专利名称：一种仿生双连树形管束式凝汽器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿生双连树形管束式凝汽器，特别是电站大型机组的凝汽器中的 冷却管管束的布置呈仿生的双连树形结构的一种仿生双连树形管束式凝汽器。
背景技术：
电厂凝汽器是一种管壳式换热器，是火力发电、核电机组的重要组成部件，其作用 是将汽轮机排出的乏汽冷凝成水并在汽轮机的排汽口建立与维持一定的真空值。凝汽器 冷却管管束布置的合理与否对蒸汽凝结过程有重要影响，并对其换热性能以及机组的能耗 有较大的影响。管束布置不合理将造成蒸汽流场的不合理，由此带来热负荷分布不均勻、局 部空气积聚、流动阻力过大、过冷度大、不同凝结程度的汽流相互掺合甚至漏汽(未经冷凝 的蒸汽直接进入空冷区)等。因而设计管束布置来获得合理的蒸汽流场分布是凝汽器设计 的重要内容，合理的管束布置是凝汽器性能保证的基础。目前凝汽器采用HEI标准进行计 算，但HEI标准中未考虑结构的影响，凝汽器管束布置设计可能使机组性能实际无法达到 按HEI标准设计的设计性能，特别是对于改造机组受限较多的情况更为突出。事实上，目前 发电机组的实际运行真空度普遍偏离设计真空度l_3kPa，能耗明显偏高，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实际凝汽器真 空度与按HEI标准进行计算的真空度可能相差lkPa以上，直接显著影响机组的出力和经济 性。采用合理的管束布置的凝汽器，其机组节能效益明显。目前凝汽器管束布置的型式，最为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 (或者称为TEPEE布管技术，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、垂直均衡流动式管束布置型式、将军帽式管束 布置型式、辐射穗状管束布置型式(如ZL96102519.0等)、双菱形式管束布置型式等。经过 数值模拟表明，这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 存在涡流死区，有些壳侧流阻过大和过冷度大，有些存在不同凝结程度的汽流相互掺合甚 至漏汽，有些管束布置不够紧凑使投资明显增加或者改造机组由于壳体结构尺寸受限无法 采用。例如，专利文献DE4141132-C2(德国)和ZL01206563. 3 (中国)公开了一种非常类 似的双山形管束布置，数值模拟分析表明，该管束布置的汽阻不均、存在跨区流动、在接水 盘处存在明显的漏汽，其计算传热系数比按HEI标准设计要低10%以上，如果漏汽比较严 重则其计算传热系数比按HEI标准设计要低20%以上。数值分析表明，不合理的凝汽器管 束布置，其换热系数要比按HEI标准进行计算值低10-20%，有些(如双菱形式管束布置型 式等)甚至达30%以上，显著影响机组的出力和经济性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种管束汽流流场均勻无涡流、壳侧汽阻小、 热负荷分布均勻、凝结水过冷度小、凝汽器的传热系数和运行真空度都较高的仿生双连树
4形布置结构形式，以克服上述现有技术的不足。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种仿生双连树形管束式凝汽器，是由若干个换热管、前端管板、中间管板、后端 管板、壳体组件、挡汽板、前水室、后水室等组成，其特征在于是一种布置在凝汽器中间管 板上的换热管在所述中间管板上呈仿生双连树形布置的仿生双连树形管束式凝汽器，该凝 汽器在所述中间管板面上存在距换热管束外轮廓线4倍于管中心距的假想分割线，以所述 假想分割线和空冷挡汽板为界，将所述管板平面分为仿生双连树疏松树枝管束区、仿生双 