一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统及方法与流程

1.本发明属于多背压凝汽器隔压密封试验系统领域，具体涉及多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统及方法。


背景技术：

2.近年来，“节能减排”越来越受到关注，特别是电站的节能减排，因此应该尽可能提高电站机组的经济性。凝汽器是电站机组中的关键部件，对于电站的经济性起着至关重要的作用。凝汽器主要用于冷凝由主汽轮机和部分辅助汽轮机中排出的乏汽和接收疏水，并在汽轮机排汽口建立与维持一定的真空度。凝汽器中真空度越高，即背压越低，汽轮机排气压力月底，电站机组的热效率越高，经济性越好。
3.目前，大多数电站冷凝式汽轮机设计成具有单一背压值，即与之配套的凝汽器具有单一设计压力值，这种凝汽器称为单压凝汽器。如果低压汽轮机有多个排汽缸，而且相应地凝汽器设计成具有多个独立的蒸汽室，分别接收各个排汽缸的排汽，这种凝汽器称为多背压凝汽器，它可以使汽轮机在多种不同的背压值下运行。以往的研究表明，采用多背压凝汽器，可以降低汽轮机排气平均背压，提高机组的热效率。
4.多背压凝汽器将一个壳体沿冷凝管方向分成多个腔体，腔体中背压不同存在压差，腔体间由隔板分开，冷凝管要穿过不同腔体间的隔板。但多背压凝汽器的不同腔体间的隔压密封还存在一些问题，由于工艺能力有限而且出于安装方便，会在分隔不同背压腔室的隔板和冷凝管之间产生环形窄隙，在腔室间压差的作用下，高压侧就会向低压侧漏气，导致两侧背压无法建立，进而影响凝汽器的凝气效率。早期采用过一些隔压密封措施，比如隔压板管孔与冷却管之间插入塑料套，这种结构能防止蒸汽泄漏但是工作量大，而且冷却管更换困难。比较理想的措施是液体自密封法：凝汽器冷凝管表面在工作时自然产生一层液膜，这层液膜在低压与高压汽室之间的压差的推动下，以较低的速度连续地沿着冷却管从高压侧流向低压侧，利用这层液膜封堵管板与换热管之间的环隙从而达到密封蒸汽的目的。但目前公开发表文献中尚无多背压凝汽器隔压密封试验数据。


