專利名稱：一種仿生雙連樹形管束式凝汽器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，特別是電站大型機(jī)組的凝汽器中的 冷卻管管束的布置呈仿生的雙連樹形結(jié)構(gòu)的一種仿生雙連樹形管束式凝汽器。
背景技術(shù)：
電廠凝汽器是一種管殼式換熱器，是火力發(fā)電、核電機(jī)組的重要組成部件，其作用 是將汽輪機(jī)排出的乏汽冷凝成水并在汽輪機(jī)的排汽口建立與維持一定的真空值。凝汽器 冷卻管管束布置的合理與否對(duì)蒸汽凝結(jié)過程有重要影響，并對(duì)其換熱性能以及機(jī)組的能耗 有較大的影響。管束布置不合理將造成蒸汽流場(chǎng)的不合理，由此帶來熱負(fù)荷分布不均勻、局 部空氣積聚、流動(dòng)阻力過大、過冷度大、不同凝結(jié)程度的汽流相互摻合甚至漏汽(未經(jīng)冷凝 的蒸汽直接進(jìn)入空冷區(qū))等。因而設(shè)計(jì)管束布置來獲得合理的蒸汽流場(chǎng)分布是凝汽器設(shè)計(jì) 的重要內(nèi)容，合理的管束布置是凝汽器性能保證的基礎(chǔ)。目前凝汽器采用HEI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì) 算，但HEI標(biāo)準(zhǔn)中未考慮結(jié)構(gòu)的影響，凝汽器管束布置設(shè)計(jì)可能使機(jī)組性能實(shí)際無法達(dá)到 按HEI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)性能，特別是對(duì)于改造機(jī)組受限較多的情況更為突出。事實(shí)上，目前 發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行真空度普遍偏離設(shè)計(jì)真空度l_3kPa，能耗明顯偏高，其主要原因之一 就是凝汽器管束布置不合理造成的。研究表明，不合理的凝汽器管束布置的實(shí)際凝汽器真 空度與按HEI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算的真空度可能相差lkPa以上，直接顯著影響機(jī)組的出力和經(jīng)濟(jì) 性。采用合理的管束布置的凝汽器，其機(jī)組節(jié)能效益明顯。目前凝汽器管束布置的型式，最為典型的有教堂窗式管束布置型式(如 US5465784A, JP2000018845A.US2001025703AUZL200820222618. 2 等)，山形管束布置型式 (或者稱為TEPEE布管技術(shù)，如DE4141132-C2、ZL01206563. 3等)、向心式管束布置型式(如 ZL200520043375. 7等)、AT型管束布置型式、垂直均衡流動(dòng)式管束布置型式、將軍帽式管束 布置型式、輻射穗狀管束布置型式(如ZL96102519.0等)、雙菱形式管束布置型式等。經(jīng)過 數(shù)值模擬表明，這些管束布置型式均不同程度存在一些不足，如有些凝汽效果不理想甚至 存在渦流死區(qū)，有些殼側(cè)流阻過大和過冷度大，有些存在不同凝結(jié)程度的汽流相互摻合甚 至漏汽，有些管束布置不夠緊湊使投資明顯增加或者改造機(jī)組由于殼體結(jié)構(gòu)尺寸受限無法 采用。例如，專利文獻(xiàn)DE4141132-C2(德國)和ZL01206563. 3 (中國)公開了一種非常類 似的雙山形管束布置，數(shù)值模擬分析表明，該管束布置的汽阻不均、存在跨區(qū)流動(dòng)、在接水 盤處存在明顯的漏汽，其計(jì)算傳熱系數(shù)比按HEI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要低10%以上，如果漏汽比較嚴(yán) 重則其計(jì)算傳熱系數(shù)比按HEI標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要低20%以上。數(shù)值分析表明，不合理的凝汽器管 束布置，其換熱系數(shù)要比按HEI標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算值低10-20%，有些(如雙菱形式管束布置型 式等)甚至達(dá)30%以上，顯著影響機(jī)組的出力和經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種管束汽流流場(chǎng)均勻無渦流、殼側(cè)汽阻小、 熱負(fù)荷分布均勻、凝結(jié)水過冷度小、凝汽器的傳熱系數(shù)和運(yùn)行真空度都較高的仿生雙連樹