连树密集树枝管束区、渐缩空冷管束区和仿生双连树树干形中心抽汽区，其中仿生双连树疏松树枝管束区，位于所述假想分割线的外侧，分为上部仿生疏松树 枝区、下部仿生疏松树枝区和底部仿生疏松树枝区三部分，其中，上部仿生疏松树枝区存在 倾斜向上的仿生树枝形管束和倾斜向上的仿生树枝间的渐缩形空隙，下部仿生疏松树枝区 存在水平的仿生树枝形管束和水平的仿生树枝间的渐缩形空隙，底部仿生疏松树枝区存在 向下的仿生树枝形管束和向下的仿生树枝间的渐缩形空隙，仿生双连树密集管束区，位于所述假想分割线的内侧，且部分仿生双连树密集管 束区紧贴空冷挡汽板外侧，仿生双连树密集管束区的内部和渐缩空冷管束区底部包络一个 相互连通的仿生双连树树干形中心抽汽区，渐缩空冷管束区，位于所述仿生双连树形管束的仿生双连树的中下部，渐缩空冷 管束区的左右各有一个空冷挡汽板，所述两个空冷挡汽板使得空冷管束区构成一个渐缩的 区域，渐缩空冷管束区的上部有一个抽空管，渐缩空冷管束区的底部与仿生双连树树干形 中心抽汽区相连通，仿生双连树树干形中心抽汽区，位于所述仿生双连树密集管束区的内部，分别连 通仿生双连树密集管束区和渐缩空冷管束区的底部， 在所述的仿生双连树形管束式凝汽器中，汽轮机排出的蒸汽从仿生双连树形管束 的最外围换热管管间进入仿生双连树形管束，蒸汽在最外围管束的仿生双连树形管束区的 仿生疏松树枝区被冷却而冷凝使得蒸汽流速迅速下降，然后在仿生双连树密集管束区继续 被冷却而冷凝，再经仿生双连树树干形中心抽汽区收集，然后从渐缩空冷管束区的底部流 向渐缩空冷管束区被进一步被冷却，最后剩余的少量汽气混合物经渐缩空冷管束区上部的 抽空管由真空泵抽出，使得凝汽器维持一定的真空度。其特征在于所述的仿生双连树形管束可以是上下对分冷却水双管程，也可以是 冷却水单管程。其特征在于所述的仿生双连树形管束的仿生双连树形跨距占比为0.3-0. 4，所 述仿生双连树形跨距占比为Β2/Φ1+Β2+Β3)，其中B1为一个仿生树形树干的中间线与最 近壳体内壁的距离，B2为一个仿生双连树形管束中的2个仿生树形树干的中间线的距离即 仿生双连树形跨距，B3为仿生双连树形管束的另一个仿生树形树干的中间线与凝汽器壳体 组件横截面中心线之间的距离。其特征在于所述的仿生双连树形管束高宽比为H/B = 1. 1-2. 0，其中H为仿生 双连树形管束的高度，B为仿生双连树形管束的宽度。其特征在于所述的仿生双连树形管 束的空隙平均渗透率E/F的合理范围为 0. 3-0. 6，管束外围平均空隙率D/(C+D)的合理范围为0. 2-0. 4，仿生树枝相对宽度C/A的合理范围为4-12，仿生树枝间相对空隙D/A的合理范围为2. 5-5，其中C为仿生双连树疏松 树枝管束区的仿生树枝宽度，D为仿生树枝形管束间的渐缩形空隙，E为渐缩形空隙渗透深 度，F为管束布置深度，A为管中心距。 其特征在于所述的仿生双连树形管束为上下对分冷却水双管程时，在上下对分 的仿生双连树形管束的中部设置有多个Z字形分程挡汽板。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点管束汽流流场均勻无涡流、壳侧 汽阻小、热负荷分布均勻、凝结水过冷度小、凝汽器的传热系数和运行真空度都较高，换热 系数可以比普通带状山形布管方案提高换热系数20 %以上，比按HEI计算值高10 % -20 %， 其壳侧汽阻是普通管束(在不漏汽的情况下)的30%-50%，其机组节能效果明显。
