CN113847823B - 一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，在现有凝汽器的基础上，所述主凝区与中间蒸汽通道相接处设置有第一导流板，将主凝区与中间蒸汽通道隔离，使蒸汽由中间蒸汽通道流动至边缘蒸汽通道；所述T型空白区与中间蒸汽通道贯通处的两侧分别设置有向T型空白区中心延伸的第二导流板，两侧的第二导流板之间固定设置有连接板，第一导流板、两侧的第二导流板、连接板围设成轴向连通的抽气通道；所述第一导流板与第二导流板之间设置有供不凝性气体流通的间隙。本发明克服了现有凝汽器存在漏气现象的缺陷，进一步提高了凝汽器的效率。

Description

一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器

技术领域

本发明涉及凝汽器技术领域，尤其涉及一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器。

背景技术

凝汽器的作用是将汽轮机排出的乏汽冷凝成水并在汽轮机的排汽口建立与维持一定的真空。大型电站水冷式凝汽器冷却管管束布置的合理与否对蒸汽凝结过程在重要影响，并对其换热性能以及机组的能耗有较大的影响。管束布置不合理将造成蒸汽凝结过程不同程度的汽流相互掺合甚至漏气（未经充分冷凝的蒸汽直接进入抽气口）等。因而设计管束布置来获得合理的蒸汽流场分布是凝汽器设计的重要内容，合理的管束布置是凝汽器性能保证的基础。

目前应用在拖动机组中的侧向冷凝器中很大一部分采用向心式抽气形式，然而这种形式的管板布置有时存在漏气的问题，向心式抽气管束，由于没有空冷区对未充分冷凝的蒸汽进行二次冷凝，经常会出现大量蒸汽直接被抽走的情况，当这种情况发生时，冷凝中会同时伴有较大死区。在该死区中，不冷凝性气体盘踞区域，由于不凝性气体不能及时有效地排出，必然造成不凝性气体局部高浓度。不凝性气体浓度高的地方，冷凝率相应就会低，这是由于不凝结气体不能及时从抽气口抽出。此种情况会导致凝汽器背压升高，汽轮机向外输出功降，产生不必要的能量浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，克服了现有凝汽器存在漏气现象的缺陷，进一步提高了凝汽器的效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，包括设置有蒸汽输入口的凝汽器壳体，所述凝汽器壳体内相对设置有两个主凝区，所述主凝区内设置有换热管束，两个主凝区之间为中间蒸汽通道，每个主凝区与凝汽器壳体之间为边缘蒸汽通道；每一主凝区的的中心设置有与中间蒸汽通道贯通的T型空白区；其特征在于，所述主凝区与中间蒸汽通道相接处设置有第一导流板，将主凝区与中间蒸汽通道隔离，使蒸汽由中间蒸汽通道流动至边缘蒸汽通道；所述T型空白区与中间蒸汽通道贯通处的两侧分别设置有向T型空白区中心延伸的第二导流板，两侧的第二导流板之间固定设置有连接板，第一导流板、两侧的第二导流板、连接板围设成轴向连通的抽气通道；所述第一导流板与第二导流板之间设置有供不凝性气体流通的间隙。

