的横向中心线形成10～15゜的夹角，以与凝汽器右端进气口输入的蒸汽扩散角相匹配。

Description

侧向进汽凝汽器的布管结构

技术领域

本发明涉及一种用于轴向排汽汽轮机的侧向进汽的凝汽器的换热管的布置结构，具体是一种排汽阻力低，结构紧凑的适合汽轮机排汽从侧面进入凝汽器的换热管(以下简称管子)布置结构。

背景技术

随着余热利用及生物质能发电等低热值蒸汽驱动汽轮机的需求的增加，轴向排汽汽轮机在装置中的使用越来越广泛，为之配套的侧向进汽的凝汽器的使用也越来越多。轴向排汽的汽轮机本来利用的蒸汽品质就比较低，为了更充分地利用低品质蒸汽的热力性能，要求凝汽器的排汽阻力更低，从而能获得更低的排汽真空，发挥余热的最大效能。为此，对侧向进汽的凝汽器的热力性能和结构性能提出了更高的要求。

目前，侧向进汽凝汽器的布管方式主要沿用与向下排汽汽轮机相适应的上进汽凝汽器的排列方式(冷却水下进上出布置，通过凝汽器两端的水室进出)，如图3所示。但是因为进汽口在侧面(右侧)，为了使蒸汽易于扩散，要腾出扩散空间，相邻管子(即换热管)的排列采用等边三角形排列的方式，凝汽器两端的水室均无法布置左右对称的管板，在下部左右对称的空冷区一侧离排汽口太近，对空气的抽出不利，抽气管路布置在凝汽器内部，结构较为复杂，给排汽增加了额外的阻力。一般冷凝器的布管要考虑主冷区管子、空冷区管子、水室横隔板通道、蒸汽扩散槽等的布置。相邻管子以等边三角形的方式布置在凝汽器的腔体内，并组成合适的管束形状，管束中的若干个扩散槽轴线K与凝汽器的水平中心线H构成30°的夹角，能覆盖的进汽口范围比较窄，最外侧的扩散槽指向排汽口的中间(未能有效覆盖排汽口的范围)，分割相同数量(总数和排数)管子的扩散槽的数量就比较多。因为蒸汽的入口在侧面，蒸汽进入的速度较高(一般在80～100m/s)，蒸汽扩散(扩散角度一般为10°～15°)与扩散槽轴线的布置方向(与水平方向夹角为30°)以及每排管子之间间隙的布置方向(与水平方向夹角为30°)不匹配，为了使进入的蒸汽容易扩散和减少阻力，这种布置需要较大的蒸汽扩散空间。因此，凝汽器腔体内可供布管的空间就被压缩了；或者说容积同样大小的凝汽器内，这种布置的阻力就比较大。

另一种方式如图4所示，为了使凝汽器内两端的管板对称，采用冷却水侧进侧出(左进右出)的结构，抽气管路布置在管束中间，扩散槽轴线K与水平方向夹角为60°布置，相邻管子等边三角形布置；其抽气管路布置在凝汽器内部，结构较为复杂，增加了排汽的阻力，这种结构更适合1流程的较大型的凝汽器，否则空冷区就不完全在冷端。

以上两种方式，一种扩散槽轴线30°布置，一种扩散槽轴线60°布置，而且相邻管子等边三角形布置，与排汽的扩散角(10～15°)不一致，形成的管束高速扩散截面小，排汽阻力较大，抽气口布置复杂增加了排汽阻力。形成的管束形状，或导致结构不够紧凑(图3所示结构)，或者不适合双流程或较小型凝汽器的需要(图4所示结构)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述背景技术的不足，提供一种改进的侧向进汽凝汽器的布管结构，可以在相同尺寸的管板范围内布置更多的换热管，或者在同样尺寸的凝汽器和同样的换热管数量下，排汽的阻力更低，排汽冷凝效果更好，确保侧向进汽凝汽器能在设计的真空压力下运行，保证侧向进汽凝汽器的换热效率。

本发明提供的技术方案是：

侧向进汽凝汽器的布管结构，包括定位于凝汽器腔体内的若干个管束，管束之间为利于蒸汽流通的扩散槽，相邻扩散槽的轴线均平行排列；其特征在于：所述扩散槽的轴线与凝汽器的横向中心线形成10～15°的夹角，以与凝汽器右端进气口输入的蒸汽扩散角相匹配。

每个管束包括多个排列整齐的管子，相邻管子正三角布置且组成若干个管排，相邻管排之间形成若干个与凝汽器横向中心线为10～15°夹角的小扩散槽，以加速气流导通。

所有管子的两端分别固定在凝汽器两端的管板上。

凝汽器的进汽口位于凝汽器的右端。

本发明的有益效果是：

本发明具有以下有优点：1、进汽口被扩散槽充分覆盖，使布管可以布置到更外端，提高凝汽器腔体内的布管率。2、较小的扩散角，更接近汽流方向，减少汽轮机排汽进入管束内部的阻力，提高了换热效率。3、充分利用管子的间隙(小扩散槽)，增加了扩散空间，从而可以更少更窄地布置扩散槽，减少了凝汽器腔体的尺寸也使布管更便捷。管束对称排列，结构性更好。

