CN111735318B - 一种海洋平台喷射式冷凝装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶动力领域,公开了一种海洋平台喷射式冷凝装置,包括:冷凝室;冷凝室中安装有冷却水入口管路和若干个水室,每个水室均与冷却水入口管路连通;每个水室均包括:隔板结构和由隔板结构分隔的多个冷却单元;隔板结构上设有若干连通孔,各冷却单元通过相应的连通孔依次连通。本发明提供的海洋平台喷射式冷凝装置,通过在冷凝室内设置若干个水室,并通过隔板结构将水室分割成不同区域,利用隔板结构上设置的连通孔,使相邻的冷却单元通过对应的连通孔依次连通,能够保持水室各冷却单元压力保持基本一致,从而在提高水室海洋环境适应性的基础上能够维持各冷却单元产生液膜的均匀性,降低冷凝效率的波动,维持整个动力系统稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及船舶动力领域,特别是涉及一种海洋平台喷射式冷凝装置。
背景技术
动力系统是船舶等海洋平台的重要组成部分,直接决定了海洋平台的航速、续航能力、机动性以及日常运行及人员生活所需能源、电力等,蒸汽郎肯循环是当前较为常见的动力系统之一,冷凝器是蒸汽动力系统的主要设备,直接决定了动力系统效率、安全性和灵活性。间壁式冷凝器、管壳式换热器和板式换热器,是当前船舶动力系统冷凝器的主要形式,但在管壳式换热器单位体积换热量有限,体积重量大,占据大量海洋平台宝贵空间,板式换热器耐高压能力较弱,换热板腐蚀、漏液问题时有发生,影响整个动力系统可靠性。
喷射式冷凝器采用直接接触冷凝形式,具有换热系数高、排气压损小、近零换热端差、可靠性高等优点,是海洋平台蒸汽朗肯循环理想冷凝器之一。喷射式冷凝器利用经过冷却后的冷却水,通过喷嘴射入冷凝室用于冷凝汽轮机排出的乏汽,采取蒸汽-冷却水直接接触冷凝方式冷凝乏汽,换热系数可高达40000W/m2以上,在不凝气体存在的情况下也能维持在20000W/m2,远大于间壁式冷凝器,能达到近零传热端差(理论端差<0.2℃),充分利用冷却潜力,结构紧凑、排气压降小,并且由于壁面了蒸汽的直接冲蚀壁面,可靠性大大提高、维护简单方便,是海洋平台的理想冷凝装置之一,并且在能源、化工等领域拥有广阔应用前景。但是需要注意的是,当前射流式冷凝器主要针对陆地或者固定平台加工设计的,未考虑海洋环境洋流、风浪等引起的摇摆影响,可能导致冷凝效率出现较大波动,影响动力系统稳定运行。
发明内容
鉴于上述技术缺陷和应用需求,本发明实施例提供一种海洋平台喷射式冷凝装置,以降低在海洋环境洋流、风浪等条件下冷凝效率的波动,维持动力系统稳定运行。
为解决上述问题,本发明提供一种海洋平台喷射式冷凝装置,包括:
冷凝室;
所述冷凝室中安装有冷却水入口管路和若干个水室,每个所述水室均与所述冷却水入口管路连通;
其中,每个所述水室均包括:隔板结构和由所述隔板结构分隔的多个冷却单元;所述隔板结构上设有若干连通孔,各所述冷却单元通过相应的所述连通孔依次连通。
进一步地,每个所述冷却单元上均设有若干组相对设置的喷嘴,每组所述喷嘴之间均设有折流板。
进一步地,所述水室由所述隔板结构分隔成多层,每层均设有若干个所述冷却单元。
进一步地,同一所述水室中上下对应的所述冷却单元上的所述喷嘴上下交错分层布置。
进一步地,所述隔板结构包括:若干块纵向隔板和若干块横向隔板;
沿纵向设置的各所述纵向隔板和沿横向设置的各所述横向隔板相互拼接固定在所述水室中,将所述水室分隔成多个所述冷却单元。
进一步地,所述水室为翼型水室,所述翼型水室沿乏气的流动方向以一定角度形成扩张型或收缩型的变流动截面积布置。
进一步地,所述海洋平台喷射式冷凝装置还包括:乏汽入口管路和热井;所述乏汽入口管路与所述冷凝室的入口连通,所述热井与所述冷凝室的出口连通。
进一步地,所述海洋平台喷射式冷凝装置还包括:乏汽分布器;所述乏汽分布器设置在所述乏汽入口管路和所述水室之间。
进一步地,所述热井安装有冷凝水出口管路。
进一步地,所述冷凝室中还安装有抽气器、后冷却器冷却水管和后冷却器;所述后冷却器冷却水管安装在所述后冷却器中;所述冷却水入口管路与所述后冷却器冷却水管连通,所述冷凝室通过所述抽气器与所述后冷却器连通。
本发明提供的海洋平台喷射式冷凝装置,通过在冷凝室内设置若干个水室,并通过隔板结构将水室分割成不同区域,利用隔板结构上设置的连通孔,使相邻的冷却单元通过对应的连通孔依次连通,能够保持水室各冷却单元压力保持基本一致,从而在提高水室海洋环境适应性的基础上能够维持各冷却单元产生液膜的均匀性,降低冷凝效率的波动,维持整个动力系统稳定运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的海洋平台喷射式冷凝装置的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的水室的结构示意图;