技术实现要素：

5.针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统及方法，用空气冷态模拟蒸汽、喷纯净水代替凝水测试不同多背压凝汽器隔压密封措施的效果，获得相应试验数据，选出最优的隔压密封措施，为多背压凝汽器的设计奠定基础。
6.为解决上述技术问题，本发明的一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统，包括试验装置本体、供气系统、给水系统；
7.所述试验装置本体包括一个由隔板隔开的低压腔室和一个高压腔室，低压腔室设置有通过排气阀与大气连通的排气口和连接疏水阀的疏水口，高压腔室设置有给水口、连接疏水阀的疏水口、进气口和通过排气阀与大气联通的排气口；两个腔室之间隔板上设置
有可更换隔压密封试验件；高压腔室设置有可拆卸端盖，用于更换安装更换隔压密封试验件和调节给水方式；所述可更换隔压密封试验件包括金属管和外管套，所述金属管穿过隔板，所述外管套固定安装在隔板上；所述金属管和所述外管套靠近隔板一端配合形成窄环隙，所述金属管和所述外管套同侧远离隔板一端紧配合安装；
8.所述给水系统包括水泵、为水泵提供水源的水箱和测量给水流量的质量流量计；水箱通过泵前阀连接水泵，水泵依次通过泵后阀、流量计前阀连接质量流量计，质量流量计通过给水调节阀连接试验装置本体上的给水口；流量计前阀和泵后阀之间设置有旁通阀，将旁通调节流量返回水箱；
9.所述供气系统包括空气压缩机、储存缓冲气体的气罐和测量气体流量的气体流量计，空气压缩机经阀门将空气泵入气罐，气罐经气总开关、气体流量计和进气阀与高压腔进气口相连。
10.进一步的，所述外管套上设置有两个槽。
11.进一步的，低压腔室和高压腔室均设置有压力测点获取压力值。
12.进一步的，所述水泵为离心水泵或注射泵。
13.进一步的，供水口在高压腔室内加装喷嘴并调节安装角度实现给水或者连接注射器针头并保证针尖伸入环隙以实现注水。
14.本发明还包括一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验方法，采用上述任意一种系统，包括：
15.a、试验前期准备：开启高压腔的端盖，将可更换隔压密封试验件安装在试验本体的隔板上，如果试验包含给水过程则根据给水方式安装给水装置，然后安装端盖，连接供气系统管路，如果试验包含给水过程则连接给水管路；
16.b、试验启动阶段：开启空气压缩机，开启各路阀门后关闭试验台两腔室的各个通气口，向两个腔室内充入空气，建立设定的压力后关闭阀门，保持该状态3-5min，若腔室能维持压力不变，则认为腔室密封性完好，可以继续试验；打开低压腔室疏水口和出气口，使低压腔室降到大气压并在试验过程中保持压力一直是大气压；如果试验包含给水过程，检查给水管路是否正常并开启水泵，再调节给水流量至试验要求并维持不变；
17.c、试验阶段：开启高压腔充气阀，调整充气流量使高低压腔压差至试验要求的数据点，待流量稳定后记录气体流量计的读数，如果试验包含给水过程，则在低压腔疏水口用称重法来测量窄隙过水量，每次测量给定时间的通过水的质量再计算得到，对一个压差的测量完毕后，改变至下一压差进行试验，直到将全部设定的压差测量完整。
18.本发明的有益效果：
19.1、本试验系统可以对不同隔压密封形式以及各种工作压差条件下冷凝管与隔压板泄漏气量及水量测量，并观察不同条件下凝水在窄隙进出口的流动及分布状态。
20.2、本试验系统可结合试验结果分析凝水流量、隔压密封形式工作参数对泄漏量的影响，为多背压凝汽器的设计做指导。
附图说明
21.图1是隔压密封冷态模拟试验系统示意图；
22.图2是试验本体装置结构示意图；
23.图3是可更换隔压密封试验件示意图。
具体实施方式
24.下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步说明。