进一步的，所述主凝区的边缘设置有朝向所述T型空白区的蒸汽引导通道。

进一步的，所述第一导流板上设置有若干向蒸汽引导通道延伸的阻力齿板。

进一步的，所述凝汽器壳体内沿轴向间隔设置有若干隔板。

进一步的，所述隔板上对应中间蒸汽通道和/或边缘蒸汽通道的位置开设有供蒸汽轴向流通的第一通流孔，对应抽气通道的位置开设有供不凝性气体轴向流通的第二通流孔。

进一步的，所述第二导流板朝向主凝区的一侧设置有凹纹或凸纹。

进一步的，所述第一导流板的底部设置有顶部开口的集水槽，所述第一导流板正对集水槽的顶部开口的位置设置有导流孔。

进一步的，所述集水槽为U型水封槽，所述U型水封槽包括第一开口和第二开口，所述第一开口高于第二开口，导流孔正对第一开口。

进一步的，所述集水槽朝向蒸汽输入口的一侧设置有尖角。

进一步的，所述尖角为35°。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明增设了第一导流板和第二导流板，重新规划了凝汽器内部的流场；同时根据规划后的流场，在第一导流板和第二导流板之间围设成抽气通道，取代原有的抽气管道。改造后的效果显著，不凝性气体的高浓度区域明显减少，冷凝率明显提高，凝汽器背压明显降低。

2、本发明在第一导流板上增设阻力齿板，进一步改善了由于第一导流板与主凝区缝隙过大导致的漏汽现象，使得不凝性气体高浓度区域仅局限于抽气通道附近以便顺利被抽走，大大增强了凝汽器的冷凝效率。

3、在第一导流板的底部设置有集水槽，可避免蒸汽经冷却后形成凝结水积聚在第一导流板的表面，甚至局部形成积水淹没换热管束从而影响凝汽器整体换热效率。

附图说明

图1为现有技术的向心式抽气凝汽器结构示意图。

图2为现有技术的蒸汽迹线图。

图3为现有技术的主凝区不凝性气体浓度分布图。

图4为现有技术的主凝区冷凝率分布图。

图5为本发明的结构示意图。

图6为本发明省略换热管束的立体图。

图7为图5的A-A剖视图。

图8为第二导流板的结构示意图。

图9为本发明未设阻力齿板的蒸汽迹线图。

图10为本发明未设阻力齿板的主凝区不凝性气体浓度分布图。

图11为本发明未设阻力齿板的主凝区冷凝率分布图。

图12为本发明设置了阻力齿板的蒸汽迹线图。

图13为本发明设置了阻力齿板的主凝区不凝性气体浓度分布图。

图14为本发明设置了阻力齿板的主凝区冷凝率分布图。

图15为图7 的B-B剖视图。

图16为本发明导流孔的安装结构示意图。

图17为本发明集水槽的结构示意图。

图18为本发明集水槽的俯视图。

图19为图18的C-C剖视图。

图中：

1、凝汽器壳体；11、蒸汽输入口；12、隔板；

2、主凝区；21、蒸汽引导通道；22、中间蒸汽通道；23、边缘蒸汽通道；

3、T型空白区；

4、抽气管道；

5、第一通流孔；

6、第一导流板；61、阻力齿板；62、导流孔；

7、第二导流板；71、连接板；72、间隙；73、抽气通道；

8、集水槽；81、第一开口；82、第二开口；

9、第二通流孔。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供现有的向心式抽气凝汽器，包括设置有蒸汽输入口11的凝汽器壳体1，所述蒸汽输入口11用于连接外部汽轮机的排汽口，本发明中，以蒸汽输入口11设置在右侧为例。所述凝汽器壳体1内相对设置有两个主凝区2，所述主凝区内沿轴向设置有若干换热管束（图中省去换热管束）。两个主凝区2呈扇形，上下对称设置于凝汽器壳体1的内部。

两个主凝区2之间为中间蒸汽通道22，每个主凝区2与凝汽器壳体1之间为边缘蒸汽通道23；每一主凝区2的的中心设置有与中间蒸汽通道22贯通的T型空白区3，所述T型空白区3内未设置换热管束。值得一提的是，所述凝汽器壳体1内沿轴向间隔设置有若干隔板12，主要起到固定换热管束的作用。如图1和图15所示，所述隔板12上对应中间蒸汽通道22和/或边缘蒸汽通道23的位置开设有供蒸汽轴向流通的第一通流孔5。