图3为本发明实施例提供的喷嘴及折流板的结构示意图;
附图标记说明:1、乏汽入口管路;2、外壳;3、冷凝室;4、热井;5、乏汽分布器;6、水室;7、隔板结构;8、后冷却器;9、后冷却器冷却水管;10、冷凝水出口管路;11、抽气器;12、连通孔;13、喷嘴;14、折流板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种海洋平台喷射式冷凝装置,如图1和图2所示,该海洋平台喷射式冷凝装置包括:冷凝室3。冷凝室3中安装有冷却水入口管路和若干个水室6,每个水室6均与冷却水入口管路连通。
其中,每个水室6均包括:隔板结构7和由隔板结构7分隔的多个冷却单元。隔板结构7上设有若干连通孔12,开孔数目、大小以及位置由冷凝参数决定。各冷却单元通过相应的连通孔依次连通。
该海洋平台喷射式冷凝装置在工作过程中,在主汽轮机或汽轮发电机中做完功后的乏汽从上部通入后均匀分配进入冷凝室3,冷却水从冷却水入口管路通入各水室6的冷却单元中。由于冷却单元通过对应的连通孔12依次连通,冷却水能够在各冷却单元均匀分布,从而能够保持各冷却单元产生液膜的均匀性。最后,乏汽与液膜接触进行换热。
一般情形下,想要保持水室各区压力基本一致,仅需要保证相邻的冷却单元依次通过对应的连通孔12依次连通即可。但在实际的情形中,水室6末端设置的部分冷却单元中水量较少且压力较低。此时,可通过增加连通孔12的方式,将水室6末端设置的部分冷却单元直接与其它相邻的冷却单元连通,以进一步保证水室6末端设置的部分冷却单元能够与其它冷却单元压力保持一致。
为保证冷凝效果,水室6一般上下呈2-3层布置于冷凝室3内,上下层级之间的水室6交错排列,每层布置3-4个水室6。
本发明实施例提供的海洋平台喷射式冷凝装置,通过在冷凝室内设置若干个水室,并通过隔板结构将水室分割成不同区域,利用隔板结构上设置的连通孔,使相邻的冷却单元通过对应的连通孔依次连通,能够保持水室各冷却单元压力保持基本一致,从而在提高水室海洋环境适应性的基础上能够维持各冷却单元产生液膜的均匀性,降低冷凝效率的波动,维持整个动力系统稳定运行。
基于上述实施例,在本发明提供的一实施例中,如图1、图2和图3所示,每个冷却单元上均设有若干组相对设置的喷嘴13,每组喷嘴13之间均设有折流板14,且喷嘴13与折流板14之间呈一定角度。具体角度可根据冷凝效果进行调整。喷嘴13可选用薄膜式喷嘴。
其中,水室6由隔板结构7分隔成多层,每层均设有若干个冷却单元。同一水室6中上下对应的冷却单元上的喷嘴13上下交错分层布置。一般水室6垂直方向安装有2-3排喷嘴13。
冷凝过程中,冷却水通过喷嘴13排出,在折流板14上形成薄膜,两侧相对设置的喷嘴13对应一个折流板14,从而可提高水膜抗摇摆影响能力,使液膜与乏汽直接接触冷凝。
为避免水室6晃动,隔板结构7一般采用防晃动的结构设计,隔板结构7包括:若干块纵向隔板和若干块横向隔板。纵向隔板和横向隔板采用整体的焊接结构,沿纵向设置的各纵向隔板和沿横向设置的各横向隔板相互拼接固定在水室6中,将水室6分隔成多个冷却单元。
现有的水室通常可采用三角形水室,但由于其占据体积较大,喷嘴布置有限,一定程度上影响了设备紧凑度以及布置的灵活性。本实施例中,水室6采用翼型水室,翼型水室沿乏气的流动方向以一定角度形成扩张型或收缩型的变流动截面积布置。采用翼型水室取代传统三角形水室,一方面能减小乏汽压损、抑制乏汽紊流,另一方面体积显著减小,增加布置灵活性,并且横向尺寸显著减小,有助于提升其对晃动适应能力。
本实施例中,海洋平台喷射式冷凝装置还包括:乏汽入口管路1和热井4;乏汽入口管路1与冷凝室3的入口连通,热井4与冷凝室3的出口连通。热井4安装有冷凝水出口管路10。乏汽通过乏汽入口管路1进入冷凝室3,乏汽在冷凝室3冷凝后,冷凝水在热井4中被收集并通过冷凝水出口管路10分别流入给水系统以及冷却系统。
其中,海洋平台喷射式冷凝装置还包括:外壳2;冷凝室3和热井4均安装在外壳2内。
为提升乏汽分布均匀性,海洋平台喷射式冷凝装置还包括:乏汽分布器5。乏汽分布器5设置在乏汽入口管路1和水室6之间。乏汽从乏汽入口管路1通入,通过乏汽分布器5后进入各水室6之间。乏汽分布器5可采用分流板或多孔挡板,为减小乏汽阻力,一般采用分流板形式。
为提高冷凝效率,将残留的部分蒸汽以及不凝气体进一步冷却。冷凝室中还安装有抽气器11、后冷却器冷却水管9和后冷却器8。后冷却器冷却水管9安装在后冷却器8中。冷却水入口管路与后冷却器冷却水管9连通,冷凝室3通过抽气器11与后冷却器8连通,以通过后冷却器8与后冷却器冷却水管9将上方空气及未冷凝蒸汽进行冷却。