附图说明

图1为本发明实施例1的凝汽器横截面结构示意图。

图2为本发明实施例2的凝汽器横截面结构示意图。

图3为现有的一种凝汽器横截面结构示意图。

图4为现有的另一种凝汽器横截面结构示意图。

图5是图1中的A部放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步说明。

本实施例中，2000mm直径的凝汽器腔体内布置2220根20mm的管子，管子间距30mm，所有管子的两端分别固定在凝汽器两端的管板上。

本发明提供的侧向进汽凝汽器的布管结构，凝汽器的进汽口位于凝汽器的右端，凝汽器腔体内定位着若干个管束(图1、图2中，每个管束由粗双点划线围成，其中包含多个管子；为图面清晰，部分管束只画粗双点划线，省略其中的管子)，管束之间为利于蒸汽流通的扩散槽，相邻扩散槽的轴线均相互平行排列(凝汽器横截面图中，所有的管子均垂直于图面布置，相邻扩散槽的轴线相互平行排列)；这些均与现有凝汽器的布管结构类同。

本发明的改进在于：所述扩散槽的轴线与凝汽器的横向中心线H(即凝汽器进气口的横向中心线)形成15°的夹角，以与凝汽器右端进气口输入的蒸汽扩散角相匹配(如图5所示，图中的水平线平行于凝汽器的横向中心线H)。

每个管束包括多个排列整齐的管子，相邻管子正三角布置且组成若干个管排(即若干排管子)，管排之间形成若干个与凝汽器横向中心线为15°夹角的小扩散槽(扩散槽轴线XK)，以加速气流导通。

本发明中的扩散槽的角度为15°，最外侧的扩散槽覆盖到排汽口的最外侧(500mm左右)，分割同样宽度的管束(每个管束中布置6个管排)只要4个扩散槽(K1、K2、K3、K4)。同时，管束中小扩散槽轴线与水平中心线夹角为15°的布置方式使管排之间的间隙(小扩散槽)能更好地疏散高速的汽轮机乏汽，使排汽阻力降到更低，冷凝器的冷凝效果更佳。

本发明中，所有扩散槽都正对着排汽口方向，扩散空间的要求大大降低(扩散半径约为500mm)同样是带状分布的管子，结构可以更紧凑。冷凝器的腔体直径可以做得更小。这样可以用更低的成本和更好的性能参与竞争。

本发明布置的管束，结构对称，便于冷凝器两侧的水室水平或垂直对分，也便于双流程水室横隔板的布置，又能根据功能需要选择管束区域的使用(空冷区和主冷区)。

以上布管方式，可使侧向进汽凝汽器获得更高的冷却性能和更紧凑的结构。

本发明的工作原理是：所提供的布管结构，扩散槽轴线与凝汽器横向中心线的夹角(15°)以及相邻管排之间的间隙(小扩散槽)与凝汽器横向中心线的夹角(15°)更接近进气口输入蒸汽的扩散角度(一般与凝汽器横向中心线的夹角10°～15°)。布置在最外侧的扩散槽K4也能更好地覆盖排汽口的范围，使排汽能更顺利地导入扩散槽和管子间隙，大大减少排汽阻力。管束中扩散槽轴线以及管排之间小扩散槽的轴线方向与蒸汽扩散方向一致使得管子之间的间隙成为蒸汽快速扩散的空间；因而可以调整(减少)扩散槽的宽度，更少(图1、图2中扩散槽仅只有4-5个)更窄的扩散槽就能分布更多数量的管子；或者说同样多的管子，可减少凝汽器的尺寸而不影响排汽阻力；使凝汽器的冷凝效果达到更佳状态。

而且，不管是冷却水下进上出布置还是侧进侧出的布置，管束的布置排列都是上下对称的，(空冷区)功能却不对称。这样凝汽器两端管板的互换性得到保证，工艺更简单方便，同时确保了空冷区的功能需要(永远都布置在冷却水的冷端和排汽口的远端，保证了更好地抽取空气并加以冷却的需要)。图1中选左下角为空冷区，图2中选左上角为空冷区，抽气口布置更简单，无需连接管路。

比较:

经检测，本发明可以使总排汽阻力较现有结构下降20％以上，或不增加排汽阻力的前提下减少凝汽器管腔直径5％以上(管腔横截面面积下降10％以上)。

图中还有，凝汽器外壳1，罩壳2。

Claims (4)

1.侧向进汽凝汽器的布管结构，包括定位于凝汽器腔体内的若干个管束，管束之间为利于蒸汽流通的扩散槽(K1、K2、K3、K4)，相邻扩散槽的轴线均平行排列；其特征在于：所述扩散槽的轴线与凝汽器的横向中心线(H)形成10～15゜的夹角，以与凝汽器右端进气口输入的蒸汽扩散角相匹配。

2.根据权利要求1所述的侧向进汽凝汽器的布管结构，其特征在于：每个管束包括多个排列整齐的管子，相邻管子正三角布置且组成若干个管排，相邻管排之间形成若干个与凝汽器横向中心线为10～15゜夹角的小扩散槽(XK)，以加速气流导通。

3.根据权利要求2所述的侧向进汽凝汽器的布管结构，其特征在于：所有管子的两端分别固定在凝汽器两端的管板上。

4.根据权利要求3所述的侧向进汽凝汽器的布管结构，其特征在于：凝汽器的进汽口位于凝汽器的右端。

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