PDF《新型喷水减温器的结构设计》

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( ( ) ) ! $ % ( $ * 新型喷水减温器的结构设计 宁德亮,李家鹏,庞凤阁 (哈尔滨工程大学 动力与核能工程学院, 黑龙江 哈尔滨! ) ! ) 摘要: 根据喷水减温器的工作原理, 结合减温器的几种典型结构形式, 设计了一种新型喷水减温器+ 该减温器壁面 开设了蒸汽出流孔并在出口加装了密封挡板, 可以起到有效保护核汽轮机叶片的作用, 同时达到理想的降温效果+ 通过设计理论上的探讨和分析, 论证了新型减温器的合理性和可行性+ 关键词: 喷水减温器;

出流孔;

密封挡板 中图分类号: , - ( 文献标识码: .

收稿日期: ( ) $ * $ / + 作者简介: 宁德亮 ( ! # &

# $) , 男, 博士研究生, 主要研究方向: 反应堆热工水力+ ! # $ % $ # &

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6 4 喷水减温器是核电站、 常规电站和核动力舰船 蒸汽排放系统中的重要设备, 对电站及核动力装置 的安全性起到了至关重要的作用+ 当入口蒸汽不能 满足核汽轮机的参数要求时, 要通过减温减压装置 将蒸汽的温度和压力降低后排入冷凝器 [ ! ] + 目前, 对 喷水减温器结构上的改进主要集中于喷水装置和文 丘利管形式上的设计 [ ( $ &

] , 而对汽水混合段所做出 的改进并不多见+ 喷水减温器具有减温幅度大、 蒸汽 温度调节灵敏、 结构简单等优点, 其典型的结构可分 为以下几种形式 [ ( ] : 喷头式、 旋涡式、 文丘利管式、 笛 形管式和接触式喷水减温器+ ! 新型喷水减温器的结构特点 ! + ! 设计参数 该装置是根据内除湿实验系统所要求的参数进 行设计的, 在内除湿系统中的安装位置如图!所示+ 减温器主要设计参数如下: 减温器正常工作时的蒸汽压力!U V ( (W >

8 , 图! 减温器布置示意图 蒸汽 流量 #U! )P ! B , 减温前的蒸汽温度$ ! U ( ( )X, 减温后的蒸汽温度$U! ( YX, 减温水压力 ! % U V )W >

8 , 减温水温度$ % U % X+ ! + ( 新型喷水减温器的工作原理和结构特点 对于目前常用的喷水减温器, 其进口流入的是 过热度较高的过热蒸汽, 在蒸汽流经减温器过程中, 过热蒸汽将喷水完全汽化, 在减温器出口处形成过 热度较小的蒸汽+ 而实验室搭建的内除湿试验台, 汽 轮机入口需要湿度为/ Z # Z的湿饱和蒸汽, 由于 对蒸汽参数的这种特殊要求, 决定了减温器设计结 构上的特殊性+ 减温器结构如图(所示+ 第* (卷第! 期应用科技[C6+*(,+ ! ( )年! 月.==674G@A749A489G,4AB9C6C:J]AP+( )万方数据 ! 减温水管座 # 离心式环形喷嘴 $ 文丘利管 % 减温 器联箱 &

混合管 '

蒸汽出流孔 ( 滑座 ) 疏水孔 * 疏水阀 ! + 混合管挡板 图# 新型喷水减温器结构示意图 该喷水减温器的工作原理可以这样描述: 过热 蒸汽自左端的入口处进入减温器, 同时减温水从环 形喷嘴喷出, 直接与过热蒸汽混合, 在蒸汽流经减温 器混合管的过程中, 减温水从蒸汽中吸热蒸发, 从而 实现降低气温的目的, 在减温器入口处, 混合管段与外部的联箱连接 在一起, 而在蒸汽出口处, 利用滑块将混合管支撑, 设计这种结构的目的就是当高温的蒸汽进入混合管 后, 该管段受热膨胀, 可以自由伸展;

当减温器停止 工作时, 混合管温度降低, 这种结构又可保证管段的 自由收缩, 喷入的雾化水滴被高速蒸汽流夹带进入 文丘利管中, 在文丘利管的喉部, 流体的流速达到最 大, 减温水滴被蒸汽进一步撕裂, 强化了蒸汽与减温 水之间的传热和对减温水的雾化效果, 蒸汽进入文 丘利管后随着流速上升, 其压力要降低, 在喉口处达 到压力最低点, 蒸汽进口处与喉口处之间可以形成 一低压区, 它将成为减温水喷入蒸汽的附加压头, 因 此适用于喷水压头较小的减温器上, 使用文丘利管 的另一个原因是它对蒸汽的阻力小, 蒸汽经过喉口 后, 在渐扩管中其压力逐渐得到回升, 喷水减温器设 置混合管的目的是为了避免雾化不完善的减温水滴 对联箱内壁产生热冲击, 混合管末端开孔 [ $ ] 的目的是为了引出蒸汽, 下方% &

