CN111852582B - 凝水系统和蒸汽动力装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及蒸汽动力系统技术领域，提供一种凝水系统和蒸汽动力装置。所述凝水系统包括凝汽器、凝水泵和喷射器，凝汽器包括排汽入口和凝水出口，排汽入口用于与原动机的排汽口连通，凝水出口与喷射器的第一入口连通，喷射器的出口与凝水泵的入口连通，凝水泵的出口用于与蒸发器的入口连通，凝水泵的出口还通过凝水回流管与喷射器的第二入口连通。本发明实施例提供的凝水系统，通过在凝汽器和凝水泵之间增加喷射器，并从凝水泵的出口引一部分凝水返回至喷射器的第二入口，通过喷射器引射凝水为凝水泵的入口增压，一定程度上避免凝水泵过流部件附近压力过低而引发气蚀，提高凝水泵可靠性，减小凝水泵的振动噪声。

Description

凝水系统和蒸汽动力装置

技术领域

本发明实施例涉及蒸汽动力系统技术领域，尤其涉及一种凝水系统和蒸汽动力装置。

背景技术

蒸汽动力装置的凝水系统的主要作用是从凝汽器热井中汲取冷凝水并将冷凝水输送到后面的给水系统，以维持汽-水物质循环。如图1所示为现有技术中的蒸汽动力装置结构示意图，由凝汽器1、凝水泵2、蒸发器4和原动机5依次连通，形成热循环系统。原动机5的排汽排入凝汽器1，其热量被凝汽器1内的循环冷源带走而凝结为水，并汇集在凝汽器1底部的热井，然后由凝水泵2抽出送往蒸发器4作为给水。在该蒸汽动力装置中，凝水系统的作用一方面是在汽轮机排气口建立并维持一定的真空，另一方面是保证蒸汽凝结并回收凝结水作为锅炉给水。

船舶上的蒸汽动力装置一般受限于安装空间，凝水系统的凝水泵与凝汽器的热井液面的高度位差较小，使凝水泵进口压力不足，导致在蒸汽动力装置运行过程中，容易在凝水泵的泵叶稍等流速较大、压力较低的部位发生汽化产生汽泡，引发汽蚀现象。尤其当蒸汽动力装置依托的船舶平台在恶劣海况下发生倾斜、摇摆时，凝水泵发生汽蚀的风险进一步加大。

汽蚀对凝水系统乃至蒸汽动力装置的危害极大。首先，如果凝水泵长期在汽蚀条件下运行，会因汽泡交替产生和破裂而在过流部件的表面产生持续强烈的冲击，使凝水泵的过流部件遭到腐蚀破坏，产生麻点乃至穿孔，严重影响凝水泵运行的可靠性；其次，发生气蚀的凝水泵水力性能下降，无法满足系统运行需求；此外，汽泡的连续产生和突然破裂将导致持续的水击而产生明显的振动噪声，影响凝水系统乃至蒸汽动力装置运行的安静性。

发明内容

本发明实施例提供一种凝水系统和蒸汽动力装置，用以解决现有技术中的蒸汽动力装置中的凝水泵容易发生气蚀的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种凝水系统，包括凝汽器、凝水泵和喷射器，所述凝汽器包括排汽入口和凝水出口，所述排汽入口用于与原动机的排汽口连通，所述凝水出口与所述喷射器的第一入口连通，所述喷射器的出口与所述凝水泵的入口连通，所述凝水泵的出口用于与蒸发器的入口连通，所述凝水泵的出口还通过凝水回流管与所述喷射器的第二入口连通。

其中，本发明实施例提供的凝水系统还包括回流水冷却装置，所述回流水冷却装置安装于所述凝水回流管的管路中。

其中，所述回流水冷却装置包括外壳、第一冷却管、冷却水入口和冷却水出口，多根所述第一冷却管安装于所述外壳内，所述第一冷却管的两端分别与所述冷却水入口和冷却水出口连通，所述外壳和所述第一冷却管之间的空隙供回流水流通，所述外壳上设置有第一回流水入口和第一回流水出口，所述第一回流水入口通过所述凝水回流管与所述凝水泵的出口连通，所述第一回流水出口通过所述凝水回流管与所述喷射器的第二入口连通。

