一种主动式流场重构方法

本发明涉及发电技术领域，特别涉及一种主动式流场重构方法。

背景技术：

空冷发电作为一种高效、节水和环保的火力发电技术，其近年在世界电力建设中得到了快速的发展，尤其是在水资源相对匮乏的国家和地区，该技术的使用越来越广泛。此外，空冷技术中的间接空冷系统因其空冷塔无噪音、寿命长、维护简单、节能等特点，使其逐渐在电力行业中获得认可。空冷塔是利用空气通过表面式换热器受热产生的自然浮力运动带走热量，这使其冷却效率受到环境风条件影响较大，尤其是横向自然风。间接空冷系统的间接空冷机组在运行时受自然环境因素较大，尤其是自然风的影响，使循环水的水温波动很大。因此，若不对间接空冷系统进行改进和优化，容易造成汽轮机的背压波动过大，对间接空冷机组的循环效率造成较大的影响，严重时会造成间接空冷机组无法高负荷或满负荷运行，设置会导致间接空冷机组出现停机事故。

针对上述问题，比较好的解决方案是在在空冷塔周向设置至少一组导流装置，用于强化挡风板后方散热器的进风效果，改善空冷塔的通风特性；然而，上述导流装置的位置固定，当风向改变时，无法随来风改变设置，限制了流场重构效果；另一方面，在低风速下，现有的导流装置非但不具有导流效果，反而会影响空冷塔的散热效果。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种主动式流场重构方法，能够提高流场重构装置对于不同风向的适应性。

本发明的主动式流场重构方法，包括如下步骤：s100、检测现场风向和现场风速；s200、根据检测到的现场风向和现场风速，控制主动式流场重构空冷塔的第一百叶的开度；主动式流场重构空冷塔包括：塔身；散热器，位于塔身底部；导流装置，设置在散热器外侧；导流装置包括：挡风板，沿散热器的径向自散热器向外延伸；背板，具有凹部，凹部的开口朝向散热器，挡风板部分位于凹部当中；盖板，设置在挡风板和背板上方，盖板的两端分别与背板的顶部和塔身连接，挡风板、背板和盖板围成导流通道；背板包括第一百叶，第一百叶的叶片沿竖直方向延伸；控制装置，用于控制第一百叶的开度。

根据本发明的一些实施例，盖板包括第二百叶，第二百叶的叶片沿水平方向延伸，控制装置能够控制第二百叶的开度。

根据本发明的一些实施例，在步骤s200当中，当现场风速小于或等于预定值时，控制第二百叶开启，控制第一百叶开启。

根据本发明的一些实施例，在步骤s200当中，当现场风速小于或等于预定值时，控制第二百叶全开。

根据本发明的一些实施例，在步骤s200当中，当现场风速小于或等于预定值时，控制第一百叶全开。

根据本发明的一些实施例，在步骤s200当中，当现场风速大于预定值时，控制第二百叶关闭，控制第一百叶开启。

根据本发明的一些实施例，在步骤s200当中，当现场风速大于预定值时，控制第一百叶的开度，使得第一百叶的叶片的朝向与风向平行。

根据本发明的一些实施例，在步骤s200当中，当现场风速大于预定值时，控制第一百叶，使得第一百叶当中迎风侧的叶片的朝向与风向平行，并使得第一百叶当中背风侧的叶片关闭。

根据本发明的一些实施例，预定值的取值为3.5m/s-4.5m/s。

根据本发明的一些实施例，主动式流场重构空冷塔还包括与控制装置连接的风向传感器。

应用本发明的主动式流场重构方法，当环境风绕塔体的底部侧面和散热器的侧面形成加速气流时，挡风板对该加速气流进行阻挡，使挡风板前面的迎风面形成滞止的高压区。随后，挡风板的上侧及外侧的加速气流通过挡风板的外缘、盖板的内缘和侧板的内缘形成的收风口进入挡风板后方的迷宫区，并在挡风板背风面及侧板的导流下转向挡风板后方的散热器区域，以强化挡风板后方散热器的进风，避免循环水的水温出现大幅度波动，并防止汽轮机的背压出现大幅度波动；当风向改变时，可以通过控制装置，控制第一百叶当中叶片的开度，使得进风侧对于不同风向的风都能够达到良好的进风效果，有效提高了导流装置对于不同风向的适应性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中主动式流场重构空冷塔的轴侧图；

