专利名称：蒸汽动力设备的排汽排放管的制作方法
技术领域：
本发明是关于蒸汽动力设备的排汽排放管，特别是与蒸汽涡轮机相关的蒸汽动力设备的排汽排放管。
背景技术：
蒸汽动力设备的排汽排放管，尤其是用在蒸汽涡轮机上面的，它的作用是将排汽排出蒸汽涡轮机，也就是说，每个凝结部件中的排汽从涡轮机汽缸里经过主排汽排放管到支管，最后实现相对的最大程度的真空。空气冷却的冷凝器的排放排汽的管子的直径一般在1米至10米之间。
在排汽管内会有局部的流速损失，这是因为流量截面在那些地方有变化，或者流动方向的变化而引起的。虽然常见的排汽管在与排汽支道连接点的截面是分层次变小的，但是在支管的开口处当排汽流过的时候仍然会有压力的损失。按照DE-PS 1945314的标准，在支管相互连接的接口处，可以通过将两个管子互相插在一起，来保证一定的密封性，以此实现最小的压力流失。管子之间的差别是通过它们的直径来区分的，小管子可以往较大的环状物里插，这样排汽支道可以在接头处被较大的管道呈辐射状地覆盖。这种执行方式的缺点是，不能把压力的流失降到最小。基本上，当排汽排放的方向改变的时候，在连接处就会有流速的损失。伴随流速损失而来的是压力损失，这是由管道的长度引发的。
主管道水平经过的地面附近必须有相应的长度，预留给向上延伸的排汽支道。这里，水平延伸的主管道应该安装离地面稍微高一些，这样每个排汽支道可以短一些。因为可以预见在主排汽管道内部至少必须有两个90度角的转弯，因此可以通过在直角弯管里安装导流叶片来减少阻力系数。这样做，一方面会产生很大的荷重——在7到20吨之间，另外一方面会提高安装的成本。
发明内容
本发明的目的在于公开一种蒸汽动力设备的排汽排放管，它能够实现减少在安装和材料上的费用，同时也要实现把压力的流失降到最低程度。
这项发明是通过下述技术方案来解决现有排汽排放管的这些难题，即有多个特别的空气冷却冷凝器、一条主排汽管道的蒸汽动力装置的排汽管道，在主排汽管道上至少连接两条排汽支道，它们各自与冷凝器元件连接。这个排汽管道中，主排汽管道的横截面在与排汽支道的连接的连接点后，管道的横截面变小，也就是说，主排汽管道和排汽流动的水平方向之间形成一个向上倾斜的弯角。发明的核心是通过把主排汽排放管放置成水平的角度，以使得主排汽排放管能够顺着排汽流动的方向延伸。
这种新的管道铺设的基础概念符合这样一条原理，即尽可能地把在比较低的高度上的那条主排汽排放管和在比较高的高度上的在分排汽支道上的众多排汽支道直接地连接起来。依据这种方法延伸的主排汽排放管有一个优点，那就是尽管每条排汽支道的长度不同，但是它们的长度都比和一条完全水平延伸的主排汽排放管相连接的长度要短一些。这样气体流动的距离也因此缩短。
因为这样做需要的原材料会减少，因此排汽管道的质量要求也会降低，而且也会节省材料成本和安装费用。此外，安装费用还在另一些地方得到节省，因为那些由一个个环状部件组合在一起而成的排汽支道变短了，因此也减少了大量的焊接工作。总体组装的重量的减少使得操作也变得容易了。最后，因为基座的承重变小了，因此可以用比较小的基座。
与主排汽排放管和排汽支道之间呈直角状连接的那种方式相比，这项发明较为重要的优点是通过减少流速的损失而减少了压力的流失。压力流失是与管道系统内的阻力系数成一定的比例关系。阻力系数一定程度上是由直角弯道的数量和构造，以及管道的分支来决定的。在排汽支道相互连接的界面上阻力系数可以通过创造性的将主排汽排放管倾斜安装来减小。从原理上来说，弯曲的角度越小，阻力系数也就越小。弯曲的角度是指主排汽排放管的横截面和排汽支道的横截面之间的夹角。如果这两个横截面是平行的，那么弯曲的角度就是0度。按照这项发明的安装方法，就是把一般情况下90度的弯曲角度尽量减小，这样就可以使每个排汽支道与主排汽排放管之间的阻力系数低于在角度为90度的情况下的阻力系数。总体上来说，排汽管道内的流失，即压力的流失比起直角安装的情况下就大大减少了。