其中，所述第一回流水入口在所述外壳上的安装高度不高于所述第一回流水出口在所述外壳上的安装高度。

其中，所述凝水回流管通过所述凝汽器连通所述喷射器的第二入口，以利用所述凝汽器内的冷源对所述凝水回流管内的回流凝水降温。

其中，所述凝汽器包括冷凝区、冷源入口和冷源出口，所述冷凝区分布有多根冷凝管，所述冷凝管的两端分别与所述冷源入口和冷源出口连通，所述冷凝区设置有密封的分隔壳室，多根第二冷却管贯穿所述分隔壳室，所述第二冷却管的两端分别与所述冷源入口和冷源出口连通，所述分隔壳室与所述凝水回流管连通。

其中，所述分隔壳室上设置有分别与所述凝水回流管连通的第二回流水入口和第二回流水出口，所述第二回流水入口靠近所述第二冷却管的一端，所述第二回流水出口靠近所述第二冷却管的另一端。

其中，所述第二冷却管在所述分隔壳室内呈蜂窝煤状分布。

第二方面，本发明实施例提供一种蒸汽动力装置，包括蒸发器、原动机和上述第一方面所述的凝水系统，所述蒸发器的工质出口与所述原动机的进汽口连通，所述原动机的排汽口与所述凝汽器的排汽入口连通，所述凝水泵的出口与所述蒸发器的工质入口连通。

本发明实施例提供的凝水系统，通过在凝汽器和凝水泵之间增加喷射器，并从凝水泵的出口引一部分凝水返回至喷射器的第二入口，通过喷射器引射凝水为凝水泵的入口增压，可以一定程度上避免凝水泵过流部件附近压力过低而引发气蚀，提高凝水泵可靠性，减小凝水泵的振动噪声。

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为现有技术中的蒸汽动力装置结构示意图；

图2为本发明实施例凝水系统的结构示意图；

图3为本发明又一实施例凝水系统的结构示意图；

图4为本发明再一实施例凝水系统的结构示意图；

图5为图4中凝汽器的结构示意图；

图6为图5中凝汽器的横截面示意图；

图7为图6中冷凝管和第二冷却管的布管示意图。

图中：1、凝汽器；11、排汽入口；12、凝水出口；13、冷源入口；14、冷源出口；15、冷凝区；16、冷凝管；17、分隔壳室；171、第二冷却管；18、第二回流水入口；19、第二回流水出口；2、凝水泵；3、喷射器；31、第一入口；32、第二入口；4、蒸发器；5、原动机；6、凝水回流管；7、回流水冷却装置；71、外壳；72、冷却水入口；73、冷却水出口；74、第一回流水入口；75、第一回流水出口。

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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

如图2所示为本发明实施例凝水系统的结构示意图，该凝水系统包括凝汽器1、凝水泵2和喷射器3，凝汽器1包括排汽入口11和凝水出口12，凝汽器1的排汽入口11用于与原动机5的排汽口连通，凝汽器1的凝水出口12与喷射器3的第一入口31连通，喷射器3的出口与凝水泵2的入口连通，凝水泵2的出口用于与蒸发器4的入口连通，凝水泵2的出口还通过凝水回流管6与喷射器3的第二入口32连通。其中，第一入口31为喷射器3中与喷嘴连通的入流口，第二入口32为喷射器3的引流口。

具体的，蒸汽从凝汽器的排汽入口进入凝汽器1，凝汽器1内安装有多根冷凝管，例如多根冷凝管平行分布，且多根冷凝管同侧的一端同时与凝汽器1的冷源入口连通，同侧的另一端同时与凝汽器1的冷源出口连通，冷源从冷源入口13进入，流经冷凝管，然后从冷源出口14排出。其中，冷源一般为环境温度的循环水。进入凝汽器1内的蒸汽与冷凝管进行热交换，形成凝水，凝水聚集于凝汽器1的热井中。凝汽器1的凝水出口12与热井连通，热井中的凝水从凝水出口12输送至喷射器3的第一入口31。凝水进入喷射器3的喷嘴后高速喷出，经扩散管后从喷射器3的出口输送至凝水泵2的入口，从而为凝水泵2的入口增压。