4形布置結(jié)構(gòu)形式，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，是由若干個(gè)換熱管、前端管板、中間管板、后端 管板、殼體組件、擋汽板、前水室、后水室等組成，其特征在于是一種布置在凝汽器中間管 板上的換熱管在所述中間管板上呈仿生雙連樹形布置的仿生雙連樹形管束式凝汽器，該凝 汽器在所述中間管板面上存在距換熱管束外輪廓線4倍于管中心距的假想分割線，以所述 假想分割線和空冷擋汽板為界，將所述管板平面分為仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)、仿生雙 連樹密集樹枝管束區(qū)、漸縮空冷管束區(qū)和仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)，其中仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)，位于所述假想分割線的外側(cè)，分為上部仿生疏松樹 枝區(qū)、下部仿生疏松樹枝區(qū)和底部仿生疏松樹枝區(qū)三部分，其中，上部仿生疏松樹枝區(qū)存在 傾斜向上的仿生樹枝形管束和傾斜向上的仿生樹枝間的漸縮形空隙，下部仿生疏松樹枝區(qū) 存在水平的仿生樹枝形管束和水平的仿生樹枝間的漸縮形空隙，底部仿生疏松樹枝區(qū)存在 向下的仿生樹枝形管束和向下的仿生樹枝間的漸縮形空隙，仿生雙連樹密集管束區(qū)，位于所述假想分割線的內(nèi)側(cè)，且部分仿生雙連樹密集管 束區(qū)緊貼空冷擋汽板外側(cè)，仿生雙連樹密集管束區(qū)的內(nèi)部和漸縮空冷管束區(qū)底部包絡(luò)一個(gè) 相互連通的仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)，漸縮空冷管束區(qū)，位于所述仿生雙連樹形管束的仿生雙連樹的中下部，漸縮空冷 管束區(qū)的左右各有一個(gè)空冷擋汽板，所述兩個(gè)空冷擋汽板使得空冷管束區(qū)構(gòu)成一個(gè)漸縮的 區(qū)域，漸縮空冷管束區(qū)的上部有一個(gè)抽空管，漸縮空冷管束區(qū)的底部與仿生雙連樹樹干形 中心抽汽區(qū)相連通，仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)，位于所述仿生雙連樹密集管束區(qū)的內(nèi)部，分別連 通仿生雙連樹密集管束區(qū)和漸縮空冷管束區(qū)的底部， 在所述的仿生雙連樹形管束式凝汽器中，汽輪機(jī)排出的蒸汽從仿生雙連樹形管束 的最外圍換熱管管間進(jìn)入仿生雙連樹形管束，蒸汽在最外圍管束的仿生雙連樹形管束區(qū)的 仿生疏松樹枝區(qū)被冷卻而冷凝使得蒸汽流速迅速下降，然后在仿生雙連樹密集管束區(qū)繼續(xù) 被冷卻而冷凝，再經(jīng)仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)收集，然后從漸縮空冷管束區(qū)的底部流 向漸縮空冷管束區(qū)被進(jìn)一步被冷卻，最后剩余的少量汽氣混合物經(jīng)漸縮空冷管束區(qū)上部的 抽空管由真空泵抽出，使得凝汽器維持一定的真空度。其特征在于所述的仿生雙連樹形管束可以是上下對(duì)分冷卻水雙管程，也可以是 冷卻水單管程。其特征在于所述的仿生雙連樹形管束的仿生雙連樹形跨距占比為0.3-0. 4，所 述仿生雙連樹形跨距占比為Β2/Φ1+Β2+Β3)，其中B1為一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與最 近殼體內(nèi)壁的距離，B2為一個(gè)仿生雙連樹形管束中的2個(gè)仿生樹形樹干的中間線的距離即 仿生雙連樹形跨距，B3為仿生雙連樹形管束的另一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與凝汽器殼體 組件橫截面中心線之間的距離。其特征在于所述的仿生雙連樹形管束高寬比為H/B = 1. 1-2. 0，其中H為仿生 雙連樹形管束的高度，B為仿生雙連樹形管束的寬度。其特征在于所述的仿生雙連樹形管 束的空隙平均滲透率E/F的合理范圍為 0. 3-0. 6，管束外圍平均空隙率D/(C+D)的合理范圍為0. 2-0. 4，仿生樹枝相對(duì)寬度C/A的合理范圍為4-12，仿生樹枝間相對(duì)空隙D/A的合理范圍為2. 5-5，其中C為仿生雙連樹疏松 樹枝管束區(qū)的仿生樹枝寬度，D為仿生樹枝形管束間的漸縮形空隙，E為漸縮形空隙滲透深 度，F(xiàn)為管束布置深度，A為管中心距。 其特征在于所述的仿生雙連樹形管束為上下對(duì)分冷卻水雙管程時(shí)，在上下對(duì)分 的仿生雙連樹形管束的中部設(shè)置有多個(gè)Z字形分程擋汽板。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)管束汽流流場(chǎng)均勻無渦流、殼側(cè) 汽阻小、熱負(fù)荷分布均勻、凝結(jié)水過冷度小、凝汽器的傳熱系數(shù)和運(yùn)行真空度都較高，換熱 系數(shù)可以比普通帶狀山形布管方案提高換熱系數(shù)20 %以上，比按HEI計(jì)算值高10 % -20 %， 其殼側(cè)汽阻是普通管束(在不漏汽的情況下)的30%-50%，其機(jī)組節(jié)能效果明顯。