Уменьшение уровня шума в узлах разбрызгивателей - RU2353780C2
Код документа: RU2353780C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к способу уменьшения уровня шума разбрызгивателей и, более конкретно, к способу разнесения разбрызгивателей в обводном контуре турбины для уменьшения уровня шума, создаваемого разбрызгивателями.
В обычных электростанциях для генерирования электроэнергии могут использоваться паровые турбины. В обычных электростанциях, пар, генерируемый в паровом котле, подают на турбину, где пар расширяется, вращая турбину для генерирования электроэнергии. Турбинная система требует периодического обслуживания и ремонта. В периоды обслуживания или простоя турбина не работает. Обычно бывает более экономично продолжать работу парового котла во время таких периодов простоя турбины и, в результате, электростанции проектируют так, чтобы продолжать циркуляцию произведенного пара. Для реализации такой конструкции в электростанциях обычно используют дополнительные трубопроводы и клапаны, которые направляют пар в обход турбины в контур рекуперации для повторного использования пара. Эти дополнительные трубопроводы известны как обводной контур турбины.
В обводном контуре турбины пар, который обходит турбину, должен подвергаться рекуперации и возвращаться в жидкое состояние. Процесс рекуперации позволяет электростанции экономить воду и поддерживать высокую эффективность работы. Для рекуперации пара в обводном контуре и отработавшего пара, выходящего из турбины, часто используют конденсаторы воздушного охлаждения. Для возврата пара в жидкое состояние из него необходимо удалить теплоту парообразования, тем самым заставив пар сконденсироваться. Конденсатор воздушного охлаждения облегчает удаление теплоты путем пропускания холодного воздуха через теплообменник, по которому циркулирует пар. Остаточная теплота переносится из пара через теплообменник непосредственно в атмосферу.
Поскольку перепускаемый пар не произвел работу на турбине, давление и температура такого пара выше, чем у отработавшего пара, выходящего из турбины. В результате, температуру и давление перепускаемого пара необходимо кондиционировать или уменьшать перед тем, как его подать в конденсатор воздушного охлаждения, чтобы избежать его повреждений. Для снижения температуры пара в перепускаемый пар обычно впрыскивают охлаждающую воду. Для регулирования давления пара перед его поступлением в конденсатор используют регулирующие клапаны и, более конкретно, устройства, снижающие давление текучей среды, обычно именуемые разбрызгивателями или рассеивателями. Разбрызгиватели являются дросселирующими устройствами, которые снижают давление текучей среды за счет переноса и поглощения энергии текучей среды, содержащейся в перепускаемом паре. Обычные разбрызгиватели состоят из цилиндрического пустотелого корпуса или перфорированной трубы, которая выступает в выхлопной канал турбины. Перепускаемый пар переносится этим разбрызгивателем в выхлопной канал через множество проходов, ведущих к внешней поверхности. Разделяя входящую текучую среду на постепенно уменьшающиеся, обладающие высокой скоростью струи текучей среды, разбрызгиватель снижает расход и давление входящего перепускаемого пара и любой остающейся охлаждающей воды до приемлемых уровней еще до входа в конденсатор воздушного охлаждения.
В процессе уменьшения давления поступающего пара разбрызгиватели преобразуют потенциальную энергию пара в кинетическую энергию. Кинетическая энергия образует турбулентный поток текучей среды, который создает нежелательные физические вибрации в окружающих конструкциях и нежелательный аэродинамический шум. На электростанциях, где установлено несколько паровых генераторов, в выхлопной канал турбины устанавливают множество разбрызгивателей. Поскольку в канале имеются пространственные ограничения, разбрызгиватели обычно устанавливают вблизи друг от друга. Кроме того, струи текучей среды, состоящие из пара, движущегося с высокой скоростью, и остаточной распыленной воды, выходящие из близко расположенных разбрызгивателей, могут взаимодействовать друг с другом, существенно повышая аэродинамический шум. В системе конденсатора воздушного охлаждения турбулентное движение текучей среды может создавать аэродинамические условия, которые приводят к возникновению физических вибраций и шуму такой величины, которая превышает нормы, установленные правительством и повреждает систему рекуперации пара. Избыточный шум может вызвать приводящий к разрушениям структурный резонанс или вибрацию в выхлопном канале турбины. Следовательно, желательно создать устройство и/или способ существенного уменьшения этих вредных явлений.
