CN102192661B - 一种输水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输水器，该输水器包括相互连通的、夹角为109°～110°的第一管道和第二管道，所述第一管道与第二管道的连通处包括入水口；分别与所述第一管道出水端连通的第三管道和第四管道；分别与所述第二管道出水端连通的第五管道和第六管道。与现有技术中高压机械雾化喷嘴相比，该输水装置不采用喷头装置，通过树形网络结构，形成均匀的喷口，使得喷淋水在瑞利破碎机理条件下破碎雾化，形成较大直径的液滴，使补充水与凝汽器排气传热传质面积扩展，满足强化换热目的，从而避免了由于喷头产生的压降损失大，耗能较大的问题。本发明提供的输水装置的压降损失较小，从而耗能较少。

Description

一种输水装置

技术领域

本发明涉及热质交换技术领域，更具体地说，涉及一种输水装置。

背景技术

在火电厂的生产过程中，由于存在多种工质损失现象，例如，抽汽供热、锅炉排污、蒸汽吹灰、管道泄漏、给水泵暖泵等，因此需要给热力***补充水，以维持热力循环的工质数量稳定。此外，汽轮发电机组的在运行过程中需要不断地补充水分，所补充的水分为化学补充水。化学补充水通过输水装置进入汽轮机的凝结器中，目的是使补充水在凝结器中实现雾化，使低温的化学补充水与高温的汽轮机排气在凝结器内实现混合换热，从而使汽轮机排入凝结器冷却区的汽量减少，因此在冷却管内冷却水量、水温不变的情况下，有利于提高凝汽器的真空度。

目前常用的补水装置主要为管状输水装置，在利用该管状输水装置补水时，由于水流沿着凝汽器补水管的喷水孔喷出，喷水孔沿着补水管长度方向排列，在补水压力的作用下，补水以柱状喷出。柱状的水流喷射速度快、距离远，但是换热面积小，以致低温的补水与高温的排气在凝汽器中无法得到充分的混合换热，不利于凝汽器内真空除氧。

为了提高补水与排气的换热面积，现有技术中申请号为200420118037的中国专利文献公开了一种汽轮机组凝汽器补水雾化装置，该装置在凝汽器喉部补水管上设置高压机械雾化喷嘴，该高压机械雾化喷嘴沿补水管的长度方向间隔排列，提高了补水与排气的换热面积。但是，由于该补水雾化装置采用高压机械雾化喷嘴使补水雾化，压降损失大，耗能较大。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种输水装置，该输水装置的压降损失较小。

本发明提供一种输水装置，包括：

相互连通的、夹角为109°～110°的第一管道和第二管道，所述第一管道与第二管道的连通处包括入水口；

分别与所述第一管道出水端连通的第三管道和第四管道，所述第三管道和第四管道所呈平面与所述第一管道和第二管道所呈平面相互垂直，所述第三管道和第四管道对称分布于所述第一管道和第二管道所呈平面的两侧，所述第三管道与第四管道的水流方向与所述第一管道的水流方向一致，所述第三管道与第四管道的夹角为109°～110°；

分别与所述第二管道出水端连通的第五管道和第六管道，所述第五管道和第六管道所呈平面与所述第一管道和第二管道所呈平面相互垂直，所述第五管道和第六管道对称分布于所述第一管道和第二管道所呈平面的两侧，所述第五管道和第六管道的水流方向与所述第二管道的水流方向一致，所述第五管道与第六管道的夹角为109°～110°。

优选的，所述第一管道与第二管道的管径相同、管长相等。

优选的，所述第三管道、第四管道、第五管道与第六管道的管径相同、管长相等。

优选的，所述第三管道与所述第一管道的管径比为0.7177～0.7179。

优选的，所述第三管道与所述第一管道的管长比为0.5485～0.5487。

优选的，所述第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道与第六管道为圆形管道。

优选的，还包括：

分别与所述第三管道出水端连通的第七管道和第八管道，所述第七管道和第八管道所呈平面与所述第三管道和第四管道所呈平面相互垂直，所述第七管道和第八管道对称分布于所述第三管道和第四管道所呈平面的两侧，所述第七管道和第八管道的水流方向与所述第三管道的水流方向一致，所述第七管道和第八管道的夹角为109.46°。

