CN111483583B - 一种二回路冷却水系统变工况调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种二回路冷却水系统变工况调节系统及方法，包括海水回路和淡水回路，分别由两条海水管路及淡水换热管路并联组成，海水管路上均设有海水泵、海水球阀、海淡换热器单元和海水流量调节阀，淡水换热管路与冷却水用户管路形成内循环。本发明利用分体式换热器的设计方式，通过切换换热器启闭状态，匹配变工况时冷却水系统的不同换热量需求，可降低冷却用户支路流量调节阀的调节需求，利于冷却水系统的流量调节分配与流致噪声控制。

Description

一种二回路冷却水系统变工况调节方法

技术领域

本发明属于二回路冷却水系统的技术领域，尤其涉及一种二回路冷却水系统变工况调节方法。

背景技术

冷却水系统是核动力系统二回路系统的重要组成部分，其主要功能是为动力系统有水冷需求的设备提供冷却用水，将其产生的热量带出，以保证动力系统安全正常运行。此外还作为造水系统的海水水源，并承担为反应堆能动余热导出供应冷却用水功能。

我国目前在建在役艇海水系统均采用分散式多管口单级单回路冷却技术，即通过单级海水冷却众多用户，各用户支路利用调节阀进行流量匹配。

从系统配置角度看，海水系统因全部直面通海口而具有相同的高压边界，安全隐患非常突出，多年运行经验表明这种冷却技术方案通海口数量多、对外振动辐射噪声面域广、热尾迹辐射点多，难以有效控制，并且同一高压边界造成总体配置重量、结构尺寸也明显偏大。

此外从实艇运行经验以及系泊和振动噪声专项测试结果表明，当前海水系统总体声学水平无法有效保障艇隐身性能和战斗力，从声学角度看主要在以下几方面亟待改进提高： a、合理设计海水系统，适应核动力装置常用低负荷低噪声工况；b、采用更有效的低噪声附件； c、减少通海口数量；d、进一步提高系统供水管网稳定性。

从目前掌握的资料来看，美、英等核潜艇强国早期采用的海水冷却技术与我国目前在建在役艇基本相同，但随着技术水平发展其大潜深、低噪声核潜艇均普遍采用了集中冷却技术，这种技术在国外核潜艇上设计、应用等相关方面均已经非常成熟。集中冷却技术即采用双回路冷却，设置集中换热器实现海水冷却中间回路淡水，再通过闭式淡水回路向动力装置相关用户提供冷却淡水。

冷却水系统采用集中冷却技术在减少通海口数量、降低海水系统辐射噪声、减少以海水为介质的高压边界范围、提高系统安全性等方面具有较大的优势。然而由于冷却水系统相关冷却用户数量多，不同用户的用水量、阻力特性、热负荷、变工况特性等存在很大差异，冷却水系统管网设计、双回路协调匹配运行更为复杂，在流量分配与控制技术方面存在制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种二回路冷却水系统变工况调节方法，根据双回路冷却水系统在变工况时用户冷却需求的变化，对冷却水系统流量进行调节分配，实现系统不同工况下的精细化设计，满足声学与能耗要求。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种二回路冷却水系统变工况调节方法，该调节系统包括海水回路和淡水回路，所述海水回路由第一海水管路、第二海水管路并联组成，第一海水管路上沿液流方向依次设置第一海水泵、第一海水球阀、第一海淡换热器单元和第一海水流量调节阀，所述第二海水管路上沿液流方向依次设置第二海水泵、第二海水球阀、第二海淡换热器单元和第二海水流量调节阀，第一、第二海水管路之间通过连接管相连，所述连接管两端分别位于第一海水泵和第一海水球阀之间及第二海水泵和第二海水球阀之间的管路上，连接管上设有第三海水球阀；所述淡水回路由第一淡水换热管路、第二淡水换热管路和冷却水用户管路组成，所述第一淡水换热管路包括第一淡水进水管和第一淡水出水管，第一淡水进水管与所述第一海淡换热器单元上的淡水进口相连，沿液流方向依次设有第一淡水泵和第一淡水球阀，所述第一淡水出水管两端分别与第一海淡换热器单元上的淡水出口及所述冷却水用户管路进口相连，并设有第二淡水球阀，所述第二淡水换热管路包括第二淡水进水管和第二淡水出水管，所述第二淡水进水管与所述第二海淡换热器单元上的淡水进口相连，沿液流方向依次设有第二淡水泵和第三淡水球阀，所述第二淡水出水管两端分别与第二海淡换热器单元上的淡水出口及所述冷却水用户管路进口相连，并设有第四淡水球阀，冷却水用户管路出口分别与第一、第二淡水进水管相连；冷却水用户管路由数根冷却水用户支管组成，所述冷却水用户支管上沿液流方向依次设有第一冷却水球阀、冷却水流量调节阀、冷却水系统用户和第二冷却水球阀，所述第一、第二海水泵均为定速泵，所述第一、第二海淡换热器单元为分体式换热器，由管侧并联、壳侧串联的两台换热器组成，所述第一、第二淡水泵采用大小泵配置，小泵为定速泵，大泵为变频泵，其特征在于，包括如下内容：