图1是本发明的实施例一凝汽器结构示意2是本发明的实施例一的凝汽器左视结构示意3是本发明的实施例一的凝汽器中间剖面结构示意4是本发明的实施例一的仿生双连树形管束中间管板示意5是本发明的实施例一的仿生双连树形管束局部放大图(上部)图6是本发明的实施例一的仿生双连树形管束局部放大图(下部)图7是本发明的实施例一的仿生双连树形管束局部放大图(上部局部)图8是本发明的实施例一的仿生双连树形管束局部放大图(下部局部I)图9是本发明的实施例一的仿生双连树形管束局部放大图(下部局部II)图10是本发明的实施例二的仿生双连树形布置局部放大图(划线图)图11是本发明的实施例一的仿生双连树形管束数值模拟流场图(流线)图12是本发明的实施例一的仿生双连树形管束数值模拟流场图(等速度线)图13是本发明的实施例二的仿生双连树形布置示意14是本发明的实施例二仿生双连树形管束中间管板示意15是本发明的实施例三的仿生双连树形布置示意16是本发明的实施例三仿生双连树形管束中间管板示意17是本发明的实施例四的仿生双连树形布置示意图
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细的描述。实施例一图1是本发明的实施例一凝汽器结构示意图。在图1中，1为凝汽器前水室(共有 2件)，2为凝汽器前端管板(共有2件)，3为若干个换热管(本实施例共有22992根换热 管，图1中只示意画出2根换热管)，4为中间管板(共有2x13件)，5为凝汽器壳体组件， 6为凝汽器后水室(共有2件)，7为凝汽器后端管板(共有2件)，8为凝汽器与汽轮机的 连接部件(接颈)。换热管穿过中间管板的管孔与两端管板连接，换热管与两端管板的连接 可以是涨接或者焊接或者涨接加焊接。图2是本发明的实施例一的凝汽器左视结构示意图。在图2中，1为凝汽器前水室(共有2件，图示为左前水室，右前水室被拆卸掉以示其凝汽器内部的换热管的布置)，2 为凝汽器前端管板(共有2件)，3为若干个换热管(本实施例共有22992根换热管)，5为 凝汽器壳体组件，9为凝汽器换热管呈仿生双连树形布置的外轮廓线，即为凝汽器呈仿生双 连树形布置的一组/ 一束换热管的外围换热管中心在管板面上的连线，该组/束在管板面 上呈仿生双连树形布置的换热管称为仿生双连树形管束。本实施例共有22992根换热管， 分左右对称的两组，每组换热管在管板上的布置呈仿生双连树形布置，即每组换热管在管 板上的布置的外轮廓线与相互连接在一起的两棵树的外形相像。在图2中，只画出了右边 的1个仿生双连树形管束，每个仿生双连树形管束共有11496根换热管。本实施例为左右 对称的两个并联冷却回路，具有2个前水室和2个后水室，每个冷却回路又各为上下对分冷 却水双管程结构，即循环水分两路进入凝汽器前水室的下部进口水室，然后分别从管束下 部的换热管内被汽轮机排出的蒸汽加热，循环水流经后水室混合后又在从管束上部的换热 管被汽轮机排出的蒸汽再次加热，然后到达前水室的上部出口水室由循环水出口流出，蒸 汽在凝汽器管束换热管外被冷却至绝大部分被冷凝，余下的汽气混合物(即蒸汽和空气的 混合物，通常只有凝汽器进口蒸汽量的0. 03%左右)经抽空管由真空泵抽出而维持凝汽器 的一定的真空度。图3是本发明的实施例一的凝汽器中间剖面结构示意图。在图3中，3为若干个换 热管(本实施例的换热管管束由22992根换热管组成)，4为凝汽器中间管板(共有2x13 件)，5为凝汽器壳体组件，9为凝汽器的换热管呈仿生双连树形布置的外轮廓线。在图3 中，有22992根换热管呈2个仿生双连树形布置，每个仿生双连树形管束共有11496根换热管。本实施例为上下对分的双管程结构。在图3中，左边的一个仿生双连树形管束分 为M1-1区、M1-2区、M1-3区、M2-1区、M2-2区、A区和D区，其中M1-1区、M1-2区、M1-3区 和A区为第1流程冷却管束区(冷却水在管束的换热管内第1次被加热)，M2-1区和M2-2 区为第2流程冷却管束区(冷却水在管束的换热管内第2次被加热)，M1-1区、M1-2区、 M1-3区、M2-1区和M2-2区为管束主冷却区(M区)，A区为管束空冷区，D区为中心抽汽区。 蒸汽在管束主冷却区(M区)被冷却后至绝大部分被冷凝，剩余的汽气混合物由中心抽汽 区(D区)汇集，再在管束空冷区(A区)继续冷却和冷凝，然后经抽空管由真空泵抽出而维 持凝汽器的一定的真空度，最终由真空泵抽出的汽气混合物通常只有凝汽器进口蒸汽量的 0. 