一種低排汽阻力的凝汽器布管結構的製作方法

2023-06-03 15:51:41

本發明涉及一種汽輪機排汽冷凝用的凝汽器的換熱管的布置結構，具體是一種降低汽輪機排汽阻力、可提高凝汽器管板布管率的結構緊湊的凝汽器換熱管布置結構。

背景技術：

對於有相變的換熱器而言，汽輪機凝汽器的作用是將高速排入的汽輪機乏汽(比容為15m3/kg左右)凝結成水；一般凝汽器中相鄰換熱管(以下簡稱管子)的排列有60°三角形排列、90°四邊形排列和圓形(輻射)排列等型式，但是考慮到凝汽器的尺寸，一般都採用60°的等邊三角形排列，並在此基礎上布置出各種形狀的管束(多個換熱管組成)，如帶狀、教堂型(m型)及樹形(火炬型)管束等等，但都因與高速排汽的擴散角(10～15°)不一致而導致排汽阻力較大；而為了減少排汽阻力再增加排汽槽的數量和寬度的話，會使得凝汽器尺寸較大。

如圖2所示，常規凝汽器的布管結構，主要考慮主冷區管子、空冷區管子、水室橫隔板通道、蒸汽擴散槽等的布置。相鄰管子以正等邊三角形的方式排列布置(凝汽器兩端分別固定一管板，每個管子的兩端分別固定在管板的管孔中)，並組成合適的管束形狀；管束之間形成利於蒸汽流動的擴散槽，擴散槽的擴散角為30°；即擴散槽軸線與垂直方向夾角為30°)。這種布置方式，擴散槽覆蓋的範圍比較窄，分割相同數量(總數和排數)管子的擴散槽的數量就比較多；而且最外側的擴散槽軸線指向進汽口的中間(未能有效覆蓋進汽口的範圍)。由於蒸汽的入口在頂部，蒸汽進入的速度較高(一般在80～100m/s)，蒸汽垂直向下並擴散(擴散角度一般為10°～15°)與擴散槽軸線布置方向不匹配，蒸汽擴散的阻力比較大；為了使進入凝汽器的蒸汽容易擴散和減少阻力，這種布置方式需要較大的蒸汽擴散空間；因而凝汽器腔體內可供布管的空間就減少了。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是克服上述背景技術的不足，提供一種凝汽器布管結構的改進，該布管結構應可在相同尺寸的凝汽器內布置更多的換熱管，或者同樣尺寸的凝汽器和同樣數量的換熱管，排汽的阻力更低，排汽冷凝效果更好，確保凝汽器能在設計的真空壓力下運行，保證凝汽器的換熱效率。

本發明提供的技術方案是：

一種低排汽阻力的凝汽器布管結構,包括定位於凝汽器腔體內若干個相互平行排列的管束，管束之間為利於蒸汽流通的擴散槽，相鄰擴散槽的軸線均平行排列；其特徵在於：所述擴散槽的軸線與凝汽器的豎直軸線形成10～15°的夾角。

每個管束包括多個排列整齊的管子，相鄰管子正三角布置，並且這些管子在管束中形成若干個與凝汽器豎直軸線夾角為10～15°的小擴散槽，以加速氣流導通。

所有管子的兩端分別固定在凝汽器兩端的管板上。

凝汽器的進汽口位於凝汽器的頂端。

本發明的工作原理,是採用與蒸汽擴散角一致的布管結構，即管束之間的擴散槽的軸線與凝汽器的豎直軸線(即凝汽器進氣口的中心線)形成15°的夾角，如圖1所示；這樣使得擴散槽軸線的角度更接近蒸汽汽流的擴散角度(一般為10～15°)；布置在最外側的擴散槽也能更好地覆蓋進汽口的範圍，使排入凝汽機器的蒸汽能更方便地導入擴散槽和管子間隙，大大減少排汽阻力。並且，每個管束中的管排之間也形成了若干條與蒸汽汽流擴散角度相近的小擴散槽，管子的間隙也成為蒸汽快速擴散的空間，相當於大大增加了擴散空間；或者說，採用更少的擴散槽就能分割同樣排數的換熱管，減少凝汽器腔體的尺寸而不影響排汽阻力；使凝汽器的冷凝效果達到更佳狀態。

