一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构的制作方法

本实用新型属于汽轮机发电领域，具体涉及一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构。

背景技术：

当前大型热力发电厂系统设计时广泛采用回热循环提升整体循环效率，回热循环通过配置加热器来实现。管壳式加热器是提高热力发电厂经济性的重要设备。加热器壳层的工质主要为蒸汽或者疏水，具有高温、高压、高流速的特点。壳体各入口处通常设置有不锈钢防冲板，是为了防止进入壳侧流体直接冲击换热管束。流体撞击防冲挡板后降低了流体对换热管的冲击能量，避免了管束的高强度冲蚀，延长了加热器换热管束的使用维护周期。

当前加热器工程设计中，防冲板主要采用单层平面板焊接结构，流体进入加热器壳侧入口后沿垂直方向直接冲击平面防冲板，形成散射流态后再进入管束区进行换热。因而，防冲板受到的冲击能量较大，失效现象时有发生。此外，受电力调峰等因素的影响，发电机组运行工况较为复杂，加热器不仅要在额定工况下运行，同时还可能承受各种非常规工况的影响，因此防冲板的工作条件更加恶劣。已有运行案例表明，加热器运行压力的交变变化所导致的壳侧流体冲击能量的交变变化，将造成防冲板的径向颤动。在防冲板与筒体焊缝应力集中处会出现焊缝开裂，长期运行将造成防冲板脱落失效。脱落的防冲板会砸漏加热器嘴上层的换热管，使换器无法正常运行，严重影响机组安全经济性。因此，研发适用于加热器宽域工况运行的防冲板结构，对发电汽轮机组的常态化宽负荷运行的安全性保障具有十分重大的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构，能够保证加热器宽域运行时，加热器壳侧防冲板不失效。

为了达到上述目的，本实用新型包括滤流平面层和弧面层；

滤流平面层和弧面层均设置在加热器内，滤流平面层设置在加热器壳侧流体入口内，弧面层设置在滤流平面层下方；

滤流平面层上布设有若干蜂窝滤流孔，弧面层为向上凸起的弧面，弧面的上表面平行设置有若干正余弦型的折流板。

所有蜂窝滤流孔沿滤流平面层的中心线顺排或叉排均匀布置于整个滤流平面层上。

蜂窝滤流孔采用正六边型的蜂窝滤流孔。

滤流平面层中部至两侧的折流板的曲率逐渐缩小。

弧面层的轴向方向与加热器轴向平行。

折流板直于弧面径向分布于绕流下降的方向。

与现有技术相比，本实用新型在加热器壳侧流体入口内安装双层防冲板结构，一层是具有蜂窝滤流孔的滤流平面层，另一层是具有正余弦型折流板的弧面层，入射流体首先通过蜂窝滤流孔降低入射冲量，再通过弧面结构分散形成绕流，最后分散下降动能被充分耗散。本实用新型能够显著提高加热器防冲板安全稳定性，对提高加热器安全经济性具有重要的工程应用价值。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

图2为滤流平面层和弧面层的局部放大图；

图3为本实用新型中滤流平面层的结构示意图；

图4为本实用新型中弧面层的结构示意图；

图5为本实用新型中弧面层上折流板的放大图；

图6为本实用新型的弧面层曲率控制曲线图；

图7为实用新型的折流板曲率控制曲线图；

其中，1、滤流平面层，2、弧面层，3、加热器壳侧流体入口，4、折流板，5、加热器，6、蜂窝滤流孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

参见图1和图2，本实用新型包括滤流平面层1和弧面层2。

滤流平面层1和弧面层2均设置在加热器5内，滤流平面层1设置在加热器壳侧流体入口3内，弧面层2设置在滤流平面层1下方；

参见图3，滤流平面层1上布设有若干蜂窝滤流孔6，所有蜂窝滤流孔6沿滤流平面层1的中心线顺排或叉排均匀布置于整个滤流平面层1上，蜂窝滤流孔6采用正六边型的蜂窝滤流孔。

参见图4和图5，弧面层2为向上凸起的弧面，弧面的上表面平行设置有若干正余弦型的折流板4，滤流平面层1中部至两侧的折流板4的曲率逐渐缩小，弧面层2的轴向方向与加热器轴向平行，折流板4直于弧面径向分布于绕流下降的方向。