03%左右。在图3中，B1为一个仿生树形树干的中间线与最近壳体内壁的距离，B2为一个仿 生双连树形管束中的2个仿生树形树干的中间线的距离(仿生双连树形跨距)，B3为仿生 双连树形管束的另一个仿生树形树干的中间线与凝汽器壳体组件横截面中心线之间的距 离，B为仿生双连树形管束外轮廓线的最大水平尺寸即仿生双连树形管束的宽度，H为仿生 双连树形管束外轮廓线的最大垂直尺寸即仿生双连树形管束的高度。本实施例中，仿生双 连树跨距B2与的该仿生双连树形管束对应蒸汽通道总宽度(B1+B2+B3)的比值(简称仿 生双连树形跨距占比)B2/(B1+B2+B3) = 0. 377，数值模拟分析表明仿生双连树形跨距占比 的合理范围为B2/(B1+B2+B3) = 0. 3-0. 4 ；仿生双连树形管束的高度H与仿生双连树形管 束的宽度B的比值(简称仿生双连树形管束高宽比)H/B= 1.31，数值模拟分析表明仿生 双连树形管束高宽比的合理范围为H/B = 1. 1-2. 0。过大的或者过小的仿生双连树形跨距占比和仿生双连树形管束高宽比，可能造成壳程蒸汽流场的不合理，从而引起换热的降低、 壳程汽阻增加等问题。本实施例中，在同一凝汽器壳体组件中设置了两个并排仿生双连树 形管束，也可以设置三个并排仿生双连树形管束。如果在同一凝汽器壳体组件中设置了四 个或者四个以上的并排仿生双连树形管束，如还要保证上述合理参数则凝汽器壳体组件可 能过宽而存在结构、不经济等问题。图4是本发明的实施例一的仿生双连树形管束中间管板示意图。图5是本发明的 实施例一的仿生双连树形管束局部放大图(上部)。图6是本发明的实施例一的仿生双连 树形管束局部放大图(下部)。在图4、图5和图6中，4为凝汽器中间管板，9为凝汽器仿 生双连树形布置外轮廓线，10为假想分割线，假想分割线10距仿生双连树形换热管束外围 换热管在管板上的连线即凝汽器仿生双连树形布置外轮廓线9的距离为4倍的换热管中心 距。该假想分割线10将仿生双连树形管束区分为仿生双连树疏松树枝管束区22和仿生双 连树密集管束区23，仿生双连树形管束区的仿生双连树疏松树枝管束区22位于假想分割 线的外侧，仿生双连树形管束区的仿生双连树密集管束区23位于假想分割线的内侧，11为 倾斜向上的仿生树枝形管束，12为倾斜向上的仿生树枝形管束间的渐缩形空隙，13为中心 抽汽区，可以看作为仿生双连树形管束的仿生双连树的树干，14为Z字形分程挡汽板，15为 空冷区管束，16为空冷区挡汽板，17为抽空管，18为水平的仿生树枝形管束，19为水平的仿 生树枝形管束间的渐缩形空隙，20为向下的仿生树枝形管束，21为向下的仿生树枝形管束 间的渐缩形空隙。Z字形分程挡汽板14的作用是将仿生树枝形管束对分为上下两部分，同 时阻挡汽流直接在上下两部分管束中间的空隙通过。空冷区挡汽板16的作用是将空冷区 围成一个渐缩的汽气混合物冷却区，使得经主冷却管束区(图3中的M区)冷凝后的汽气 混合物，经由中心抽汽区13从空冷区的底部进入空冷区，汽气混合物在空冷区被继续冷凝 和冷却后流经抽空管17由真空泵抽出。在图4、图5和图6中，在仿生双连树形管束区的上部存在倾斜向上的仿生树枝形 管束11和倾斜向上的仿生树枝间的渐缩形空隙12，在仿生双连树形管束区的下部为水平 的仿生树枝形管束18和水平的仿生树枝间的渐缩形空隙19，在仿生双连树形管束区的底 部为向下的仿生树枝形管束20和向下的仿生树枝间的渐缩形空隙21。仿生双连树形管束 区的仿生双连树疏松树枝管束区由管束区上部倾斜向上的仿生树枝形管束、管束区下部水 平的仿生树枝形管束和管束区底部向下的仿生树枝形管束等组成。仿生双连树形管束由仿 生双连树疏松树枝管束区管束、仿生双连树密集管束区管束、空冷区管束等组成。图7是本发明的实施例一的仿生双连树形管束局部放大图(上部局部)。