На фиг.1 показана обычная электростанция, в которой используется обводная система 100 турбины. Паровой котел или промежуточный пароперегреватель 102 вырабатывает пар. Пар может проходить через турбину 104 для получения вращательной механической энергии, которая подается на генератор 114 для выработки электроэнергии. Затем пар, выходящий из турбины 104, попадает в конденсатор 106, из которого он возвращается в котел или промежуточный пароподогреватель 102. В перепускном режиме пар проходит через перепускной клапан 108 с дополнительной водой, подаваемой перепускным водяным клапаном 110, и попадает в конденсатор 106. Цифровой контроллер 112 управляет работой перепускного клапана 108 и перепускного водяного клапана 110. Узел разбрызгивателя может быть встроен в обводной контур за перепускным клапаном 108 для кондиционирования пара перед тем, как пар попадет в конденсатор 106. Узел разбрызгивателя часто может генерировать существенный уровень шума при уменьшении давления и температуры пара.
В отрасли имеется потребность размещения разбрызгивателей так, чтобы уменьшить общий уровень шума, создаваемого проходящим через них паром. Настоящее изобретение направлено на дополнительные решения, удовлетворяющие эту потребность.
Согласно первому объекту настоящего изобретения создан способ размещения множества разбрызгивателей, при котором изготавливают множество разбрызгивателей, каждый из которых имеет центральную ось и наружный диаметр, и размещают каждый из множества разбрызгивателей так, чтобы отношение расстояния между центральными осями каждого разбрызгивателя к наружному диаметру каждого разбрызгивателя превышало приблизительно 2.
Предпочтительно, дополнительно размещают каждый из множества разбрызгивателей относительно выхлопного канала.
Предпочтительно, дополнительно при размещении каждого из множества разбрызгивателей увеличивают расстояние между центральными осями каждого из разбрызгивателей для увеличения указанного отношения и тем самым для снижения уровня шума.
Предпочтительно, величина отношения равна приблизительно 5.
Предпочтительно, величина отношения находится в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 5.
Предпочтительно текучая среда, проходящая через каждый из разбрызгивателей, представляет собой пар.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ размещения множества разбрызгивателей для уменьшения уровней шума, вызываемого текучей средой, проходящей через множество разбрызгивателей, при котором изготавливают множество разбрызгивателей, каждый из которых имеет центральную ось и наружный диаметр; уменьшают уровень шума путем установки каждого из множества разбрызгивателей так, чтобы отношение расстояния между центральными осями каждого разбрызгивателя к наружному диаметру каждого разбрызгивателя превышало приблизительно 2.
Предпочтительно, дополнительно размещают каждый из множества разбрызгивателей относительно выхлопного канала.
Предпочтительно, дополнительно при размещении каждого из множества разбрызгивателей увеличивают расстояние между центральными осями каждого из разбрызгивателей для увеличения указанного отношения и тем самым для снижения уровней шума.
Предпочтительно величина отношения равна приблизительно 5.
Предпочтительно величина отношения находится в диапазоне от приблизительно около 2 до приблизительно около 5.
Предпочтительно текучая среда, проходящая по каждому из разбрызгивателей, представляет собой пар.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан узел разбрызгивателей, размещенный для уменьшения уровней шума, создаваемого текучей средой, проходящей через узел разбрызгивателей, содержащий множество разбрызгивателей, каждый из которых имеет центральную ось и наружный диаметр; при этом каждый из разбрызгивателей узла размещен так, чтобы отношение расстояния между центральными осями каждого из разбрызгивателей к наружному диаметру каждого из разбрызгивателей превышало приблизительно 2 для уменьшения уровней шума, создаваемого текучей средой, проходящей через узел разбрызгивателей.
