用於控制流體的設備和系統的製作方法

2023-05-30 13:39:16 4

專利名稱：用於控制流體的設備和系統的製作方法
技術領域：
本文所述的實施例大體而言涉及流體運輸系統的控制，且更具體而言，涉及用於 導送水以便於冷卻水系統操作的方法和設備。
背景技術：
至少某些已知發電站包括與至少一個發電蒸汽渦輪系統整合的冷卻或循環水系 統。許多已知的蒸汽渦輪系統從蒸汽發生系統接收蒸汽，且蒸汽渦輪使用蒸汽來發電。許 多已知的蒸汽渦輪系統向配接於循環水系統內的冷凝單元排放用過的蒸汽，其中蒸汽被冷 凝以在蒸汽渦輪系統中再使用。至少某些已知的冷卻水系統包括至少一個冷卻塔和至少一 個循環水泵，它們各與蒸汽冷凝單元配接成流體連通。已知循環水泵中的至少某些在泵的吸入部分附近引起漩渦作用和渦流生成。但 是，在泵吸入口的這種漩渦可能會造成泵吸入口處的水壓和速度的不均勻分布和突然變 化，這可能會由於可用於泵吸入口的淨正吸入壓頭(NPSH)減小而導致泵降低的性能。此 外，在泵吸入口附近的這種渦流可能包括浸沒渦流，其向水內引起預旋，或者類似漩渦條 件，且可能會發展成自由表面渦流，自由表面渦流向泵吸入口內導送空氣(即，空化)。過度 的漩渦和空化可增加泵中的噪聲和/或振動，其隨著時間可能會增加維護成本和/或替換 成本。此外，用於降低漩渦和/或渦流生成的已知方法可僅提供有限的益處且通常較為昂
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發明內容
提供此簡要描述來以簡化形式介紹概念的選擇，其將在下文的具體實施方式
中進 一步展開描述。此簡要描述並不意圖確定所要求保護的主題的關鍵特徵或基本特徵，也不 意圖用於輔助判定所要求保護的主題的範圍。在一方面，提供一種流體轉移系統。流體轉移系統包括流體供應源。流體供應源 包括從底部延伸的至少一個壁。流體轉移系統還包括位於流體供應源內的至少一個流體轉 移設備。流體轉移系統還包括流體控制系統。流體控制系統包括至少部分地在壁與至少一 個流體轉移部分之間配接於流體供應源內的板。流體控制系統還包括在壁與至少一個流體 轉移設備之間從該板延伸的至少一個分隔件。至少一個分隔件與該板合作以至少部分地將 流體流導入至少一個流體轉移設備。在另一方面，提供一種流體控制裝置。流體控制裝置位於距流體轉移設備的預定 距離處。流體控制裝置包括限定頂部中心部分的錐形基部和插入錐形基部的至少一部分內 的多個葉片，多個葉片從頂部中心部分徑向向外延伸。在又一方面，提供一種流體控制系統。流體控制系統包括至少部分地在壁與至少 一個流體轉移設備之間配接於流體供應源內的板。流體控制系統還包括在壁與至少一個流 體轉移設備之間從該板延伸的至少一個分隔件。該至少一個分隔件與該板合作以至少部分 地將流體流導入至少一個流體轉移設備。


通過結合附圖來參考下文的描述可更好地理解本文所述的實施例。圖1是示範性發電站的一部分的示意圖；圖2是可用於圖1所示的發電站的示範性循環水泵坑的示意圖；圖3是可用於圖2所示的循環水泵坑的示範性流體控制裝置的透視圖；圖4是圖3所示的流體控制裝置的示意圖；圖5是可用於圖2所示的循環水泵坑的示範性流體控制系統的第一示意圖；圖6是圖5所示的流體控制系統的俯視圖；圖7是圖5和圖6所示的流體控制系統的第二示意圖；圖8是關於區域A所取的圖7所示的流體控制系統的細節的示意圖；圖9是關於區域B所取的圖7所示的流體控制系統的細節的示意圖；以及圖10是關於區域C所取的圖7所示的流體控制系統的細節的示意圖。