图8是 本发明的实施例一的仿生双连树形管束局部放大图(下部局部I)。图9是本发明的实施例 一的仿生双连树形管束局部放大图(下部局部II)。图10是本发明的实施例二的仿生双连 树形布置局部放大图(划线图)。在图7中，C1为倾斜向上的仿生树枝宽度，D1为倾斜向 上的仿生树枝形管束间的渐缩形空隙，E1为上部渐缩形空隙渗透深度，F1为上部管束布置 深度。在图7中，空隙平均渗透率E1/F1 0.4，管束外围平均空隙率D1/(C1+D1) 0. 33， 仿生树枝相对宽度Cl/A ^ 5. 2，仿生树枝间相对空隙Dl/A ^ 2. 6，其中A为管中心距。分 析表明，空隙平均渗透率E1/F1的合理范围为0. 3-0. 6，管束外围平均空隙率D1/(C1+D1)的 合理范围为0. 2-0. 4，仿生树枝相对宽度C1/A合理范围为4-12，仿生树枝间相对空隙D1/A 的合理范围为2. 5-5。在图8中，C2为水平仿生树枝宽度，D2为水平仿生树枝形管束间的渐缩形空隙，E2为下部渐缩形空隙渗透深度，F2为下部管束布置深度。在图8中，空隙平 均渗透率E2/F2 0. 52，管束外围平均空隙率D2/(C2+D2) 0. 33，仿生树枝相对宽度C2/ A 5. 2，仿生树枝间相对空隙D2/A ^ 2. 6。分析表明，空隙平均渗透率E2/F2的合理范围为 0. 3-0. 6，管束外围平均空隙率D3/(C3+D3)的合理范围为0. 2-0. 4，仿生树枝相对宽度C2/ A的合理范围为4-12，仿生树枝间相对空隙D2/A合理范围为2. 5_5。在图9中，C3为向下 的仿生树枝宽度，D3为向下的仿生树枝形管束间的渐缩形空隙，E3为底部渐缩形空隙渗透 深度，F3为底部管束布置深度。在图8中，空隙平均渗透率E3/F3 ^ 0. 39，管束外围平均空 隙率D3/ (C3+D3) 0. 28，仿生树枝相对宽度C3/A 10. 5，仿生树枝间相对空隙D3/A 4。 分析表明，空隙平均渗透率E3/F3的合理范围为0. 3-0. 6，管束外围平均空隙率D3/(C3+D3) 的合理范围为0. 2-0. 4，仿生树枝相对宽度C3/A的合理范围为4-12，仿生树枝间相对空隙 D3/A合理范围为2. 5-5。
综上所述，空隙平均渗透率E/F的合理范围为0. 3-0. 6，管束外围平均空隙率D/ (C+D)的合理范围为0. 2-0. 4，仿生树枝相对宽度C/A的合理范围为4-12，仿生树枝间相对 空隙D/A的合理范围为2. 5-5，其中C为仿生双连树疏松树枝管束区的仿生树枝宽度，D为 仿生树枝形管束间的渐缩形空隙，E为渐缩形空隙渗透深度，F为管束布置深度，A为管中心距。图11是本发明的实施例一的仿生双连树形管束数值模拟流场图(流线)。图12 是本发明的实施例一的仿生双连树形管束数值模拟流场图(等速度线)。从图11和图12 中可以看出，当汽轮机排汽经接颈进入凝汽器后，蒸汽从仿生双连树形管束的最外围换热 管管间进入仿生双连树形管束，蒸汽在最外围管束的4排换热管区域内即仿生双连树形管 束区的仿生疏松树枝区区域内被冷却而冷凝使得蒸汽流速迅速下降，然后在仿生双连树形 管束区的仿生双连树密集管束区继续被冷却而冷凝，再经中心抽汽区即仿生双连树形管束 的仿生双连树的树干形抽汽区汇集，然后流向空冷区进一步被冷却，最后汽气混合物(物 通常只有凝汽器进口蒸汽量的0. 03%左右)经抽空管由真空泵抽出，使得凝汽器维持一定 的真空度。由于仿生双连树形管束区的外轮廓长度是普通管束的3-6倍，蒸汽进入仿生双 连树形管束的汽阻是普通不漏汽管束的30% _50%，仿生双连树形管束的壳侧汽阻明显小 于普通管束的壳侧汽阻。