调相机内冷水系统树脂更换作业平台、工艺及设计方法与流程

本发明属于调相机站水系统树脂更换，具体涉及调相机内冷水系统树脂更换作业平台、工艺及设计方法。

背景技术：

1、调相机站既可以为电力系统提供紧急动态无功支撑，降低特高压直流发生连续换相失败的风险，有助于直流功率的快速恢复和系统稳定；还可大幅降低故障后的电压波动幅度，有助于故障后系统电压的快速恢复。调相机冷却水通过定子线圈空心导线，将定子线圈损耗产生的热量带出调相机。用水冷却器带走冷却水从定子线圈吸取的热量。系统中设有过滤器以除去水中的杂质。用旁路式离子交换器对冷却水进行软化，控制其电导率。正常运行过程中，需要对离子交换器树脂进行更换，更换周期一般为4-6个月，每台机每次需更换130l。

2、离子交换器目前采用人工更换的方式，需要多人同时配合完成，费时费力，且离子交换器附件管道阀门较多，不便于运维人员更换作业。因此，需要研制一种离子交换器树脂更换系统用来解决上述问题，以满足离子交换器树脂更换需要，提高更换效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种调相机内冷水系统树脂更换作业平台、工艺及设计方法，提高离子交换器中新树脂颗粒填充的效率，降低工作人员劳动强度，提高安全性。

2、本发明的目的是这样实现的：调相机内冷水系统树脂更换作业平台，包括有储水罐、树脂颗粒仓和颗粒回收仓，所述储水罐连接有给水管，所述给水管连接有二位三通电磁换向阀，所述二位三通电磁换向阀连接有入口同心管，所述入口同心管与离子交换器的入口相连接，所述离子交换器的出口连接有出口同心管，所述出口同心管连接有第二透明钢丝软管，所述第二透明钢丝软管与所述颗粒回收仓相连，所述颗粒回收仓连接有排水管；所述树脂颗粒仓通过第一透明钢丝软管与所述入口同心管相连接；所述入口同心管和所述出口同心管为由外管和内管组成的同心套管。

3、所述给水管上设置有增压泵和压力表，所述第二透明钢丝软管上设置有旋拧阀、流量计和抽水泵，所述颗粒回收仓内设置有过滤网。

4、所述储水罐上设置有第一开关，所述树脂颗粒仓上设置有第二开关，所述排水管上设置有第三开关。

5、调相机内冷水系统树脂更换工艺，它利用了所述的调相机内冷水系统树脂更换作业平台，包括以下步骤：

6、步骤1、大流量粗冲洗

7、初始状态时，同心管的内管分别处于离子交换器出入口处，未深入至离子交换器的罐体内部。树脂颗粒仓的第二开关处于关闭状态，且根据离子交换器的体积定量填装新树脂颗粒至树脂颗粒仓中。

8、打开储水罐的第一开关，打开第三开关，启动抽水泵，调节增压泵流量至预设值，启动增压泵，并使二位三通电磁换向阀处于入口同心管外管管路打开状态，这时大流量的水持续稳定地流入离子交换器内，并带动大部分旧树脂颗粒从出口流出，经抽水泵的抽吸作业，加速排入颗粒回收仓，而由于过滤网的作用，旧树脂颗粒留在颗粒回收仓内，水流入排水管；同时，注意观察水位计，使离子交换器内的水始终淹没树脂颗粒最高位，即适当调节旋拧阀使流量计处的数值小于增压泵的流量，这样可以使输入流量大于排出流量；当抽水泵上游的第二透明钢丝软管处观察不到大量颗粒流出时，则大流量粗冲洗完成；

9、步骤2、旋转射流精清洗

10、将离子交换器入口处和出口处同心管的内管都伸长至离子交换器的罐内底部，使二位三通电磁换向阀处于内管管路打开状态；通过入口同心管内管端部连接的旋转喷头发出旋转射流激起底部沉降旧树脂颗粒使其处于悬浮状态，由抽水泵抽吸至颗粒回收仓，旧树脂颗粒经过滤网分离留在颗粒回收仓内，而水流入排水管；当抽水泵上游的第二透明钢丝软管处观察不到树脂颗粒流出，则旋转射流精清洗完成；

11、步骤3、射流卷吸树脂颗粒填充

12、将入口同心管和出口同心管内管都拉出至离子交换器出入口处，使二位三通电磁换向阀处于外管管路打开状态，打开树脂颗粒仓的第二开关，此时高速流动的水流形成负压，把树脂颗粒仓内的树脂颗粒卷吸入水流内，并送入离子交换器内；当观察到树脂颗粒仓内无树脂颗粒时，则新树脂颗粒填充完成，关闭第三开关及其它部件。

13、所述的调相机内冷水系统树脂更换作业平台的设计方法，包括以下步骤：

14、步骤11、计算树脂颗粒的最小压碎强度，确定水流速度；

15、步骤12、计算设计流量及管线压力损失；

16、步骤13、确定管线内径及增压泵的额定压力。

17、所述步骤11计算树脂颗粒的最小压碎强度，确定水流速度包括：

18、由以下公式(1)和(2)计算得出树脂颗粒的最小压碎强度，

19、g＝mg (1)

