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

背景技術(shù)：

對(duì)于有相變的換熱器而言，汽輪機(jī)凝汽器的作用是將高速排入的汽輪機(jī)乏汽(比容為15m³/kg左右)凝結(jié)成水；一般凝汽器中相鄰換熱管(以下簡(jiǎn)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，一般都采用60°的等邊三角形排列，并在此基礎(chǔ)上布置出各種形狀的管束(多個(gè)換熱管組成)，如帶狀、教堂型(m型)及樹(shù)形(火炬型)管束等等，但都因與高速排汽的擴(kuò)散角(10～15°)不一致而導(dǎo)致排汽阻力較大；而為了減少排汽阻力再增加排汽槽的數(shù)量和寬度的話，會(huì)使得凝汽器尺寸較大。

如圖2所示，常規(guī)凝汽器的布管結(jié)構(gòu)，主要考慮主冷區(qū)管子、空冷區(qū)管子、水室橫隔板通道、蒸汽擴(kuò)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(gè)管子的兩端分別固定在管板的管孔中)，并組成合適的管束形狀；管束之間形成利于蒸汽流動(dòng)的擴(kuò)散槽，擴(kuò)散槽的擴(kuò)散角為30°；即擴(kuò)散槽軸線與垂直方向夾角為30°)。這種布置方式，擴(kuò)散槽覆蓋的范圍比較窄，分割相同數(shù)量(總數(shù)和排數(shù))管子的擴(kuò)散槽的數(shù)量就比較多；而且最外側(cè)的擴(kuò)散槽軸線指向進(jìn)汽口的中間(未能有效覆蓋進(jìn)汽口的范圍)。由于蒸汽的入口在頂部，蒸汽進(jìn)入的速度較高(一般在80～100m/s)，蒸汽垂直向下并擴(kuò)散(擴(kuò)散角度一般為10°～15°)與擴(kuò)散槽軸線布置方向不匹配，蒸汽擴(kuò)散的阻力比較大；為了使進(jìn)入凝汽器的蒸汽容易擴(kuò)散和減少阻力，這種布置方式需要較大的蒸汽擴(kuò)散空間；因而凝汽器腔體內(nèi)可供布管的空間就減少了。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種凝汽器布管結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，該布管結(jié)構(gòu)應(yīng)可在相同尺寸的凝汽器內(nèi)布置更多的換熱管，或者同樣尺寸的凝汽器和同樣數(shù)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(shè)計(jì)的真空壓力下運(yùn)行，保證凝汽器的換熱效率。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種低排汽阻力的凝汽器布管結(jié)構(gòu),包括定位于凝汽器腔體內(nèi)若干個(gè)相互平行排列的管束，管束之間為利于蒸汽流通的擴(kuò)散槽，相鄰擴(kuò)散槽的軸線均平行排列；其特征在于：所述擴(kuò)散槽的軸線與凝汽器的豎直軸線形成10～15°的夾角。

每個(gè)管束包括多個(gè)排列整齊的管子，相鄰管子正三角布置，并且這些管子在管束中形成若干個(gè)與凝汽器豎直軸線夾角為10～15°的小擴(kuò)散槽，以加速氣流導(dǎo)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(jìn)汽口位于凝汽器的頂端。

本發(fā)明的工作原理,是采用與蒸汽擴(kuò)散角一致的布管結(jié)構(gòu)，即管束之間的擴(kuò)散槽的軸線與凝汽器的豎直軸線(即凝汽器進(jìn)氣口的中心線)形成15°的夾角，如圖1所示；這樣使得擴(kuò)散槽軸線的角度更接近蒸汽汽流的擴(kuò)散角度(一般為10～15°)；布置在最外側(cè)的擴(kuò)散槽也能更好地覆蓋進(jìn)汽口的范圍，使排入凝汽機(jī)器的蒸汽能更方便地導(dǎo)入擴(kuò)散槽和管子間隙，大大減少排汽阻力。并且，每個(gè)管束中的管排之間也形成了若干條與蒸汽汽流擴(kuò)散角度相近的小擴(kuò)散槽，管子的間隙也成為蒸汽快速擴(kuò)散的空間，相當(dāng)于大大增加了擴(kuò)散空間；或者說(shuō)，采用更少的擴(kuò)散槽就能分割同樣排數(shù)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(dá)到更佳狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、進(jìn)汽口基本被擴(kuò)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(kuò)散角，更接近汽流方向，減少蒸汽進(jìn)入管束內(nèi)部的阻力，提高了換熱效率。