从图11和图12中还可以看出，仿生双连树形管束汽流流场均勻无涡流、无漏汽、 无跨区流动，也没有空气聚集区，因而热负荷分布均勻，总换热系数明显高与普通管束的， 可以比普通管束的换热系数提高20-30%甚至更高，比按HEI计算值要高出10-20% ；同 时，仿生双连树形布置相对于辐射穗状管束布置、双菱形式管束布置、将军帽式管束布置以 及教堂窗式管束布置等更为紧凑，使得两个仿生双连树形管束间以及仿生双连树形管束与 凝汽器壳体组件之间的蒸汽畅通的流向管束底部和热井，因而凝结水过冷度小甚至接近于 零。本实施例的数值模拟计算的总换热系数可以比普通带状山形布管(TEPEE布管)方案 提高换热系数20%以上，比双菱形式管束布置、将军帽式管束布置方案提高换热系数30% 以上，不仅满足HEI要求，而且其换热系数与HEI计算值高出10%-20%，其节能效果明显。凝汽器仿生双连树形管束适合于大型凝汽器的管束布置。凝汽器仿生双连树形布 置，是基于新概念热学中传递过程积耗散理论、仿生优化数值模拟技术和凝汽器准真实管 束多孔介质数值模拟技术研究开发的一种高性能大型凝汽器管束布置技术。
综上所述，本发明的一种仿生双连树形管束式凝汽器，是由若干个换热管、前端管板、中间管板、后端管板、壳体组件、挡汽板、前水室、后水室等组成，其特征在于是一种布 置在凝汽器中间管板上的换热管在所述中间管板上呈仿生双连树形布置的仿生双连树形 管束式凝汽器，该凝汽器在所述中间管板面上存在距换热管束外轮廓线4倍于管中心距的 假想分割线，以所述假想分割线和空冷挡汽板为界，将所述管板平面分为仿生双连树疏松 树枝管束区、仿生双连树密集树枝管束区、渐缩空冷管束区和仿生双连树树干形中心抽汽 区。所述仿生双连树疏松树枝管束区，位于所述假想分割线的外侧，分为上部仿生疏 松树枝区、下部仿生疏松树枝区和底部仿生疏松树枝区三部分，其中，上部仿生疏松树枝区 存在倾斜向上的仿生树枝形管束和倾斜向上的仿生树枝间的渐缩形空隙，下部仿生疏松树 枝区存在水平的仿生树枝形管束和水平的仿生树枝间的渐缩形空隙，底部仿生疏松树枝区 存在向下的仿生树枝形管束和向下的仿生树枝间的渐缩形空隙。所述仿生双连树密集管束区，位于所述假想分割线的内侧，且部分仿生双连树密 集管束区紧贴空冷挡汽板外侧，仿生双连树密集管束区的内部和渐缩空冷管束区底部包络 一个相互连通的仿生双连树树干形中心抽汽区。所述渐缩空冷管束区，位于所述仿生双连树形管束的仿生双连树的中下部，渐缩 空冷管束区的左右各有一个空冷挡汽板，所述两个空冷挡汽板使得空冷管束区构成一个渐 缩的区域，渐缩空冷管束区的上部有一个抽空管，渐缩空冷管束区的底部与仿生双连树树 干形中心抽汽区相连通。所述仿生双连树树干形中心抽汽区，位于所述仿生双连树密集管束区的内部，分 别连通仿生双连树密集管束区和渐缩空冷管束区的底部。在所述的仿生双连树形管束式凝汽器中，汽轮机排出的蒸汽从仿生双连树形管束 的最外围换热管管间进入仿生双连树形管束，蒸汽在最外围管束的仿生双连树形管束区的 仿生疏松树枝区被冷却而冷凝使得蒸汽流速迅速下降，然后在仿生双连树密集管束区继续 被冷却而冷凝，再经仿生双连树树干形中心抽汽区收集，然后从渐缩空冷管束区的底部流 向渐缩空冷管束区被进一步被冷却，最后剩余的少量汽气混合物经渐缩空冷管束区上部的 抽空管由真空泵抽出，使得凝汽器维持一定的真空度。所述的仿生双连树形管束可以是上下对分冷却水双管程。所述的仿生双连树形管 束为上下对分冷却水双管程时，在上下对分的仿生双连树形管束的中部设置有多个Z字形 分程挡汽板。所述的仿生双连树形管束的仿生双连树形跨距占比为0. 3-0. 4，所述仿生双连树 形跨距占比为Β2/Φ1+Β2+Β3)，其中B1为一个仿生树形树干的中间线与最近壳体内壁的 距离，B2为一个仿生双连树形管束中的2个仿生树形树干的中间线的距离即仿生双连树形 跨距，B3为仿生双连树形管束的另一个仿生树形树干的中间线与凝汽器壳体组件横截面中 心线之间的距离。所述的仿生双连树形管束高宽比为H/B = 1. 1-2. 0，其中H为仿生双连树形管束 的高度，B为仿生双连树形管束的宽度。