本发明实施例提供的凝水系统，通过在凝汽器1和凝水泵2之间增加喷射器3，并从凝水泵2的出口引一部分凝水返回至喷射器3的第二入口32，通过喷射器3引射凝水为凝水泵2的入口增压，可以一定程度上避免凝水泵2过流部件附近压力过低而引发气蚀，提高凝水泵2可靠性，减小凝水泵2的振动噪声。

但是由于喷射器3是依靠喉部处的高速射流引射凝水，因此喉部的凝水可能会由于速度增加、压力下降而达到饱和温度点，从而在喉部发生局部的汽蚀现象。尤其是在环境温度较高的时候，凝汽器1内的循环冷源的温度较高，使得凝水温度也较高，而加剧喷射器3内的气蚀现象，从而引起喷射器3的安全可靠性和振动噪声问题，降低喷射器3为凝水泵2增压的能力。

为了保证喷射器3的可靠性，维持其为凝水泵2的增压能力，本发明实施例提供的凝水系统还包括回流水冷却装置7。如图3所示为本发明又一实施例凝水系统的结构示意图。回流水冷却装置7安装于凝水回流管6的管路中，以对回流凝水进行降温，使进入喷射器3的引射凝水温度较低，避免凝水在喷射器3的喉部由于速度增加、压力下降而达到饱和温度点发生气蚀，保证喷射器3为凝水泵2的增压能力，从而可以有效的避免凝水泵2发生气蚀以及凝水泵2由于气蚀而产生的振动噪声。应用于船舶上时，即使船舶平台在恶劣海况下发生倾斜或摇摆，仍可以保证凝水泵2的入口压力。提高了蒸汽动力装置的安全可靠性和安静性。

如图3所示，本发明实施例中，回流水冷却装置7包括外壳71、第一冷却管(图中未示出)、冷却水入口72和冷却水出口73，多根第一冷却管安装于外壳71内，第一冷却管的两端分别与冷却水入口72和冷却水出口73连通。具体的，多根第一冷却管平行地分布于外壳71内部，多根第一冷却管同侧的一端同时与冷却水入口72连通，第一冷却管同侧的另一端同时与冷却水出口73连通，冷却水从冷却水入口72进入，流经第一冷却管，然后从冷却水出口73排出。其中，冷却水一般为环境温度的循环水。

外壳71和第一冷却管之间的空隙供回流水流通，外壳71上设置有第一回流水入口74和第一回流水出口75，第一回流水入口74通过凝水回流管6与凝水泵2的出口连通，第一回流水出口75通过凝水回流管6与喷射器3的第二入口连通。回流凝水从第一回流水入口74进入回流水冷却装置7，与回流水冷却装置7内的第一冷却管进行热交换，以对回流凝水进行降温。

本发明实施例中，第一回流水入口74靠近第一冷却管的一端，第一回流水出口75靠近第一冷却管的另一端，以使回流凝水与第一冷却管有最大的换热行程，增大回流凝水与第一冷却管的接触面积。具体的，如图3所示，本发明实施例中，回流水冷却装置7的外壳71为圆柱形壳体，圆柱形壳体的中心轴线与水平面平行，多根第一冷却管沿圆柱形壳体的中心轴线方向平行布置。第一回流水入口74和第一回流水出口75分别设置于圆柱形壳体的柱形侧壁上，且第一回流水入口74靠近第一冷却管的一端，第一回流水出口75靠近第一冷却管的另一端。

其中，第一回流水入口74在外壳71上的安装高度不高于第一回流水出口75在外壳71上的安装高度，以使较高温度的凝水在外壳71内从较低位置的第一回流水入口74自行流向较高位置的第一回流水出口75，从而加快回流凝水与第一冷却管的换热效率。更具体地，第一回流水入口74和第一回流水出口75分别位于外壳71的最下方和最上方。

进一步的，第一冷却管在外壳71内呈蜂窝煤状分布，以使凝水在外壳71和第一冷却管之间趋于均匀分布，有利于凝水的均匀冷却。

如图4所示为本发明再一实施例凝水系统的结构示意图。由于船舶上的安装空间非常有限，本发明实施例中，凝水回流管6通过凝汽器1连通喷射器3的第二入口32，以利用凝汽器1内的冷源对凝水回流管6内的回流凝水降温。使凝汽器1集成了上述实施例所述的回流水冷却装置7对回流凝水冷却的功能，节省了凝水系统乃至蒸汽动力装置的安装空间。