优选的，所述第七管道与所述第八管道的管径相同、管长相等。

优选的，所述第七管道与所述第三管道的管径比为0.7177～0.7179。

优选的，所述第七管道与所述第三管道的管长比为0.5485～0.5487。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供一种输水器，该输水器包括相互连通的、夹角为109°～110°的第一管道和第二管道，所述第一管道与第二管道的连通处包括入水口；分别与所述第一管道出水端连通的第三管道和第四管道；分别与所述第二管道出水端连通的第五管道和第六管道。与现有技术中高压机械雾化喷嘴相比，该输水装置不采用喷头装置，通过树形网络结构，形成均匀的喷口，使得喷淋水在瑞利破碎机理条件下破碎雾化，形成较大直径的液滴，使补充水与凝汽器排气传热传质面积扩展，满足强化换热目的，从而避免了由于喷头产生的压降损失大，耗能较大的问题。本发明提供的输水装置的压降损失较小，从而耗能较少。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的输水装置主视图；

图2为本发明实施例公开的输水装置左侧视图；

图3为本发明实施例公开的输水装置右侧视图；

图4为本发明实施例公开的输水装置的立体图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2、图3所示，本发明提供了一种输水装置，包括：

入水口101、第一管道102、第二管道103、第三管道201、第四管道202、第五管道301和第六管道302，

其中，第一管道102和第二管道103相互连通，夹角为109°～110°，入水口101设置于第一管道102与第二管道103的连通处，第三管道201和第四管道202分别与第一管道102出水端连通，第三管道201和第四管道202所呈平面与第一管道102和第二管道103所呈平面相互垂直，第三管道201和第四管道202对称分布于第一管道102和第二管道103所呈平面的两侧，第三管道201与第四管道202的水流方向与第一管道102的水流方向一致，第三管道201与第四管道202的夹角为109°～110°；

第五管道301和第六管道302分别与第二管道103出水端连通，第五管道301和第六管道302所呈平面与第一管道102和第二管道103所呈平面相互垂直，第五管道301和第六管道302对称分布于第一管道102和第二管道103所呈平面的两侧，第五管道301和第六管道302的水流方向与第二管道103的水流方向一致，第五管道301与第六管道302的夹角为109°～110°。

第一管道102与第二管道103管径相同、管长相等。第三管道201、第四管道202、第五管道301与第六管道302的管径相同、管长相等。第三管道201与第一管道102的管径比为0.7177～0.7179，优选为0.7178。第三管道201与第一管道102的管长比为0.5485～0.5487，优选为0.5486。第一管道102、第二管道103、第三管道201、第四管道202、第五管道301和第六管道302为圆形管道。

本发明提供的输水装置还包括：

分别与第三管道201出水端连通的第七管道和第八管道，第七管道和第八管道所呈平面与第三管道201和第四管道202所呈平面相互垂直，第七管道和第八管道对称分布于第三管道201和第四管道202所呈平面的两侧，第七管道和第八管道的水流方向与第三管道201的水流方向一致，第七管道和第八管道的夹角为109.46°。第七管道与所述第八管道的管径相同、管长相等。第七管道与所述第三管道的管径比为0.7177～0.7179，优选为0.7178。第七管道与所述第三管道的管长比为0.5485～0.5487，优选为0.5846。

如图4所示，为本发明提供的输水装置的立体图，该输水装置每一次二分叉时，按照上面单元结构形成，并且新分支的下一单元面与上一级单元面垂直。

本发明所述输水装置中第一管道102和第二管道103的夹角优选为109.46°，第三管道201与第四管道202的夹角优选为109.46°，第五管道301与第六管道302的夹角优选为109°～110°，更优选为109.46°。

以第一管道102与第二管道103的夹角为例，按照如下方法确定：

设第一管道102的管径为d₀，第一管道102的管长为l₀，第三管道201的管径为d1，第三管道201的管长为l₁，第一管道与第二管道的夹角的一半为θ。以第三管道和第四管道的出水端之间的距离为长，以入水口到第三管道的出水端之间的垂直距离为高，以第三管道出水端与第五管道出水端之间的垂直距离为宽构成的长方体的体积为V，该长方体的管道的表面积为S。