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一凝汽器結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明的實(shí)施例一的凝汽器左視結(jié)構(gòu)示意3是本發(fā)明的實(shí)施例一的凝汽器中間剖面結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束中間管板示意5是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(上部)圖6是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(下部)圖7是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(上部局部)圖8是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(下部局部I)圖9是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(下部局部II)圖10是本發(fā)明的實(shí)施例二的仿生雙連樹形布置局部放大圖(劃線圖)圖11是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束數(shù)值模擬流場(chǎng)圖(流線)圖12是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束數(shù)值模擬流場(chǎng)圖(等速度線)圖13是本發(fā)明的實(shí)施例二的仿生雙連樹形布置示意14是本發(fā)明的實(shí)施例二仿生雙連樹形管束中間管板示意15是本發(fā)明的實(shí)施例三的仿生雙連樹形布置示意16是本發(fā)明的實(shí)施例三仿生雙連樹形管束中間管板示意17是本發(fā)明的實(shí)施例四的仿生雙連樹形布置示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。實(shí)施例一圖1是本發(fā)明的實(shí)施例一凝汽器結(jié)構(gòu)示意圖。在圖1中，1為凝汽器前水室(共有 2件)，2為凝汽器前端管板(共有2件)，3為若干個(gè)換熱管(本實(shí)施例共有22992根換熱 管，圖1中只示意畫出2根換熱管)，4為中間管板(共有2x13件)，5為凝汽器殼體組件， 6為凝汽器后水室(共有2件)，7為凝汽器后端管板(共有2件)，8為凝汽器與汽輪機(jī)的 連接部件(接頸)。換熱管穿過中間管板的管孔與兩端管板連接，換熱管與兩端管板的連接 可以是漲接或者焊接或者漲接加焊接。圖2是本發(fā)明的實(shí)施例一的凝汽器左視結(jié)構(gòu)示意圖。在圖2中，1為凝汽器前水室(共有2件，圖示為左前水室，右前水室被拆卸掉以示其凝汽器內(nèi)部的換熱管的布置)，2 為凝汽器前端管板(共有2件)，3為若干個(gè)換熱管(本實(shí)施例共有22992根換熱管)，5為 凝汽器殼體組件，9為凝汽器換熱管呈仿生雙連樹形布置的外輪廓線，即為凝汽器呈仿生雙 連樹形布置的一組/ 一束換熱管的外圍換熱管中心在管板面上的連線，該組/束在管板面 上呈仿生雙連樹形布置的換熱管稱為仿生雙連樹形管束。本實(shí)施例共有22992根換熱管， 分左右對(duì)稱的兩組，每組換熱管在管板上的布置呈仿生雙連樹形布置，即每組換熱管在管 板上的布置的外輪廓線與相互連接在一起的兩棵樹的外形相像。在圖2中，只畫出了右邊 的1個(gè)仿生雙連樹形管束，每個(gè)仿生雙連樹形管束共有11496根換熱管。本實(shí)施例為左右 對(duì)稱的兩個(gè)并聯(lián)冷卻回路，具有2個(gè)前水室和2個(gè)后水室，每個(gè)冷卻回路又各為上下對(duì)分冷 卻水雙管程結(jié)構(gòu)，即循環(huán)水分兩路進(jìn)入凝汽器前水室的下部進(jìn)口水室，然后分別從管束下 部的換熱管內(nèi)被汽輪機(jī)排出的蒸汽加熱，循環(huán)水流經(jīng)后水室混合后又在從管束上部的換熱 管被汽輪機(jī)排出的蒸汽再次加熱，然后到達(dá)前水室的上部出口水室由循環(huán)水出口流出，蒸 汽在凝汽器管束換熱管外被冷卻至絕大部分被冷凝，余下的汽氣混合物(即蒸汽和空氣的 混合物，通常只有凝汽器進(jìn)口蒸汽量的0. 03%左右)經(jīng)抽空管由真空泵抽出而維持凝汽器 的一定的真空度。圖3是本發(fā)明的實(shí)施例一的凝汽器中間剖面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖3中，3為若干個(gè)換 熱管(本實(shí)施例的換熱管管束由22992根換熱管組成)，4為凝汽器中間管板(共有2x13 件)，5為凝汽器殼體組件，9為凝汽器的換熱管呈仿生雙連樹形布置的外輪廓線。在圖3 中，有22992根換熱管呈2個(gè)仿生雙連樹形布置，每個(gè)仿生雙連樹形管束共有11496根換熱管。本實(shí)施例為上下對(duì)分的雙管程結(jié)構(gòu)。在圖3中，左邊的一個(gè)仿生雙連樹形管束分 為M1-1區(qū)、M1-2區(qū)、M1-3區(qū)、M2-1區(qū)、M2-2區(qū)、A區(qū)和D區(qū)，其中M1-1區(qū)、M1-2區(qū)、M1-3區(qū) 和A區(qū)為第1流程冷卻管束區(qū)(冷卻水在管束的換熱管內(nèi)第1次被加熱)，M2-1區(qū)和M2-2 區(qū)為第2流程冷卻管束區(qū)(冷卻水在管束的換熱管內(nèi)第2次被加熱)，M1-1區(qū)、M1-2區(qū)、 M1-3區(qū)、M2-1區(qū)和M2-2區(qū)為管束主冷卻區(qū)(M區(qū))，A區(qū)為管束空冷區(qū)，D區(qū)為中心抽汽區(qū)。 