CN113864563A - 一种调节管道局部流速的工质收束装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调节管道局部流速的工质收束装置及方法，该装置采用内、外双层束流板对管道通流面积调整，辅以双流道套筒建立内、外双层通流空间，内、外层通流空间互相独立；该装置通过外层导向环带动外层束流板，通过外层束流板带动内层束流板张开，使得能够通过驱动螺杆调节系统内的局部流速，对于对工质流速有要求的系统，在局部进行工质流速的调节，使其运行在合理的流速范围之内，避免流速过低影响系统正常运行。

Description

一种调节管道局部流速的工质收束装置及方法

技术领域

本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种调节管道局部流速的工质收束装置及方法。

背景技术

根据现阶段发展，坚持“以热定电”，在符合条件的大中型城市，适度建设大型热电机组，鼓励建设背压式热电机组；在中小型城市和热负荷集中的工业园区，优先建设背压式热电机组；鼓励发展热电冷多联供。

近年来，风电、光伏新能源装机规模不断增加，同时整体受电规模也大幅提升，电网调峰矛盾日益突出。为缓解出现的调差缺口矛盾，提升统调机组调峰能力，各地调度控制中心在总结深度调峰工作基础上，不断制定、完善深度调峰技术规范。部分地区已要求30万千瓦及以上统调公用燃煤发电机组调峰深度达到机组额定出力的40％，明确了各电厂应高度重视机组深度调峰能力建设，尽快落实机组改造计划和资金，加快推进机组调峰能力改造。个别地区已经将深度调峰的目标进一步下探到30％，未来甚至可能达到20％。受此影响，很多对工质流速具有一定要求的系统，都可能面临运行工况超出设计范围的情况，以高温蒸汽的减温系统为例，系统中的蒸汽流速过低，会导致汽水换热不充分，影响调节品质及运行安全。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种调节管道局部流速的工质收束装置及方法，以解决现有技术中调节蒸汽流速不及时，影响调节品质及运行安全的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种调节管道局部流速的工质收束装置，包括从上到下依次连接的上端盖、入口段、调节段壳体和出口段壳体；

所述调节段壳体中设置有双流道套筒，双流道套筒包括同轴线的内套筒和外套筒，内套筒设置在外套筒中，所述内套筒的上端突出外套筒，内套筒和外套筒之间有环形腔体；

所述双流道套筒的上端设置有同轴线的内层束流板和外层束流板，内层束流板设置在外层束流板内，内层束流板和外层束流板均为倒立的环状锥台形式；内层束流板由若干个梯形内板组成，外层束流板由若干个梯形外板组成；相邻梯形外板之间的缝隙和相邻梯形内板之间的缝隙交错设置；内层束流板的下端和外层束流板的下端连接，内层束流板的下部套装在内套筒的上端；

所述内层束流板和外层束流板的上端共同连接有内层限位环，所述内层限位环外套装有外层导向环，外层导向环的外侧壁上沿其周向均布有齿部，外层导向环的下部通过连接杆和外层束流板的上部连接；

所述调节段壳体插入有驱动螺杆，驱动螺杆的轴线垂直于调节段壳体的轴线，驱动螺杆和齿部啮合；

所述内层束流板的上方设置有工质入口，所述出口端壳体设置有工质出口。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述梯形内板沿内层束流板的周向相邻设置；所述梯形外板沿外层束流板的周向相邻设置。