具體實施例方式圖1是工業設施100的一部分且更具體而言示範性發電站100的示意圖。在示範 性實施例中，發電站100包括蒸汽渦輪系統102，其包括與蒸汽發生系統(未圖示)配接成 流動連通的蒸汽入口 104。蒸汽渦輪系統102還包括蒸汽渦輪組件106，蒸汽渦輪組件106 接收由蒸汽入口 104導送的蒸汽。蒸汽渦輪組件106配接至發電機(未圖示)。在示範性實施例中，發電站100還包括蒸汽冷凝單元110。蒸汽冷凝單元110包括 多個冷凝管112。蒸汽冷凝單元還包括冷凝液出口 114，冷凝液出口 114與和蒸汽發生系統 相關聯的冷凝液/給水系統(未圖示)配接成流動連通。另外，在示範性實施例中，發電站100包括流體轉移系統，或者更具體而言，循環 水系統120。在示範性實施例中，循環水系統120包括至少一個冷卻塔122。循環水系統 120可包括能使循環水系統120能如本文所述起作用的任意多個和任何類型的冷卻塔122。 循環水系統還包括在冷卻塔122內的噴水歧管124、以及溫水管道126，溫水管道126與噴 水歧管124和冷凝管112配接成流動連通。在示範性實施例中，循環水系統120還包括定 位於噴水歧管124下方的至少一個水盤128和在水盤128下方的冷卻塔盆129。而且，在示範性實施例中，循環水系統120包括循環水供應源130，且更具體而言， 示範性循環水泵坑130。冷水管道132與冷卻塔盆129和循環水坑泵130配接成流體連通。 循環水系統120還包括至少一個流體轉移設備，或者更具體而言，在示範性實施例中，多個 循環水泵150，其至少部分地浸沒於循環水泵坑130內。在示範性實施例中，循環水泵150 是離心泵，其具有已知的NPSH要求，且循環水泵坑130的大小至少部分地便於提供已知的 NPSH要求。循環水系統120還包括泵排放管道152，其與循環水泵150和冷凝管112配接 成流體連通。在操作中，自蒸汽發生系統的高溫蒸汽(未圖示)經由蒸汽入口 104導送至蒸汽 渦輪組件106。蒸汽引起蒸汽渦輪組件106的旋轉，蒸汽渦輪組件106的旋轉隨後使發電機 旋轉。循環水(未圖示)在冷凝管112內導送，且自蒸汽渦輪組件106排放的蒸汽由冷凝 管112冷卻且冷凝成水(未圖示)，水從蒸汽冷凝單元110經由冷凝液出口 114導送至冷凝液/給水系統內。而且，在操作中，溫循環水(未圖示)經由溫水管道126從蒸汽冷凝單元110導送 到噴水歧管124。溫循環水從噴水歧管124朝向水盤128排放，其中水撞擊到水盤128上且 落入到冷卻塔盆129內。溫循環水在從噴水歧管124輸送到冷卻塔盆129期間冷卻，且在 冷水池(未圖示)中的盆129內收集。冷水(未圖示)經由冷水管道132從盆129導送至 循環水泵坑130。冷水存儲於循環水泵坑130內，之後經由循環水泵150和泵排放管道152 導送至冷凝管112內。雖然在示範性實施例內，循環水系統120整合於發電站100內，系統120可實施於 能使得系統120如本文所述操作的任何工業設施內，包括(但不限於)食品和化學品處理 設施，製造設施和空調系統。圖2是水泵坑130的示意圖。在使用期間，坑130至少部分地維持裝有水160以 限定流體自由表面162，或者更具體而言，高度Hw高於坑底部164的水位線162。循環水泵 150定位於坑130內，配接至坑壁166，且包括泵吸入部分168。泵150至少部分地保持浸 沒，使得淨正吸入壓頭(NPSH)可用於泵吸入部分168。泵150具有軸向中心線170。在操作中，冷水160從冷卻塔122 (在圖1中示出)導送至坑130，如上文所述。在 操作期間，坑130收集朝向泵150導送的水160。抽送到泵吸入部分168的水160朝向蒸汽 冷凝單元110導送，如上文所述。圖3是可用於循環水泵坑130 (在圖2中示出)的示範性流體控制裝置200，或者 更具體而言，十字錐形(crucicone)反旋裝置200的透視圖。在示範性實施例中，反旋裝置 200包括具有直徑D的錐形基部202。錐形基部202包括頂部中心部分203，其在示範性實 施例中具有等於大約0. 28D的高度Hasd。而且，在示範性實施例中，反旋裝置200包括四個 葉片204，它們彼此之間以大約90°間隔開定向，且每個葉片從頂部中心部分203徑向向外 延伸。