一種減震蒸汽鍋爐的製作方法
2023-06-24 10:04:01
本發明是委託高校進行研發的項目。本發明屬於蒸汽發生領域，尤其涉及一種蒸汽鍋爐，屬於ipc分類號f22領域。
背景技術：
從爐中接受熱量、並使流體從低位流到高位的迴路稱之為「上升迴路」，而接受熱量、並使流體從高位流到低位的迴路稱之為「下降迴路」。一個迴路由一根管子或一組管子組成，這組管子從一個公共點，如聯箱或蒸汽鍋筒引出，終止於同樣為聯箱或鍋筒這樣的公共點。
在大多數自然循環鍋爐設計中，構成蒸發部分的受熱管一般供流體向上流動，但在多鍋筒鍋爐中，蒸發管束的下降受熱管則不然。在這種類型的鍋爐中，下降受熱管提供爐內和蒸發管束部分的上升管的全部循環流量。
一方面，上升管的流體在向上過程中，一般是汽液兩相流，從而使得上升管內的流體是汽液混合物，汽液兩相流的存在使得影響了上升管吸熱的效率。
另一方面，從上升管出口到上鍋筒這一段，因為這一段的空間突然變大，空間的變化會導致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會導致聚集的汽相（汽團）從上升管位置進入上鍋筒，由於氣（汽）液密度差，氣團離開接管位置將迅速向上運動，而氣團原空間位置被氣團推離壁面的液體同時也將迅速回彈並撞擊壁面，形成撞擊現象。氣（汽）液相越不連續，氣團聚集越大，撞擊能量越大。撞擊現象會造成較大的噪聲震動和機械衝擊，對設備造成破壞。
本發明人在前面申請中也設計了一種多管式穩流裝置，參見圖7所示。但是此種裝置在運行中發現，因為管子之間是緊密結合在一起，因此三根管子之間形成的空間a相對較小，因為空間a是三根管子的凸弧形成，因此空間a的大部分區域狹窄，會造成流體難於進入通過，造成流體短路，從而影響了流體的換熱，無法起到很好的穩流作用。同時因為上述結構的多根管子組合在一起，製造困難。
針對上述問題，本發明在前面發明的基礎上進行了改進，提供了一種新的蒸汽鍋爐，從而解決上升管吸熱效率低的問題。
技術實現要素：
本發明提供了一種新的蒸汽鍋爐，從而解決前面出現的技術問題。
為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：
一種蒸汽鍋爐，包括上鍋筒和下鍋筒和連接在上鍋筒和下鍋筒之間的上升管和下降管，其特徵在於，所述上升管內設置穩流裝置，同一根上升管內設置多個穩流裝置，沿著上升管的流體流動方向，相鄰穩流裝置之間的間距不斷減小。
作為優選，沿著上升管的流體流動方向，相鄰穩流裝置之間的間距不斷減小的幅度越來越大。
作為優選，所述上升管內設置穩流裝置，所述穩流裝置包括芯體和外殼，所述芯體設置在外殼中，所述外殼與上升管內壁連接固定，所述芯體是沿著外殼長度方向延伸的一體化結構件，所述結構件上設置有若干數量的貫通孔。
作為優選，所述貫通孔是圓形，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1>2r，其中r是貫通孔半徑。
作為優選，相鄰貫通孔之間設置小孔，通過小孔實現貫通孔之間的連通。
作為優選，所述上升管內壁設置凹槽，所述穩流裝置的外殼設置在凹槽內，所述外殼的內壁與上升管的內壁對齊。
作為優選，上升管為多段結構焊接而成，多段結構的連接處設置穩流裝置。
作為優選，相鄰穩流裝置之間的距離為s，穩流裝置的長度為c，換熱管的外徑為w，貫通孔的半徑為r，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1，滿足如下要求：
s/c＝a-b*ln(w/（2*r）)；
l1/（2*r）=c*(w/（2*r）)-d*(w/（2*r）)2-e
其中ln是對數函數，a,b，c，d，e是參數，其中3.0<a<3.5,0.5<b<0.6；2.9<c<3.1,0.33<d<0.37,4.8<e<5.3；
其中穩流裝置的間距是以相鄰穩流裝置相對的兩端之間的距離；
34<w<58mm；
4<r<6mm;
17<c<25mm；
32<s<40mm；
1.05<l1/（2*r）<1.25。
作為優選，a=3.20，b＝0.54，c=3.03,d=0.35,e=5.12。作為優選，在上升管與水平面形成的夾角為a，則
c*s/c＝a-b*ln(w/d)；c=1/sin(a)d，其中0.09<d<0.11，
20°<a2r，其中r是貫通孔半徑。
通過貫通孔圓心之間的距離l1>2r，使得相鄰的貫通孔42之間保持一定的距離，從而保證各孔更好的分隔兩相流流體。
作為優選，所述芯體是一體化進行加工的結構件。通過設置多孔芯體，可以使得製造簡單。
作為優選，相鄰貫通孔42之間設置小孔實現貫通。通過設置小孔，可以保證相鄰的貫通孔之間互相連通，能夠均勻貫通孔之間的壓力，使得高壓流道的流體流向低壓，同時也可以在流體流動的同時進一步分隔液相和汽相，有利於進一步穩定兩相流動。