优选的，内层束流板和外层束流板的下部通过若干个弹簧连接，所述弹簧沿外层束流板的周向设置。

优选的，所述内层束流板的上端沿其周向设置有若干个第一弧形凸起，第一弧形凸起在内层束流板的上端等分设置；

所述外层束流板的上端沿其周向设置有若干个第二弧形凸起，第二弧形凸起在外层束流板的上端等分设置；

所述内层限位环的下端沿其周向设置有若干个第三弧形凸起，第三弧形凸起在内层限位环的下端等分设置；

三类弧形凸起交错布置，所有的弧形凸起共同通过连接环连接。

优选的，所述内层导向环通过限位螺栓和调节段壳体连接。

优选的，所述内层导向环的下端设置有向外的凸台，所述外层导向环设置在凸台上。

优选的，所述外层导向环的下部通过球头连杆与固定螺栓和外层束流板的上部连接。

优选的，所述驱动螺杆通过驱动机构驱动，所述驱动机构为手动、电动或其他型式的执行机构。

优选的，所述工质入口开设在上端盖或入口段上。

一种基于上述工质收束装置的收束方法，所述驱动螺杆通过齿部带动外层导向环做周向转动，外层导向环通过连接杆给予外层束流板施加力，相邻的梯形外板之间的缝隙增大或缩小，相对应的，梯形外板的下端带动梯形内板的下端向外移动或向内移动，使得整个内层束流板的下端张开或闭合；

当内层束流板的下端张开时，工质通过工质入口进入内层束流板中，同时通过内套筒和环形腔体，最后通过工质出口流出；当内层束流板的下端闭合时，工质通过工质入口进入内层束流板中，依次通过内套筒和工质出口流出。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种调节管道局部流速的工质收束装置，该装置采用内、外双层束流板对管道通流面积调整，辅以双流道套筒建立内、外双层通流空间，内、外层通流空间互相独立；该装置通过外层导向环带动外层束流板，通过外层束流板带动内层束流板张开，使得能够通过驱动螺杆调节系统内的局部流速，对于对工质流速有要求的系统，在局部进行工质流速的调节，使其运行在合理的流速范围之内，避免流速过低影响系统正常运行。该调节管道局部流速的工质收束装置及方法，在基本保持既有管道布置的基础上，不另设小口径旁路，仅增加局部装置和管道组件，避免显著增加运行人员工作量或过度复杂化系统，系统所占用的总空间基本维持不变。该装置可以根据工质通流情况关闭或开启外层通流空间，根据需要对管道内的工质流速进行调节，对于需要工质流速在一定区间内方可正常运行的系统，可以在拓展其正常运行的工况范围。

进一步的，通过梯形内板和梯形外板的排列，使得内层束流板和外层束流板的底部能够张开和闭合。

进一步的，内、外层束流板下部顶端具有两个连接点，通过弹簧连接在一起，使二者可以同步运动。

进一步的，内层导向环在下部沿周向均匀排布有弧形凸起，凸起中开设有孔心通孔，通孔突出于环身；内、外双层束流板顶部有弧形凸起，每一个弧形凸起中设置有空心通孔；上述通孔中心线位位于同一圆周上；一根连接圆环沿周向贯穿上述通孔，从而将内层导向环与内、外层束流板连接起来且内、外层束流板可以沿连接圆环转动从而调节角度。

进一步的，内层限位环通过限位螺栓与调节段壳体进行连接，从而实现轴向及周向限位。

进一步的，内层限位环套装于外层导向环之内，同时通过设置有台阶，使得为错落式设计，对外层导向环进行轴向限位；

进一步的，外层束流板与外层导向环下部通过球头连杆和固定螺栓相连。

进一步的，外层导向环上部为齿轮形状，在调节段壳体侧方装有传动螺杆与其啮合，可以通过手动、电动或其他型式执行机构驱动传动螺杆，带动外层导向环，进而调节内、外层束流板的启闭角度，从而调整管道通流面积。