其他的一个优点是，主排汽管道从汽轮机的较低的高度相对地向上提高。这样与水平面之间的夹角角度就在大于0度和小于90度之间，比如在5度到60度间。这个夹角的角度最好能够在10度到20度的范围内。因为较大的夹角角度有一个缺点，在从主排汽管道的水平的横截面到主排汽管道倾斜的横截面的过渡地带的阻力系数如果比较的大，那么就会在较早的时候就产生较大的压力流失。到夹角角度比较小，尤其是角度小于10度的时候，压力的损失比普遍所使用的90度的弯管要少很多。而且如果放弃了那些额外的导流装置，例如导流叶片弯管，而是采用本创造性的主排汽管道建造上可以大大地被简化。更进一步地说，主排汽管道里与蒸汽流动的反方向有更好的冷却回流的效果。
选择夹角的角度是根据主排汽管道的长度和设备的各项状况来决定的。其中的关键是，因为改变了主排汽管道的高度，因此可以预见在整个管道中不再会出现90度的弯角，而是所有的夹角都远远小于90度。
一种最基本的方式就是把排汽支道与主排汽管道按照排汽排放的方向倾斜地向上排列，至少有一个排汽支道与主排汽管道连接，之间有一定角度的弯角，主排汽管道是顺着气体流动的方向倾斜向上的。这就是说，排汽支道上端的末端与它的连接截面不在同一个垂直面上。按照这种排列方式，使得每个连接截面上的流速损失又一次得以减少。
可以预见，在主排汽管道的最末端处排汽支道排列的方向与主排汽管道一样，这个时候尤其有优势。“同样的排列方向”在这项发明中是指主排汽管道和排汽支道是平行的，或者在主排汽管道的长轴处与排汽支道有重合。这种构造方式使得主排汽管道与水平面的夹角是由汽轮机最后的冷凝器元件的水平和垂直的距离来决定的。因为，主排汽管道在最末端与排汽支道之间没有夹角，主排汽管道就可以相对较短。因此，虽然最后安装的排汽支道要稍微长一些，但是这种排列方法从总体上来看，还是降低了整体的重量。
这发明的排汽管道还有其他的安装方式，也就是一个排汽支道至少被分为两个分管道，那么，通过排汽支道的排汽也要流入两个分管道，然后各自流进一个冷凝器当中。排汽支道按照一定的几何规律被分为两个分管道，而不是再增加一个直接与主排汽管道相连接的排汽支道。通过给排汽支道增加两个或者更多的分支，可以使进一步节省材料成为可能，也从而减少安装后的重量。把分管道以一定的角度倾斜地安装在排汽支道是非常有好处的，因为这样可以大大减少流速的损失，分管道与排汽支道之间的角度应该远远小于90度。
本发明的另一种结构形式是，在一个范围内，在一个排汽支道的接口处，或者一个分管道的接口处至少安装一个引导排汽气流的导流板，以便将排汽气流分流。这个导流板的作用是，将排汽气流在压力流失尽可能少的情况下分流。理想的状况是压力流失在任何一个排汽分流中是一样的。本发明的另一种结构的框架内，可以预测，排汽分流量之间的比例关系，分管道的接口处之间的比例关系是相对应的。例如，主排汽管道一共分成5个排汽支道，在每个排汽支道都应该有同样数量的排汽流过，因此顺着排汽流通的方向，在第一个与排汽支道连接处有总排汽量的1/5流过。在第二个与排汽支道连接处有剩下的排汽量的1/4流过。相应的是在第三个和第四个与排汽支道连接处有剩下的排汽量的1/3和1/2流过。如果排汽支道分成两个分管道，每个分管道各自分配流量，相应的来说，排汽支道中排汽的流量是分管道的两倍。
主排汽管道倾斜的方向使冷气体在冷凝器元件下自由的流动成为可能，而且通过安装在比较低的基座上，可以降低钢材建造的成本。而且这个设备也更便于参观，因为人们可以在主排汽管道下面经过。
下面通过附图对本发明进行详细的说明
图1和2现有技术的冷却空气的冷凝器的排汽管道的管道示意图，图3.1和3.2本发明的排汽管道的第一种和第二种安装方式的示意图，图4和5中央蒸汽流动的排汽管道示意图，图6.1和6.2集中排汽排放的V字形排汽管道的两种安装方式，图7本发明的排汽管道的另外一种安装方式，图8图7的安装方式的变化形式。
附图中参数符号列表1-排汽管道；2-主排汽管道；3-排汽支道；4-弹簧支撑装置；5-排汽管道；6-排汽支道.