该海洋平台喷射式冷凝装置在工作过程中,汽轮机乏汽从上部乏汽入口管路1通入后均匀分配进入冷凝室3,过冷水从冷却水入口管路通入冷凝装置后,一部分冷却水通入各水室6的冷却单元中。由于冷却单元通过对应的连通孔12依次连通,冷却水能够在各冷却单元均匀分布,从而能够保持各冷却单元产生液膜的均匀性。从而乏汽与液膜接触进行换热后流入热井4,并通过冷凝水出口管路10最终流入凝给水系统及冷却系统。另一部分冷却水流入后冷却器冷却水管9,与抽气器11抽出的蒸汽在后冷却器8中进行换热,并在冷凝后流入热井4,同样通过冷凝水出口管路10最终流入凝给水系统及冷却系统。
综上所述,本发明实施例提供的海洋平台喷射式冷凝装置,通过在冷凝室内设置若干个水室,并通过隔板结构将水室分割成不同区域,利用隔板结构上设置的连通孔,使相邻的冷却单元通过对应的连通孔依次连通,能够保持水室各冷却单元压力保持基本一致,从而在提高水室海洋环境适应性的基础上能够维持各冷却单元产生液膜的均匀性,降低冷凝效率的波动,维持整个动力系统稳定运行。
此外,本发明实施例采用翼型水室取代传统三角形水室,一方面能减小乏汽压损、抑制乏汽紊流,另一方面体积显著减小,增加布置灵活性,并且横向尺寸显著减小,有助于提升其对晃动适应能力。为避免水室晃动,设置了防晃动的隔板结构,进一步抑制海洋摇摆带来的流量不稳定影响。同时,喷嘴对冲折流板的方式进一步抵消海洋摇摆条件对液膜质量的影响,从而提高了海洋平台喷射式冷凝装置紧凑度、适应海洋环境能力以及布置灵活性。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,包括:
冷凝室;
所述冷凝室中安装有冷却水入口管路和若干个水室,每个所述水室均与所述冷却水入口管路连通;
其中,每个所述水室均包括:隔板结构和由所述隔板结构分隔的多个冷却单元;所述隔板结构上设有若干连通孔,各所述冷却单元通过相应的所述连通孔依次连通。
2.根据权利要求1所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,每个所述冷却单元上均设有若干组相对设置的喷嘴,每组所述喷嘴之间均设有折流板。
3.根据权利要求2所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,所述水室由所述隔板结构分隔成多层,每层均设有若干个所述冷却单元。
4.根据权利要求3所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,同一所述水室中上下对应的所述冷却单元上的所述喷嘴上下交错分层布置。
5.根据权利要求3所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,所述隔板结构包括:若干块纵向隔板和若干块横向隔板;
沿纵向设置的各所述纵向隔板和沿横向设置的各所述横向隔板相互拼接固定在所述水室中,将所述水室分隔成多个所述冷却单元。
6.根据权利要求1所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,所述水室为翼型水室,所述翼型水室沿乏气的流动方向以一定角度形成扩张型或收缩型的变流动截面积布置。
7.根据权利要求1所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,所述海洋平台喷射式冷凝装置还包括:
乏汽入口管路和热井;所述乏汽入口管路与所述冷凝室的入口连通,所述热井与所述冷凝室的出口连通。
8.根据权利要求7所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,所述海洋平台喷射式冷凝装置还包括:乏汽分布器;所述乏汽分布器设置在所述乏汽入口管路和所述水室之间。
9.根据权利要求7所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,所述热井安装有冷凝水出口管路。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的海洋平台喷射式冷凝装置,其特征在于,所述冷凝室中还安装有抽气器、后冷却器冷却水管和后冷却器;
所述后冷却器冷却水管安装在所述后冷却器中;所述冷却水入口管路与所述后冷却器冷却水管连通,所述冷凝室通过所述抽气器与所述后冷却器连通。
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