電站凝汽器膠球清洗收球網(wǎng)設計新突破
凝汽器是發(fā)電廠(chǎng)設備中一個(gè)非常重要的部件。從熱力學(xué)觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，凝汽器在蒸汽動(dòng)力裝置的熱力循環(huán)中起著(zhù)冷源作用。當汽輪機的初參數不變的條件下，凝汽器溫度每降低10度，裝置效率提高3.5%，凝汽器每改變1kPa,汽輪機功率平均改變1%--2%。由于火力(核)發(fā)電廠(chǎng)中凝汽器管道結垢，造成冷凝管內污物堵塞，導致凝汽器的換熱效率降低，引起汽輪機排汽壓力的增加，最終導致發(fā)電機組輸出能量的損失。因此，保持凝汽器換熱管路的清潔，提高凝汽器的換熱效率。對提高整個(gè)機組的熱效率有著(zhù)非常重要的影響。凝汽器膠球清洗裝置是改善凝汽器清潔度、提高汽輪發(fā)電機組熱效率的重要設備。它借助水流的作用將直徑略大于凝汽器冷卻管內徑的清潔膠球擠過(guò)冷卻管，對冷卻管內壁進(jìn)行反復擦洗，并把雜質(zhì)帶出，從而提高冷卻管清潔度，避免垢下腐蝕，延長(cháng)冷卻管使用壽命。該裝置可在機組不停機、不減負荷的條件下使用。改善了凝汽器真空度和提高了汽輪機熱效率。
膠球自動(dòng)清洗系統技術(shù)指標及相應要求: 技術(shù)指標: 收球率>96%，為保證系統達到較高的收球率，進(jìn)行如下的工作是必要的:
①凝汽器水室的四角應以鋼板襯成圓角，以消除直角渦流區。在本系統投入運行前要求管束無(wú)堵塞，無(wú)結垢。
②海綿膠球的海綿孔大小應均勻，彼此連通，無(wú)光滑表皮。浸泡在80 。C水中應不老化，無(wú)疏松、且耐磨性好等。
③若未安裝二次濾網(wǎng)裝置，要求一次濾網(wǎng)過(guò)濾精度不大于10x10 (mm)。
④膠球泵的安裝位置應盡可能靠近收球網(wǎng)，且使其入口標高低于收球網(wǎng)引出口。
⑤膠球自動(dòng)清洗系統管道的鋪設，應盡量減少彎頭的數量和鉛垂方向的改變，以小管道水阻。
⑥凝汽器冷卻管內的水流速度應保證在2.5m/s~1.7m/s之間。
⑦凝汽器水室中除循環(huán)水管進(jìn)出口外，其他通往外部的管口徑加裝孔徑為7mm的網(wǎng)罩，水室隔板與端蓋結合嚴密無(wú)串縫，水室內不存在積球的窄縫。
收球網(wǎng)
收球網(wǎng)是膠球清洗系統中的關(guān)鍵設備，它安裝于凝汽器出水管段上，它的作用是把膠球從冷卻水中分離出來(lái)，且必須具備不漏球、不卡球的性能，球被回收后由引出管從收球網(wǎng)引出打回裝球室。目前收球網(wǎng)結構形式是他的柵網(wǎng)板可以轉動(dòng)，在膠球裝置投運時(shí)，網(wǎng)板處于收球位置，在不投運清洗裝置時(shí)，該柵網(wǎng)板可以旋轉到與水流方向一致的位置; 既減少水阻又起到清除柵網(wǎng)板上雜物的作用。網(wǎng)板的轉動(dòng)定位由電動(dòng)執行機構執行(小型收球網(wǎng)為手動(dòng)控制)。柵網(wǎng)板到位與否是保證收球網(wǎng)收球率的關(guān)鍵之處。
收球網(wǎng)設計
收球網(wǎng)是膠球清洗中回收膠球的關(guān)鍵部件，它安裝在凝汽器循環(huán)水的出水管上，是將在凝汽器中工作的海綿膠球在循環(huán)水中分離、收集出來(lái)，再循環(huán)。它應設計成能夠確保不失球的同時(shí)，用較短的時(shí)間和小的水量將膠球送入出球管。