进一步的，工质入口能够设置在上端盖或入口段上，整个装置能够根据实际的使用环境进行选择。

本发明还公开了一种收束方法，相较于常规设置小口径旁路以提高工质流速的方法，本发明提出的方法不需要另设旁路，减少了相应的管道、管件、阀门等的投资费用，减少了相应的运行、检修、维护等工作量，系统清晰明了、管线简洁；节约空间，不需要另设旁路占用现场检修及巡检空间，特别是对于布置紧凑、空间紧张的现场优势显著；简化系统，避免了双重管道系统涉及的两路系统切换等问题；减少工质浪费，由于不存在双管道系统的切换，也就避免了切换过程中出现的暖管、疏水等情况，节约工质；可根据工质通流情况关闭或开启外层通流空间，进而调整管道内的工质流速，减少了运行人员在调节流速过程中的工作量；通过上述结构和方法，可以实现对管道局部流速的调节，维持工质流速在合理范围内。

附图说明

图1为实施例1装置的主视剖视图；

图2为实施例1装置的立体剖视图；

图3为实施例1装置的侧视剖视图；

图4为实施例1装置的俯视图；

图5为实施例1的调节流量结构示意图；

图6为实施例1的导向结构和束流板结构示意图；

图7为实施例1的导向结构的细节图；

图8为实施例1的内层束流板和外层束流板的下部细节图；

图9为实施例1的内层束流板和外层束流板的下部连接仰视图；

图10为实施例2的直通式剖面轴测图；

图11为实施例2的直通式剖面侧视图。

图中：1-上端盖紧固螺栓；2-上端盖紧固螺母；3-上端盖；4-入口段；401-工质入口；5-调节段紧固螺栓；6-调节段紧固螺母；7-限位螺栓；8-外层导向环；9-内层限位环；10-固定螺栓；11-连接环；12-球头连杆；13-外层束流板；14-内层束流板；15-弹簧；16-双流道套筒；17-调节段壳体；18-出口段壳体；19-出口段壳体紧固螺母；20-出口段壳体紧固螺栓；21-驱动螺杆；22-驱动机构；24-工质出口；801-齿部；901-第三弧形凸起；902-凸台；1301-梯形外板；1302-第二弧形凸起；1401-梯形内板；1402-第一弧形凸起；1601-内套筒；1602-外套筒；1603-环形腔体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，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；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。

参见图1，一种调节管道局部流速的工质收束装置，包括从上到下依次连接的上端盖3、入口段4、调节段壳体17和出口段壳体18；上端盖3和入口段4的上端通过上端盖紧固螺栓1和上端盖紧固螺母2连接，入口段4和调节段壳体17的上端通过调节段紧固螺栓5和调节段紧固螺母6连接，调节段壳体17的下端和出口段壳体18通过出口段壳体紧固螺母19和出口段壳体紧固螺栓20连接。

参见图2、图3和图4，入口段4的结构为圆柱状，调节段壳体17整体成圆柱状，入口段4侧壁上开设有工质入口401。调节段壳体17中插入有驱动螺杆21，驱动螺杆21的外端连接有执行机构22，图中的驱动机构22为手动式，驱动机构22能够为电动或其他形式的执行机构。

参见图2和图5，调节段壳体17的内部从上到下设置有导向结构和束流板。导向结构包括同轴线的内层限位环9和外层导向环8，所述内层限位环9外套装有外层导向环8，所述内层导向环9的下端设置有向外的凸台902，所述外层导向环8设置在凸台902上，外层导向环8的外侧壁上沿其周向设置有均布的齿部801。凸台902上设置有螺纹孔，限位螺栓7穿过螺纹孔，将内层导向环9和调节段壳体17连接，使得内层导向环9和调节段壳体17刚性连接。