图2为本发明实施例中主动式流场重构空冷塔的正视图；

图3为本发明实施例中主动式流场重构空冷塔的俯视图；

图4为本发明实施例中导流装置的轴测图；

图5为本发明实施例中导流装置的正视图；

图6为图5中a-a向的剖视图；

图7至图9为本发明实施例中主动式流场重构空冷塔的流场重构示意图；

上述附图包含以下附图标记。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图7，本实施例第一方面的主动式流场重构空冷塔，包括：塔身110；散热器120，位于塔身110底部；导流装置200，设置在散热器120外侧；导流装置200包括：挡风板250，沿散热器120的径向自散热器120向外延伸；背板，具有凹部，凹部的开口朝向散热器120，挡风板250部分位于凹部当中；盖板260，设置在挡风板250和背板上方，盖板260的两端分别与背板的顶部和塔身110连接，挡风板250、背板和盖板260围成导流通道；背板包括第一百叶，第一百叶的叶片沿竖直方向延伸；控制装置，用于控制第一百叶的开度。

应用本实施例第一方面的主动式流场重构空冷塔，当环境风绕塔体的底部侧面和散热器120的侧面形成加速气流时，挡风板250对该加速气流进行阻挡，使挡风板250前面即挡风板250的迎风面形成滞止的高压区。随后，挡风板250的上侧及外侧的加速气流通过挡风板250的外缘、盖板260的内缘和侧板的内缘形成的收风口进入挡风板250后方的迷宫区，并在挡风板250背风面及侧板的导流下转向挡风板250后方的散热器120区域，以强化挡风板250后方散热器120的进风，避免循环水的水温出现大幅度波动，并防止汽轮机的背压出现大幅度波动；当风向改变时，可以通过控制装置，控制第一百叶当中叶片的开度，使得进风侧对于不同风向的风都能够达到良好的进风效果，有效提高了导流装置200对于不同风向的适应性。

在本实施例当中，流场重构空冷塔的相关结构可以参照申请人的在先申请，其申请号为202021248869.5。

如图7所述，第一百叶由多个叶片叠加组成，叶片的延伸方向与叶片旋转轴的轴向均为竖直方向，即图2所示的上下方向，百叶的叶片可以开闭。

可以理解，图7所示的示意图的视角与图6的视角一致。

在本实施例当中，控制装置能通过多种方式控制第一百叶的高度，例如通过plc控制器，控制在每个叶片处设置的电机，通过电机的转动角度来控制百叶的开度；或者通过控制其控制液压或者气动等其他动力源，控制每个叶片的开度；在本实施例当中，百叶的叶片的开度特指叶片的转动角度。

在本实施例当中，方向“外”特指从空冷塔中心朝向空冷塔外部的方向。

值得注意的是，在本实施例当中，挡风板250沿散热器120的径向自散热器120向外延伸，指的并不只是挡风板250沿散热器120的径向延伸，也可以如图9所示，挡风板250与散热器120的径向呈锐角。

如图4至图6所示，背板包括：弧形背板段220；两个直线型背板段230，分别连接于弧形背板段220的两端，直线型背板段230与弧形背板段220相连，直线型背板段230与挡风板250的角度小于30°；两个顶部背板段240，悬空设置在盖板260上，两个顶部背板段240一一对应地设置在直线型背板段230和散热器120之间；其中，顶部背板段240下方的悬空部分，能起到气流扩散的作用，使得流场重构后的散热空气能够均匀的进入散热器120内部，增强散热效果；其中直线型背板段230与弧形背板段220既可以相切，也可以相割，只要直线型背板段230与弧形背板段220相互连接即可，而两个直线型背板段230既可以朝向散热器120扩口，也可以缩口，亦可以平行设置，只要两个直线型背板段230各自与挡风板250的夹角小于30°即可。