25.本发明提供一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统及方法，设计并搭建冷态条件下的多背压凝汽器隔压密封特性可视化试验台，可进行冷态模拟试验，以喷纯净水代替凝水，空气代替蒸汽，研究不同凝水供应方式，不同隔压密封形式以及各种工作压差条件下冷凝管与隔压板窄隙泄漏气量及水量，并观察不同条件下凝水在窄隙进出口的流动及分布状态，可结合试验结果分析凝水流量、工作参数、隔压密封形式等对泄漏量的影响，为多背压凝汽器的设计做指导。
26.如图1所示，试验系统的主要包括供气系统、给水系统、试验装置本体三个部分，本发明主要由水箱、离心水泵、水质量流量计、试验装置本体、可更换隔压密封试验件、空气压缩机、高压气罐、气体流量计以及之间的连接管路组成。图1中包括1-试验本体装置；2-排气阀；3-给水调节阀；4-质量流量计；5-流量计前阀；6-泵后阀；7-离心水泵；8-泵前阀；9-旁通阀；10-水箱；11-空气压缩机，12-气总开关；13-气体流量计；14-进气阀；15-排气阀；16-疏水阀；17-疏水阀；18-可更换隔压密封试验件；19-气罐；20-压力测点1；22-压力测点2。
27.试验时供气系统中空气压缩机11将空气泵入高压气罐19，保证气罐19中的充足压力。气罐的大容积起到缓冲作用，使气体流量能够较为平稳。空气流经气体流量计13测量气体流量，在进气阀14的调节下控制高低压腔室的压差，其中低压腔进气阀2与大气连通，高压腔排气阀15关闭依靠充气达到预定试验压力，从而实现压差的建立。依靠空气质量流量计13测量不同条件下高压腔向低压腔的空气泄漏量。在给水系统中，由水箱10为水泵7提供稳定的水源，为旁通调节流量提供水的去处，而后由离心水泵7为高压腔稳定给水提供动力，通过质量流量计4测量给水流量，并设置靠近试验装置本体的给水调节阀3，以精确调节给水流量，进而模拟不同流量下的凝水，给水温度由温度测量仪表进行监测。在所需给水流量较低时，可将给水系统改为注射泵、阀门以及相应的连接管路组成以提供小流量的给水。
28.试验装置本体结构示意见图2，本体拥有两个腔室，腔室除开口以外和大气之间均绝对密封，以此保证气体进入腔室后只能通过可更换隔压密封试验的窄环隙排走，保证了泄漏流量的准确测量。高低压腔室都由进气口、出气口来建立压差，而且这几个通气口都留在了试验台正面，方便了试验时安装调试气体管路。高压腔外面有供水口，里面要有接口以接入腔室来模拟冷凝水，即可通过在给水管上加装喷嘴并调节安装角度实现给水，也可直接在给水管上连接注射器针头并保证针尖伸入环隙以实现注水。同时两个腔室都设有疏水口，高压腔疏水以防腔室内水过多聚集淹没窄环隙影响试验，低压腔疏水口常开为了用称重法测量窄环隙的通过水量。为调节并获取压力值，两个腔室都安装有压力表。
29.可更换隔压密封试验件示意见图3，试验件通过金属管与外管套配合形成窄环隙。图3中右侧加工成恰好可与设定直径(本试验直径为16mm)金属管紧配合的直径，这样金属管既得到了支承，也保证了金属管与左侧窄环隙流通段的同心，使得形成的窄环隙均匀。在两相混合物通过所需的流通段后，为了防止后续流动带来的阻力，直接加工两个槽以及时排出流体，上槽用于保证气体排出，下槽用于保证液体排出。通过对试验件外管套的加工可获取不同尺寸、不同粗糙度或含不同凹槽的环隙通道形式。
30.试验过程如下：
31.1、试验前期准备：开启高压腔的法兰盖，将本次试验所用的可更换隔压密封试验件正确安装在试验本体装置的隔板上，调节高压腔室中的给水方式，给水装置安装无误后将试验本体装置的法兰盖安装好，连接压缩空气管路。
32.2、试验启动阶段：开启空气压缩机，开启各路阀门后关闭试验台两腔室的各个通气口，向两个腔室内充入一定量的空气，建立设定的压力后关闭阀门阻止气体的继续进入。保持该状态3-5min，若腔室能维持压力不变，则认为腔室密封性完好，可以继续试验。打开低压腔室疏水口和出气口，使低压腔室降到大气压并在试验过程中保持压力一直是大气压(若进行的试验含有给水过程，在此时应检查给水管路是否正常并开启离心泵或者注射泵，再调节给水流量至试验要求并维持不变)。
33.3、试验阶段：开启高压腔充气阀，调整充气流量使高低压腔压差为试验要求的数据点，待流量稳定后记录气体流量计的读数。此时在低压腔疏水口用称重法来测量窄隙过水量，每次测量90s的通过水的质量再计算得到。对一个压差的测量完毕后，改变至下一压差进行试验，直到将全部设定的压差测量完整。