蒸汽在管束主冷卻區(qū)(M區(qū))被冷卻后至絕大部分被冷凝，剩余的汽氣混合物由中心抽汽 區(qū)(D區(qū))匯集，再在管束空冷區(qū)(A區(qū))繼續(xù)冷卻和冷凝，然后經(jīng)抽空管由真空泵抽出而維 持凝汽器的一定的真空度，最終由真空泵抽出的汽氣混合物通常只有凝汽器進(jìn)口蒸汽量的 0. 03%左右。在圖3中，B1為一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與最近殼體內(nèi)壁的距離，B2為一個(gè)仿 生雙連樹形管束中的2個(gè)仿生樹形樹干的中間線的距離(仿生雙連樹形跨距)，B3為仿生 雙連樹形管束的另一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與凝汽器殼體組件橫截面中心線之間的距 離，B為仿生雙連樹形管束外輪廓線的最大水平尺寸即仿生雙連樹形管束的寬度，H為仿生 雙連樹形管束外輪廓線的最大垂直尺寸即仿生雙連樹形管束的高度。本實(shí)施例中，仿生雙 連樹跨距B2與的該仿生雙連樹形管束對(duì)應(yīng)蒸汽通道總寬度(B1+B2+B3)的比值(簡稱仿 生雙連樹形跨距占比)B2/(B1+B2+B3) = 0. 377，數(shù)值模擬分析表明仿生雙連樹形跨距占比 的合理范圍為B2/(B1+B2+B3) = 0. 3-0. 4 ；仿生雙連樹形管束的高度H與仿生雙連樹形管 束的寬度B的比值(簡稱仿生雙連樹形管束高寬比)H/B= 1.31，數(shù)值模擬分析表明仿生 雙連樹形管束高寬比的合理范圍為H/B = 1. 1-2. 0。過大的或者過小的仿生雙連樹形跨距占比和仿生雙連樹形管束高寬比，可能造成殼程蒸汽流場(chǎng)的不合理，從而引起換熱的降低、 殼程汽阻增加等問題。本實(shí)施例中，在同一凝汽器殼體組件中設(shè)置了兩個(gè)并排仿生雙連樹 形管束，也可以設(shè)置三個(gè)并排仿生雙連樹形管束。如果在同一凝汽器殼體組件中設(shè)置了四 個(gè)或者四個(gè)以上的并排仿生雙連樹形管束，如還要保證上述合理參數(shù)則凝汽器殼體組件可 能過寬而存在結(jié)構(gòu)、不經(jīng)濟(jì)等問題。圖4是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束中間管板示意圖。圖5是本發(fā)明的 實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(上部)。圖6是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連 樹形管束局部放大圖(下部)。在圖4、圖5和圖6中，4為凝汽器中間管板，9為凝汽器仿 生雙連樹形布置外輪廓線，10為假想分割線，假想分割線10距仿生雙連樹形換熱管束外圍 換熱管在管板上的連線即凝汽器仿生雙連樹形布置外輪廓線9的距離為4倍的換熱管中心 距。該假想分割線10將仿生雙連樹形管束區(qū)分為仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)22和仿生雙 連樹密集管束區(qū)23，仿生雙連樹形管束區(qū)的仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)22位于假想分割 線的外側(cè)，仿生雙連樹形管束區(qū)的仿生雙連樹密集管束區(qū)23位于假想分割線的內(nèi)側(cè)，11為 傾斜向上的仿生樹枝形管束，12為傾斜向上的仿生樹枝形管束間的漸縮形空隙，13為中心 抽汽區(qū)，可以看作為仿生雙連樹形管束的仿生雙連樹的樹干，14為Z字形分程擋汽板，15為 空冷區(qū)管束，16為空冷區(qū)擋汽板，17為抽空管，18為水平的仿生樹枝形管束，19為水平的仿 生樹枝形管束間的漸縮形空隙，20為向下的仿生樹枝形管束，21為向下的仿生樹枝形管束 間的漸縮形空隙。Z字形分程擋汽板14的作用是將仿生樹枝形管束對(duì)分為上下兩部分，同 時(shí)阻擋汽流直接在上下兩部分管束中間的空隙通過?？绽鋮^(qū)擋汽板16的作用是將空冷區(qū) 圍成一個(gè)漸縮的汽氣混合物冷卻區(qū)，使得經(jīng)主冷卻管束區(qū)(圖3中的M區(qū))冷凝后的汽氣 混合物，經(jīng)由中心抽汽區(qū)13從空冷區(qū)的底部進(jìn)入空冷區(qū)，汽氣混合物在空冷區(qū)被繼續(xù)冷凝 和冷卻后流經(jīng)抽空管17由真空泵抽出。在圖4、圖5和圖6中，在仿生雙連樹形管束區(qū)的上部存在傾斜向上的仿生樹枝形 管束11和傾斜向上的仿生樹枝間的漸縮形空隙12，在仿生雙連樹形管束區(qū)的下部為水平 的仿生樹枝形管束18和水平的仿生樹枝間的漸縮形空隙19，在仿生雙連樹形管束區(qū)的底 部為向下的仿生樹枝形管束20和向下的仿生樹枝間的漸縮形空隙21。仿生雙連樹形管束 區(qū)的仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)由管束區(qū)上部傾斜向上的仿生樹枝形管束、管束區(qū)下部水 平的仿生樹枝形管束和管束區(qū)底部向下的仿生樹枝形管束等組成。