Предпочтительно величина отношения равна приблизительно 5.
Предпочтительно величина отношения находится в диапазоне от приблизительно около 2 до приблизительно около 5.
Таким образом, согласно одному примерному варианту настоящего изобретения, множество разбрызгивателей размещают так, чтобы уменьшить уровень шума, вызванного текучей средой, проходящей через узел. Каждый разбрызгиватель проходит вдоль оси, например, центральной оси. Разбрызгиватели размещены или расположены так, чтобы отношение (S/D) расстояния (S) между центральной осью каждого разбрызгивателя к внешней поверхности или к наружному диаметру (D) каждого разбрызгивателя превышало упомянутую заданную величину.
Согласно одному объекту настоящего изобретения, множество разбрызгивателей размещают в выхлопном канале турбины. Расстояние между центральными осями каждого разбрызгивателя может меняться или регулироваться для увеличения отношения и сокращения уровня шума, исходящего от них. Расстояние между центральными осями каждого разбрызгивателя также можно регулировать или менять для уменьшения общей площади узла разбрызгивателей.
Согласно дополнительным объектам настоящего изобретения, текучая среда, проходящая через каждый из разбрызгивателей, может быть в форме пара. Каждый разбрызгиватель может дополнительно содержать множество выпускных отверстий для равномерного стравливания текучей среды.
Согласно одному варианту настоящего изобретения создан способ размещения множества разбрызгивателей для уменьшения уровня шума, создаваемого текучей средой, проходящей через множество разбрызгивателей. При этом согласно способу изготавливают множество разбрызгивателей, каждый из которых имеет центральную ось и наружный диаметр. Каждый из множества разбрызгивателей размещают так, чтобы отношение расстояния между центральными осями каждого разбрызгивателя к наружному диаметру каждого разбрызгивателя превышало заданную величину.
Ниже следует более подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 - схематическая иллюстрация обычного парового цикла согласно одному объекту настоящего изобретения;
Фиг.2 - схематическая иллюстрация парового цикла, включающего в себя узел разбрызгивателей согласно одному объекту настоящего изобретения;
Фиг.3А и 3В - схематические иллюстрации выпуска текучей среды разбрызгивателем и ее взаимодействия согласно одному объекту настоящего изобретения;
Фиг 4А и 4В - виды сверху и сбоку, соответственно, узла разбрызгивателей согласно одному объекту настоящего изобретения; и
Фиг.5А и 5В - виды сверху дополнительных конфигураций узла разбрызгивателей согласно одному объекту настоящего изобретения.
Иллюстративный вариант настоящего изобретения относится к отношению размеров, полученному сравнением расстояния между центральной осью и наружным диаметром или поверхностью каждого разбрызгивателя в узле разбрызгивателей. Это отношение ниже именуется «отношение S/D». Отношение S/D можно использовать в способе для определения оптимального промежутка между двумя или более разбрызгивателями в узле. Например, в установке конденсатора воздушного охлаждения обычно имеется более чем один разбрызгиватель, встроенный в выхлопной канал турбины. Для таких задач действует правило, согласно которому разбрызгиватели должны занимать наименьшую площадь сечения выхлопного канала турбины. Для минимизации занимаемой площади разбрызгиватели размещают последовательно в ряд относительно близко друг к другу.
В соответствии с идеей настоящего изобретения было обнаружено, что когда отношение S/D относительно мало, шум, создаваемый текучей средой, проходящей через разбрызгиватели, относительно велик. Однако настоящие изобретатели поняли, что с увеличением отношения S/D шум, генерируемый текучей средой, проходящей через разбрызгиватель, уменьшается. Меняя отношение S/D определенным образом до конкретного отношения, можно резко уменьшить развитие воздействующего потока в выхлопном канале турбины. Это, в свою очередь, сильно снижает уровень шума в обводном контуре турбины.