6′-排汽支道，6′-排汽支道，6-排汽支道；6a-排汽支道；7-连接点，7a-连接点；8-水平延伸的管段；9-向上延伸的管段；10-主排汽管道；11-钟摆支撑装置或特氟隆不锈钢滑动支脚，11’-支撑；12-排汽管道；13-排汽管道；14-主排汽管道；15-中央排汽管道；16-中央排汽管道；
17-主排汽管道；18-主排汽管道；19-排汽管道；20-排汽管道；21-主排汽管道；22-中央排汽管道；23-分管道；24-分管道；25-导流板；26-导流板；27-导流板；28-25、26、27的前段的长方向区域；29-25、26、27的后段的长方向区域；30-分流管道；D1-21的直径；D2-21的直径；D3-6a的直径；H-水平面；L-长度；W-夹角；W1-夹角；W2-夹角；W3-夹角；W3’-夹角；W3”-夹角；W4-夹角；实施例图1展示的是这样的技术排汽管道1，和水平的主排汽管道2，以及从主排汽管道垂直向上延伸的多个排汽支道3。在排汽支道3的上端末尾处是分流管道30，附近并没有连接冷凝器元件。排汽管道1的建造结构有一个缺点，也就是每个排汽支道3都很长，而且需要与长度相应的支撑。为了弥补由于长度变化带来的热量的损失，就必须在使排汽支道3的每段与并没有安装在附近的钢制装备位置相匹配。这样的费用绝对不低。管道的长度从总体上来看比较大，因此就需要运输更多的吨位。随之而来的是安装技术上的耗费也比较高。
在图2所展示的安装方式中采用的是这样的技术，主排汽管道2的水平横截面在一个比较高的位置上，因此每个排汽支道3都可以短一些。这样有一个优点，排汽支道3就轻了一些，尽管仍然要补偿热量的损失，但是排汽支道的安装与钢制装备位置相匹配要容易多了。另外，在主排汽管道至少需要两个90度的转角，这是为了把水平方向延伸的气体流动方向转变到垂直方向，然后再把垂直流动的气体再次变成水平方向的。这些90度的转角，即便不使用额外的轮叶转角，在直角转角内部也会造成高的流速损失。在比较大的设备当中，这类轮叶转角的质量大约在7吨至10吨，它们都安装在一定的高度上。这样高的质量在地震安全性上是个问题。因为水平延伸的主排汽管道，包括轮叶转角在过渡到垂直延伸的主排汽管道时有相当高的重量，在有地震危险的地区，就需要额外的支撑结构，以保证在遇到垂直地震干扰的时候起到支撑作用。
在这项技术当中为了弥补由于长度变化而带来的热量的损失，使用了弹簧支撑装置4，同时保证对水平方向延伸的主排汽管道支撑。但是这样会有一个风险，那就是在遇到垂直地震的时候，主排汽管道和轮叶转角的庞大的质量不能通过弹簧支撑装置的弹簧来支撑，因为这需要额外的液压缓冲的避震装置。避震器与弹簧支撑装置上的弹簧组合起来就形成了弹簧减震排列，它可以阻止地震引发的力量从主排汽管道2传递到与最终主排汽管道2连接的蒸汽涡轮中。弹簧支撑装置4与避震器的组合需要相对大的耗费，因为与主排汽管道2的长度密切相关，以便保证与主排汽管道2的横截面的上升和下降保持一致。
在图3.1中展示了本发明的排汽管道5，它与图1和图2的安装方法所应用的技术不同，也就是说，主排汽管道与水平方向H呈转角W的角度顺着排汽排放方向延伸。在这个安装实例中，转角W的角度是10度。一共有5个垂直向上延伸的排汽支道6和主排汽管道10相连接，同时管道的横截面在每个排汽支道6的连接截面7上不断变小。这种建造结构，使得在图的右边的排汽支道6显然比图的左半边排汽支道6要短，这是因为主排汽管道10不断向上延伸的管段9是向上倾斜的，因此排汽支道6的夹角W1小于90度。在这个安装实例中W1是80度。因此管道中的阻力系数比夹角是90度的时候要小。