V＝(l₀+l₁)l₀l₁sin2θsinθ

S＝πd₀l₀+2πd₁l₁

当水处于湍流光滑管区时，二级树状管路总的消耗功率是：

$\stackrel{.}{W_{\mathrm{sum}}}=\stackrel{.}{W_0}+2\stackrel{.}{W_1}=0.3164{\mathrm{\μ}}^{0.25}{\mathrm{\ρ}}^{-1}{\mathrm{\π}}^{-1.75}{2}^{2.5}(\frac{{\stackrel{.}{m}}^{2.75}{l}_0}{d_0^{4.75}}+2\frac{{(\stackrel{.}{m}/2)}^{2.75}{l}_1}{d_1^{4.75}})$

$=c(\frac{l_0}{d_0^{4.75}}+2^{-1.75}\frac{l_1}{d_1^{4.75}})$

式中 $c=\frac{2^{2.5}0.3164{\mathrm{\μ}}^{0.25}{\stackrel{.}{m}}^{2.75}}{{\mathrm{\ρ\π}}^{1.75}}$

定义拉格朗日函数：

$L(l_0,l_1,d_0,d_1,\mathrm{\θ})=X=\stackrel{.}{W}+{\mathrm{\λ}}_{0}S+{\mathrm{\λ}}_{1}V$

对l₀，l₁，d₀，d₁，θ分别求导得到方程组：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\∂X}{\∂l_0}=\frac{\∂\stackrel{.}{W}}{\∂l_0}+{\mathrm{\λ}}_0\frac{\∂S}{\∂l_0}+{\mathrm{\λ}}_1\frac{\∂V}{\∂l_0}=0\\ \frac{\∂X}{\∂l_1}=\frac{\∂\stackrel{.}{W}}{{\∂l}_1}{+\mathrm{\λ}}_0\frac{\∂S}{\∂l_1}+{\mathrm{\λ}}_1\frac{\∂V}{\∂l_1}=0\\ \frac{\∂X}{\∂d_0}=\frac{\∂\stackrel{.}{W}}{\∂d_0}+{\mathrm{\λ}}_0\frac{\∂S}{\∂d_0}+{\mathrm{\λ}}_1\frac{\∂V}{\∂d_0}=0\\ \frac{\∂X}{\∂d_1}=\frac{\∂\stackrel{.}{W}}{\∂d_1}+{\mathrm{\λ}}_0\frac{\∂S}{\∂d_1}+{\mathrm{\λ}}_1\frac{\∂V}{\∂d_1}=0\\ \frac{\∂X}{\∂\mathrm{\θ}}=\frac{\∂\stackrel{.}{W}}{\∂\mathrm{\θ}}+{\mathrm{\λ}}_0\frac{\∂S}{\∂\mathrm{\θ}}+{\mathrm{\λ}}_1\frac{\∂V}{\∂\mathrm{\θ}}=0\end{array}\right.$

即：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{c}{d_0^{4.75}}+{\mathrm{\λ}}_0\mathrm{\π}{d}_0+{\mathrm{\λ}}_1(2l_0{l}_1+l_1^2)=0\\ \frac{c}{2^{1.75}{d}_0^{4.75}}+{\mathrm{\λ}}_{0}2\mathrm{\π}{d}_0+{\mathrm{\λ}}_1(2l_0{l}_1+l_0^2)=0\\ \frac{-4.75l_{0}c}{d_0^{4.75}}+{\mathrm{\λ}}_0\mathrm{\π}{l}_0=0\\ \frac{-4.75l_{1}c}{2^{1.75}{d}_0^{5.75}}+\mathrm{\λ}{2}_0\mathrm{\π}{l}_0=0\\ (l_0+l_1)l_0{l}_1(\sin 2\mathrm{\θ}\cos \mathrm{\θ}+2\cos 2\mathrm{\θ}\sin \mathrm{\θ})=0\end{array}\right.$

这样可推出最小压降损失时：

$\cos \mathrm{\θ}=\frac{1}{\sqrt{3}},$ 即θ≈54.73°

$m=2\frac{12}{23},$ 即

因此，相邻两层管径比

相邻两层管长比

分叉角54.73×2＝109.46°。

为了进一步说明本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例

针对某5万机组现有情况：补水量Q＝60t/h，除盐水来流压强P1为0.4MPa，温度20℃左右，凝汽器真空压强P2＝0.08Ma-0.093MPa，排气温度t＝38.9-60℃。输水器量度如表1所示。输水器采用如图1、图2和图3所示，结构分九层，喷口共有2⁹＝512个，密度为400No./m²。

