CN111811289B - 一种对称喷嘴冷凝装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及船舶动力领域，公开了一种对称喷嘴冷凝装置，包括：冷凝室；冷凝室中安装有冷却水入口管路和若干个冷却支管，每个冷却支管均包括：对称布置的两个末级支管；每个末级支管均与冷却水入口管路连通，对称布置的两个末级支管沿程开有多组相互配适的射流孔。本发明提供的对称喷嘴冷凝装置，取消传统射流式冷凝器水室以及折流板，直接在冷凝室内布置冷却支管，通过末级支管上对称布置的射流孔撞击形成冷却水膜，使该对称喷嘴冷凝装置能够直接利用水膜对乏汽进行冷却，不仅简化了冷凝装置的结构，而且提高装置的紧凑度以及冷凝效率。相比于射流撞击折流板形成冷却水膜，该方式更为直接，水膜质量更便于调控，并且振动噪声得到抑制。

Description

一种对称喷嘴冷凝装置
技术领域
本发明涉及船舶动力领域，特别是涉及一种对称喷嘴冷凝装置。
背景技术
动力系统是船舶等海洋平台“心脏”，将化学能或核能转化为船舶等海洋平台的推进动力并提供日常运行所需电力等，蒸汽动力循环是最为常见的动力系统之一，凝汽器是蒸汽动力系统关键设备，直接影响主机组及汽轮发电机组效率和安全性。间壁式冷凝器，如管壳式换热器和板式换热器，是当前冷凝器的主要形式，在长期运行过程中逐渐暴露出各类问题：管壳式换热器具有承压能力强、不易结垢等优点，然而其换热能力有限，体积重量大，换热管束冲蚀、漏液等问题频现。板式换热器单位体积换热能力强、结构紧凑，然而可靠性是制约其更广泛应用的瓶颈问题。因此，冷凝器的可靠性与紧凑性是动力系统最为薄弱的环节之一，发展舰船先进冷凝技术迫在眉睫。
射流式冷凝器是利用过冷水射流冷凝汽轮机排出的乏汽，冷凝后在水阱汇集，流入给水系统及冷却器。喷射式冷凝器采用蒸汽-水膜直接接触冷凝方式，换热系数(>20000W/m2)远大于间壁式冷凝器，近零传热端差(理论端差<0.2℃)，能达到最大换热限度，具有排汽压损小、结构紧凑、布置灵活、可靠性高、维护简单等特点，在密封技术不断提高的趋势下，逐渐成为舰船等海洋平台的理想冷凝装置，在化工、能源、核安全等领域亦拥有广阔应用前景。当前喷射式冷凝器主要采用水室储水并通过喷嘴射流流入冷凝室，撞击折流板，在折流板上形成液膜与乏汽直接接触冷凝方式。采用该方式存在以下问题：1.需要体积较大水室；2.液膜质量难以调节，液膜厚度过厚或者难以维持稳定液膜；3.喷嘴布置受限，凝汽器总体体积难以进一步缩小；导致冷热侧换热端差大于设计值，严重影响冷凝器效率与体积。例如，发明专利《一种喷射式凝汽器》(申请号：CN201110292561.X)提出了一种多层水室喷射式凝汽器方案，一定程度上解决了喷嘴布置问题。但其依然沿用水室设计概念，液膜质量有待进一步提高，所以亟需开发新型射流式冷凝器研究，革新液膜形成调控方式，减少冷凝器体积，提高冷凝器效率。
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对称喷嘴冷凝装置，用以简化冷凝装置的结构，提高装置的紧凑度及冷凝效率。
为解决上述问题，本发明提供一种对称喷嘴冷凝装置，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冷却支管，每个所述冷却支管均包括：对称布置的两个末级支管；每个所述末级支管均与所述冷却水入口管路连通，对称布置的两个所述末级支管沿程开有多组相互配适的射流孔。
进一步地，各所述冷却支管上下交错分层布置。
进一步地，上下对应的各所述冷却支管中末级支管之间的射流孔相互错开。
进一步地，各所述射流孔均倾斜设置在所述末级支管上。
进一步地，每个所述射流孔上均安装有喷嘴。
进一步地，所述末级支管上的各射流孔的孔径沿流动方向逐渐增大。
进一步地，所述对称喷嘴冷凝装置还包括：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，所述对称喷嘴冷凝装置还包括：外壳；所述冷凝室和热井均安装在所述外壳内。
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。
本发明提供的对称喷嘴冷凝装置，取消传统射流式冷凝器水室以及折流板，直接在冷凝室内布置冷却支管，通过末级支管上对称布置的射流孔撞击形成冷却水膜，使该对称喷嘴冷凝装置能够直接利用水膜对乏汽进行冷却，不仅简化了冷凝装置的结构，而且提高装置的紧凑度以及冷凝效率。相比于射流撞击折流板形成冷却水膜，该方式更为直接，水膜质量更便于调控，并且振动噪声得到抑制。
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对称喷嘴冷凝装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的冷却支管的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的末级支管的结构示意图；
附图标记说明：1、乏汽入口管路；2、外壳；3、冷凝室；4、热井；5、冷却水入口管路；6、末级支管；7、液膜；8、后冷却器冷却水管；9、后冷却器；10、冷凝水出口管路；11、抽气器；12、喷嘴；13、射流孔。
