针对开式循环水系统的凝汽器清洗装置及清洗导向装置的制作方法

本发明涉及一种清洗装置，尤其涉及的是一种火电或核电机组中汽轮机凝汽器的清洗装置。

背景技术：

凝汽器清洗的重要性：汽轮机背压是影响机组经济性和安全性的重要参数，在其实际运行过程中，负荷、环境温度、凝汽器运行状况等因素的变化，都会导致背压偏离设计值。机组投产后，冷端设备如凝汽器、冷却塔等，由于维护、运行等方面的问题，随着时间推移，换热面不断结垢，换热性能逐渐衰退，往往低于设计要求，造成机组经济性下降严重，例如一台负荷率为90％、年运转5500h、功率为680mw的机组，凝汽器结垢达到0.5mm厚的时候，会使发电时的用煤损耗不断升高，每年的耗煤量将增加3万余吨，若将煤价按500元1t计算，其增加的成本为1800多万元。假如水垢的厚度达到1mm的时候，煤量的耗损就可以达到50000t左右，发电出力下降10％左右。因此凝汽器的清洁率决定着汽轮机背压，从而决定了机组的经济性和污染物的排放量。

当前凝汽器的一般采用化学清洗、胶球清洗、凝汽器射弹清洗、清洗机器人清洗等凝汽器清洗技术，但这些清洗技术有的清洗效果差，有的清洗成本高，没有能够兼顾清洗效果、清洗成本的清洗方法。

开式循环水系统：凝汽器大都采用水作为冷却工质。按供水方式的不同，分为开式循环水系统和闭式循环水系统。供水来自江、河、湖、海等天然水源，排水仍排回其中的，称为开式循环水系统。供水来自冷却水塔或冷却水池等人工水源，排水仍回到冷却水塔(水池)循环使用的，称为闭式循环水系统。由于开式循环水取排水均来源于江河湖海，在旋转滤网和二次滤网过滤效果正常的情况下，将鱼虾、浮木、以及其他尺寸较大的障碍物滤除后，使小尺寸的沙粒进入循环水系统，随冷却水在换热管内形成固液两相流动。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种清洗效果好且清洗成本低廉的针对开式循环水系统的凝汽器清洗装置。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种针对开式循环水系统的凝汽器清洗装置，包括江河湖海的水源以及凝汽器冷却水系统，所述江河湖海的水源通过凝汽器冷却水系统入口进入，流经凝汽器的换热管后从凝汽器冷却水系统出口回到江河湖海，所述凝汽器的相邻换热管的管壁之间设置有清洗导向装置(1)，所述清洗导向装置(1)包括基座(7)、若干个叶片(8)以及椎体(6)，所述若干个叶片(8)以等角度间距的设置固定在基座(7)上，椎体(6)固定在基座(7)的顶端，且若干个叶片(8)的宽度较窄的一端固定在椎体(6)的底部，另一端固定在基座(7)的底部，基座(7)固定在凝汽器的换热管2中，椎体(6)的头部正对冷却水来流方向。

作为优化的技术方案，每个叶片(8)的结构相同，叶型为四边形，具有一定的厚度。

作为进一步优化的技术方案，所述叶片(8)从侧面看，具有5个端点，依次是：第一端点(81)、第二端点(82)、第三端点(83)、第四端点(84)、第五端点(85)，每个叶片的第一端点(81)被固定在椎体(6)的底部，第一端点(81)所在的圆与椎体(6)同圆心，且直径小于椎体(6)最宽处的直径，第二端点(82)在高度上略低于端点(81)，且所在的圆的直径略大于端点(81)所在的圆，所述第二端点(82)和第三端点(83)之间是一弧形段，且所有叶片的第三端点(83)均在一个圆周上，该所有叶片的第三端点(83)所在的圆的直径大于椎体(6)最宽处的直径，约为基座(7)底部所在圆的直径的2倍，所述第三端点(83)和第四端点(84)之间为一直线段，该直线段穿过椎体(6)的轴心线，所述第四端点(84)和第五端点(85)之间是一直线段，且所有叶片的第四端点(84)和第五端点(85)均在一个高度上，该所有叶片的第五端点(85)被固定于基座(7)上，且第五端点(85)所在的圆与基座(7)的最大直径相同，第四端点(84)所在的圆的直径略小于第三端点(83)所在的圆，所述第五端点(85)和第一端点(81)之间是一弧线段，且该弧线段长度大于小于第三端点(83)和第二端点(82)之间的弧线段长度。