或者，反旋裝置200可包括能使反旋裝置200如本文所述起作用的以任何方位的任 意多個葉片204，包括(但不限於)三個葉片以大約120°隔開定向及五個葉片以大約72° 隔開定向。在示範性實施例中，葉片204具有大約0. 02D的葉片厚度T。此外，在示範性實施 例中，錐形基部202的曲率半徑(未圖示)大約為0.66D。在示範性實施例中，通過使第一 基本矩形板206與第二基本矩形板208在錐形基部202內頂部中心部分203相交而形成葉 片204，由此葉片204形成基本十字形的圖案。或者，葉片204可定向為使反旋裝置200如 本文所述起作用的任何圖案。圖4是位於循環水泵坑130內的反旋裝置200的示意圖。在示範性實施例中，反 旋裝置200在泵吸入部分168下方配接在底部164上，從而在底部164與泵吸入部分168 之間限定空隙距離D。。而且，在示範性實施例中，反旋裝置200從底部164向頂部中心部分 203延伸大約0. SDc的距離，且泵吸入部分168定位於距頂部中心部分203大約0. 2DC的距 離。在示範性實施例中，用於確定反旋裝置200的直徑D的方程式為0. 8DC = Hasd = 0. 28D (方程式 1)以及，求D的解，D = 2. 857DC (方程式 2)其中直徑D和反旋裝置200的其它相關聯尺寸是空隙距離Dc的函數。
舉例而言，但並無限制意義，在反旋裝置200的一實施例中，大約1米(m) (3. 28 英尺(ft))的空隙距離叫具有大約0.8m(2.624ft)的高度Hasd，大約2. 857m(9. 37ft)的 直徑D，大約0. 057m(0. 187ft)的葉片厚度T和大約1. 89m(6. 18ft)的曲率半徑。在此實 施例中，反旋裝置200配接至底部164，且在反旋裝置200與泵吸入部分168之間具有大約 0. 2m(0. 656ft)的空隙。在操作中，水160在水流210中朝向泵吸入部分168抽吸。一般而言，水流210具 有兩個向量速度分量，即，基本上平行於泵中心線170的第一速度分量，和與軸向分量相切 的第二速度分量，即，切向速度分量。切向速度分量與關於軸向中心線170測量的切向角成 比例。而且，一般而言，隨著水流210的切向速度分量相對於水流210的軸向速度分量增 加，形成預旋條件的可能性增加。因此，在示範性實施例中，確定反旋裝置200附近的預旋 切向係數，其中預旋切向係數基本上等於切向水速度值與軸向水速度值的比例。因此，與水 流210的軸向水速度相比，較小的切向角值造成水流210減小的切向速度分量值，且便於減 小在反旋裝置200的附近形成預旋條件的可能性。在示範性實施例中，在操作中，水160通過反旋裝置200導送，或者更具體而言，水 160經由基部202和葉片204導送至泵吸入部分168。反旋裝置200便於分配進入泵吸入 部分168的水流210，且使水流210朝向循環水泵150的軸向中心線170大體上對準，從而 如上文所述減小水流的切向角至遠離軸向中心線170小於5°，從而與水流210的增加的軸 向速度分量相比，減小水速度的切向分量。因此，便於減小在反旋裝置200附近的水160內 形成預旋條件的可能性。包括反旋裝置200減少了修改泵150的需要。圖5是定位於循環水泵坑130內的示範性流體控制系統300或更具體而言反旋系 統300的第一示意圖。圖6是反旋系統300的俯視圖且圖7是反旋系統300的第二示意圖。 在示範性實施例中，反旋系統300包括次表面板302，次表面板302配接於循環水泵坑130 內使得板302至少部分地由坑壁166支承。而且，在示範性實施例中，次表面板302基本上是實體的且基本上在水位線162下 方在坑底部164上方預定距離Dp處基本上水平地安裝於水160中。確定距離Dp的值範圍， 其中在範圍下端，泵150將經歷NPSH的減小使得泵150將需要泵功率增加以提供充分的流 量，且在範圍上端，板302在減小漩渦可能性方面基本上不太有效。