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对称喷嘴冷凝装置，如图1、图2和图3所示，该对称喷嘴冷凝装置包括：冷凝室3；冷凝室3中安装有冷却水入口管路5和若干个冷却支管，每个冷却支管均包括：对称布置的两个末级支管6；每个末级支管6均与冷却水入口管路5连通，对称布置的两个末级支管6沿程开有多组相互配适的射流孔13，而且成对末级支管6之间沿程阻力维持一致。
该对称喷嘴冷凝装置在工作过程中，汽轮机乏汽从上部通入后均匀分配进入冷凝室3，过冷水从冷却水入口管路5通入冷凝室3中的冷却支管，过冷水自末级支管6射出以后两股对称碰撞形成液膜7，乏汽与液膜7接触进行换热。
本发明实施例提供的对称喷嘴冷凝装置，取消传统射流式冷凝器水室以及折流板，直接在冷凝室内布置冷却支管，通过末级支管上对称布置的射流孔撞击形成冷却水膜，使该对称喷嘴冷凝装置能够直接利用水膜对乏汽进行冷却，不仅简化了冷凝装置的结构，而且提高装置的紧凑度以及冷凝效率。相比于射流撞击折流板形成冷却水膜，该方式更为直接，水膜质量更便于调控，并且振动噪声得到抑制。
基于上述实施例，在一个优选的实施例中，如图1、图2和图3所示，各冷却支管上下交错分层布置，一般排列2至4层。
为防止形成的液膜7相互接触，设置3层及3层以上的冷却支管时，上下对应的各冷却支管中末级支管6之间的射流孔13相互错开。
各射流孔13均倾斜设置在末级支管6上，倾斜角度可根据液膜7的形成情况进行调整。液膜7的质量决定了冷凝效率，液膜7过薄容易导致液膜破碎，影响冷凝量与紧凑度，液膜7过厚使得液膜过冷度未被充分利用，冷热侧端差高于设计值，从而降低冷凝效率。
同时，每个射流孔13上均安装有喷嘴12。成对末级支管6之间开孔位置相同，末级支管6上的各射流孔13的孔径沿流动方向逐渐增大，以使得成对喷嘴12过冷水流速以及射流直径保持一致，并在中间相互撞击形成水膜。
本实施例中，对称喷嘴冷凝装置还包括：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，对称喷嘴冷凝装置还包括：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8和后冷却器9。后冷却器冷却水管8安装在后冷却器9中；冷却水入口管路5与后冷却器冷却水管8连通，冷凝室3通过抽气器11与后冷却器9连通，以通过后冷却器9与后冷却器冷却水管8将上方空气及未冷凝蒸汽进行冷却。
该对称喷嘴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5通入冷凝装置后，一部分冷却水流向冷却支管，冷凝室3中的冷却支管交错排列，每一层末级支管6开有不同孔径小孔并与喷嘴12连接，成对末级支管6之间开孔位置、孔径保持一致，过冷水自喷嘴12射出以后，两股对称碰撞形成液膜7，与乏汽接触冷凝后流入热井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。另一部分流入后冷却器冷却水管8，与抽气器11抽出的蒸汽在后冷却器9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对称喷嘴冷凝装置，直接在冷凝室内布置冷却支管，通过末级支管上对称布置的射流孔撞击形成冷却水膜，使该对称喷嘴冷凝装置能够直接利用水膜对乏汽进行冷却，不仅简化了冷凝装置的结构，而且提高装置的紧凑度以及冷凝效率。相比于射流撞击折流板形成冷却水膜，该方式更为直接，水膜质量更便于调控，并且振动噪声得到抑制。
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 (7)

1.一种对称喷嘴冷凝装置，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冷却支管，各所述冷却支管上下交错分层布置，每个所述冷却支管均包括：对称布置的两个末级支管；每个所述末级支管均与所述冷却水入口管路连通，对称布置的两个所述末级支管沿程开有多组相互配适的射流孔；上下对应的各所述冷却支管中末级支管之间的射流孔相互错开，所述末级支管上的各射流孔的孔径沿流动方向逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的对称喷嘴冷凝装置，其特征在于，各所述射流孔均倾斜设置在所述末级支管上。
3.根据权利要求1所述的对称喷嘴冷凝装置，其特征在于，每个所述射流孔上均安装有喷嘴。
4.根据权利要求1所述的对称喷嘴冷凝装置，其特征在于，所述对称喷嘴冷凝装置还包括：
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。
5.根据权利要求4所述的对称喷嘴冷凝装置，其特征在于，所述对称喷嘴冷凝装置还包括：外壳；所述冷凝室和热井均安装在所述外壳内。
6.根据权利要求4所述的对称喷嘴冷凝装置，其特征在于，所述热井安装有冷凝水出口管路。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的对称喷嘴冷凝装置，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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