一种特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法，其实施步骤包括获取阀塔的冷却功率，确定单个阀塔主冷却水管的直径，计算主冷却水管内水流的流速，确定每个阀组内分冷却水管的数量与直径，确定主冷却水管末端短接管内截流管的直径，进行短接管内冷却水的流速分布分析观察紊流出现的位置；不断调整截流管长度与倒角尺寸，重复截流管内流速分布分析，获得紊流程度较低的截流管结构。本发明专利技术规范了特高压换流站阀塔冷却系统截流管设计，通过设计截流管长度与倒角尺寸，降低截流管内水流紊流状态，从而有效降低截流管运行时的噪声水平，防止异常噪声对运行人员健康的影响。

Design method of low noise intercepting pipe for cooling system of valve tower of UHV converter station

The invention discloses a low noise UHV converter valve tower cooling system design method of intercepting pipe, the implementation steps including cooling power acquisition valve tower, determine the single valve tower main cooling pipe diameter, calculation of the main cooling water pipe flow velocity, determine the number and diameter of cooling pipe of each valve group. To determine the main cooling water pipe at the end of the short pipe closure tube diameter, the velocity distribution of the cooling water pipe of the short observation and analysis of the turbulent position; constantly adjust the intercepting pipe length and chamfer dimension, analysis of velocity distribution in the pipe for repeated closure, low degree of turbulence closure tube structure. The invention of the standard tube design closure of UHVDC converter station valve tower cooling system, through the design of intercepting pipe length and chamfer size, lower the closure tube flow turbulent state, thus effectively reducing the noise level during the operation of closure tube, prevent the abnormal noise of the operating personnel health effects.

【技术实现步骤摘要】
一种特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法
本专利技术涉及换流站阀厅冷却系统的改进，具体涉及一种特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法。
技术介绍
特高压换流站中阀厅一般由6组阀塔构成。阀塔主要由阀组、屏蔽罩以及阀塔冷却系统组成，特高压换流站中的阀组在进行整流滤波时会产生大量热量，需要阀塔冷却系统对其进行散热。阀塔冷却系统主要包括主进水管、主出水管、分支水管以及末端短接管构成，末端短接管的作用在于连接主进水管、主出水管的末端，防止局部地区形成“死水”造成冷却水水质劣化。如图1所示，末端短接管1的上方为截流管2，截流管2的作用在于控制流过末端短接管1的冷却水量，防止过多冷却水由末端短接管1流过，降低了分支水管的水流量，进而影响阀组的冷却效果，截流管2的剖面结构如图2所示，截流管2的设计关键在于确定截流管的直径D1、长度L1和倒角θ。目前，现场运行的水冷系统中的截流管由于普遍存在设计缺陷，截流管局部紊流不仅影响了冷却水散热效果，而且导致其运行噪声较高，长期高噪声水平工作环境容易对运行人员身心健康造成不良影响，进而产生焦躁情绪。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法，该方法规范了特高压换流站阀塔冷却系统截流管设计，通过设计截流管长度与倒角尺寸，降低截流管内水流紊流状态，从而有效降低截流管运行时的噪声水平，防止异常噪声对运行人员健康的影响。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法，实施步骤包括：1）根据特高压换流站阀塔内的阀组容量和数量计算阀塔的冷却功率P；2）确定阀塔的主冷却水管的直径D；3）根据冷却功率P、直径D计算主冷却水管内水流的流速v；4）确定每个阀组内分冷却水管的数量N和直径d；5）确定主冷却水管末端短接管内的截流管的直径D1；6）初始化设置截流管的长度L1和倒角θ；7）根据主冷却水管的直径D、每个阀组内分冷却水管的数量N和直径d、截流管的直径D1、长度L1以及倒角θ建立特高压换流站阀塔冷却系统的物理模型，利用主冷却水管内水流的流速v作为边界条件，采用有限元数值计算方法进行截流管内的流速分布分析，计算截流管的絮流程度；8）判断迭代次数是否已经达到预设阈值，如果尚未达到预设阈值，则调整截流管的长度L1和倒角θ，跳转执行步骤7）；否则，跳转执行步骤9）；9）将截流管的直径D1以及最佳絮流程度对应的长度L1以及倒角θ作为低噪声截流管的设计结果输出。优选地，步骤3）中计算主冷却水管内水流的流速v的函数表达式如式（1）所示；v=P/(ρπDc△T)（1）式（1）中，v为主冷却水管内水流的流速，P为阀塔的冷却功率，D为主冷却水管的直径，ρ为冷却水密度，c为冷却水比热，△T为冷却水温度变化。优选地，步骤4）中确定每个阀组内分冷却水管的直径d的函数表达式如式（2）所示；d=p/(ρπvc△T)（2）式（2）中，d为每个阀组内分冷却水管的直径，p为阀组内每个晶闸管的热功率，ρ为冷却水密度，v为主冷却水管内水流的流速，c为冷却水比热，△T为冷却水温度变化。优选地，步骤4）确定每个阀组内分冷却水管的数量N与每个阀组内晶闸管的数量相同。优选地，步骤5）确定主冷却水管末端短接管内的截流管的直径D1小于或等于分冷却水管直径的2/5。优选地，步骤7）的详细步骤包括：7.1）根据主冷却水管的直径D、每个阀组内分冷却水管的数量N和直径d、截流管的直径D1、长度L1以及倒角θ建立特高压换流站阀塔冷却系统的有限元物理模型；7.2）在有限元物理模型中定义各个部件的材料属性；7.3）对有限元物理模型进行网格划分；7.4）向有限元物理模型施加主冷却水管内水流的流速v和压强作为边界条件；7.5）选择求解器对有限元物理模型进行求解计算；7.6）进行后处理分析，得到末端短接管的流速分布；7.7）根据末端短接管的流速分布计算截流管的絮流程度。优选地，步骤7.7）中根据末端短接管的流速分布计算截流管的絮流程度具体是指计算截流管倒角θ处的雷诺数。本专利技术的特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法具有下述优点：本专利技术特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法规范了特高压换流站阀塔冷却系统截流管设计，通过设计截流管长度与倒角尺寸，降低截流管内水流紊流状态，从而有效降低截流管运行时的噪声水平，防止异常噪声对运行人员健康的影响。附图说明图1为现有末端短接管的结构示意图。图2为现有截流管的剖视结构示意图。图3为本专利技术实施例方法的基本流程示意图。具体实施方式如图3所示，本实施例的低噪声截流管设计方法的实施步骤包括：1）根据特高压换流站阀塔内的阀组容量和数量计算阀塔的冷却功率P；2）确定阀塔的主冷却水管的直径D；3）根据冷却功率P、直径D计算主冷却水管内水流的流速v；4）确定每个阀组内分冷却水管的数量N和直径d；5）确定主冷却水管末端短接管内的截流管的直径D1；6）初始化设置截流管的长度L1和倒角θ；7）根据主冷却水管的直径D、每个阀组内分冷却水管的数量N和直径d、截流管的直径D1、长度L1以及倒角θ建立特高压换流站阀塔冷却系统的物理模型，利用主冷却水管内水流的流速v作为边界条件，采用有限元数值计算方法进行截流管内的流速分布分析，计算截流管的絮流程度；8）判断迭代次数是否已经达到预设阈值，如果尚未达到预设阈值，则调整截流管的长度L1和倒角θ，跳转执行步骤7）；否则，跳转执行步骤9）；9）将截流管的直径D1以及最佳絮流程度对应的长度L1以及倒角θ作为低噪声截流管的设计结果输出。本实施例特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法可获得低噪声水平的换流站阀塔冷却系统截流管，大幅降低阀厅冷却系统运行噪声对于运行人员的影响。本实施例中，步骤3）中计算主冷却水管内水流的流速v的函数表达式如式（1）所示；v=P/(ρπDc△T)（1）式（1）中，v为主冷却水管内水流的流速，P为阀塔的冷却功率，D为主冷却水管的直径，ρ为冷却水密度，c为冷却水比热，△T为冷却水温度变化。本实施例中，步骤4）中确定每个阀组内分冷却水管的直径d的函数表达式如式（2）所示；d=p/(ρπvc△T)（2）式（2）中，d为每个阀组内分冷却水管的直径，p为阀组内每个晶闸管的热功率，ρ为冷却水密度，v为主冷却水管内水流的流速，c为冷却水比热，△T为冷却水温度变化。本实施例中，步骤4）确定每个阀组内分冷却水管的数量N与每个阀组内晶闸管的数量相同。本实施例中，每个阀塔包含个8阀组，每个阀组内晶闸管的数量为8个，为保证每个晶闸管的散热效果，分冷却管量设置为8个。本实施例中，步骤5）确定主冷却水管末端短接管内的截流管的直径D1小于或等于分冷却水管直径的2/5，可防止局部地区形成“死水”造成冷却水水质劣化，同时控制流过末端短接管的冷却水量，防止因分冷却水管的水流量过低而影响阀组的冷却效果。本实施例中，步骤7）的详细步骤包括：7.1）根据主冷却水管的直径D、每个阀组内分冷却水管的数量N和直径d、截流管的直径D1、长度L1以及倒角θ建立特高压换流站阀塔冷却系统的有限元物理模型；7.2）在有限元物理模型中定义各个部件的材料属性；7.3）对有限元物理模型进行网格划本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法，其特征为实施步骤包括：1）根据特高压换流站阀塔内的阀组容量和数量计算阀塔的冷却功率