另外一点优点是，在主排汽管道10的水平管段8和向上延伸的管段9之间形成夹角W2，在这个弯角内部生成的阻力系数非常小，因此安装轮叶弯角就不是必要的了。因此，当管道的长度变小的时候，就可以不使用轮叶转角的情况下，弥补了压力的损失，因而排汽可以流入离骓管道6上端的末端并不近冷凝器元件。
主排汽管道10的向上延伸的管段9安装在钟摆支撑装置11的上面。钟摆支撑11可以平衡在向上延伸的管段9中热力导致的长度变化。复杂的弹簧支撑装置和避震器在这中安装方式中并不必要。向上延伸的管段9在垂直作用的地震当中并不对蒸汽涡轮产生不被允许的力量，因此这项发明中的排汽管道5在建造上的耗费比较小。随着主排汽管道10的向上延伸，在冷却空气的冷凝器元件的基座下可能有空气的进入。这一整套设备的可参观性会更好一些。图1所展示的安装方式通常需要留下非常宽的道路，因为安装的离地面非常近的主排汽管道2把它下面的路封锁了。而这项发明中的安装方法，是人们可以在主排汽管道10下面直接走过。另外一个优点是排汽管道5的迎风面减小，因此风阻降低。在图3.1和3.2的管道安装图表达的非常明确，那就是总体看来，迎风面比图1或图2中要小得多。
图3.2与图3.1所展示的安装方法也有一些不同，其主要区别在于各个排汽支道6’和6”不是与水平面垂直的，而是倾斜向上延伸的。在这个安装实例中，主排汽管道向上延伸的管段9的倾斜度和弯角W的角度是这样选定的，即排列在的最外部末端的排汽支道6与主排气管道的向上延伸的管段9有同样的方向。在图3.2所示的安装方式中，虽然转角W和水平面H之间的角度大于图3.1中的安装方法，因此图3.1中在水平管段8中到向上延伸的管段9的过渡地带的流速损失要小，但是弯角W3’和W3”指的是向上延伸的管段9和排汽支道6’和6”之间的角度，它们都比较小，所以在连接点7位置上每个排汽支道6’和6”流速的损失无论单独来看，还是总体上来说都大大地减小了。因为向上延伸的管段9的管道上的连接点7的横截面也可以小一些，因此可以大大节省材料，降低重量，从而实现较小的安装重量和安装成本。这里也产生了降低自身负担、风力负担、地震负担和基座负担。
在两个连接点7之间安装的向上延伸的管段9的部件是通过支撑11’来支撑的。夹角W3’和W3”原则上来说可以互相不一致。特别是夹角W3’和W3”可以在向上延伸的管段9的最外部末端上变小，直至在零度左右，就像图3.2表示的那样。
在这项技术中还有排汽管道12和13，它们在图4和图5中被标出来了。这种安装方法是与图1和图2的垂直对称的安装方法有显著的不同，这里应该有4到12个知管道，它们经过横向贯穿的主排汽管道14与中央排汽管道15相连接。在图5中，也有在图2中已经解释过的弹簧支撑装置4。这种弹簧装置的缺点在图1和图2中已经描述过了，同样适用于图5介绍的安装方法。
图6.1所介绍的革新性的安装方式中出现了中央排汽管道16，从中央排汽管道16处各有一支方向互相相反的主排汽管道向右延伸的主排汽管道17和向左延伸的主排汽管道18。主排汽管道17和主排汽管道18分别安装在支撑装置11上，特别是弹簧支撑装置上。这种安装方式的优点在对图3.1所展示的安装方式的介绍中已经说明了，这些优点同样适用于具有创造性的排汽管道19。