3、因?yàn)楣茏娱g距與汽流方向一致，相當(dāng)于擴(kuò)散空間的增加，擴(kuò)散槽可以用得更少并可以更窄，減少了凝汽器的尺寸也使布管更便捷。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的布管結(jié)構(gòu)示意圖(凝汽器橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；因左右對(duì)稱，故省略左半側(cè)視圖)。

圖2為現(xiàn)有凝汽器的布管結(jié)構(gòu)示意圖。

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

圖4為本發(fā)明中相鄰管子的布置結(jié)構(gòu)放大示意圖(轉(zhuǎn)動(dòng)15°后的結(jié)構(gòu))。

圖5是圖1中的a部放大結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

現(xiàn)有凝汽器的布管方式，包括主冷區(qū)約1000個(gè)管子(即換熱管)和空冷區(qū)110個(gè)管子共約1110個(gè)管子(這些管子組成若干個(gè)管束)，以及水室橫隔板通道6及必要的擴(kuò)散槽，布置在直徑為2米的管腔內(nèi)；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(jìn)汽口3位于凝汽器的頂端。管束(每個(gè)管束由多個(gè)排列整齊的管子組成)布置采用帶狀分布，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(gè)擴(kuò)散槽(擴(kuò)散槽軸線分別為k1、k2、k3、k4、k5)，最外側(cè)的擴(kuò)散槽軸線k5只能覆蓋到進(jìn)汽口220mm處(半側(cè)寬度為500mm)，不到一半。上部擴(kuò)散空間較大(擴(kuò)散半徑約750mm)，導(dǎo)致排汽阻力(蒸汽進(jìn)入凝汽器受到的阻力)較大。

本發(fā)明的改進(jìn)之處在于：所述擴(kuò)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(jié)構(gòu)整體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°即成(即將圖2繞凝汽器軸心o順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)15°)；管束中，相鄰管子仍然保持等邊三角形布置結(jié)構(gòu)(圖4所示；兩個(gè)下邊管子的軸線連線與凝汽器豎直軸線的夾角，從90°變?yōu)?05°)，并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(gè)相互平行且與凝汽器豎直軸線夾角為15°的小擴(kuò)散槽(如小擴(kuò)散槽軸線k10；參見(jiàn)圖5)，以加速氣流導(dǎo)通。

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

本發(fā)明中，所有擴(kuò)散槽的軸線都正對(duì)著排汽口方向，擴(kuò)散空間顯著減小(擴(kuò)散半徑約為500mm)同樣是帶狀分布的管子，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)；這樣可以用更低的成本和更好的性能參與競(jìng)爭(zhēng)。

經(jīng)檢測(cè)，本發(fā)明可以使總排汽阻力較現(xiàn)有結(jié)構(gòu)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(jìn)氣口罩殼2。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)排汽冷凝用的凝汽器的換熱管的布置結(jié)構(gòu)。目的是提供一種凝汽器布管結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，該布管結(jié)構(gòu)應(yīng)可在相同尺寸的凝汽器內(nèi)布置更多的換熱管，或者同樣尺寸的凝汽器和同樣數(shù)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(shè)計(jì)的真空壓力下運(yùn)行，保證凝汽器的換熱效率。技術(shù)方案是：一種低排汽阻力的凝汽器布管結(jié)構(gòu),包括定位于凝汽器腔體內(nèi)若干個(gè)相互平行排列的管束，管束之間為利于蒸汽流通的擴(kuò)散槽，相鄰擴(kuò)散槽的軸線均平行排列；其特征在于：所述擴(kuò)散槽的軸線與凝汽器的豎直軸線形成10～15゜的夾角。

技術(shù)研發(fā)人員：董晨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：杭州國(guó)能汽輪工程有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.26
技術(shù)公布日：2017.10.24