【技术特征摘要】
1.一种特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法，其特征为实施步骤包括：1）根据特高压换流站阀塔内的阀组容量和数量计算阀塔的冷却功率P；2）确定阀塔的主冷却水管的直径D；3）根据冷却功率P、直径D计算主冷却水管内水流的流速v；4）确定每个阀组内分冷却水管的数量N和直径d；5）确定主冷却水管末端短接管内的截流管的直径D1；6）初始化设置截流管的长度L1和倒角θ；7）根据主冷却水管的直径D、每个阀组内分冷却水管的数量N和直径d、截流管的直径D1、长度L1以及倒角θ建立特高压换流站阀塔冷却系统的物理模型，利用主冷却水管内水流的流速v作为边界条件，采用有限元数值计算方法进行截流管内的流速分布分析，计算截流管的絮流程度；8）判断迭代次数是否已经达到预设阈值，如果尚未达到预设阈值，则调整截流管的长度L1和倒角θ，跳转执行步骤7）；否则，跳转执行步骤9）；9）将截流管的直径D1以及最佳絮流程度对应的长度L1以及倒角θ作为低噪声截流管的设计结果输出。2.根据权利要求1所述的特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法，其特征为，步骤3）中计算主冷却水管内水流的流速v的函数表达式如式（1）所示；v=P/(ρπDc△T)（1）式（1）中，v为主冷却水管内水流的流速，P为阀塔的冷却功率，D为主冷却水管的直径，ρ为冷却水密度，c为冷却水比热，△T为冷却水温度变化。3.根据权利要求1所述的特高压换流站阀塔冷却系统的低噪声截流管设计方法，其特征为，步骤4）中确定每个阀组内分冷却水管的直径d的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓文，周年光，卢铃，彭继文，胡胜，邹妍晖，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖南省电力公司，国网湖南省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11