收球網(wǎng)系統工作原理: 用比重與水相近的海綿膠球，投放進(jìn)裝球室，啟動(dòng)膠球泵，打開(kāi)裝球室兩端球閥，膠球混和在略高于循環(huán)水壓力的流水中由凝汽器進(jìn)口處進(jìn)入鋼管。由于膠球進(jìn)口管管口向下，膠球能均勻地分布到各銅管。膠球是一個(gè)多微孔柔軟的彈性體，有較小的壓差就可以穿過(guò)比它外徑小1-2mm 銅管內徑。膠球每經(jīng)銅管一次，就等于對銅管內壁摸擦一次，消除了銅管內壁的污垢。膠球繼而隨水流向循環(huán)出水管，進(jìn)入收球網(wǎng)，在網(wǎng)壁阻攔下進(jìn)入網(wǎng)底，再在膠球泵進(jìn)口負壓的作用下經(jīng)過(guò)膠球泵，重新回到裝球室, 并不斷重復上述運動(dòng)，對銅管進(jìn)行連續清洗，保證了凝汽器的清潔度。
方案論證
第一代為固定型收球網(wǎng)。第二代產(chǎn)品為帶有上、下收球網(wǎng)板的活動(dòng)棚格型收球網(wǎng)。隨著(zhù)膠球清洗技術(shù)的發(fā)展，第一、第二代產(chǎn)品均已過(guò)時(shí)�，F在大多數電廠(chǎng)都是使用的第三代收球網(wǎng)。
第三代收球網(wǎng)有活動(dòng)柵格分流型(SF型，見(jiàn)圖1)、活動(dòng)柵格漏斗型。
(SL 型，見(jiàn)圖2)、活動(dòng)柵格單板型(SD型，見(jiàn)圖3) 等是收球網(wǎng)。設計合理、結構簡(jiǎn)單緊湊、操作維護方便、適應性強、使用效果好，是目前該技術(shù)領(lǐng)域內的新成果，自80年代中期就開(kāi)始作為換代產(chǎn)品被廣泛推薦使用。收球網(wǎng)的選型，主要取決于:
1、循環(huán)水管公稱(chēng)通經(jīng)(大管徑的采用SF 型或SL型，小管徑的采用SD 型)。
2、凝汽器出口管中循環(huán)水流速(與收球網(wǎng)強度、網(wǎng)板夾角、膠球硬度等有關(guān))。
3、凝汽器冷卻管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)冷卻管) 內流速(與膠球直徑、硬度有關(guān))。
4、冷卻管公稱(chēng)通經(jīng)(與網(wǎng)板棚格間距、膠球直徑有關(guān))。
5、冷卻管材質(zhì)(與膠球品種有關(guān))。
6、收球網(wǎng)立式或臥式布置(與操作軸結構形式有關(guān))。
7、凝汽器有無(wú)逆洗(反沖洗) 系統(與收球網(wǎng)強度有關(guān))。
活動(dòng)收球網(wǎng)由1-網(wǎng)后側壓點(diǎn) 2-網(wǎng)前側壓點(diǎn) 3-收球網(wǎng)外殼 4- 導流板5-軸 6-網(wǎng)板7膠球引出管等組成。
  
技術(shù)要求
1.兩端設計有法蘭，網(wǎng)板前后設有壓力測點(diǎn)。
2.網(wǎng)板的柵格縫隙應符合設計要求，其誤差不超過(guò)土0.4mm。
3.網(wǎng)板板面平整、光滑，平面度在500X500mm范圍內不大于2mm。
4.網(wǎng)板具有足夠的強度和剛度。
5.活動(dòng)網(wǎng)板與軸聯(lián)接牢固。
6.活動(dòng)網(wǎng)板與固定網(wǎng)板間的間隙均勻，并應符合設計要求，其最小值不得小于2mm。
7.網(wǎng)板反洗角應符合設計要求。
8.導流板與筒壁貼合嚴密，個(gè)別不嚴處縫隙不超過(guò)1.5mms
9.網(wǎng)板在收球位置時(shí)圍帶周邊與簡(jiǎn)壁貼合嚴密，個(gè)別不嚴處其縫隙不超過(guò)3mm。SF型的網(wǎng)板進(jìn)口端相互間貼合嚴密，個(gè)別不嚴處其縫隙不超過(guò)2mm。SF型和SD型集球斗周邊與筒壁貼合嚴密，個(gè)別不嚴處其縫隙應小于1.5mm。SL型的網(wǎng)板出口端與集球斗進(jìn)口間的間隙均勻，并符合設計要求，最大誤差不超過(guò)設計值的土1mm。