本發明的有益效果如下：

1、進汽口基本被擴散槽所覆蓋，使布管可以布置到更頂端，提高管板的布管率。

2、較小的擴散角，更接近汽流方向，減少蒸汽進入管束內部的阻力，提高了換熱效率。

3、因為管子間距與汽流方向一致，相當於擴散空間的增加，擴散槽可以用得更少並可以更窄，減少了凝汽器的尺寸也使布管更便捷。

附圖說明

圖1為本發明的布管結構示意圖(凝汽器橫截面結構示意圖；因左右對稱，故省略左半側視圖)。

圖2為現有凝汽器的布管結構示意圖。

圖3為現有凝汽器中相鄰管子的布置結構放大示意圖(相鄰管子正等邊三角形布置)。

圖4為本發明中相鄰管子的布置結構放大示意圖(轉動15°後的結構)。

圖5是圖1中的a部放大結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖並通過實施實例對本發明作進一步說明。

現有凝汽器的布管方式，包括主冷區約1000個管子(即換熱管)和空冷區110個管子共約1110個管子(這些管子組成若干個管束)，以及水室橫隔板通道6及必要的擴散槽，布置在直徑為2米的管腔內；所有管子的兩端分別固定在凝汽器兩端的管板上，凝汽器的進汽口3位於凝汽器的頂端。管束(每個管束由多個排列整齊的管子組成)布置採用帶狀分布，帶寬為6排，相鄰管子按正等邊三角形布置(圖3所示)，需要5個擴散槽(擴散槽軸線分別為k1、k2、k3、k4、k5)，最外側的擴散槽軸線k5隻能覆蓋到進汽口220mm處(半側寬度為500mm)，不到一半。上部擴散空間較大(擴散半徑約750mm)，導致排汽阻力(蒸汽進入凝汽器受到的阻力)較大。

本發明的改進之處在於：所述擴散槽的軸線與凝汽器的豎直軸線5形成15°的夾角。這只需將原有結構整體順時針旋轉15°即成(即將圖2繞凝汽器軸心o順時針轉動15°)；管束中，相鄰管子仍然保持等邊三角形布置結構(圖4所示；兩個下邊管子的軸線連線與凝汽器豎直軸線的夾角，從90°變為105°)，並且這些管子中的每一排管子(即管排)與相鄰排管子形成若干個相互平行且與凝汽器豎直軸線夾角為15°的小擴散槽(如小擴散槽軸線k10；參見圖5)，以加速氣流導通。

順時針旋轉後擴散槽軸線與凝汽器的豎直軸線的角度為15°，最外側的擴散槽k4可覆蓋到進汽口的最外側(500mm左右)，圖1中全部管束的分隔只要4個擴散槽(4個擴散槽的軸線分別為k1、k2、k3、k4)，每個管束具有同樣寬度的管排(6排管子)。同時，相鄰排管子之間與垂直方向夾角為15°的排列結構，使管子之間的間隙成為小擴散槽，能更好地疏散高速的汽輪機乏汽，使排汽阻力降到更低，凝汽器的冷凝效果更佳。

本發明中，所有擴散槽的軸線都正對著排汽口方向，擴散空間顯著減小(擴散半徑約為500mm)同樣是帶狀分布的管子，結構可以更緊湊。凝汽器的腔體直徑可以做得更小，因而具有更高的冷卻性能和更緊湊的結構；這樣可以用更低的成本和更好的性能參與競爭。

經檢測，本發明可以使總排汽阻力較現有結構下降20％以上，或不增加排汽阻力的前提下減少凝汽器管腔直徑5％以上(管腔橫截面面積下降10％以上)。

圖中還有：凝汽器殼體1，進氣口罩殼2。