仿生雙連樹形管束由仿 生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)管束、仿生雙連樹密集管束區(qū)管束、空冷區(qū)管束等組成。圖7是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(上部局部)。圖8是 本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(下部局部I)。圖9是本發(fā)明的實(shí)施例 一的仿生雙連樹形管束局部放大圖(下部局部II)。圖10是本發(fā)明的實(shí)施例二的仿生雙連 樹形布置局部放大圖(劃線圖)。在圖7中，C1為傾斜向上的仿生樹枝寬度，D1為傾斜向 上的仿生樹枝形管束間的漸縮形空隙，E1為上部漸縮形空隙滲透深度，F(xiàn)1為上部管束布置 深度。在圖7中，空隙平均滲透率E1/F1 0.4，管束外圍平均空隙率D1/(C1+D1) 0. 33， 仿生樹枝相對(duì)寬度Cl/A ^ 5. 2，仿生樹枝間相對(duì)空隙Dl/A ^ 2. 6，其中A為管中心距。分 析表明，空隙平均滲透率E1/F1的合理范圍為0. 3-0. 6，管束外圍平均空隙率D1/(C1+D1)的 合理范圍為0. 2-0. 4，仿生樹枝相對(duì)寬度C1/A合理范圍為4-12，仿生樹枝間相對(duì)空隙D1/A 的合理范圍為2. 5-5。在圖8中，C2為水平仿生樹枝寬度，D2為水平仿生樹枝形管束間的漸縮形空隙，E2為下部漸縮形空隙滲透深度，F(xiàn)2為下部管束布置深度。在圖8中，空隙平 均滲透率E2/F2 0. 52，管束外圍平均空隙率D2/(C2+D2) 0. 33，仿生樹枝相對(duì)寬度C2/ A 5. 2，仿生樹枝間相對(duì)空隙D2/A ^ 2. 6。分析表明，空隙平均滲透率E2/F2的合理范圍為 0. 3-0. 6，管束外圍平均空隙率D3/(C3+D3)的合理范圍為0. 2-0. 4，仿生樹枝相對(duì)寬度C2/ A的合理范圍為4-12，仿生樹枝間相對(duì)空隙D2/A合理范圍為2. 5_5。在圖9中，C3為向下 的仿生樹枝寬度，D3為向下的仿生樹枝形管束間的漸縮形空隙，E3為底部漸縮形空隙滲透 深度，F(xiàn)3為底部管束布置深度。在圖8中，空隙平均滲透率E3/F3 ^ 0. 39，管束外圍平均空 隙率D3/ (C3+D3) 0. 28，仿生樹枝相對(duì)寬度C3/A 10. 5，仿生樹枝間相對(duì)空隙D3/A 4。 分析表明，空隙平均滲透率E3/F3的合理范圍為0. 3-0. 6，管束外圍平均空隙率D3/(C3+D3) 的合理范圍為0. 2-0. 4，仿生樹枝相對(duì)寬度C3/A的合理范圍為4-12，仿生樹枝間相對(duì)空隙 D3/A合理范圍為2. 5-5。
綜上所述，空隙平均滲透率E/F的合理范圍為0. 3-0. 6，管束外圍平均空隙率D/ (C+D)的合理范圍為0. 2-0. 4，仿生樹枝相對(duì)寬度C/A的合理范圍為4-12，仿生樹枝間相對(duì) 空隙D/A的合理范圍為2. 5-5，其中C為仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)的仿生樹枝寬度，D為 仿生樹枝形管束間的漸縮形空隙，E為漸縮形空隙滲透深度，F(xiàn)為管束布置深度，A為管中心距。圖11是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束數(shù)值模擬流場(chǎng)圖(流線)。圖12 是本發(fā)明的實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束數(shù)值模擬流場(chǎng)圖(等速度線)。從圖11和圖12 中可以看出，當(dāng)汽輪機(jī)排汽經(jīng)接頸進(jìn)入凝汽器后，蒸汽從仿生雙連樹形管束的最外圍換熱 管管間進(jìn)入仿生雙連樹形管束，蒸汽在最外圍管束的4排換熱管區(qū)域內(nèi)即仿生雙連樹形管 束區(qū)的仿生疏松樹枝區(qū)區(qū)域內(nèi)被冷卻而冷凝使得蒸汽流速迅速下降，然后在仿生雙連樹形 管束區(qū)的仿生雙連樹密集管束區(qū)繼續(xù)被冷卻而冷凝，再經(jīng)中心抽汽區(qū)即仿生雙連樹形管束 的仿生雙連樹的樹干形抽汽區(qū)匯集，然后流向空冷區(qū)進(jìn)一步被冷卻，最后汽氣混合物(物 通常只有凝汽器進(jìn)口蒸汽量的0. 03%左右)經(jīng)抽空管由真空泵抽出，使得凝汽器維持一定 的真空度。由于仿生雙連樹形管束區(qū)的外輪廓長度是普通管束的3-6倍，蒸汽進(jìn)入仿生雙 連樹形管束的汽阻是普通不漏汽管束的30% _50%，仿生雙連樹形管束的殼側(cè)汽阻明顯小 于普通管束的殼側(cè)汽阻。從圖11和圖12中還可以看出，仿生雙連樹形管束汽流流場(chǎng)均勻無渦流、無漏汽、 無跨區(qū)流動(dòng)，也沒有空氣聚集區(qū)，因而熱負(fù)荷分布均勻，總換熱系數(shù)明顯高與普通管束的， 可以比普通管束的換熱系數(shù)提高20-30%甚至更高，比按HEI計(jì)算值要高出10-20% ；同 時(shí)，仿生雙連樹形布置相對(duì)于輻射穗狀管束布置、雙菱形式管束布置、將軍帽式管束布置以 及教堂窗式管束布置等更為緊湊，使得兩個(gè)仿生雙連樹形管束間以及仿生雙連樹形管束與 凝汽器殼體組件之間的蒸汽暢通的流向管束底部和熱井，因而凝結(jié)水過冷度小甚至接近于 零。