所述主凝区2的边缘设置有朝向所述T型空白区的蒸汽引导通道21，可以使蒸汽从外向内顺流到T型空白区3，主凝区2蒸气流动顺畅，汽阻小，凝结水过冷度小。

T型空白区3的中心设置有抽气管道4，用于将不凝性气体（主要是空气）抽出。

向心式抽气凝汽器设计时，预想蒸汽经过管束后，各个方向冷凝均匀汇入抽气管道时各方向上大部分蒸汽均已经冷凝。然而实际情况并非如此，请参照图2，虚线框所示区域为不凝性气体汇聚区或漏汽区域。

进一步对比图2的蒸汽迹线图、图3的凝区不凝性气体浓度分布图、图4的主凝区冷凝率分布图，我们不难得出，不凝性气体浓度高的地方，冷凝率相应就会低，这是由于不凝性气体不能及时从抽气管道抽出。

向心式抽气凝汽器对布管区域阻力的均衡性要求很高，即管束在蒸汽流动方向上的阻力表现要基本相等（假设各方向进汽量相同时，各方向阻力相等）。实际上这是很难做到的，实际有时各方向上阻力相差较大，就会产生漏汽（未充分冷凝的蒸汽直接进入抽气管道）。

当漏汽发生时，由于抽气系统总抽气能力一般为总蒸汽量的万分之三左右，如果未冷凝的蒸汽直接进入抽气管道，就会占用抽气管道抽走不凝性气体的能力，此时不凝性气体就会在主凝区形成一个或多个不凝性气体汇聚区，形成较高浓度区域。此种情况会导致凝汽器汽背压升高，汽轮机向外输出功降，产生不必要的能量浪费。

实施例二：

本实施例提供一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，在实施例一的基础上，重新规划凝汽器壳体1内部的流场，取消了原有的抽气管道4。

本实施例的结构上下对称，以上半部为例，如图5和图6所示，本实施例在所述主凝区2与中间蒸汽通道22相接处设置有第一导流板6，将主凝区2与中间蒸汽通道22隔离，使蒸汽由中间蒸汽通道22流动至边缘蒸汽通道23，而不会直接进入主凝区。

所述T型空白区3与中间蒸汽通道22贯通处的两侧分别设置有向T型空白区3中心延伸的第二导流板7，两侧的第二导流板7之间固定设置有连接板71，第一导流板6、两侧的第二导流板7、连接板71围设成轴向连通的抽气通道73。相应的，请参照图15，所述隔板12上对应抽气通道73的位置开设有供不凝性气体轴向流通的第二通流孔9，便于顺利抽走不凝性气体。

所述第一导流板6与第二导流板7之间设置有供不凝性气体流通的间隙72。第二导流板7可防止两侧的蒸汽直接进入抽气通道73，而是沿着第二导流板的外侧向下流动，最终到达间隙72。

请参照图9，本实施例的蒸汽迹线图较之实施例一，有了明显的改善，仅在主凝区2靠近第一导流板6的位置存在不凝性气体汇聚区。结合图10的凝区不凝性气体浓度分布图、图11的主凝区冷凝率分布图，本实施例的不凝性气体汇聚区明显减少，布管区域冷凝率时显提高，冷凝器背压降低至少1KPa。

本实施例中，所述第二导流板7由T型空白区3的竖直段延伸至T型空白区3的水平段，中部设置有过渡的倾斜段。两侧的第二导流板7构成大致的“Y型”。为了进一步改善局部的流场，需要增强第二导流板7处的空气阻力，如图8所示，所述第二导流板7朝向主凝区的一侧设置有凹纹或凸纹。

实施例三：

实施例二依旧存在不凝性气体汇聚区的原因在于第一导流板6与主凝区2之间的缝隙太大，导致存在一定的漏气现象。

基于此，继续参照图5、图6和图15，本实施例在实施例二的基础上，进一步在所述第一导流板6上设置有若干向蒸汽引导通道21延伸的阻力齿板61，避免了局部漏气的现象。如图12至图14所示，改后不凝性气体高浓度区域仅局限于抽气通道73附近，所有蒸汽经过换热管束后汇聚到第一导流板6、第二导流板7围成的区域进行二次冷凝，有效地消除了由于布管不均匀所引起的漏汽现象。