另外，在示範性實施例 中，板302至少部分地限定泵分開線(pump bifurcation line) 301，泵分開線301基本上正 交於軸向中心線170，其中板302的至少一部分繞泵150從泵分開線301延伸到壁166。在示範性實施例中，板302由半圓形邊緣303限定。或者，邊緣303可具有能使反 旋系統300如本文所述起作用的任何形狀。除邊緣303外，板302具有長度LP，寬度WpJP 厚度TP，其中長度LP，寬度WP，和厚度Tp可變地選擇以能使反旋系統300如本文所述操作。 限定於邊緣303與泵150之間的預定空隙間隙G便於減小膨脹幹擾和從泵150至板302的 力的轉移，和從板302至泵150的力的轉移，其中間隙G具有便於反旋系統300如本文所述 操作的任何值。而且，在示範性實施例中，反旋系統300包括至少一個浸沒分隔件，或者更具體而 言，第一楔形件304和第二楔形件306。楔形件304和306配接至板302，且至少部分地支 承板302。另外，在示範性實施例中，反旋系統300還包括鉸鏈與連杆機構308，結合圖7中 的區域A、B和C更詳細地描述。
圖8是關於區域A所取得的反旋系統300的示意圖。在示範性實施例中，鉸鏈與 連杆機構308包括配接至板302的頂部314的第一鉸鏈312。而且，在示範性實施例中，鉸 鏈與連杆機構308包括配接至鉸鏈312的第一連杆316。鉸鏈與連杆機構308能使板302 移位，同時維持邊緣303與泵150之間預定的空隙間隙G，從而減小了板302與泵150之間 的幹擾可能性。在至少某些替代實施例中，額外的鉸鏈與連杆機構308配接至泵150的相 對側(未圖示)。圖9是關於區域B所取得的反旋系統300的示意圖。在示範性實施例中，鉸鏈與 連杆機構308包括第二連杆318，第二連杆318經由第二鉸鏈320配接至第一連杆316。在 至少某些替代實施例中，額外的鉸鏈與連杆機構308配接至泵150的相對側(未圖示)。圖10是關於區域C所取得的反旋系統300的細節的示意圖。在示範性實施例中， 鉸鏈與連杆機構308還包括配接至第二連杆318和壁166的多個引導件322。第二連杆318 延伸到壁166上部任何距離，且具有任意多個引導件322，其能使反旋系統300如本文所述 起作用。在至少某些替代實施例中，額外的鉸鏈與連杆機構308配接至泵150的相對側(未 圖示)。在操作中且參看圖5、圖6、圖7、圖8、圖9和圖10，水160作為水流324朝向操作 循環水泵150的泵吸入部分168抽吸。一般而言，有益於形成空氣夾帶表面渦流的位置是 低自由表面速度的區域，即，限定於泵150與壁166之間的流動區域(未圖示)。反旋系統 300，且更具體而言，板302，與楔形件304和306合作，便於減小泵150對低速度區域朝向泵 吸入部分168的抽吸作用，低速度區域限定於泵150與壁166之間。這種在低速度區域中 減小的泵抽吸便於阻礙在板的頂部314與水位線162之間的流動，且顯著地減小渦流形成 和隨後空氣夾帶到泵吸入部分168的可能性。包括反旋系統300減少了對修改泵150的需 要。本發明描述了便於控制流體，且更具體而言，通過冷卻或循環水系統導送水的設 備和系統的示範性實施例。另外，具體而言，本文所述的反旋裝置和反旋系統便於減小浸沒 渦流形成的趨勢，浸沒渦流的形成引起預旋，或者類似漩渦的條件，且也可形成自由表面渦 流，自由表面渦流向循環水泵吸入口內導送空氣，隨後在循環水泵吸入口中空化。漩渦和空 化的減小降低了在受影響的泵中引起噪聲和/或振動的可能性，且隨後降低檢查成本、維 修成本和/或更換成本。此外，如本發明所述的這種裝置和系統便於使用更淺的循環水泵 坑，從而降低構造的資金成本。另外，如本文所述使用反旋裝置和/或反旋系統減少對相關 聯的泵進行修改的需要。本文所述的方法和系統並不限於本文所述的具體實施例。舉例而言，每個系統的 構件和/或每個方法的步驟可與本文所述的其它構件和/或步驟獨立地且單獨地使用和/ 或實踐。此外，每個構件和/或步驟也可與其它組件封裝和方法一起使用和/或實踐。雖然根據各種具體實施例描述了本發明，但本領域技術人員應了解在本發明的精 神和範圍內在實踐本發明時可做出修改。部件列表