本實(shí)施例的數(shù)值模擬計(jì)算的總換熱系數(shù)可以比普通帶狀山形布管(TEPEE布管)方案 提高換熱系數(shù)20%以上，比雙菱形式管束布置、將軍帽式管束布置方案提高換熱系數(shù)30% 以上，不僅滿足HEI要求，而且其換熱系數(shù)與HEI計(jì)算值高出10%-20%，其節(jié)能效果明顯。凝汽器仿生雙連樹形管束適合于大型凝汽器的管束布置。凝汽器仿生雙連樹形布 置，是基于新概念熱學(xué)中傳遞過程積耗散理論、仿生優(yōu)化數(shù)值模擬技術(shù)和凝汽器準(zhǔn)真實(shí)管 束多孔介質(zhì)數(shù)值模擬技術(shù)研究開發(fā)的一種高性能大型凝汽器管束布置技術(shù)。
綜上所述，本發(fā)明的一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，是由若干個(gè)換熱管、前端管板、中間管板、后端管板、殼體組件、擋汽板、前水室、后水室等組成，其特征在于是一種布 置在凝汽器中間管板上的換熱管在所述中間管板上呈仿生雙連樹形布置的仿生雙連樹形 管束式凝汽器，該凝汽器在所述中間管板面上存在距換熱管束外輪廓線4倍于管中心距的 假想分割線，以所述假想分割線和空冷擋汽板為界，將所述管板平面分為仿生雙連樹疏松 樹枝管束區(qū)、仿生雙連樹密集樹枝管束區(qū)、漸縮空冷管束區(qū)和仿生雙連樹樹干形中心抽汽 區(qū)。所述仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)，位于所述假想分割線的外側(cè)，分為上部仿生疏 松樹枝區(qū)、下部仿生疏松樹枝區(qū)和底部仿生疏松樹枝區(qū)三部分，其中，上部仿生疏松樹枝區(qū) 存在傾斜向上的仿生樹枝形管束和傾斜向上的仿生樹枝間的漸縮形空隙，下部仿生疏松樹 枝區(qū)存在水平的仿生樹枝形管束和水平的仿生樹枝間的漸縮形空隙，底部仿生疏松樹枝區(qū) 存在向下的仿生樹枝形管束和向下的仿生樹枝間的漸縮形空隙。所述仿生雙連樹密集管束區(qū)，位于所述假想分割線的內(nèi)側(cè)，且部分仿生雙連樹密 集管束區(qū)緊貼空冷擋汽板外側(cè)，仿生雙連樹密集管束區(qū)的內(nèi)部和漸縮空冷管束區(qū)底部包絡(luò) 一個(gè)相互連通的仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)。所述漸縮空冷管束區(qū)，位于所述仿生雙連樹形管束的仿生雙連樹的中下部，漸縮 空冷管束區(qū)的左右各有一個(gè)空冷擋汽板，所述兩個(gè)空冷擋汽板使得空冷管束區(qū)構(gòu)成一個(gè)漸 縮的區(qū)域，漸縮空冷管束區(qū)的上部有一個(gè)抽空管，漸縮空冷管束區(qū)的底部與仿生雙連樹樹 干形中心抽汽區(qū)相連通。所述仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)，位于所述仿生雙連樹密集管束區(qū)的內(nèi)部，分 別連通仿生雙連樹密集管束區(qū)和漸縮空冷管束區(qū)的底部。在所述的仿生雙連樹形管束式凝汽器中，汽輪機(jī)排出的蒸汽從仿生雙連樹形管束 的最外圍換熱管管間進(jìn)入仿生雙連樹形管束，蒸汽在最外圍管束的仿生雙連樹形管束區(qū)的 仿生疏松樹枝區(qū)被冷卻而冷凝使得蒸汽流速迅速下降，然后在仿生雙連樹密集管束區(qū)繼續(xù) 被冷卻而冷凝，再經(jīng)仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)收集，然后從漸縮空冷管束區(qū)的底部流 向漸縮空冷管束區(qū)被進(jìn)一步被冷卻，最后剩余的少量汽氣混合物經(jīng)漸縮空冷管束區(qū)上部的 抽空管由真空泵抽出，使得凝汽器維持一定的真空度。所述的仿生雙連樹形管束可以是上下對(duì)分冷卻水雙管程。所述的仿生雙連樹形管 束為上下對(duì)分冷卻水雙管程時(shí)，在上下對(duì)分的仿生雙連樹形管束的中部設(shè)置有多個(gè)Z字形 分程擋汽板。所述的仿生雙連樹形管束的仿生雙連樹形跨距占比為0. 3-0. 4，所述仿生雙連樹 形跨距占比為Β2/Φ1+Β2+Β3)，其中B1為一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與最近殼體內(nèi)壁的 距離，B2為一個(gè)仿生雙連樹形管束中的2個(gè)仿生樹形樹干的中間線的距離即仿生雙連樹形 跨距，B3為仿生雙連樹形管束的另一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與凝汽器殼體組件橫截面中 心線之間的距離。所述的仿生雙連樹形管束高寬比為H/B = 1. 1-2. 0，其中H為仿生雙連樹形管束 的高度，B為仿生雙連樹形管束的寬度。所述的仿生雙連樹形管束的空隙平均滲透率E/F的合理范圍為0. 3-0. 6，管束外 圍平均空隙率D/(C+D)的合理范圍為0. 2-0. 