設計機構簡(jiǎn)化
老式的收球網(wǎng)由于設計方面的缺點(diǎn)，導致其結構十分復雜，從而使得運行效率也十分不理想，還不易維修。主要是由于老式的收球網(wǎng)中有小網(wǎng)板、下方箱、調節閥、關(guān)斷閥等結構復雜的部件。
目前膠球清洗裝置較普遍存在的問(wèn)題是收球率不高，清洗效果欠佳，設備缺陷較多，投入率較低。其主要原因是:
1.收球網(wǎng)通流部分流道設計不合理。
1) 上下網(wǎng)板轉軸中心位置偏高，未考慮運行水流流動(dòng)時(shí)動(dòng)量的作用，以致運行時(shí)抖動(dòng)或偏離正常位置。
2)未采取收球時(shí)的輔助調節及擾動(dòng)措施。
3)下方箱寬度較大進(jìn)入下方箱的水流量過(guò)大，超過(guò)膠球泵的抽吸能力，以致造成部分水滯流，膠球在此回旋。
2.制造安裝工藝性差。
1)網(wǎng)面制造粗糙，條柵分布不勻，動(dòng)靜間隙偏大。
2) 上網(wǎng)板與方箱接合處間隙過(guò)大或平衡度差。
3) 上收球網(wǎng)轉軸接口處如設計制造成圓柱接頭，加之銷(xiāo)子強度不足時(shí)，當轉軸受較大扭曲力矩時(shí)，很易斷裂導致網(wǎng)板無(wú)法活動(dòng)。此處應設計制造成方板接頭以加強其剛性。
4)下收球網(wǎng)下端蟹鉗處間隙過(guò)大造成逃球。
3.運行維護不當。
1)不按時(shí)投運和定期檢查，發(fā)現問(wèn)題未及時(shí)處理消除。
2)貪圖方便，長(cháng)期將網(wǎng)板置于收球位置，致使網(wǎng)板垃圾積累過(guò)多，超過(guò)網(wǎng)板承載能力，導致網(wǎng)扳永久變形。
3)異物卡澀于動(dòng)靜部分之間未及時(shí)發(fā)現，強行操作執行機構。
本設計中的收球網(wǎng)則充分考慮到實(shí)際運用時(shí)的狀態(tài)和效率，把這些結構復雜的部件全部去掉， 同時(shí)保證它能滿(mǎn)足工作的要求。這種收球網(wǎng)由外殼，兩片網(wǎng)板、兩根轉軸、兩根膠球引出管及一個(gè)電動(dòng)執行機構組成。不論從哪個(gè)方面都大大的簡(jiǎn)化了老式收球網(wǎng)，反而，由于結構設計的合理，收球效率比老式的大大的提高。老式的膠球清洗系統由于收球網(wǎng)經(jīng)常要卡球和漏球，使得收球率一直在75%以下，甚至有的時(shí)候都不到50%，而我設計的膠球清洗裝置收球網(wǎng)的收球率能達到95%，而且不出現卡球、逃球和漏球等現象。
針對用戶(hù)提供的凝汽器的參數汽器技術(shù)參數.凝汽器設計總冷卻水量: 9380th;2半側凝汽器設計冷卻水量: 4690th;凝汽器冷卻面積: 3500;冷卻水最高溫度: 35C;凝汽器管內流速: 設計的收球網(wǎng)的總體尺寸為1620x1660x1820mm。
由于外形尺寸減小，新型收球網(wǎng)的高度比老式收球網(wǎng)可縮短三分之一左右，便于現場(chǎng)的布置和安裝。一般情況下，新型收球網(wǎng)的高度和直徑之比為1~1.3，而老式收球網(wǎng)的高度和直徑比在2.0以上，所以新型收球網(wǎng)對于現場(chǎng)位置尺寸的要求較小，特別適用于老機改造的項目。因此，本設計不只適用于新汽輪機組的安裝，還可對老汽輪機組進(jìn)行改造和調試，讓其發(fā)揮更大的功能。
4.4 網(wǎng)板的設計