作為優選，沿著上升管3內流體的流動方向（即圖3的高度方向），上升管3內設置多個穩流裝置4，從上升管的入口到上升管的出口，相鄰穩流裝置之間的距離越來越短。設距離上升管入口的距離為h，相鄰穩流裝置之間的間距為s，s=f1(h)，即s是以距離h為變量的函數，s』是s的一次導數，滿足如下要求：
s』0;
通過實驗發現，通過如此設置，能夠進一步降低9％左右的震動和噪音，同時提高7％左右的換熱效果。
作為優選，每個穩流裝置4的長度保持不變。
作為優選，除了相鄰的穩流裝置4之間的距離外，穩流裝置其它的參數（例如長度、管徑等）保持不變。
作為優選，沿著上升管內流體的流動方向（流體向上部方向流動），上升管內設置多個穩流裝置4，從上升管的入口到上升管的出口，穩流裝置4的長度越來越長。即穩流裝置的長度為c，c=f2(x)，c』是c的一次導數，滿足如下要求：
c』>0;
進一步優選，從上升管的入口到上升管的出口，穩流裝置的長度越來越長的幅度不斷增加。即c」是c的二次導數，滿足如下要求：
c」>0;
具體理由如相鄰穩流裝置之間的距離的變化相同。
作為優選，相鄰穩流裝置之間的距離保持不變。
作為優選，除了穩流裝置的長度外，穩流裝置其它的參數（例如相鄰的間距、管徑等）保持不變。
作為優選，沿著上升管內流體的流動方向（即沿著上升管延伸方向），上升管內設置多個穩流裝置，從上升管的入口到上升管的出口，不同穩流裝置4內的貫通孔42的直徑越來越小。即穩流裝置的貫通孔直徑為d，d=f3(x)，d』是d的一次導數，滿足如下要求：
d』0。
具體理由如相鄰穩流裝置之間的距離的變化相同。
作為優選，穩流裝置的長度和相鄰穩流裝置的距離保持不變。
作為優選，除了穩流裝置的貫通孔直徑外，穩流裝置其它的參數（例如長度、相鄰穩流裝置之間的距離等）保持不變。
進一步優選，如圖4所示，所述上升管內部設置凹槽，所述穩流裝置4的外殼41設置在凹槽內。
作為優選，外殼41的內壁與上升管的內壁對齊。通過對齊，使得上升管內壁面表面上達到在同一個平面上，保證表面的光滑。
作為優選，外殼41的厚度小於凹槽的深度，這樣可以使得上升管內壁面形成凹槽，從而進行強化傳熱。
進一步優選，如圖5所示，上升管為多段結構焊接而成，多段結構的連接處設置穩流裝置4。這種方式使得設置穩流裝置的上升管的製造簡單，成本降低。
通過分析以及實驗得知，穩流裝置之間的間距不能過大，過大的話導致減震降噪的效果不好，同時也不能過小，過小的話導致阻力過大，同理，貫通孔的外徑也不能過大或者過小，也會導致減震降噪的效果不好或者阻力過大，因此本發明通過大量的實驗，在優先滿足正常的流動阻力（總承壓為2.5mpa以下，或者單根上升管的沿程阻力小於等於5pa/m）的情況下，使得減震降噪達到最優化，整理了各個參數最佳的關係。
相鄰穩流裝置之間的間距為s，穩流裝置的長度為c，上升管的外徑為w，穩流裝置的貫通孔直徑為d，滿足如下要求：
作為優選，相鄰穩流裝置之間的距離為s，穩流裝置的長度為c，換熱管的外徑為w，貫通孔的半徑為r，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1，滿足如下要求：
s/c＝a-b*ln(w/（2*r）)；
l1/（2*r）=c*(w/（2*r）)-d*(w/（2*r）)2-e
其中ln是對數函數，a,b，c，d，e是參數，其中3.0<a<3.5,0.5<b<0.6；2.9<c<3.1,0.33<d<0.37,4.8<e<5.3；
其中穩流裝置的間距s是以相鄰穩流裝置相對的兩端之間的距離；即前面穩流裝置的尾端與後面穩流裝置的前端之間的距離。具體參見圖4的標識。
34<w<58mm；
4<r<6mm;
17<c<25mm；
32<s<40mm；
1.05<l1/（2*r）<1.25。
作為優選，a=3.20，b＝0.54，c=3.03,d=0.35,e=5.12。
作為優選，上升管長度l為3000－8500mm之間。進一步優選，4500－5500mm之間。
進一步優選，40mm<w<50mm；
9mm<2r<10mm;
22mm<c<24mm；
35mm<s<38mm。
通過上述公式的最佳的幾何尺度的優選，能夠實現滿足正常的流動阻力條件下，減震降噪達到最佳效果。
進一步優選，隨著w/r的增加，a不斷減小，b不斷的增加。
對於其他的參數，例如管壁、殼體壁厚等參數按照正常的標準設置即可。
作為優選，貫通孔42在穩流裝置4的整個長度方向延伸。即貫通孔42的長度等於穩流裝置4的長度。
作為優選，在上升管與水平面形成的夾角為a情況下，可以增加修正係數c對數據進行修正，即
c*s/c＝a-b*ln(w/d)；c=1/sin(a)d，其中0.09<d<0.11，優選d=0.10。
20°<a<80°，優選為40－60°。
雖然本發明已以較佳實施例披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。