4，仿生樹枝相對(duì)寬度C/A的合理范圍為4_12，仿生樹枝間相對(duì)空隙D/A的合理范圍為2. 5-5，其中C為仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)的仿 生樹枝寬度，D為仿生樹枝形管束間的漸縮形空隙，E為漸縮形空隙滲透深度，F(xiàn)為管束布置 深度，A為管中心距。實(shí)施例二圖13是本發(fā)明的實(shí)施例二的仿生雙連樹形布置示意圖。圖14是本發(fā)明的實(shí)施例 二仿生雙連樹形管束中間管板示意圖。在圖13中，本實(shí)施例的管束布置為對(duì)稱并排的兩個(gè) 仿生雙連樹形布置，每個(gè)仿生雙連樹形管束由11602根換熱管組成，本實(shí)施例的管束布置 共有23204根換熱管。在圖13和圖14中，B1為一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與最近殼體內(nèi)壁的距離，B2 為一個(gè)仿生雙連樹形管束中的2個(gè)仿生樹形樹干的中間線的距離(仿生雙連樹形跨距)， B3為仿生雙連樹形管束的另一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與凝汽器殼體組件橫截面中心線 之間的距離，B為仿生雙連樹形管束外輪廓線的最大水平尺寸即仿生雙連樹形管束的寬度， H為仿生雙連樹形管束外輪廓線的最大垂直尺寸即仿生雙連樹形管束的高度。本實(shí)施例中， 仿生雙連樹形跨距B2與的該仿生雙連樹形管束對(duì)應(yīng)蒸汽通道總寬度(B1+B2+B3)的比值 (簡稱仿生雙連樹形跨距占比)B2/(B1+B2+B3) = 0. 381，數(shù)值模擬分析表明仿生雙連樹形 跨距占比的合理范圍為B2/(B1+B2+B3) = 0. 3-0. 4 ；仿生雙連樹形管束的高度H與仿生雙 連樹形管束的寬度B的比值(簡稱仿生雙連樹形管束高寬比)H/B = 1. 52，數(shù)值模擬分析 表明仿生雙連樹形管束高寬比的合理范圍為H/B = 1. 1-2. 0。過大的或者過小的仿生雙連 樹形跨距占比和仿生雙連樹形管束高寬比，可能造成殼程蒸汽流場(chǎng)的不合理，從而引起換 熱的降低、殼程汽阻增加等問題。實(shí)施例二與實(shí)施例一的不同之處是，實(shí)施例二的凝汽器殼體組件相對(duì)實(shí)施例一的 凝汽器殼體組件窄而高，因此，實(shí)施例二的仿生雙連樹形管束高寬比要比實(shí)施例一的大一 些。實(shí)施例三圖15是本發(fā)明的實(shí)施例三的仿生雙連樹形布置示意圖。圖16是本發(fā)明的實(shí)施例 二仿生雙連樹形管束中間管板示意圖。在圖15中，本實(shí)施例的管束布置為對(duì)稱并排的兩個(gè) 仿生雙連樹形布置。實(shí)施例三與實(shí)施例一的不同之處是，實(shí)施例一的仿生雙連樹形管束為上下對(duì)分冷 卻水雙管程結(jié)構(gòu)，而實(shí)施例三的仿生雙連樹形管束為冷卻水單管程結(jié)構(gòu)。實(shí)施例四圖17是本發(fā)明的實(shí)施例四的仿生雙連樹形布置示意圖。在圖17中，本實(shí)施例的 管束布置為對(duì)稱并排的三個(gè)仿生雙連樹形布置。實(shí)施例四與實(shí)施例三的不同之處是，實(shí)施例四的管束布置為對(duì)稱并排的三個(gè)仿生 雙連樹形布置，而實(shí)施例三的管束布置為對(duì)稱并排的兩個(gè)仿生雙連樹形布置。
1權(quán)利要求
一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，是由若干個(gè)換熱管、前端管板、中間管板、后端管板、殼體組件、擋汽板、前水室、后水室等組成，其特征在于是一種布置在凝汽器中間管板上的換熱管在所述中間管板上呈仿生雙連樹形布置的仿生雙連樹形管束式凝汽器，該凝汽器在所述中間管板面上存在距換熱管束外輪廓線4倍于管中心距的假想分割線，以所述假想分割線和空冷擋汽板為界，將所述管板平面分為仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)、仿生雙連樹密集樹枝管束區(qū)、漸縮空冷管束區(qū)和仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)，其中仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)，位于所述假想分割線的外側(cè)，分為上部仿生疏松樹枝區(qū)、下部仿生疏松樹枝區(qū)和底部仿生疏松樹枝區(qū)三部分，其中，上部仿生疏松樹枝區(qū)存在傾斜向上的仿生樹枝形管束和傾斜向上的仿生樹枝間的漸縮形空隙，下部仿生疏松樹枝區(qū)存在水平的仿生樹枝形管束和水平的仿生樹枝間的漸縮形空隙，底部仿生疏松樹枝區(qū)存在向下的仿生樹枝形管束和向下的仿生樹枝間的漸縮形空隙，仿生雙連樹密集管束區(qū)，位于所述假想分割線的內(nèi)側(cè)，且部分仿生雙連樹密集管束區(qū)緊貼空冷擋汽板外側(cè)，仿生雙連樹密集管束區(qū)的內(nèi)部和漸縮空冷管束區(qū)底部包絡(luò)一個(gè)相互連通的仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