На фиг.2-5В, где одинаковые детали обозначены одинаковыми ссылочными позициями, проиллюстрированы варианты узла разбрызгивателей согласно настоящему изобретению. Хотя настоящее изобретение будет описано со ссылками на иллюстративные варианты, показанные на чертежах, следует понимать, что настоящее изобретение может принимать различные альтернативные формы. Любой специалист в данной области может найти дополнительные способы изменения параметров в раскрытых вариантах, таких как размер, форма или тип элементов или материалов, находящихся в объеме и рамках идеи настоящего изобретения.
На фиг.2 показан схематический вид, иллюстрирующий обычный узел разбрызгивателей 12 в системе 10, приводимой в действие паром. Как описано выше, системой может быть производственный процесс, процесс генерирования электроэнергии или какой-либо другой производственный процесс, как понимается обыкновенным специалистом. Узел 12 разбрызгивателей размещен вдоль канала 11, проходящего от приводимой в действие паром системы к конденсатору 14. Как показано на этом чертеже, узел 12 разбрызгивателей размещен на пути между приводимой в действие паром системой 10 и конденсатором 14 для кондиционирования пара до того, как он попадет в конденсатор 14. В такой конструкции узел 12 разбрызгивателей может оказывать желаемый эффект снижения давления и температуры пара во избежание прямого попадания перегретого пара высокого давления в конденсатор 14, что может привести к его повреждению.
В связи с ограничениями по пространству узел 12 разбрызгивателей часто размещают в относительно тесном пространстве между приводимой в действие паром системой 10 и конденсатором 14. Как таковые, отдельные разбрызгиватели в узле 12 разбрызгивателей часто устанавливают вблизи друг от друга в ряд. При таком тесном размещении разбрызгивателей и без преимуществ согласно настоящему изобретению пар, выходящий из любого одного разбрызгивателя, пересекается с паром, выходящим из другого соседнего разбрызгивателя в узле 12 разбрызгивателей, и создает нежелательный шум нежелательного высокого уровня.
На фиг.3А и 3В схематически проиллюстрирован выпуск текучей среды разбрызгивателем и ее взаимодействия. Фиг.3А представляет собой вид сверху двух иллюстративных разбрызгивателей: первый разбрызгиватель 30 и второй разбрызгиватель 32. Текучая среда выпускается радиально из первого разбрызгивателя 30 и второго разбрызгивателя 32 в направлении, показанном радиальными стрелками. Когда два разбрызгивателя установлены вблизи друг от друга, возникает зона 34 взаимодействия, которая является приблизительным положением, в котором выпускаемая из первого разбрызгивателя 30 текучая среда пересекается и взаимодействует с текучей средой, выпускаемой из второго разбрызгивателя 32. Зона 34 взаимодействия, создаваемая рядом расположенными разбрызгивателями, способствует рекомбинации радиального потока от каждого разбрызгивателя, что, по существу, увеличивает аэродинамический шум, генерируемый разбрызгивателями. На фиг.3В показан вид сбоку первого разбрызгивателя 30 и второго разбрызгивателя 32 с соответствующей зоной 34 взаимодействия. Выпуск 36, осуществляемый вне зоны 34 взаимодействия, просто рассеивается в атмосфере, если не встречает других препятствий, окружающих разбрызгиватель. Выпуск 38 текучей среды в зону 34 взаимодействия сталкивается с выпуском соседнего разбрызгивателя и создает аэродинамический шум, который можно ограничить в соответствии с идеей настоящего изобретения.