其中，凝汽器1包括冷凝区15、冷源入口13和冷源出口14，冷凝区15分布有多根冷凝管16，冷凝管16的两端分别与冷源入口13和冷源出口14连通。如图5所示为图4中凝汽器的结构示意图，如图6所示为图5中凝汽器的横截面示意图。冷凝区15内设置有密封的分隔壳室17，多根第二冷却管171贯穿分隔壳室17，第二冷却管171的两端分别与冷源入口13和冷源出口14连通，分隔壳室17与凝水回流管6连通。具体的，分隔壳室17上设置有第二回流水入口18和第二回流水出口19，第二回流水入口18通过凝水回流管6与凝水泵2的出口连通，第二回流水出口19通过凝水回流管6与喷射器3的第二入口32连通。

其中，冷源入口13和冷源出口14分别连通冷源入口管和冷源出口管。从冷源入口管输送过来的冷源从冷源入口13进入，同时流经冷凝管16和第二冷却管171，并从冷源出口14中排入冷源出口管。在此过程中，进入凝汽器1内的蒸汽与冷凝管16进行热交换，形成凝水，从凝水出口排出；进入分隔壳室17内的回流凝水与第二冷却管171进行热交换，得到降温，从第二回流水出口19排出，而后进入喷射器3的第二入口32。

本发明实施例中，冷凝管16的长度方向与第二冷却管171的长度方向相同，以使冷凝管16内的冷源和第二冷却管171内的冷源流动方向相同，使冷源在凝汽器1内的流动方向上呈较均匀的降温。

本发明实施例提供的凝水系统，通过在凝汽器1的冷凝区15内设置分隔壳室17，并在分隔壳室17内设置连通凝汽器1的冷源入口13和冷源出口14的第二冷却管171，使凝水泵2出来的回流凝水流经分隔壳室17，从而使凝汽器1具有既可对蒸汽进行冷凝又可对回流凝水进行降温的双重功能，使凝水系统的结构更加紧凑，适用于安装空间有限的船舶用蒸汽动力装置。

本发明实施例中，第二回流水入口18靠近第二冷却管171的一端，第二回流水出口19靠近第二冷却管171的另一端，以使回流凝水与第二冷却管171有最大的换热行程，增大回流凝水与第二冷却管171的接触面积。具体的，如图5所示，本发明实施例中，分隔壳室17为圆柱形壳体，多根第二冷却管171沿圆柱形壳体的中心轴线方向平行布置。第二回流水入口18和第二回流水出口19分别设置于圆柱形壳体的柱形侧壁上，且第二回流水入口18靠近第二冷却管171的一端，第二回流水出口19靠近第二冷却管171的另一端。

本发明实施例中，第二回流水入口18在分隔壳室17上的安装高度不高于第二回流水出口19在分隔壳室17上的安装高度，以使较高温度的凝水在分隔壳室17内从较低位置的第二回流水入口18自行流向较高位置的第二回流水出口19，从而加快回流凝水与第二冷却管171的换热效率。更具体地，第二回流水入口18和第二回流水出口19分别位于分隔壳室17的最下方和最上方。

本发明实施例中，第二冷却管171在分隔壳室17内呈蜂窝煤状分布，以使凝水在分隔壳室17和第二冷却管171之间趋于均匀分布，有利于凝水的均匀冷却。

如图6所示，本发明实施例中，凝汽器1的筒体和分隔壳室17均为圆柱形结构，分隔壳室17位于冷凝区15的几何中心，分隔壳室17的横截面积小于冷凝区15的横截面积。凝水回流管6穿透凝汽器1的筒体外壁分别与分隔壳室17上的第二回流水入口18和第二回流水出口19连通。

如图7所示为图6中冷凝管和第二冷却管的布管示意图，凝汽器1内的冷凝管16沿其筒体的轴线方向布设，第二冷却管171沿分隔壳室17的轴线方向布设，即冷凝管16与第二冷却管171呈平行设置。