原则上，钟摆支撑装置11也可以通过一个特氟隆不锈钢滑动支脚的固定支撑来代替。
图6.2所展示的安装方式与图6.1所展示的安装方式的不同在于，水平面H与主排汽管道17、18之间的弯角W变大了。在最后的或者末端的排汽支道6应该消失到主排汽管道17、18中，这一点就决定了弯角W的角度大小，也就是说，最末端的排汽支道6某中程度上是主排汽管道17、18的一部分。另外一个区别是，在排列在主排汽管道17、18中段的排汽支道6”与水平面H不像图6.1所展示的安装方式那样是垂直的，而是倾斜的。主排汽管道17、18和排汽支道6”之间的角度用W来表示。通过与图4和图5所展示的安装方式相比较，可以看出弯角W远远小于90度，而且比图6.1所展示的安装方式中的角度也要小。并且，这种安装方式使用的上更短的、而且因此更轻巧的排汽管道6’、 6”和6，这样就进一步地降低了自身负担、风力负担、地震负担和基座负担。当然，安装重量也得以降低。
图7展示的是排汽支道20的安装方式。在这种方式下，主排汽管道21和水平面H之间的夹角W比先前提到的方式要大。主排汽管道21是在没有水平延伸的中间环节的情况下直接和中央排汽管道22相连接。夹角W的选择也是为了保证，排汽支道6的后端或者末端能够平滑地与主排汽管道21连接起来。因为在安装实例中的主排汽管道21是相对陡峭向上的，因此主排汽管道21上的排汽支道6、6a垂直向上延伸的部分与主排汽管道21之间的夹角比较小，因而主排汽管道21上的连接处7的流速损失也比较小。这种安装方式的独特之处在于排汽支道6、6a被分成两个分管道23、24，这两个分管道23、24又各自与离的并不近的冷凝器相连接。排汽支道6a一开始是从主排汽管道21垂直向上延伸直到连接处7a。在这个连接点7a处，以角度W4分出一条分管道24，而继续垂直向上延伸的排汽支道6a就上分管道23。分管道24的出现使得不必增加一条额外的排汽支道，分管道24一直要以陡峭的角度延伸到主排汽管道21。排汽管道21的额外的分支，或者是分管道，最后和排汽管道又连接起来了。
图8将图7描述的安装方式中的一部分放大了，与前面的安装方式不同的地方是连接点7和7a，它们各自和导电金属板25、26和27汇合在一起。导电金属板25、26和27的作用是将排汽按照连接在连接点7、7a的比例关系分流。在图7和图8展示的安装方式中，冷凝器元件一共分出四条排汽支道，供排汽的排放。相对应的是，在每个连接点处流过的排汽量是按照1∶1的比例。通过在主排汽管道21，或者分管道6a的内部，并且是在连接点7和7a之前就已经安装导流板25、26、27，可以使同量分流变得简单。主排汽管道21，或者分管道6a的环形横截面也将因此分成两个半圆。当主排汽管道21，或者分管道6a的横截面从环形横截面出偏离，就会产生面积上的等分。因为导电金属板25、26和27是这样构造的无论在各个连接点7和7a之前，还是在连接点7和7a的范围内都实现了面积上的等分。重要的是在7和7a的范围内排汽流动中压力流失基本一样，而且排汽流量也被等分了。
在展示的安装实施例中，每个导流板25、26、27都是以一定的角度构造的的。导流板25、26、27的前段的长方向区域28有一定的长度L，主排汽管道21或者分管道6a在的连接点7和7a之前的直径是D1，D2，D3，。在连接点7和7a的开始处可以作为相应的与主排汽管道21连接的分管道6、6a的中长轴的交点，或者是作为与分管道6a连接的排汽支道24的交点。可以看到，导流板25、26、27的前段的长方向区域28从这些交点继续向前延伸，直到到了后段的长方向区域29才有一定的角度。与后段的长方向区域29的接点是这样选择的，就是实现在连接点7和7a区域的流量横截面要尽可能地一样大。