作为进一步优化的技术方案，所述清洗导向装置(1)被支架(3)固定于凝汽器的换热管2内。

作为进一步优化的技术方案，所述基座(7)位于支架(3)的中心，若干根支架(3)等间距设置，支架(3)一端固定到基座(7)上，另一端固定到换热管(2)上。

作为进一步优化的技术方案，每个叶片(8)高度45mm、几何螺距225mm、圈数0.2。

作为进一步优化的技术方案，每个叶片(8)采用钢制螺旋叶片，

本发明还公开一种清洗导向装置，包括基座(7)、若干个叶片(8)以及椎体(6)，所述若干个叶片(8)以等角度间距的设置固定在基座(7)上椎体(6)固定在基座(7)的顶端，且若干个叶片(8)的宽度较窄的一端固定在椎体(6)的底部，另一端固定在基座(7)的底部，。

作为优化的技术方案，所述叶片(8)为四边形，从侧面看，具有5个端点，依次是：第一端点(81)、第二端点(82)、第三端点(83)、第四端点(84)、第五端点(85)，每个叶片的第一端点(81)被固定在椎体(6)的底部，第一端点(81)所在的圆与椎体(6)同圆心，且直径小于椎体(6)最宽处的直径，第二端点(82)在高度上略低于端点(81)，且所在的圆的直径略大于端点(81)所在的圆，所述第二端点(82)和第三端点(83)之间是一弧形段，且所有叶片的第三端点(83)均在一个圆周上，该所有叶片的第三端点(83)所在的圆的直径大于椎体(6)最宽处的直径，约为基座(7)底部所在圆的直径的2倍，所述第三端点(83)和第四端点(84)之间为一直线段，该直线段穿过椎体(6)的轴心线，所述第四端点(84)和第五端点(85)之间是一直线段，且所有叶片的第四端点(84)和第五端点(85)均在一个高度上，该所有叶片的第五端点(85)被固定于基座(7)上，且第五端点(85)所在的圆与基座(7)的最大直径相同，第四端点(84)所在的圆的直径略小于第三端点(83)所在的圆，所述第五端点(85)和第一端点(81)之间是一弧线段，且该弧线段长度大于小于第三端点(83)和第二端点(82)之间的弧线段长度。

作为进一步优化的技术方案，每个叶片(8)采用钢制螺旋叶片，高度45mm、几何螺距225mm、圈数0.2。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明中的清洗方法，由于使用了自然水体中自带的沙粒对于凝汽器换热管实施不间断在线清洗，因此成本极为低廉。

由于在管内加装了清洗导向装置，其特有的螺旋叶片形状的设计使得流经该装置的携带沙粒的冷却水的切向流速和环状流动加强，因此沙粒冲蚀水垢的强度以及清洗效果大大增强。另一方面，其中的清洗导向装置，扰动了管内的流场，使得更多的沙粒不断碰撞或者在管壁附近流动，有助于破坏壁面附近的水流边界层，从而使得结垢物质不易堆积并形成水垢，达到防垢的效果。

附图说明

图1是本发明开式循环水系统的凝汽器清洗装置的结构简图

图2是本发明开式循环水系统的凝汽器清洗装置的一个视角的局部放大剖视图；

图3是本发明开式循环水系统的凝汽器清洗装置的另一个视角的局部放大剖视图；

图4是本发明开式循环水系统的凝汽器清洗装置的立体图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本申请人在长期的火电或核电机组中汽轮机凝汽器的清洗的研究中，逐步发现以下作用：

沙粒的冲蚀作用：冲刷腐蚀，简称冲蚀。液体中的固体撞击在材料表面上时，会对材料表面产生磨损。据此可以推断，当沙粒随冷却水进入凝汽器管束后，会与管壁进行碰撞摩擦，从而形成对管壁水垢的清洗。因此如果能够通过提高水体中沙粒与管束壁面的碰撞几率，则可有效地增强沙粒对壁面水垢的冲蚀作用，提高凝汽器管束清洁度。

沙粒的致紊作用：循环水在凝汽器管内流动时管壁附近会形成一极薄的边界层，在这一薄层内水的流速由固壁处的零逐渐增加到相应的无摩擦外流原有的值，因此在接近管壁处的边界层中的水流速非常小，析出的盐分难以被及时带走，在管壁周围不断堆积，最终附着在管壁上形成水垢，这也是多数凝汽器清洗方案在清洗完成后，凝汽器短期内再次结垢的原因，如果能够不断对壁面附近的流体边界层进行破坏，即可以使得从水中析出的结垢物质不易堆积在换热管束的壁面，从而在水垢未形成即可防止其生成。据相关文献记载，在水流与沙粒的混合两相流中，沙粒对于水流有特殊的致紊作用，即沙粒经过的水流附近，湍动度会有所增强。因此，如果可以使得更多的沙粒不断碰撞或者在管壁附近流动，则有助于破坏壁面附近的水流边界层，从而使得结垢物质不易堆积并形成水垢，达到防垢的效果。