不凝性气体能顺利地被抽气通道73抽走，不必依赖形成高浓度区扩散出抽气口，从而大大增强了凝汽器的冷凝效率。从图13、14也可以看出不凝性气体的高浓度区大大减小，而高冷凝率的区域大大增多。

实施例四：

在实施例二和实施例三中，蒸汽经过冷却形成凝结水，容易积聚在上半部的第一导流板6表面，形成积水，甚至淹没换热管从而影响凝汽器整体换热效果。

基于此，如图8所示，本实施例在实施例二/实施例三的基础上，在上半部的第一导流板6的全部或部分的底部设置有用于收集积水的集水槽8。如图16和图17所示，所述集水槽8的顶部开口，所述第一导流板6正对集水槽8的顶部开口的位置设置有导流孔62，便于积水流入集水槽8。

凝汽器壳侧内部不凝性气体的分布会极大的影响凝汽器真空度，为了避免排水的过程中不凝性气体（如空气）的倒灌，如图18和图19所示，所述集水槽8为U型水封槽，所述U型水封槽包括第一开口81和第二开口82，所述第一开口81高于第二开口82，导流孔62正对第一开口81。所述U型水封槽的高度是按照壳侧内第一导流板6上下两侧的压差计算而得。

如图18所示，所述集水槽8朝向蒸汽输入口的一侧设置有尖角β，可以有效降低汽轮机蒸汽（蒸汽流速约80~120m/s）对集水槽8的冲击，保证设备的安全性。优选的，所述尖角β为35°。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，包括设置有蒸汽输入口的凝汽器壳体，所述凝汽器壳体内相对设置有两个主凝区，所述主凝区内设置有换热管束，两个主凝区之间为中间蒸汽通道，每个主凝区与凝汽器壳体之间为边缘蒸汽通道；每一主凝区的中心设置有与中间蒸汽通道贯通的T型空白区；其特征在于，所述主凝区与中间蒸汽通道相接处设置有第一导流板，将主凝区与中间蒸汽通道隔离，使蒸汽由中间蒸汽通道流动至边缘蒸汽通道；所述T型空白区与中间蒸汽通道贯通处的两侧分别设置有向T型空白区中心延伸的第二导流板，两侧的第二导流板之间固定设置有连接板，第一导流板、两侧的第二导流板、连接板围设成轴向连通的抽气通道；所述第一导流板与第二导流板之间设置有供不凝性气体流通的间隙。

2.根据权利要求1所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述主凝区的边缘设置有朝向所述T型空白区的蒸汽引导通道。

3.根据权利要求2所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述第一导流板上设置有若干向蒸汽引导通道延伸的阻力齿板。

4.根据权利要求1所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述凝汽器壳体内沿轴向间隔设置有若干隔板。

5.根据权利要求4所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述隔板上对应中间蒸汽通道和/或边缘蒸汽通道的位置开设有供蒸汽轴向流通的第一通流孔，对应抽气通道的位置开设有供不凝性气体轴向流通的第二通流孔。

6.根据权利要求1所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述第二导流板朝向主凝区的一侧设置有凹纹或凸纹。

7.根据权利要求1或6所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述第一导流板的底部设置有顶部开口的集水槽，所述第一导流板正对集水槽的顶部开口的位置设置有导流孔。

8.根据权利要求7所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述集水槽为U型水封槽，所述U型水封槽包括第一开口和第二开口，所述第一开口高于第二开口，导流孔正对第一开口。

9.根据权利要求7所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述集水槽朝向蒸汽输入口的一侧设置有尖角。

10.根据权利要求9所述的一种基于导流板的向心式双抽气凝汽器，其特征在于，所述尖角为35°。

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