收球網(wǎng)是整個(gè)設計的關(guān)鍵組成部分，而網(wǎng)板又是收球網(wǎng)的關(guān)鍵，因此它的要求是很高的。較之老式的收球網(wǎng)網(wǎng)板，本設計中網(wǎng)板結構簡(jiǎn)化了很多，并且網(wǎng)板采用組合式，利用厚板條和加強筋組成框架，形成具有一定剛度和厚度的骨架。承受水流沖擊的負荷，再利用隔圈、穿筋將薄板條固定在框架上,用螺母緊固，使網(wǎng)板裝拆容易、方便。在檢修時(shí)，對變形或損壞的板條，很容易進(jìn)行校正或更換。并且采用了耐腐蝕的1Cr19Ni9Ti作為材料[],能承受一般情況下各種天然水(江、河水) 長(cháng)時(shí)間腐蝕，為收球網(wǎng)能夠長(cháng)時(shí)間正常工作提供了必要的保證。收球網(wǎng)進(jìn)出水側裝設壓力表計，顯示出壓差的大小，用來(lái)判斷網(wǎng)板的潔凈程度，及時(shí)進(jìn)行反洗，確保整個(gè)設備的正常使用壽命。
 
4.5 膠球引出管的設計
新型收球網(wǎng)充分考慮到膠球大部分集中在外殼中心區域，所以?xún)筛z球引出管從外殼中心引出，這樣避免了從兩側出球的收球網(wǎng)中網(wǎng)板與筒壁夾角太小而產(chǎn)生的積球問(wèn)題。
同時(shí)每片網(wǎng)板有兩種角度， 在接近膠球引出箱區域，網(wǎng)板與外殼中心線(xiàn)的夾角變小，因此，流線(xiàn)與網(wǎng)板的夾角誠小了。解決了此區域膠球分布密度大而易積球的問(wèn)題。
 
電動(dòng)執行機構是控制收球網(wǎng)網(wǎng)板的運動(dòng)的裝置，它的運行直接決定了收球網(wǎng)效率的高低。電動(dòng)機執行機構主要由螺旋執行機構、底座、調節螺桿組件、連桿和等組成。它的設計大小是根據實(shí)際收球網(wǎng)的大小來(lái)決定的。本設計的總體尺寸為512X 175X782 mm 3。
由于設備結構簡(jiǎn)化，零部件大大減少，降低了設備運行故障發(fā)生的可能性、安全性，同時(shí)使運行、維修、檢修很方便，也減少了設備的運行費用。本設計收球網(wǎng)充分考慮到膠球的流動(dòng)情況，解決了老式收球網(wǎng)容易積球、卡球的問(wèn)題，提高了一次性收球率，使一次性收球率可達到95%以上。收球網(wǎng)堵水面積小，流通面積大，使其水阻減小，在清凈狀態(tài)下，其運行水阻為200~300血水柱。
據了解，收球網(wǎng)的研究有了新的突破。E前大量使用的活動(dòng)柵板收球網(wǎng)在收球狀況時(shí)基本功能不穩定，針對這一點(diǎn)，上海理工大學(xué)已研制一種旋擺自鎖式收球網(wǎng)，在設計上將活動(dòng)柵板和平面連桿機構組合起來(lái)。篩網(wǎng)板平穩旋擺在左右極限之間的可行區域內，在可行區域內任意位置均自鎖，但在兩個(gè)極限工作位置時(shí)，機構處于死點(diǎn)位置，也對網(wǎng)板進(jìn)行自鎖，及此位置時(shí),兩種自鎖方式同時(shí)對網(wǎng)板起作用。操作表明,傳動(dòng)執行機構帶動(dòng)篩網(wǎng)板準確到位,限位機構準確，輸入量與輸出量之間對應關(guān)系準確可靠。該型收球網(wǎng)應用表明收球率高，達98%穩定，可連續運行一年而無(wú)故障; 節能效果顯著(zhù)。相信以后這種收球網(wǎng)會(huì )得到更多的應用，不但是新機組的投運，老機組的改造，都不失為佳選。
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