Фиг.4А и 4В иллюстрируют узел 12 разбрызгивателей с фиг.2 на видах сверху и сбоку. Согласно идее настоящего изобретения, интервал между каждым разбрызгивателем 16 в узле 12 определяется так, чтобы в конечном счете уменьшить шум, создаваемый паром, выходящим из каждого разбрызгивателя 16, соответственно размещая разбрызгиватели 16 как можно ближе друг к другу для экономии пространства. Как показано на фиг.4А и 4В, каждый разбрызгиватель 16 имеет наружный диаметр D. Наружный диаметр D часто является одинаковым у всех разбрызгивателей в данном узле 12 разбрызгивателей. Однако каждый разбрызгиватель 16 может иметь индивидуальный наружный диаметр D. В показанном варианте все разбрызгиватели имеют одинаковые наружные диаметры D. Кроме того, каждый разбрызгиватель имеет центральную точку С. Центральная точка С расположена в центре каждого кругового разбрызгивателя 16. Если разбрызгиватель 16 имеет форму поперечного сечения, отличающуюся от круглой, его центральная точка С определяется обычными геометрическими расчетами.
Интервал S представляет собой размер между каждой центральной точкой С каждого разбрызгивателя 16. Интервал S, таким образом, представляет собой общее расстояние между разбрызгивателями 16 в узле 12 разбрызгивателей.
На фиг.4В показан вид сбоку узла 12 разбрызгивателей с фиг.4А. Центральная точка С показана как центральная ось. Каждый разбрызгиватель 16 проходит вдоль центральной оси. Также показаны наружный диаметр D разбрызгивателя 16 и интервал S между разбрызгивателями в узле.
В соответствии с идеей настоящего изобретения, можно определить отношение, представляющее интервал между разбрызгивателями 16 в узле 12 разбрызгивателей. Отношение обозначается как отношение S/D. Отношение S/D вычисляется следующим образом. Интервал S между центральными точками С каждого разбрызгивателя 16 в узле 12 разбрызгивателей делят на наружный диаметр D каждого разбрызгивателя 16 для получения отношения S/D.
Отношение S/D может быть определенным или переменным для управления конечным уровнем шума, издаваемого узлом 12 разбрызгивателей для любой данной задачи. Если разбрызгиватели 16 разнести дальше друг от друга, интервал S увеличивается и, следовательно, увеличивается отношение S/D, при этом уменьшается вероятность столкновения текучей среды, выпускаемой из разбрызгивателей 16, и ее рекомбинации с текучей средой, выпускаемой из соседних разбрызгивателей 16, что приводит к нежелательному аэродинамическому шуму. При увеличении интервала S отношение S/D также увеличивается.
Изобретатели поняли, что в обычных задачах, решаемых разбрызгивателями 16 и узлами 12 разбрызгивателей, отношение S/D менее двух приводит к существенному уровню шума. Например, при сравнении разных уровней шума, создаваемого выпуском текучей среды их характерного узла разбрызгивателей, подобного показанному на фиг.4А и 4В, были получены следующие результаты, приведенные в таблице:
Как показано в таблице, с увеличением отношения S/D от приблизительно 2,5 до приблизительно 6, уровень шума, издаваемого каждым разбрызгивателем, уменьшается. Следует отметить, что уровень шума между разными разбрызгивателями при данном отношении S/D может несколько отличаться. Это обусловлено другими факторами, относящимися к окружающей среде, такими как поток воздуха вокруг разбрызгивателя, турбулентность, создаваемая текучей средой, выпускаемой из окружающих разбрызгивателей, а также другими факторами, известными специалистам. Однако ясно, что при отношении S/D, приблизительно равном 2,5, уровни производимого шума значительно выше, чем при отношении S/D, равном приблизительно 6.
На фиг.5А и 5В показаны дополнительные варианты узлов разбрызгивателей. На фиг.5А показан узел 18 разбрызгивателей. В узле 18 разбрызгивателей каждый разбрызгиватель 16 помещен для образования ступенчатых соседних рядов. Каждый разбрызгиватель 16 имеет центральную точку С и между центральными точками С можно измерить интервал S. Таким образом, отношение S/D можно определить, размещая разбрызгиватели на равном расстоянии как в прямом ряду, так и в соседнем ряду. Интервал S может определять расстояние между разбрызгивателями в каждом ряду.