20、

21、水流在经过高压泵增压后，以一定的速度从泵的出口流出，对于连续的水流，在泵的出口截面内外两点间，由伯努力方程可知：

22、

23、式中，p为泵的供给压力；p0为大气压力；vi为泵内水流速度；v0为泵出口水流速度；ρ为水的密度；

24、水流以速度v冲击到固体靶材表面，在时间δt后，水流冲击靶材产生的冲击波以速度c传播至某一截面，从而将导致该截面的水流速度变为v1，水流的面积由初始的a变化为a+δa，水流动压力由初始压力p0变化为p0+δp，密度由ρ变为ρ+δρ，则在δt时间内，水流的动量变化量为：

25、δm＝(ρ+δρ)(a+δa)cδtv1-ρacδtv  (4)

26、略去高阶项后可得：

27、δm＝ρacδt(v-v1)  (5)

28、δt时间内，树脂颗粒受到由水锤压力引起的冲量为：

29、i＝[p0a-(p0+δp)(a+δa)]δt＝-(p0δa+δpa+δpδa)  (6)

30、略去高阶项δpδa，同时考虑到水锤压力值δp非常大，δp＞＞p0，因此可忽略p0δa项，整理后得：

31、i＝-δpaδt  (7)

32、由动量定理：

33、ρacδt(v-v1)＝-δpaδt  (8)

34、水流前端在冲击到树脂颗粒表面的瞬间，水流速度立即降为0，整理上式后可得：

35、p水锤＝ρvc1  (9)

36、式中，c1为水的冲击波速；v为水流速度；

37、c1＝c0+kv  (10)

38、式中，c0为水中的声波速(1480m/s)；v为水流速度。

39、所述步骤12计算设计流量及管线压力损失包括：

40、由下式计算出离子交换器罐体设计流量，

41、v＝qt  (11)式中，v为罐体体积；q为泵的流量；t为泵的工作时间；

42、管线中的压力损失主要有沿程水力损失和局部水力损失，因此总的压力损失为：

43、hw＝hf+∑hj  (12)

44、

45、式中，λ为沿程阻力系数；ζj为某个局部装置局部阻力系数；d1为管线内径；v为管线中水流的速度；li为管路长度；g为重力加速度；

46、在计算时，将局部阻力系数化为当量管路长度，则式(13)可化为：

47、

48、式中，l为管线总长，l＝l+∑le，∑le局部阻力系数的当量管线长度之和。

49、所述步骤13确定管线内径及增压泵的额定压力包括：

50、由下式确定流体通过的截面面积，

51、q＝vs (15)

52、式中，v为水流速度，q为泵的流量，s为流体通过截面面积，由于罐体入口上游存在内外管结构，且增压泵与罐体入口之间的内管和外管是分别独立工作的，因此内外管均应满足流体通过截面面积要求，由式(16)和(17)计算，

53、

54、式中，di为内管内径；do为外管内径；

55、由式(18)可计算出水流的滞止压力，

56、

57、p2＝ρgδh  (19)

58、式中，p1为水流滞止压力，p2为增压泵与罐体入口处的高度差所产生的高程压力，δh为增压泵与罐体入口处的高度差；

59、增压泵的功率nb可由下式计算所得：

60、

61、式中，nb为增压泵额定功率；pn为增压泵额定压力；qn为增压泵流量。

62、本发明的有益效果：本发明的调相机内冷水系统树脂更换作业平台，储水罐通过给水管连接二位三通电磁换向阀，二位三通电磁换向阀通过入口同心管与离子交换器的入口相连接，离子交换器的出口连接出口同心管，出口同心管通过第二透明钢丝软管与颗粒回收仓相连，颗粒回收仓连接有排水管；树脂颗粒仓通过第一透明钢丝软管与入口同心管相连接，入口同心管和出口同心管为由外管和内管组成的同心套管；本发明的调相机内冷水系统树脂更换作业平台通过高速射流驱动大部分旧树脂颗粒排出离子交换器，而后通过旋转的有压射流恢复离子交换器侧壁及底部残留树脂颗粒的流动性，经抽水泵抽出并泵送至颗粒回收仓，实现离子交换器中旧树脂颗粒的回收，最后高速射流带走树脂颗粒仓内的空气，形成负压使新树脂颗粒卷吸进管道，树脂颗粒和水混合体输送至离子交换器中，实现离子交换器中新树脂颗粒的填充；调相机内冷水系统树脂更换作业平台的设计方法，通过步骤11、计算树脂颗粒的最小压碎强度，确定水流速度；步骤12、计算设计流量及管线压力损失；步骤13、确定管线内径及增压泵的额定压力，可确定调相机内冷水系统树脂更换作业平台中各工艺和设备参数；本发明的调相机内冷水系统树脂更换作业平台、工艺及设计方法，提高离子交换器中新树脂颗粒填充的效率，降低工作人员劳动强度，提高安全性。