所述的仿生双连树形管束的空隙平均渗透率E/F的合理范围为0. 3-0. 6，管束外 围平均空隙率D/(C+D)的合理范围为0. 2-0. 4，仿生树枝相对宽度C/A的合理范围为4_12，仿生树枝间相对空隙D/A的合理范围为2. 5-5，其中C为仿生双连树疏松树枝管束区的仿 生树枝宽度，D为仿生树枝形管束间的渐缩形空隙，E为渐缩形空隙渗透深度，F为管束布置 深度，A为管中心距。实施例二图13是本发明的实施例二的仿生双连树形布置示意图。图14是本发明的实施例 二仿生双连树形管束中间管板示意图。在图13中，本实施例的管束布置为对称并排的两个 仿生双连树形布置，每个仿生双连树形管束由11602根换热管组成，本实施例的管束布置 共有23204根换热管。在图13和图14中，B1为一个仿生树形树干的中间线与最近壳体内壁的距离，B2 为一个仿生双连树形管束中的2个仿生树形树干的中间线的距离(仿生双连树形跨距)， B3为仿生双连树形管束的另一个仿生树形树干的中间线与凝汽器壳体组件横截面中心线 之间的距离，B为仿生双连树形管束外轮廓线的最大水平尺寸即仿生双连树形管束的宽度， H为仿生双连树形管束外轮廓线的最大垂直尺寸即仿生双连树形管束的高度。本实施例中， 仿生双连树形跨距B2与的该仿生双连树形管束对应蒸汽通道总宽度(B1+B2+B3)的比值 (简称仿生双连树形跨距占比)B2/(B1+B2+B3) = 0. 381，数值模拟分析表明仿生双连树形 跨距占比的合理范围为B2/(B1+B2+B3) = 0. 3-0. 4 ；仿生双连树形管束的高度H与仿生双 连树形管束的宽度B的比值(简称仿生双连树形管束高宽比)H/B = 1. 52，数值模拟分析 表明仿生双连树形管束高宽比的合理范围为H/B = 1. 1-2. 0。过大的或者过小的仿生双连 树形跨距占比和仿生双连树形管束高宽比，可能造成壳程蒸汽流场的不合理，从而引起换 热的降低、壳程汽阻增加等问题。实施例二与实施例一的不同之处是，实施例二的凝汽器壳体组件相对实施例一的 凝汽器壳体组件窄而高，因此，实施例二的仿生双连树形管束高宽比要比实施例一的大一 些。实施例三图15是本发明的实施例三的仿生双连树形布置示意图。图16是本发明的实施例 二仿生双连树形管束中间管板示意图。在图15中，本实施例的管束布置为对称并排的两个 仿生双连树形布置。实施例三与实施例一的不同之处是，实施例一的仿生双连树形管束为上下对分冷 却水双管程结构，而实施例三的仿生双连树形管束为冷却水单管程结构。实施例四图17是本发明的实施例四的仿生双连树形布置示意图。在图17中，本实施例的 管束布置为对称并排的三个仿生双连树形布置。实施例四与实施例三的不同之处是，实施例四的管束布置为对称并排的三个仿生 双连树形布置，而实施例三的管束布置为对称并排的两个仿生双连树形布置。
1权利要求
一种仿生双连树形管束式凝汽器，是由若干个换热管、前端管板、中间管板、后端管板、壳体组件、挡汽板、前水室、后水室等组成，其特征在于是一种布置在凝汽器中间管板上的换热管在所述中间管板上呈仿生双连树形布置的仿生双连树形管束式凝汽器，该凝汽器在所述中间管板面上存在距换热管束外轮廓线4倍于管中心距的假想分割线，以所述假想分割线和空冷挡汽板为界，将所述管板平面分为仿生双连树疏松树枝管束区、仿生双连树密集树枝管束区、渐缩空冷管束区和仿生双连树树干形中心抽汽区，其中仿生双连树疏松树枝管束区，位于所述假想分割线的外侧，分为上部仿生疏松树枝区、下部仿生疏松树枝区和底部仿生疏松树枝区三部分，其中，上部仿生疏松树枝区存在倾斜向上的仿生树枝形管束和倾斜向上的仿生树枝间的渐缩形空隙，下部仿生疏松树枝区存在水平的仿生树枝形管束和水平的仿生树枝间的渐缩形空隙，底部仿生疏松树枝区存在向下的仿生树枝形管束和向下的仿生树枝间的渐缩形空隙，仿生双连树密集管束区，位于所述假想分割线的内侧，且部分仿生双连树密集管束区紧贴空冷挡汽板外侧，仿生双连树密集管