如图2至图6，为了加强流场重构效果，对于空冷塔的具体尺寸有一些具体要求。

弧形背板段220的半径r2与挡风板250的宽度m之间满足0.1m≤r2；此时挡板与背板之间能够有效行程弯曲的流场重构通道，更有利于高压区的行程，提高流场重构效果，又能避免高压区压力过大，气流流通受阻。

另一方面，盖板260的高度h与散热器120的高度l5之间满足l5≤h≤5l5；此时，挡板能够防止需要进行重构而未经重构的空气进入散热器120，影响散热器120的散热效果；同时又能防止挡板高度过高，不便于安装。

具体地，挡风板250的高度n与散热器120的高度l5之间满足0.5l5≤n≤5l5；同时挡风板250的高度n应当小于盖板260的高度h。

如图5、图6所示，背板的总长度l2、挡风板250的宽度m与弧形背板段220的半径r2之间满足0.1m≤l2≤10m+20r2；在保证散热器120周围气流能够被充分导流的同时，保证重构流场后的气流都能够进入到散热器120当中，避免重构后的气流散失，降低重构效率。

如图5所示，顶部背板段240的高度l4、盖板260的高度h与挡风板250的高度n之间满足0.1(h-n)≤l4≤h；保证重构后气流扩散效果的同时，防止重构后气流降速过多，难以吹入散热器120；此时，直线型背板段230的长度l3＝l2-l1，其中l1为顶部背板段240的长度。

为了更好的适应风向和风速，盖板260包括第二百叶，第二百叶的叶片沿水平方向延伸，控制装置能够控制第二百叶的开度。

在本实施例当中，导流装置200可以围绕散热器120设置多组，每一组包含沿散热器120中心对称的至少两个导流装置200，改善散热器120不同位置的进风情况；其中，当仅设置一组导流装置200时，两个导流装置200应当与当地夏季最大频率风向垂直布置。

为了更好的调节所有百叶的开度，主动式流场重构空冷塔还包括风向传感器，风向传感器与控制装置连接；此时控制装置能够通过风向传感器检测风向来控制百叶开度，当然，也可以将控制装置连通互联网，通过气象网站的实时风向数据来调节百叶开度，节约内置风向传感器的成本。

如图3、图6所示，为了使得散热器120的大小和导流装置200的大小相匹配，散热器120的宽度r1和弧形背板段220的半径r2之间满足1.05r1≤r2≤1.6r1；其中，散热器120的宽度r1指的是散热器120内圆和外圆之间的间距；也即散热器120圆环的宽度。

本实施例第二方面的主动式流场重构方法，包括如下步骤：s100、检测现场风向和现场风速；s200、根据检测到的现场风向和现场风速，控制主动式流场重构空冷塔的第一百叶的开度；其中，主动式流场重构空冷塔为本实施例第一方面的主动式流场重构空冷塔。

应用本实施例第二方面的主动式流场重构方法，当环境风绕塔体的底部侧面和散热器120的侧面形成加速气流时，挡风板250对该加速气流进行阻挡，使挡风板250前面即挡风板250的迎风面形成滞止的高压区。随后，挡风板250的上侧及外侧的加速气流通过挡风板250的外缘、盖板260的内缘和侧板的内缘形成的收风口进入挡风板250后方的迷宫区，并在挡风板250背风面及侧板的导流下转向挡风板250后方的散热器120区域，以强化挡风板250后方散热器120的进风，避免循环水的水温出现大幅度波动，并防止汽轮机的背压出现大幅度波动；当风向改变时，可以通过控制装置，控制第一百叶当中叶片的开度，使得进风侧对于不同风向的风都能够达到良好的进风效果，有效提高了导流装置200对于不同风向的适应性。