)，漸縮空冷管束區(qū)，位于所述仿生雙連樹形管束的仿生雙連樹的中下部，漸縮空冷管束區(qū)的左右各有一個(gè)空冷擋汽板，所述兩個(gè)空冷擋汽板使得空冷管束區(qū)構(gòu)成一個(gè)漸縮的區(qū)域，漸縮空冷管束區(qū)的上部有一個(gè)抽空管，漸縮空冷管束區(qū)的底部與仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)相連通，仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)，位于所述仿生雙連樹密集管束區(qū)的內(nèi)部，分別連通仿生雙連樹密集管束區(qū)和漸縮空冷管束區(qū)的底部，在所述的仿生雙連樹形管束式凝汽器中，汽輪機(jī)排出的蒸汽從仿生雙連樹形管束的最外圍換熱管管間進(jìn)入仿生雙連樹形管束，蒸汽在最外圍管束的仿生雙連樹形管束區(qū)的仿生疏松樹枝區(qū)被冷卻而冷凝使得蒸汽流速迅速下降，然后在仿生雙連樹密集管束區(qū)繼續(xù)被冷卻而冷凝，再經(jīng)仿生雙連樹樹干形中心抽汽區(qū)收集，然后從漸縮空冷管束區(qū)的底部流向漸縮空冷管束區(qū)被進(jìn)一步被冷卻，最后剩余的少量汽氣混合物經(jīng)漸縮空冷管束區(qū)上部的抽空管由真空泵抽出，使得凝汽器維持一定的真空度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，其特征在于所述的仿生 雙連樹形管束可以是上下對(duì)分冷卻水雙管程，也可以是冷卻水單管程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，其特征在于所述的仿 生雙連樹形管束的仿生雙連樹形跨距占比為0. 3-0. 4，所述仿生雙連樹形跨距占比為B2/ (B1+B2+B3)，其中B1為一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與最近殼體內(nèi)壁的距離，B2為一個(gè)仿 生雙連樹形管束中的2個(gè)仿生樹形樹干的中間線的距離即仿生雙連樹形跨距，B3為仿生雙 連樹形管束的另一個(gè)仿生樹形樹干的中間線與凝汽器殼體組件橫截面中心線之間的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，其特征在于所述的仿生 雙連樹形管束高寬比為H/B = 1. 1-2. 0，其中H為仿生雙連樹形管束的高度，B為仿生雙連 樹形管束的寬度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，其特征在于所述的仿生 雙連樹形管束的空隙平均滲透率E/F的合理范圍為0. 3-0. 6，管束外圍平均空隙率D/(C+D) 的合理范圍為0. 2-0. 4，仿生樹枝相對(duì)寬度C/A的合理范圍為4-12，仿生樹枝間相對(duì)空隙D/A的合理范圍為2. 5-5，其中C為仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)的仿生樹枝寬度，D為仿生樹 枝形管束間的漸縮形空隙，E為漸縮形空隙滲透深度，F(xiàn)為管束布置深度，A為管中心距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所述的一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，其特征在于 所述的仿生雙連樹形管束為上下對(duì)分冷卻水雙管程時(shí)，在上下對(duì)分的仿生雙連樹形管束的 中部設(shè)置有多個(gè)Z字形分程擋汽板。
全文摘要
一種仿生雙連樹形管束式凝汽器，屬于換熱器技術(shù)領(lǐng)域，是若干個(gè)換熱管、前端管板、中間管板、后端管板、殼體組件、擋汽板、前水室、后水室等組成，其特征在于，所述凝汽器管束的換熱管在管板上的布置呈仿生雙連樹形布置，由仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)管束、仿生雙連樹密集管束區(qū)管束、漸縮空冷區(qū)管束等組成；仿生雙連樹疏松樹枝管束區(qū)由上部傾斜向上的仿生樹枝形管束、下部水平的仿生樹枝形管束和底部向下的仿生樹枝形管束等組成；仿生雙連樹形跨距占比為0.3-0.4；仿生雙連樹形管束高寬比為1.1-2.0；空隙平均滲透率為0.3-0.6，外圍平均空隙率為0.2-0.4，仿生樹枝相對(duì)寬度為4-12，仿生樹枝間相對(duì)空隙為2.5-5。本發(fā)明具有管束汽流流場(chǎng)均勻無渦流、殼側(cè)汽阻小、熱負(fù)荷分布均勻、凝結(jié)水過冷度小、凝汽器的傳熱系數(shù)和運(yùn)行真空度都較高的優(yōu)點(diǎn)，其換熱系數(shù)可按HEI計(jì)算值高10％-20％，其機(jī)組節(jié)能效果明顯。
文檔編號(hào)F28B1/00GK101865612SQ201010197078
公開日2010年10月20日 申請(qǐng)日期2010年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者孟繼安, 曾輝 申請(qǐng)人:清華大學(xué)