技术特征：
1.一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统，其特征在于：包括试验装置本体、供气系统、给水系统；所述试验装置本体包括一个由隔板隔开的低压腔室和一个高压腔室，低压腔室设置有通过排气阀与大气连通的排气口和连接疏水阀的疏水口，高压腔室设置有给水口、连接疏水阀的疏水口、进气口和通过排气阀与大气联通的排气口；两个腔室之间隔板上设置有可更换隔压密封试验件；高压腔室设置有可拆卸端盖，用于更换安装更换隔压密封试验件和调节给水方式；所述可更换隔压密封试验件包括金属管和外管套，所述金属管穿过隔板，所述外管套固定安装在隔板上；所述金属管和所述外管套靠近隔板一端配合形成窄环隙，所述金属管和所述外管套同侧远离隔板一端紧配合安装；所述给水系统包括水泵、为水泵提供水源的水箱和测量给水流量的质量流量计；水箱通过泵前阀连接水泵，水泵依次通过泵后阀、流量计前阀连接质量流量计，质量流量计通过给水调节阀连接试验装置本体上的给水口；流量计前阀和泵后阀之间设置有旁通阀，将旁通调节流量返回水箱；所述供气系统包括空气压缩机、储存缓冲气体的气罐和测量气体流量的气体流量计，空气压缩机经阀门将空气泵入气罐，气罐经气总开关、气体流量计和进气阀与高压腔进气口相连。2.根据权利要求1所述的一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统，其特征在于：所述外管套上设置有两个槽。3.根据权利要求1所述的一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统，其特征在于：低压腔室和高压腔室均设置有压力测点获取压力值。4.根据权利要求1所述的一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统，其特征在于：所述水泵为离心水泵或注射泵。5.根据权利要求1所述的一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统，其特征在于：供水口在高压腔室内加装喷嘴并调节安装角度实现给水或者连接注射器针头并保证针尖伸入环隙以实现注水。6.一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验方法，其特征在于：采用权利要求1至5所述任一系统，包括：a、试验前期准备：开启高压腔的端盖，将可更换隔压密封试验件安装在试验本体的隔板上，如果试验包含给水过程则根据给水方式安装给水装置，然后安装端盖，连接供气系统管路，如果试验包含给水过程则连接给水管路；b、试验启动阶段：开启空气压缩机，开启各路阀门后关闭试验台两腔室的各个通气口，向两个腔室内充入空气，建立设定的压力后关闭阀门，保持该状态3-5min，若腔室能维持压力不变，则认为腔室密封性完好，可以继续试验；打开低压腔室疏水口和出气口，使低压腔室降到大气压并在试验过程中保持压力一直是大气压；如果试验包含给水过程，检查给水管路是否正常并开启水泵，再调节给水流量至试验要求并维持不变；c、试验阶段：开启高压腔充气阀，调整充气流量使高低压腔压差至试验要求的数据点，待流量稳定后记录气体流量计的读数，如果试验包含给水过程，则在低压腔疏水口用称重法来测量窄隙过水量，每次测量给定时间的通过水的质量再计算得到，对一个压差的测量完毕后，改变至下一压差进行试验，直到将全部设定的压差测量完整。

技术总结
本发明公开了一种多背压凝汽器隔压密封冷态模拟试验系统及方法，包括试验装置本体、供气系统、给水系统；主要由水箱、离心水泵、水质量流量计、试验装置本体、可更换隔压密封试验件、空气压缩机、高压气罐、气体流量计以及之间的连接管路和阀组成；可进行冷态模拟试验，以喷纯净水代替凝水，空气代替蒸汽，研究不同凝水供应方式、不同隔压密封形式以及各种工作压差条件下冷凝管与隔压板窄隙泄漏气量及水量，并观察不同条件下凝水在窄隙进出口的流动及分布状态，可结合试验结果分析凝水流量、工作参数、隔压密封形式等对泄漏量的影响。本发明可以为多背压凝汽器的设计提供指导。明可以为多背压凝汽器的设计提供指导。明可以为多背压凝汽器的设计提供指导。


技术研发人员：王洋 宋志刚 王景富 李鑫 詹腾腾 叶新茂 张东洋
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2023.03.11
技术公布日：2023/7/19