可以理解，为了进一步增强低风速下的通风调节，可以在挡风板250上设置第三百叶，第三百叶的结构可以参照第一百叶，也即第三百叶的叶片也沿竖直方向延伸；为了保证第三百叶的导流效果，第三百叶的叶片的宽度k与挡风板250的宽度m满足k≤m。

如图8所示，当风向倾斜时，第一百叶和第三百叶打开，可以起到较好的通风效果。

其中，为了更好的适应不同的风速和风向，盖板260包括第二百叶，第二百叶的叶片沿水平方向延伸，控制装置能够控制第二百叶的开度。

具体地，在s200当中，包含多个控制方案如下。

在步骤s200当中，当现场风速小于或等于预定值时，控制第二百叶开启，控制第一百叶开启；此时风速较小，导流装置200难以起到聚风效果，因此将第一百叶和第二百叶全部开启，使得进风区域最大；具体地，为了达到最大化的进风效果，第一百叶和第二百叶可以全开，也可以根据风速大小灵活控制开度；此时，第三百叶关闭。

另一方面，在步骤s200当中，当现场风速大于预定值时，控制第二百叶关闭，控制第一百叶开启；此时风速较大，导流装置200能够起到良好的聚风效果，进行流场重构；因此控制第二百叶关闭，第一百叶开启，使得气流在挡板前形成高压区后，沿挡板、盖板260和背板围城的流场通道，进行流场重构之后吹出；此时，第三百叶可以根据需要适当调整开度，增强通风效果，第三百叶的开度优选为与风向平行。

具体地方案，在步骤s200当中，当现场风速大于预定值时，控制第一百叶的开度，使得第一百叶的叶片的朝向与风向平行；此时，第一百叶的风阻最小，进风效果最好。

更具体地，在步骤s200当中，当现场风速大于预定值时，控制第一百叶，使得第一百叶当中迎风侧的叶片的朝向与风向平行，并使得第一百叶当中背风侧的叶片关闭；此时，迎风侧的百叶开启后，空气进入后，能够通过关闭的第一百叶的叶片围城的通道进行流场重整，在保证了进风效果的同时，有效防止叶片全开导致流场重整通道不完整，影响流场重整通道的情况发生。

具体地，可以通过以下方式区分迎风侧和背风侧的叶片：当检测到风向后，沿与风向平行的方向，做弧形背板段220的圆弧的切线，切点一侧迎风部分的叶片即为迎风侧的叶片，切点另一侧的叶片即为背风侧的叶片。

在此，预定值的数值可以根据散热器120的情况灵活调整，取值范围为3.5m/s-4.5m/s，优选为4m/s。

在本实施例当中，叶片打开即为叶片的开度大于0，叶片全开即为叶片的开度最大，叶片关闭即为叶片的开度为0。

在此，风向和风速，可以通过控制装置，连通互联网，获取气象网站的事实风速和风向数据，也可以在主动式流场重构空冷塔当中内置风向传感器和风速传感器，更好的适应现场的风速和风向。

最后，申请人为了验证上述主动式流场重构空冷塔和主动式流场重构方法的实际效果，特别采用了以下实验方案：某600mw间接空冷机组，空冷塔散热器120外侧直径152m，空冷塔散热器120高度l5为27.5m，空冷塔塔高170m。垂直于夏季主频率风向对称设置两个迷宫型导流装置200，挡风板250高度n与空冷塔散热器120高度l5持平，宽度m取值20m。u型背板高度h为27.5m，r2为20m，l1为5m，l2为45m。经试验验证，在0-10m/s风速区间内，该流场重构系统的整体通风量较改造前的提高10-30％，对应10-20m/s的风速区间内，整体通风量较改造前的提高30-50％，大风情况即10-20m/s的风速区间下其通风量比改造前的无风工况也提高了10-20％，将环境风对空冷塔冷却性能的负面影响扭转为正面影响，在0-20m/s风速范围内，可实现平均降低煤耗5g/kwh。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。