- 角范围内没有开孔, 一方面是让少量未汽化 的减温水滴落到混合管下部内壁迅速汽化, 另一方 面是保证混合后的蒸汽从侧面引出与环间蒸汽混合 得更充分些, 使出流蒸汽压力更加稳定, 汽温更加均 匀, 并且平衡了混合管与联箱间的压差, 在混合管出口端焊接挡板的目的是为保证出流 蒸汽中不夹带大的水滴, 避免了粗大水滴对汽轮机 叶片的破坏, 由于惯性原因, 蒸汽中携带的粒径较大 的水滴会撞击到出口挡板, 然后会沿着挡板流到混 合管的内壁上进行蒸发, 在接近混合管出口的管壁 上, 开有疏水孔, 未能汽化的少量减温水通过疏水孔 流到减温器联箱的内壁上, 在联箱的管壁上连接疏 水管道, 并加装疏水阀, 将疏水引出减温器, 根据实 验参数要求, 减温后的蒸汽是具有一定湿度的湿饱 和蒸汽, 即此时的蒸汽和未汽化的饱和水具有了相 同的温度, 所以当未汽化的减温水自混合管末端出 流到联箱内壁上时, 也不会对联箱造成大的热冲击, ! , $ 喷水减温装置 喷水装置的设计除了要求能够通过足够的冷却 水量外, 还要确保减温水的充分雾化, 使冷却水有足 够的接触面积和接触空间与蒸汽混和, 使其均匀地 被冷却, 喷水装置如图$所示, 图$ 喷水装置 该喷水装置是由# #个离心式雾化喷嘴 [ % ] 组成, 各喷嘴按照一定的角度布置在圆环喷水管上, 喷嘴 的特殊结构使喷出的减温水经雾化后呈伞状充满整 个管道空间 [ &

] , 高温蒸汽流过时, 即可与雾化水进行 充分的热交换, 无论喷水量大小均能得到良好的雾 化品质, 能适应工况的多变, # 设计计算过程 # , ! 喷水量的计算 由于实验系统对蒸汽的特殊要求, 使得减温水 不能完全汽化, 有一部分从疏水管道流出, 所以减温 水量可以按下式 [ '

] 计算: ! . ( # ! #) ! # ! # ! ( # ! # / ) , ( ! ) 式中: ! 为减温水流量 (0

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2 ) , # ! 为入口蒸汽的焓 (

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0 1 ) , # 为减温后蒸汽焓 (0

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0 1 ) , ! 为减温水 中未蒸发部分所占份额, # / 为减温后的饱和水焓 (0

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0 1 ) , 根据减温后蒸汽) 4的湿度, 得到减温水流量 ! . +

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2 , # , # 喷水装置尺寸的确定 取减温水在喷水管中的流速 .#

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2 , 则 喷水管流通面积为 ・ $ '

・ 第! +期 宁德亮, 等: 新型喷水减温器的结构设计 万方数据 ! ! # $ ( # ) 相应的喷水管直径为 % # ! $ ! ! ! ( % ) 根据计算结果可选用! % &

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钢管, 管子内 径为% ! # $'

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! + ( $ ) 式中: $ 为减温水比容 ('

% ! , - ) # % 文丘利管尺寸的确定 文丘利管的设计计算在过热蒸汽流过的工况下 进行, 取文丘利管喉部的蒸汽流速为 (! . &

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! + , 渐扩管出口的蒸汽流速为 )! * &

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) # , 所以 可将此状态下的蒸汽作为不可压缩流体处理 则喉 部截面直径 % 1!# % &

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# $ 内衬混合管参数的确定 由于减温水汽化长度的经验公式不适用于该减 温器, 根据当今在锅炉上使用的文丘利管减温器混 合管的长度 [

7 ] , 确定减温器混合管长度为%'

混合 管的内径取值与文氏管出口内径相一致, 即%8! % 2! % # &

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减温器工作压力较低, 且混合管上开 有小孔, 所以混合管内外的压差不会很大, 取混合管 壁厚 ! *'

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, 不会发生压瘪等问题 # * 混合管开孔数的确定 开孔的总面积与混合管横截面积相同, 取混合 管上开孔直径% - .! # &

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, 开孔数用'

- . 表示, 开孔 总面积用! - . 表示, 则混合管管壁上的开孔总数为 '

- . ! $ ! - . # % # - . !# * / ( * ) # / 阻力计算 喷水装置和混合管段的压........