当低噪声工况运行时，第一海水管路开启，第二海水管路关闭；第一淡水换热管路开启，第二淡水换热管路关闭；

当巡航工况运行时，第二海水管路开启，第一海水管路关闭；第二淡水换热管路开启，第一淡水换热管路开启关闭；

当最大航速工况运行时，第一、第二海水管路全开启，关闭第三海水球阀；第一淡水换热管路、第二淡水换热管路开启；

当第一海水泵和第二海淡换热器单元或第二海水泵和第一海淡换热器单元同时出现损坏时，开启第三海水球阀，系统降功率运行。

本发明的有益效果是：1、提供一种二回路冷却水系统变工况调节方法，冷却水系统采用了集中冷却技术，设置集中换热器实现海水冷却中间回路淡水，再通过闭式淡水回路向动力装置相关用户提供冷却淡水，并按用户特点统筹归并散热用户，优化用户冷却方式，减少通海管路规模，充分发挥内循环淡水系统噪声易于控制的优势，降低冷却水系统振动噪声水平，同时可有效减少通海高压边界范围，提高系统的安全性；2、在统一各用户支路流阻的前提下，选择使用一组淡水泵组满足所有冷却水系统用户的淡水冷却需求，简化系统配置、降低系统空间需求、提高系统互换性与可靠性，并从降低泵组运行过程中的振动噪声水平和功耗角度出发，在开展测量性设计基础上，以大小泵配置方式为手段，配置低噪声淡水泵满足低噪声工况需求，并配置覆盖全工况的变频淡水泵满足非低噪声工况需求。可实现系统实际运行参数按需调节能力，降低系统流量和泵组运行的扬程，充分挖掘系统、设备设计余量；3、分体式换热器采用海水走管程，淡水走壳程的冷却形式。海水侧分为两个独立的换热单元，其换热量可分别对应隐身工况与巡航工况，两个换热单元换热量之和对应最大工况，以切换换热单元启闭状态实现流量调节的思路，降低冷却水系统变工况流量调节与控制难度；4、每一换热器支路上的海水泵的流量扬程选取均只需考虑对应该工况下的海水流量与管路流阻，理想状况下两支路海水泵均可选取定速泵，分别对应固定的支路流量，避免了变工况时的泵组变频及调节阀的调节，可减少变工况时流致噪声水平，降低系统运行调节难度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的系统分布示意图。

具体实施方式

为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一种二回路冷却水系统变工况调节系统，包括海水回路和淡水回路，海水管路由第一、第二海水管路并联组成，第一海水管路上沿液流方向依次设置第一海水泵1-1、第一海水球阀1-3、第一海淡换热器单元3和第一海水流量调节阀1-5，第二海水管路上沿液流方向依次设置第二海水泵1-2、第二海水球阀1-4、第二海淡换热器单元4和第二海水流量调节阀1-6，第一、第二海水管路之间通过连接管相连，连接管两端分别位于第一海水泵和第一海水球阀之间及第二海水泵和第二海水球阀之间的管路上，连接管上设有第三海水球阀1-7。

淡水回路由第一淡水换热管路、第二淡水换热管路和冷却水用户管路组成，第一淡水换热管路包括第一淡水进水管和第一淡水出水管，第一淡水进水管与第一海淡换热器单元上的淡水进口相连，沿液流方向依次设有第一淡水泵2-1和第一淡水球阀2-3，第一淡水出水管两端分别与第一海淡换热器单元上的淡水出口及冷却水用户管路进口相连，并设有第二淡水球阀2-5，第二淡水换热管路包括第二淡水进水管和第二淡水出水管，第二淡水进水管与第二海淡换热器单元上的淡水进口相连，沿液流方向依次设有第二淡水泵2-2和第三淡水球阀2-4，第二淡水出水管两端分别与第二海淡换热器单元上的淡水出口及冷却水用户管路进口相连，并设有第四淡水球阀2-6，冷却水用户管路出口分别与第一、第二淡水进水管相连。

冷却水用户管路由数根冷却水用户支管组成，冷却水用户支管上沿液流方向依次设有第一冷却水球阀3-1、冷却水流量调节阀3-2、冷却水系统用户3-3和第二冷却水球阀3-4。

由于该方案在不同工况下各海水支路流量、流阻基本保持不变，在合理设计各支路流阻情况下，可实现不加调节阀或采用低噪声低流阻调节阀（运行中确保大开度）在运行中不调节，切换工况时只需开/闭相应海水管路，可有效降低节流阀可能引起的振动噪声水平。