参见图6，导向结构的下部设置有束流板，束流板包括同轴线的内层束流板14和外层束流板13，内层束流板14套装在外层束流板13的内侧，内层束流板14和外层束流板13均为倒立的环状锥台形式；内层束流板14由若干个梯形内板1401组成，外层束流板13由若干个梯形外板1301组成；相邻的内层束流板14相邻但不连接，相邻的外层束流板13相邻但不连接；相邻梯形外板1301之间的接缝和相邻梯形内板1401之间的接缝交错设置；内层束流板14的下端和外层束流板13的下端连接，内层束流板14的下部套装在内套筒1601的上端；所述梯形内板1401沿内层束流板14的周向相邻设置；所述梯形外板1301沿外层束流板13的周向相邻设置。内层束流板14和外层束流板13的下部通过若干个弹簧15连接，参见图8和图9，一个梯形外板1301通过两个弹簧15分别和一个梯形内板1401连接，相对应的一个梯形内板1401通过两个弹簧分别和一个梯形外板1301连接，所述弹簧15沿外层束流板13的周向等分设置。

参见图6和图7，所述内层束流板14的上端沿其周向设置有若干个第一弧形凸起1402，第一弧形凸起1402在内层束流板14的上端等分设置；所述外层束流板13的上端沿其周向设置有若干个第二弧形凸起1302，第二弧形凸起1302在外层束流板13的上端等分设置；所述内层限位环9的下端沿其周向设置有若干个第三弧形凸起901，第三弧形凸起901在内层限位环9的下端等分设置；三个弧形凸起设置在同一个圆周线上，每一个弧形凸起沿轴线方向开设有弧形通孔，三个弧形凸起交错布置，参见图7，作为一个案例，相邻的两个第一弧形凸起1402之间设置有两个第三弧形凸起901，两个第三弧形凸起901之间设置有一个第二弧形凸起1302；所有的凸起共同通过连接环11连接，具体的连接环11穿过所有的弧形通孔，将内层束流板14、外层束流板13和内层限位环9连接。所述外层导向环8的下部通过球头连杆12和外层束流板13的上部连接，使得外层导向环8转动时，能够给予外层束流板13力，外层束流板13的上端以连接环11为轴，下端向外张开。

所述调节段壳体17中设置有双流道套筒16，双流道套筒16包括同轴线的内套筒1601和外套筒1602，内套筒1601设置在外套筒1602中，所述内套筒1601的上端突出外套筒1602，内套筒1601和外套筒1602之间有环形腔体1603；内层束流板14插入在内套筒1601突出的端部上。双流道套筒一体成型，与阀体之间不进行刚性连接，避免部分进汽的情况下套筒与阀体膨胀不一致产生较大应力；必要情况下，可完全关闭外层通流空间，仅保留内层通流空间，以避免小流量工况下，管道内的工质流速过低，影响相关系统正常运行。

插入的驱动螺杆21的轴线垂直于调节段壳体17的轴线，驱动螺杆21和齿部801啮合；使得驱动螺杆21转动时，带动外层导向环8转动。

实施例2

参见图10和图11，该实施例中工质入口401开设在上端盖3上，工质入口401和调节段壳体17同轴线。其他未涉及部分和实施例1相同。

上述两个实施例的工作方法为：

驱动螺杆21通过齿部801带动外层导向环8做周向转动，外层导向环8通过连接杆给予外层束流板13力，相邻的梯形外板1301在力的作用下以连接环11为轴，下端向外张开或闭合，相对应的，梯形外板1301的下端带动梯形内板1401的下端向外移动或向内移动，使得整个内层束流板14的下端张开或闭合；

当内层束流板14的下端张开时，工质通过工质入口4进入内层束流板14中，同时通过内套筒1602和环形腔体1603的，最后通过工质出口24流出；当内层束流板14的下端闭合时，工质通过工质入口4进入内层束流板14中，依次通过内套筒1602和工质出口24流出。

应用例

以采用本方法的一种调节管道局部流速的工质收束装置为例，其示意如附图所示。选取常见的供汽参数1.8MPa，300℃作为工质参数。以DN400的管道为例，按照最大流速60m/s进行估算，该工质参数下其通流能力约为194t/h。对于需要进行减温减压的系统，根据相关标准，运行范围应满足30％～100％设计流量。具体到本例中，系统运行范围约为58t/h～194t/h，当系统流量过低时，减温减压装置可能无法正常运行。