本实用新型的工作方法，包括以下步骤：

第一步，入射流体进入加热器5后，将透过分布在滤流平面层1上的蜂窝滤流孔6，多孔结构的摩擦耗散作用用于降低入射流体的冲量，多孔结构的布置方式也减少了入射流体与防冲板的垂直接触面积，从而降低了滤流平面层1所受到的冲击力；

第二步，入射流体冲击在弧面层2上，弧面结构使入射流体沿弧面分散形成绕流，入射流体沿弧面均匀分散下降，正余弦型折流板4垂直于弧面径向分布于绕流下降的方向，沿弧面下降的入射流体接着将在折流板4处被阻隔分离，动能被充分耗散。

1、滤流蜂窝孔平面层结构。

正六边型的蜂窝孔沿平面层中心线顺排或叉排均匀布置于整个平面层。单排蜂窝孔中心距与孔口数目根据数值仿真优化结果选取。

2、折流板的弧面层结构。

弧面层轴向方向与加热器轴向平行。折流板垂直于弧面径向分布于绕流下降的方向。折流板数目及间距，根据下降流体速度最低为优化目标，通过数值仿真优化后确定。

3、弧面层壁面型线的生成方法。

弧面层壁面型线计时是通过改变周向控制型线上控制点的坐标，来调整控制型线的曲率分布来实现。型线生成时，控制端壁面顶部为大曲率，保证入射流沿顶部充分形成绕流，控制端壁面下游末端为小曲率，使得下降流以较低动能进入加热器管束区。同样的，顶部及下游末端曲率通过数值仿真优化后确定。

4、折流板型线的生成方法。

折流板区域的三维结构由正余弦曲线沿径向拉伸叠加加生成。控制型线的正余弦曲线由两个b样条曲线生成，每个样条曲线生成一个“波峰”或者“波谷”。样条曲线关于中点对称，而且曲线起点和终点的斜率和曲率均为零，用于和原始端面光滑联结。正余弦样条曲线通过径向拉伸的方式形成最终的折流板三维结构。

参见图6和图7，数值仿真的计算结果表明，在相同加热器进汽工况下可将防冲板所受到的流体冲击力降低为原来的60％左右，显著印证了该项技术的实用性。

采用本实用新型实施加热器防冲板改造后，防冲板中心下游处流体冲击速度将降低50％，因此可显著降低加热器防冲板颤振的概率，提高了机组的运行安全性。

综上所述，数值模拟结果已初步证明了本实用新型的滤流蜂窝孔平面层结构和折流板的弧面层结构能够有效地降低入射流体对防冲板的冲击力，能够显著地提加热器的使用周期及安全经济性。

技术特征：

1.一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构，其特征在于，包括滤流平面层(1)和弧面层(2)；

滤流平面层(1)和弧面层(2)均设置在加热器(5)内，滤流平面层(1)设置在加热器壳侧流体入口(3)内，弧面层(2)设置在滤流平面层(1)下方；

滤流平面层(1)上布设有若干蜂窝滤流孔(6)，弧面层(2)为向上凸起的弧面，弧面的上表面平行设置有若干正余弦型的折流板(4)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构，其特征在于，所有蜂窝滤流孔(6)沿滤流平面层(1)的中心线顺排或叉排均匀布置于整个滤流平面层(1)上。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构，其特征在于，蜂窝滤流孔(6)采用正六边型的蜂窝滤流孔。

4.根据权利要求1所述的一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构，其特征在于，滤流平面层(1)中部至两侧的折流板(4)的曲率逐渐缩小。

5.根据权利要求1所述的一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构，其特征在于，弧面层(2)的轴向方向与加热器轴向平行。

6.根据权利要求1所述的一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构，其特征在于，折流板(4)直于弧面径向分布于绕流下降的方向。

技术总结
本实用新型公开了一种适用于加热器壳层进口的双层防冲板结构，本实用新型在加热器壳侧流体入口内安装双层防冲板结构，一层是具有蜂窝滤流孔的滤流平面层，另一层是具有正余弦型折流板的弧面层，入射流体首先通过蜂窝滤流孔降低入射冲量，再通过弧面结构分散形成绕流，最后分散下降动能被充分耗散。本实用新型能够显著提高加热器防冲板安全稳定性，对提高加热器安全经济性具有重要的工程应用价值。

技术研发人员：高庆;屈杰;居文平;朱蓬勃;石慧;汪亮;刘彬
受保护的技术使用者：西安西热节能技术有限公司;西安热工研究院有限公司;华能重庆珞璜发电有限责任公司
技术研发日：2020.07.22
技术公布日：2021.05.25