На фиг.5В показан другой узел 20 разбрызгивателей. В этом узле 20 разбрызгиватели 16 показаны в круговой конфигурации. Интервал S между центральными точками каждого разбрызгивателя измеряется, как показано на фиг.5В. Дополнительно, в центре круговой конфигурации имеется разбрызгиватель 17. Этот разбрызгиватель, как показано, расположен на расстоянии S2, которое отличается от интервала S между другими разбрызгивателями 16 в узле 20. Увеличенное расстояние S2 иллюстрирует, что интервал между разбрызгивателями в любом узле 12, 18, 20, не обязательно должен быть одинаковым. Увеличенное по сравнению с интервалом S расстояние S2 не оказывает влияния на увеличение шума от текучей среды, проходящей через разбрызгиватели 16 и 17.
Следует отметить, что стремление увеличить интервал для увеличения отношения S/D наталкивается на ограничения, налагаемые наличием пространства в системе. Как упоминалось выше, расположение разбрызгивателей в системе часто зависит от других пространственных ограничений, и разбрызгиватели часто устанавливают плотно друг к другу в относительно тесном пространстве. При расчете отношения S/D и требуемого уровня шума, следует учитывать, что чем больше интервал, тем меньше производится шума от столкновения текучих сред. Однако внешние параметры могут воспрепятствовать размещению разбрызгивателей, позволяющему получить идеальное отношение S/D. В таких случаях разбрызгиватели размещают так, чтобы достичь отношения S/D, как можно более близкого к идеальному, чтобы результирующий уровень шума находился в заданном диапазоне.
Следует также отметить, что хотя описанные выше иллюстративные варианты относятся к текучей среде, представляющей собой пар, текучая среда не обязательно должна быть паром. Текучая среда может быть любой сжимаемой текучей средой в понимании обычного специалиста.
Отношение S/D можно использовать в способе определения оптимального расстояния между двумя или более разбрызгивателями в конкретной задаче. В соответствии с идеей настоящего изобретения было определено, что когда отношение S/D относительно невелико, шум, создаваемый текучей средой, проходящей через разбрызгиватели, относительно велик. Однако по мере увеличения отношения S/D в узле распылителей, шум, генерируемый текучей средой, проходящей через разбрызгиватели, уменьшается. Меняя отношение S/D конкретным образом до заданной величины, можно значительно уменьшить влияние взаимодействующих потоков на выхлопной канал турбины. Это, в свою очередь, значительно снижает уровни шума за пределами выхлопного канала турбины.
Из вышеприведенного описания специалистам очевидны многочисленные модификации и альтернативные варианты настоящего изобретения. Соответственно, это описание следует толковать только как иллюстративное и, для целей изложения идеи специалистам, как наилучший способ реализации настоящего изобретения. Детали конструкции могут существенно меняться, не выходя из объема настоящего изобретения, и изобретатель оставляет за собой право на эксклюзивное использование всех модификаций, которые охвачены прилагаемой формулой изобретения. Настоящее изобретение ограничивается только прилагаемой формулой и применимыми положениями законодательства.
Реферат
Предложен способ конфигурирования системы. Способ содержит этапы, на которых изготавливают множество разбрызгивателей, каждый из которых имеет центральную ось и наружный диаметр. Каждый из множества разбрызгивателей размещают так, чтобы отношение расстояния между центральными осями каждого разбрызгивателя к наружному диаметру каждого разбрызгивателя превышало заданную величину. Увеличение этого отношения приводит к уменьшению производимого шума. Предложенное позволяет сократить уровень шума, создаваемого текучей средой, проходящей через множество разбрызгивателей. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил., 1 табл.