采用本方法的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其通过内、外双层束流板对管道通流面积调整，辅以双流道套筒建立内、外双层通流空间，内层约为DN300，外层约为DN400，外层通流空间开启的情况下，内、外双层束流板在执行机构的驱动下保持稳定的开启状态，此时内、外层通流面积之和与DN400的管道相当，系统可以达到最大通流能力，系统运行范围同上，约为58t/h～194t/h；外层通流空间关闭的情况下，内、外双层束流板在执行机构的驱动下保持稳定的闭合状态，外层通流空间被封闭，系统仅内层通流空间允许工质通过，参照上述最大流速进行估算，系统运行范围约为95t/h～28.5t/h；综合上述运行工况，可以看到在工质参数相同，运行要求一致的情况下，系统的运行范围由58t/h～194t/h，拓展到28.5t/h～194t/h，也就是由30％～100％设计流量，拓展到15％～100％设计流量，效果显著。

本发明公开的一种调节管道局部流速的工质收束装置及方法，采用内、外双层束流板对管道通流面积调整，辅以双流道套筒建立内、外双层通流空间，内、外层通流空间互相独立；内、外双层束流板通过连接环与内层限位环进行连接；内层限位环通过限位螺栓与调节段壳体进行连接，从而实现轴向及周向限位；内层限位环套装于外层导向环体之内，同时通过错落式设计对外层导向环进行轴向限位；内层导向环在下部沿周向均匀排布有弧形的空心通孔，通孔突出于环身；内、外双层束流板顶部有弧形空心通孔；上述通孔中心线位位于同一圆周上；一根连接圆环沿周向贯穿上述通孔，从而将内层导向环与内、外层束流板连接起来且内、外层束流板可以沿连接圆环转动从而调节角度；内、外层束流板下部顶端具有两个连接点，通过弹簧连接在一起，使二者可以同步运动；外层束流板与外层导向环下部通过球头连杆和固定螺栓相连；外层导向环上部为齿轮形状，在调节段壳体侧方装有传动螺杆与其啮合，可以通过手动、电动或其他型式执行机构驱动传动螺杆，带动外层导向环，进而调节内、外层束流板的启闭角度，从而调整管道通流面积；双流道套筒一体成型，与阀体之间不进行刚性连接，避免部分进汽的情况下套筒与阀体膨胀不一致产生较大应力；必要情况下，可完全关闭外层通流空间，仅保留内层通流空间，以避免小流量工况下，管道内的工质流速过低，影响相关系统正常运行。

系统运行时，通过监测系统流量、压力、温度的方式判断系统运行状态，工质流量较大、流速满足要求时，内、外层束流板在驱动力的作用下打开，双流道套筒外层通流空间打开，内、外层通流空间均有工质通过；工质流量较小、流速无法满足要求时，内、外层束流板在驱动力作用下闭合，双流道套筒外层通流空间封闭，外层通流空间无工质通过，仅内层通流空间允许工质通过，工质通流面积减小流速提高。

通过上述结构，可以实现对管道局部流速的调节，维持工质流速在合理范围内。

配置电动或其他型式执行机构时，可以通过合理的逻辑设计，不需要人为操作，根据工质通流情况自动进行内、外层束流板的闭合或开启操作，减少运行人员在流速调节过程中的工作量。

特别是对于电力行业，当前深度调峰的要求日益严格，需要不断拓展机组及其辅助设备的运行范围，采用本发明后，对于工质流速有一定要求的系统，其运行范围可以适应深度调峰对其提出的要求，显著改善部分系统在低工质流速工况下的运行状态，为系统的稳定可靠运行提供支持。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，包括从上到下依次连接的上端盖(3)、入口段(4)、调节段壳体(17)和出口段壳体(18)；