导流装置的作用：在相关的研究中有记载，当管内两相流流经螺旋导流片时其切向速度和环装流动显著加强，流体沿导流片切向散开。

基于以上的理论及实际发现，本申请人研究使用自然水体中自带的沙粒对凝汽器换热管实施不间断在线清洗，并设计了如下所述的清洗装置。

参阅图1所示，本实施例一种针对开式循环水系统的凝汽器清洗装置，包括江河湖海的水源以及凝汽器冷却水系统，所述江河湖海的水源通过凝汽器冷却水系统入口进入，流经凝汽器的换热管后从凝汽器冷却水系统出口回到江河湖海。所述凝汽器的相邻换热管的管壁之间设置有清洗导向装置1。

同时参阅图2和图3，所述清洗导向装置1包括基座7、若干个叶片8以及椎体6，所述若干个叶片8等角度间距的设置，且若干个叶片8的宽度较窄的一端固定在椎体6的底部，另一端固定在基座7上。基座7由支架3固定在凝汽器的换热管2内。基座7、椎体6与换热管2同轴心，支架3与基座7的底部相连，基座7的底部直径(最大直径)一般小于换热管2的直径的1/3，基座7的顶部与椎体6的底部相连，基座7的顶部的直径一般小于或等于基座7的底部直径的1/2。

该实施例中，设置有3个叶片8。

如图4所示，每个叶片8的结构相同，叶型为四边形，具有一定的厚度，以其中一个叶片8进行结构的说明。所述叶片8从侧面看，具有5个端点，依次是：第一端点81、第二端点82、第三端点83、第四端点84、第五端点85。每个叶片的第一端点81被固定在椎体6的底部，第一端点81所在的圆与椎体6同圆心，且直径小于椎体6最宽处的直径。第二端点82在高度上略低于端点81，且所在的圆的直径略大于端点81所在的圆。所述第二端点82和第三端点83之间是一弧形段，且所有叶片的第三端点83均在一个圆周上，该所有叶片的第三端点83所在的圆的直径大于椎体6最宽处的直径，约为基座7底部所在圆的直径的2倍。所述第三端点83和第四端点84之间为一直线段，该直线段穿过椎体6的轴心线，所述第四端点84和第五端点85之间是一直线段，且所有叶片的第四端点84和第五端点85均在一个高度上，该所有叶片的第五端点85被固定于基座7上，且第五端点85所在的圆与基座7的最大直径相同，第四端点84所在的圆的直径略小于第三端点83所在的圆。所述第五端点85和第一端点81之间是一弧线段，且该弧线段长度大于小于第三端点83和第二端点82之间的弧线段长度。

作为优化的技术方案，其中清洗导向装置1被支架3固定于凝汽器的换热管2内。所述基座7位于支架3的中心，若干根支架3等间距设置，支架3一端固定到基座7上，另一端固定到换热管2上。优选的，采用3根支架3。

作为最优的实施例，每个叶片8采用钢制螺旋叶片，高度45mm、几何螺距225mm、圈数0.2，椎体6的头部正对冷却水来流方向，冷却水和沙粒经过椎体6后获得一定的径向速度，随后流经叶片8，携带沙粒的冷却水的切向流速和环状流动加强，向换热管2的管壁流去。因此经过清洗导向装置1的导流，沙粒冲蚀换热管2的强度增加，清洗效果增强。

从整个清洗系统的系统图(图3)可以看出，自然界中含有沙粒的冷却水进入凝汽器冷却水入口，随后分配至凝汽器换热管2中，在换热管2中布置有清洗导向装置1。该清洗导向装置1被支架3固定于换热管2中，当带有沙粒的冷却水流经该清洗导向装置1时，沙粒和冷却水受到清洗导向装置1的导流，向其周向散开，流向换热管2的壁面方向，增加了沙粒对换热管2管壁的碰撞强度和几率，由此形成对壁面强烈的冲刷和对水垢的清洗效果，与此同时，由于清洗导向装置1的存在，扰动了管内的流场，使得更多的沙粒不断碰撞或者在管壁附近流动，有助于破坏壁面附近的水流边界层，从而使得结垢物质不易堆积并形成水垢，达到防垢的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。