第一、第二海水泵均为定速泵，与变频泵相比可减小泵组尺寸及振动噪声水平，两海水管路上可不使用流量调节阀，避免流量调节时可能引起的声学性能下降。

第一、第二海淡换热器单元为分体式换热器，由管侧并联、壳侧串联的两台换热器组成，除了可以减小换热器总体尺寸，有效利用舱室空间，还可起到相互备用的功能，满足单一换热单元堵塞或破损时低航速运行要求。

淡水回路为总管式，按当前经验大部分用户均不须调节流量，不同工况只是通过球阀控制支路开关，部分用户最多也只需匹配两种流量需求，可提前设置调节阀开度控制，变工况时可一键操作相应阀门，简化系统控制。

第一、第二淡水泵采用大小泵配置，小泵为定速泵，满足低噪声工况需求，大泵为覆盖全工况的变频泵，正常工况始终保持单泵运行，可避免泵组并联使用时的性能下降。

其中第一海水泵、第一海淡换热器单元、第一淡水泵满足冷却水系统工况一（低噪声工况）总换热量及相应冷却水流量扬程需求；第二海水泵、第二海淡换热器单元、第二淡水泵满足冷却水系统工况二（巡航工况）总换热量及相应冷却水流量扬程需求；两个海淡换热器单元同时工作时可满足工况三（最大航速工况）总换热量需求。

工况一（低噪声工况）运行时，第一海水管路开启，第一海水泵、第一海水球阀，第一海水流量调节阀全开，关闭第二海水泵、第二海水球阀、第三海水球阀，第二海水流量调节阀；淡水回路开启第一淡水泵、第一淡水球阀、第二淡水球阀，关闭第二淡水泵、第三、第四淡水球阀。

工况二（巡航工况）运行时，第二海水管路开启，第二海水泵、第二海水球阀，第二海水流量调节阀全开，关闭第一海水管路；第二淡水换热管路开启，第一淡水换热管路开启关闭。

工况三（最大航速工况）运行时，第一、第二海水管路全开启，关闭第三海水球阀；第一淡水换热管路、第二淡水换热管路开启。

当有一路海水回路管路破损时可开启另一路支路系统降功率运行，若第一海水泵与第二海淡换热器单元支路（或第二海水泵与第一海淡换热器单元支路）同时出现损坏，此时可开启第三海水球阀，系统降功率运行。

Claims (1)

1.一种二回路冷却水系统变工况调节方法，该系统包括海水回路和淡水回路，所述海水回路由第一海水管路、第二海水管路并联组成，第一海水管路上沿液流方向依次设置第一海水泵、第一海水球阀、第一海淡换热器单元和第一海水流量调节阀，所述第二海水管路上沿液流方向依次设置第二海水泵、第二海水球阀、第二海淡换热器单元和第二海水流量调节阀，第一、第二海水管路之间通过连接管相连，所述连接管两端分别位于第一海水泵和第一海水球阀之间及第二海水泵和第二海水球阀之间的管路上，连接管上设有第三海水球阀；所述淡水回路由第一淡水换热管路、第二淡水换热管路和冷却水用户管路组成，所述第一淡水换热管路包括第一淡水进水管和第一淡水出水管，第一淡水进水管与所述第一海淡换热器单元上的淡水进口相连，沿液流方向依次设有第一淡水泵和第一淡水球阀，所述第一淡水出水管两端分别与第一海淡换热器单元上的淡水出口及所述冷却水用户管路进口相连，并设有第二淡水球阀，所述第二淡水换热管路包括第二淡水进水管和第二淡水出水管，所述第二淡水进水管与所述第二海淡换热器单元上的淡水进口相连，沿液流方向依次设有第二淡水泵和第三淡水球阀，所述第二淡水出水管两端分别与第二海淡换热器单元上的淡水出口及所述冷却水用户管路进口相连，并设有第四淡水球阀，冷却水用户管路出口分别与第一、第二淡水进水管相连；冷却水用户管路由数根冷却水用户支管组成，所述冷却水用户支管上沿液流方向依次设有第一冷却水球阀、冷却水流量调节阀、冷却水系统用户和第二冷却水球阀，所述第一、第二海水泵均为定速泵，所述第一、第二海淡换热器单元为分体式换热器，由管侧并联、壳侧串联的两台换热器组成，所述第一、第二淡水泵采用大小泵配置，小泵为定速泵，大泵为变频泵，其特征在于，包括如下内容：

当低噪声工况运行时，第一海水管路开启，第二海水管路关闭；第一淡水换热管路开启，第二淡水换热管路关闭；

当巡航工况运行时，第二海水管路开启，第一海水管路关闭；第二淡水换热管路开启，第一淡水换热管路开启关闭；

当最大航速工况运行时，第一、第二海水管路全开启，关闭第三海水球阀；第一淡水换热管路、第二淡水换热管路开启；

当第一海水泵和第二海淡换热器单元或第二海水泵和第一海淡换热器单元同时出现损坏时，开启第三海水球阀，系统降功率运行。

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