权利要求
1.一种蒸汽动力设备的排汽排放管，具有多个特别的空气冷却冷凝器、一条主排汽管道(10、17、18)，在主排汽管道上至少连接两条排汽支管(6、6’、6”、6、6a)，它们各自与冷凝器元件连接；这个排汽管道中，主排汽管道(10、17、18、21)的横截面在与排汽支道(6、6’、6”、6、6a)的连接的连接点7后，管道的横截面变小，也就是说，主排汽管道(10、17、18、21)和排汽流动的水平方向(H)之间形成一个向上倾斜的弯角(W)。
2.根据权利要求1所述的排汽排放管，其特征在于弯角(W)应该在5度到60度的范围内。
3.根据权利要求1所述的排汽排放管，其特征在于弯角(W)应该在10度到20度的范围内。
4.根据权利要求1、2或3所述的排汽排放管，其特征在于第一条主排汽管道(17)和第二条主排汽管道(18)应该是方向相反地向上延伸，一起与中央排汽管道(16)相连接。
5.根据权利要求1至4所述的排汽排放管，其特征在于主排汽管道(10、17、18)安装在支撑(11)上，支撑(11)用来弥补由于热力导致的主排汽管道(10、17、18)长度变化。
6.根据权利要求5所述的排汽排放管，其特征在于支撑(11)可以是钟摆支撑装置或者特氟隆不锈钢滑动支脚，它们可以补偿主排汽管道(10、17、18)的长度变化。
7.根据权利要求1至6所述的排汽排放管，其特征在于至少有一个排汽支道(6’、6”、6)与主排汽管道(10、17、18)连接，之间有一定角度的弯角(W’、W”、W)，主排汽管道是顺着气体流动的方向倾斜向上的。
8.根据权利要求1至7所述的排汽排放管，其特征在于在主排汽管道(10、17、18)末端的排汽支道(6)应该与主排汽管道(17、18、21)同样的方向。
9.根据权利要求1至8所述的排汽排放管，其特征在于至少有一个排汽支道(6a)被至少分成两个分管道(23、24)。
10.根据权利要求9所述的排汽排放管，其特征在于所述的排汽管道的标志是，至少有一个分管道(23)以一定的角度(W4)与排汽支道(6a)倾斜地相连接。
11.根据权利要求1至10所述的排汽排放管，其特征在于在排汽支道(6、6’、6”、6、6a)的连接点(7，7a)处或者分管道(23、24)处至少有一个导流板(25、26、27)，以便将排汽排放分流。
12.根据权利要求11所述的排汽排放管，其特征在于排汽排放分流流量之间的比例关系与连接在分流管道(30)上的连接点(7，7a)之间的比例关系一样。
全文摘要
具有多个空气制冷的冷凝器元件和一条主排汽管道(10)的蒸汽动力设备的排汽排放管，至少要与两条每个接有冷凝器元件的排汽分配管道(6)相连接，主排汽管道(10)的管道横截面在排汽支道(6)的连接点(7)后，横截面变小，具体的表现是主排汽管道(10)顺着排汽流动方向与水平面(H)按照一定的角度(W)向上延伸。
文档编号F28B9/02GK1576520SQ200410000929
公开日2005年2月9日 申请日期2004年1月15日 优先权日2003年7月8日
发明者施密特 马库斯 申请人:Gea能源技术有限公司