束区的内部和渐缩空冷管束区底部包络一个相互连通的仿生双连树树干形中心抽汽区，渐缩空冷管束区，位于所述仿生双连树形管束的仿生双连树的中下部，渐缩空冷管束区的左右各有一个空冷挡汽板，所述两个空冷挡汽板使得空冷管束区构成一个渐缩的区域，渐缩空冷管束区的上部有一个抽空管，渐缩空冷管束区的底部与仿生双连树树干形中心抽汽区相连通，仿生双连树树干形中心抽汽区，位于所述仿生双连树密集管束区的内部，分别连通仿生双连树密集管束区和渐缩空冷管束区的底部，在所述的仿生双连树形管束式凝汽器中，汽轮机排出的蒸汽从仿生双连树形管束的最外围换热管管间进入仿生双连树形管束，蒸汽在最外围管束的仿生双连树形管束区的仿生疏松树枝区被冷却而冷凝使得蒸汽流速迅速下降，然后在仿生双连树密集管束区继续被冷却而冷凝，再经仿生双连树树干形中心抽汽区收集，然后从渐缩空冷管束区的底部流向渐缩空冷管束区被进一步被冷却，最后剩余的少量汽气混合物经渐缩空冷管束区上部的抽空管由真空泵抽出，使得凝汽器维持一定的真空度。
2.根据权利要求1所述的一种仿生双连树形管束式凝汽器，其特征在于所述的仿生 双连树形管束可以是上下对分冷却水双管程，也可以是冷却水单管程。
3.根据权利要求1所述的一种仿生双连树形管束式凝汽器，其特征在于所述的仿 生双连树形管束的仿生双连树形跨距占比为0. 3-0. 4，所述仿生双连树形跨距占比为B2/ (B1+B2+B3)，其中B1为一个仿生树形树干的中间线与最近壳体内壁的距离，B2为一个仿 生双连树形管束中的2个仿生树形树干的中间线的距离即仿生双连树形跨距，B3为仿生双 连树形管束的另一个仿生树形树干的中间线与凝汽器壳体组件横截面中心线之间的距离。
4.根据权利要求1所述的一种仿生双连树形管束式凝汽器，其特征在于所述的仿生 双连树形管束高宽比为H/B = 1. 1-2. 0，其中H为仿生双连树形管束的高度，B为仿生双连 树形管束的宽度。
5.根据权利要求1所述的一种仿生双连树形管束式凝汽器，其特征在于所述的仿生 双连树形管束的空隙平均渗透率E/F的合理范围为0. 3-0. 6，管束外围平均空隙率D/(C+D) 的合理范围为0. 2-0. 4，仿生树枝相对宽度C/A的合理范围为4-12，仿生树枝间相对空隙D/A的合理范围为2. 5-5，其中C为仿生双连树疏松树枝管束区的仿生树枝宽度，D为仿生树 枝形管束间的渐缩形空隙，E为渐缩形空隙渗透深度，F为管束布置深度，A为管中心距。
6.根据权利要求1和权利要求2所述的一种仿生双连树形管束式凝汽器，其特征在于 所述的仿生双连树形管束为上下对分冷却水双管程时，在上下对分的仿生双连树形管束的 中部设置有多个Z字形分程挡汽板。
全文摘要
一种仿生双连树形管束式凝汽器，属于换热器技术领域，是若干个换热管、前端管板、中间管板、后端管板、壳体组件、挡汽板、前水室、后水室等组成，其特征在于，所述凝汽器管束的换热管在管板上的布置呈仿生双连树形布置，由仿生双连树疏松树枝管束区管束、仿生双连树密集管束区管束、渐缩空冷区管束等组成；仿生双连树疏松树枝管束区由上部倾斜向上的仿生树枝形管束、下部水平的仿生树枝形管束和底部向下的仿生树枝形管束等组成；仿生双连树形跨距占比为0.3-0.4；仿生双连树形管束高宽比为1.1-2.0；空隙平均渗透率为0.3-0.6，外围平均空隙率为0.2-0.4，仿生树枝相对宽度为4-12，仿生树枝间相对空隙为2.5-5。本发明具有管束汽流流场均匀无涡流、壳侧汽阻小、热负荷分布均匀、凝结水过冷度小、凝汽器的传热系数和运行真空度都较高的优点，其换热系数可按HEI计算值高10％-20％，其机组节能效果明显。
文档编号F28B1/00GK101865612SQ201010197078
公开日2010年10月20日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者孟继安, 曾辉 申请人:清华大学