[发明专利]一种具有抗热冲击作用的蒸汽管路热补偿装置及其设计方法

说明书

本发明涉及一种具有抗热冲击作用的蒸汽管路热补偿装置，包括全环形补偿管、变径管和法兰，全环形补偿管为螺旋形，全环形补偿管的直径大于相应蒸汽管路的直径，全环形补偿管的进口和出口两端与蒸汽管路之间分别通过变径管过渡连接，变径管的端部分别设置法兰，热补偿装置通过法兰与蒸汽管路连接。本发明的热补偿装置利用全环形管的自然补偿结构可以充分吸收蒸汽管路受热膨胀而产生的热应力，还能够减少热冲击的着力点，并将在全环形管内产生的径向热冲击力相互抵消；同时，增大全环形补偿管的规格尺寸，全环形补偿管进行扩容，进而增加蒸汽管路热冲击的缓冲惯性，进一步提高了抗热冲击能力。

技术领域

本发明涉及舰船蒸汽动力系统设计技术领域，具体涉及一种具有抗热冲击作用的蒸汽管路热补偿装置及其设计方法。

背景技术

船用蒸汽蓄能器是在极短时间内为瞬时耗汽量极大的蒸汽用户提供规定压力和温度蒸汽的储能设备，用于对船舶大型汽力装置用户输送推动力。蒸汽蓄能器充放汽过程均伴随着热力负荷冲击型大扰动，具有充放汽时间极短、瞬时蒸汽流量极大、热力参数波动极大的特点。在充、放汽过程中，充放汽管路承受蒸汽蓄能器瞬时大负荷热冲击扰动的边界激励，导致蒸汽管路内蒸汽的压力场和速度场产生剧烈高频脉动，极易引起流致振动而诱发管路上安装的阀门、三通管、直角弯头等关键附件的损坏。同时，在狭窄的安装空间内，蒸汽管路上需要设置多组“π”形状的弯管，尽管可以吸收高温蒸汽管路热膨胀产生的热应力，但却增加了蒸汽高速热冲击管壁的着力点，扩大了大负荷热冲击的次生影响。在某陆上联调试验的过程中，发生过大负荷热冲击导致蒸汽充放汽管路“甩管”现象。

因此，为切实保障大负荷扰动充放汽管路的运行安全，亟需提出一种具有抗热冲击作用的蒸汽管路热补偿装置，能够有效防止大负荷热冲击，并吸收高温蒸汽管路热应力，同时适应性提高蒸汽系统管路及附件的集成性、可靠性及维修性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种具有抗热冲击作用的蒸汽管路热补偿装置及其设计方法，它可以有效防止大负荷充放汽管路热冲击，并吸收高温蒸汽管路的热应力，同时提高蒸汽系统管路及附件的集成度和可靠度。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种具有抗热冲击作用的蒸汽管路热补偿装置，包括全环形补偿管、变径管和法兰，所述全环形补偿管为螺旋形，所述全环形补偿管的直径大于相应蒸汽管路的直径，所述全环形补偿管的进口和出口两端与所述蒸汽管路之间分别通过所述变径管过渡连接，所述变径管的端部分别设置所述法兰，所述热补偿装置通过所述法兰与蒸汽管路连接。

上述方案中，所述全环形补偿管、变径管和法兰焊接集成为一体。

上述方案中，所述全环形补偿管从左至右的气流方向为逆时针，从右至左的气流方向为顺时针。

上述方案中，所述全环形补偿管的最大外形尺寸为2.4m×1.2m×1.4m。

上述方案中，所述热补偿装置的材质均选用12Cr1MoV。

本发明还提出了上述具有抗热冲击作用的蒸汽管路热补偿装置的设计方法，包括以下步骤：

第一步，根据压力管道应力分析及振动原理，拟合出全环形补偿管的估算公式(1)，计算所述全环形补偿管的缓冲容积：

V＝(200K·γ·V_k)/P_max (1)

式中，V表示缓冲容积，m³；K表示等熵压缩指数；γ表示工程修正系数；V_k表示蒸汽体积，m³；P_max表示运行最高压力，MPa；

第二步，通过拟合工程经验公式(2)估算所述全环形补偿管的弯管半径：