所述调节段壳体(17)中设置有双流道套筒(16)，双流道套筒(16)包括同轴线的内套筒(1601)和外套筒(1602)，内套筒(1601)设置在外套筒(1602)中，所述内套筒(1601)的上端突出外套筒(1602)，内套筒(1601)和外套筒(1602)之间有环形腔体(1603)；

所述双流道套筒(16)的上端设置有同轴线的内层束流板(14)和外层束流板(13)，内层束流板(14)设置在外层束流板(13)内，内层束流板(14)和外层束流板(13)均为倒立的环状锥台形式；内层束流板(14)由若干个梯形内板(1401)组成，外层束流板(13)由若干个梯形外板(1301)组成；相邻梯形外板(1301)之间的缝隙和相邻梯形内板(1401)之间的缝隙交错设置；内层束流板(14)的下端和外层束流板(13)的下端连接，内层束流板(14)的下部套装在内套筒(1601)的上端；

所述内层束流板(14)和外层束流板(13)的上端共同连接有内层限位环(9)，所述内层限位环(9)外套装有外层导向环(8)，外层导向环(8)的外侧壁上沿其周向均布有齿部(801)，外层导向环(8)的下部通过连接杆和外层束流板(13)的上部连接；

所述调节段壳体(17)插入有驱动螺杆(21)，驱动螺杆(21)的轴线垂直于调节段壳体(17)的轴线，驱动螺杆(21)和齿部(801)啮合；

所述内层束流板(14)的上方设置有工质入口(4)，所述出口端壳体(18)设置有工质出口(24)。

2.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，所述梯形内板(1401)沿内层束流板(14)的周向相邻设置；所述梯形外板(1301)沿外层束流板(13)的周向相邻设置。

3.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，内层束流板(14)和外层束流板(13)的下部通过若干个弹簧(15)连接，所述弹簧(15)沿外层束流板(13)的周向设置。

4.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，所述内层束流板(14)的上端沿其周向设置有若干个第一弧形凸起(1402)，第一弧形凸起(1402)在内层束流板(14)的上端等分设置；

所述外层束流板(13)的上端沿其周向设置有若干个第二弧形凸起(1302)，第二弧形凸起(1302)在外层束流板(13)的上端等分设置；

所述内层限位环(9)的下端沿其周向设置有若干个第三弧形凸起(901)，第三弧形凸起(901)在内层限位环(9)的下端等分设置；

三类弧形凸起交错布置，所有的弧形凸起共同通过连接环(11)连接。

5.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，所述内层导向环(9)通过限位螺栓(7)和调节段壳体(17)连接。

6.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，所述内层导向环(9)的下端设置有向外的凸台(902)，所述外层导向环(8)设置在凸台(902)上。

7.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，所述外层导向环(8)的下部通过球头连杆(12)与固定螺栓(10)和外层束流板(13)的上部连接。

8.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，所述驱动螺杆(21)通过驱动机构(22)驱动，所述驱动机构(22)为手动、电动或其他型式的执行机构。

9.根据权利要求1所述的一种调节管道局部流速的工质收束装置，其特征在于，所述工质入口开设在上端盖(3)或入口段(4)上。

10.一种基于权利要求1-9任意一项所述工质收束装置的收束方法，其特征在于，所述驱动螺杆(21)通过齿部(801)带动外层导向环(8)做周向转动，外层导向环(8)通过连接杆给予外层束流板(13)施加力，相邻的梯形外板(1301)之间的缝隙增大或缩小，相对应的，梯形外板(1301)的下端带动梯形内板(1401)的下端向外移动或向内移动，使得整个内层束流板(14)的下端张开或闭合；

当内层束流板(14)的下端张开时，工质通过工质入口(4)进入内层束流板(14)中，同时通过内套筒(1602)和环形腔体(1603)，最后通过工质出口(24)流出；当内层束流板(14)的下端闭合时，工质通过工质入口(4)进入内层束流板(14)中，依次通过内套筒(1602)和工质出口(24)流出。

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