本发明实施例中，为了保证喷射器3的第二入口32的具有足够的回流凝水压力，在保证对凝水有效冷却的情况下，分隔壳室17内的第二冷却管171的布置密度和第二冷却管171的管径要尽量的小，避免由于喷射器3第二入口32的压力不足而同样使喷射器3产生气蚀。即第二冷却管171的管径和布置密度需保证对回流凝水具有较小的流动阻力，使回流凝水在分隔壳室17内具有足够的流通面积。根据实际验证，分隔壳室17内的第二冷却管171的直径D1不大于冷凝区15内的冷凝管16的直径D2，例如，0.6≤D1/D2≤0.8；分隔壳室17内的第二冷却管171的管间距S1不小于冷凝区15内的冷凝管16的管间距S2，例如，1≤S1/S2≤1.2。

本发明实施例还提供一种蒸汽动力装置，如图2～4所示，该蒸汽动力装置包括蒸发器4和原动机5，以及如上述实施例所述的凝水系统，蒸发器4的工质出口与原动机5的进汽口连通，原动机5的排汽口与凝汽器1的排汽入口11连通，凝水泵的出口与蒸发器4的工质入口连通。具体的，蒸发器4输出的高温、高压蒸汽进入原动机5，经膨胀对外做功用于发电，变成低温、低压的蒸汽进入凝汽器1进行凝结形成凝水，由喷射器3将凝水输送至凝水泵2，同时给凝水泵2的入口增压，再由凝水泵2将凝水泵送至蒸发器4，从而形成蒸汽动力装置的整个循环系统。其中，蒸发器4可以为锅炉或蒸汽发生器，原动机可以为蒸汽机或汽轮机。

本发明实施例通过喷射器3引射回流凝水为凝水泵2的入口增压，能够避免凝水泵2中流速较大、压力较低的部位发生气蚀，而影响凝水系统乃至蒸汽动力装置的可靠性，同时避免了由于气蚀而产生的振动噪声。

进一步的，为避免喷射器3喉部因凝水速度增加、压力下降而达到饱和温度点，使其喉部发生汽蚀，本发明实施例通过回流水冷却装置7对回流凝水进行冷却处理后再引入喷射器3的第二入口32，或者使凝水回流管6通过凝汽器1连通喷射器3的第二入口32，利用凝汽器1内的冷源对回流凝水进行冷却，从而避免喷射器3发生汽蚀，进一步提高凝水系统和蒸汽动力装置的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本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本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种凝水系统，包括凝汽器和凝水泵，其特征在于，还包括喷射器，所述凝汽器包括排汽入口、凝水出口、冷源入口和冷源出口，所述排汽入口用于与原动机的排汽口连通，所述凝水出口与所述喷射器的第一入口连通，所述喷射器的出口与所述凝水泵的入口连通，所述凝水泵的出口用于与蒸发器的入口连通，所述凝水泵的出口还通过凝水回流管与所述喷射器的第二入口连通；

所述凝水回流管通过所述凝汽器连通所述喷射器的第二入口，以利用所述凝汽器内的冷源对所述凝水回流管内的回流凝水降温；

所述凝汽器包括冷凝区、冷源入口和冷源出口，所述冷凝区分布有多根冷凝管，所述冷凝管的两端分别与所述冷源入口和冷源出口连通，所述冷凝区设置有密封的分隔壳室，多根冷却管贯穿所述分隔壳室，所述冷却管的两端分别与所述冷源入口和冷源出口连通，所述分隔壳室与所述凝水回流管连通。

2.根据权利要求1所述的凝水系统，其特征在于，所述分隔壳室上设置有分别与所述凝水回流管连通的回流水入口和回流水出口，所述回流水入口靠近所述冷却管的一端，所述回流水出口靠近所述冷却管的另一端。

3.根据权利要求1所述的凝水系统，其特征在于，所述冷却管在所述分隔壳室内呈蜂窝煤状分布。

4.一种蒸汽动力装置，包括蒸发器和原动机，其特征在于，还包括如权利要求1～3任一项所述的凝水系统，所述蒸发器的工质出口与所述原动机的进汽口连通，所述原动机的排汽口与所述凝汽器的排汽入口连通，所述凝水泵的出口与所述蒸发器的工质入口连通。

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