權利要求
1.一種流體控制裝置(200)，其位於距流體轉移設備(150)預定距離(DP)處，所述流 體控制裝置包括錐形基部(202)，其限定頂部中心部分(203)；以及多個葉片(204)，其插入所述錐形基部的至少一部分內，所述葉片從所述頂部中心部分 徑向向外延伸。
2.根據權利要求1所述的流體控制裝置(200)，其中所述錐形基部(202)限定下列中 的至少一個所述錐形基部的直徑D ；為直徑D函數的所述錐形基部的高度Hasd ；為直徑D函數的所述多個葉片(204)中每一個的厚度T ；以及為直徑D的函數的所述錐形基部的曲率半徑。
3.根據權利要求2所述的流體控制裝置(200)，其中所述流體控制裝置位於底部(164) 上，在流體轉移設備(150)的吸入部分(168)下方，在其中限定了在底部與所述流體轉移設 備的吸入部分之間延伸的空隙距離D。，所述錐形基部(202)的直徑D是空隙距離Dc的函數。
4.根據權利要求1所述的流體控制裝置(200)，其中所述多個葉片(204)包括四個葉 片，所述多個葉片中的每一個相對於所述多個葉片中的相鄰葉片以約90°定向。
5.根據權利要求4所述的流體控制裝置(200)，其中所述多個葉片(204)包括多個相 交的基本矩形板(206和208)，從而形成基本十字形的圖案。
6.根據權利要求1所述的流體控制裝置(200)，其中所述流體控制裝置位於水泵坑 (130)的底部(164)上，基本上在水泵(150)的吸入部分(168)正下方。
7.根據權利要求6所述的流體控制裝置(200)，其中所述水泵(150)限定穿過它延伸 的軸向中心線(170)且所述流體控制裝置被定位成增加一部分水流(210)，其基本上平行於所述軸向中心線導入泵吸入部分(168)；以及減少一部分水流，其與軸向中心線至少部分相切地導入泵吸入部分。
8.一種流體控制系統(300)，包括板(302)，其至少部分地在壁(166)與至少一個流體轉移設備(150)之間配接於流體供 應源(130)內；以及至少一個分隔件(304和306)，其在所述壁與所述至少一個流體轉移設備之間從所述 板延伸，所述至少一個分隔件與所述板合作，以將流體流(210)至少部分地導入至少一個 流體轉移設備。
9.根據權利要求8所述的流體控制系統(300)，其中所述板(302)的至少一部分由邊 緣(303)限定，所述邊緣(303)具有與至少一個流體轉移設備(150)的一部分基本類似的 形狀，所述邊緣位於距至少一個流體轉移設備一定距離處，從而在它們之間限定間隙(G)。
10.根據權利要求9所述的流體控制系統(300)，還包括鉸鏈與連杆機構(308)，所述鉸 鏈與連杆機構(308)配接至所述板(302)的至少一部分和所述壁(166)的至少一部分上， 所述鉸鏈與連杆機構便於維持限定於所述板的邊緣(303)與所述至少一個流體轉移設備 (150)的部分之間的間隙(G)。
全文摘要
本發明涉及用於控制流體的設備和系統，提供一種流體控制裝置(200)，其位於距流體轉移設備(150)預定距離(DP)處。該流體控制裝置包括限定頂部中心部分(203)的錐形基部(202)和插入所述錐形基部的至少一部分內的多個葉片(204)，葉片(204)從所述頂部中心部分徑向向外延伸。
文檔編號F04D15/00GK101994706SQ20101025497
公開日2011年3月30日 申請日期2010年8月6日 優先權日2009年8月7日
發明者J·H·比拉尼, L·默錢特, R·L·巴蘭, V·R·阿卡納 申請人:通用電氣公司