相邻两层管径比相邻两层管长比

分叉角：54.73×2＝109.46°，取喷孔速度为1m/s。

输水器参数如下表所示：

表1输水器量度表

表2输水器量度表

Gn表示入口为G₀，每分叉一次，n加1；

d为管子直径，单位为mm；

u为每层管入口水的流速(忽略同一层管中变化)，单位为m/s，出口处流速为1m/s；

Re为雷诺数Re＝ud/v，v＝0.8×10^-6m²/s；

λ为达西摩擦因子，根据Re雷诺数范围，用布拉休斯公式计算：

λ＝0.3164/Re^0.25，

ζ为局部损失因子。

输水器数量为两个，所占空间轮廓为矩形底面的锥体，由输水器量度表可知，其底面面积为1.542×0.83＝1.28m²，高为0.5348m。输水器压降约为P＝17.026KPa。

本发明提供的输水装置的各层分叉处的光滑程度、导流装置和无量纲曲率半径等因素可使得局部阻力损失因子减小，末端出口的直径大小影响液滴的大小，从而影响换热效果。

本发明提供的输水装置与现有技术中高压机械雾化喷嘴相比，该输水装置不采用喷头装置，通过树形网络结构，形成均匀的喷口，使得喷淋水在瑞利破碎机理条件下破碎雾化，形成较大直径的液滴，使得补充水与凝汽器排气传热传质面积扩展，满足强化换热目的，从而避免了由于喷头产生的压降损失大，耗能较大的问题。本发明提供的输水装置的压降损失较小，从而耗能较少。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现，例如可用于喷淋、雾化等直接接触的传质传热场合。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种输水装置，其特征在于，包括：

相互连通的、夹角为109°～110°的第一管道和第二管道，所述第一管道与第二管道的连通处包括入水口；

分别与所述第一管道出水端连通的第三管道和第四管道，所述第三管道和第四管道所呈平面与所述第一管道和第二管道所呈平面相互垂直，所述第三管道和第四管道对称分布于所述第一管道和第二管道所呈平面的两侧，所述第三管道与第四管道的水流方向与所述第一管道的水流方向一致，所述第三管道与第四管道的夹角为109°～110°；

分别与所述第二管道出水端连通的第五管道和第六管道，所述第五管道和第六管道所呈平面与所述第一管道和第二管道所呈平面相互垂直，所述第五管道和第六管道对称分布于所述第一管道和第二管道所呈平面的两侧，所述第五管道和第六管道的水流方向与所述第二管道的水流方向一致，所述第五管道与第六管道的夹角为109°～110°。

2.根据权利要求1所述的输水装置，其特征在于，所述第一管道与第二管道的管径相同、管长相等。

3.根据权利要求2所述的输水装置，其特征在于，所述第三管道、第四管道、第五管道与第六管道的管径相同、管长相等。

4.根据权利要求3所述的输水装置，其特征在于，所述第三管道与所述第一管道的管径比为0.7177～0.7179。

5.根据权利要求3所述的输水装置，其特征在于，所述第三管道与所述第一管道的管长比为0.5485～0.5487。

6.根据权利要求1所述的输水装置，其特征在于，所述第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道与第六管道为圆形管道。

7.根据权利要求1所述的输水装置，其特征在于，还包括：

分别与所述第三管道出水端连通的第七管道和第八管道，所述第七管道和第八管道所呈平面与所述第三管道和第四管道所呈平面相互垂直，所述第七管道和第八管道对称分布于所述第三管道和第四管道所呈平面的两侧，所述第七管道和第八管道的水流方向与所述第三管道的水流方向一致，所述第七管道和第八管道的夹角为109.46°。

8.根据权利要求7所述的输水装置，其特征在于，所述第七管道与所述第八管道的管径相同、管长相等。

9.根据权利要求8所述的输水装置，其特征在于，所述第七管道与所述第三管道的管径比为0.7177～0.7179。

10.根据权利要求7所述的输水装置，其特征在于，所述第七管道与所述第三管道的管长比为0.5485～0.5487。

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