大型汽轮机高中压缸中间轴封漏汽量测试研究教材.docx

大型汽轮机高中压缸中间轴封漏汽量测试研究教材.docx

《大型汽轮机高中压缸中间轴封漏汽量测试研究教材.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大型汽轮机高中压缸中间轴封漏汽量测试研究教材.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

大型汽轮机高中压缸中间轴封漏汽量测试研究教材

大型汽轮机高中压缸中间轴封漏汽量测试研究

钟平，施延洲，王祝成

（西安热工研究院有限公司，陕西西安710032）

[摘要]大型汽轮机高中压合缸的中间轴封漏汽量一般大于设计值，对机组热耗率影响较大。

对漏汽量的测量较难进行，对此，研究了进行漏汽测量的测点布置、测试方法，测试结果计算等。

结果表明，1％的主蒸汽漏汽量可影响机组热耗率0．22％一o．26％。

[关键词]汽轮机；性能测试；高中压合缸；中间轴封；漏汽测量

[中图分类号]TK263．6﹢3[文献标识码]A

[文章编号]002—3364（2006）0l—0044—04

大型汽轮机组高中压合缸和通流部分反向布置的结构可以大幅度平衡转子的推力，但同时由于合缸布置使得高压部分的少量蒸汽会向相邻的中压部分泄漏，高压缸的部分蒸汽（一般是调节级汽室的蒸汽）通过高中压缸中间的轴封（简称为中轴封）漏入中压缸第l级。

尽管一般中轴封的汽封片数较多，但由于漏汽点和汇入点之间的蒸汽压差较大，中轴封处的轴径也较大，因此这部分漏汽量通常较大，新投运机组的设计值一般在（10～20）t／h左右，约占热再热蒸汽流量的2％左右。

表1列出了国内外不同型号的大型汽轮机组中轴封的设计漏汽流量。

中轴封位于高中压转子中部，此处转子的挠度最大，一般机组在经过多次起停后，特别是出现过振动故障后，中轴封的汽封片均会受到较大的磨损，因此在实际运行中中轴封漏汽量一般远远高于设计值。

中轴封漏汽量增大对机组的影响有几个方面：

（1）由于中轴封

漏汽是从高压缸直接漏入中压缸通流部分，这部分漏汽绕过了高压缸，造成做功损失，使再热器吸热量减少，机组的热耗率升高；

（2）因漏汽比焓低于热再热蒸汽比焓，降低了中压缸第1级入口的蒸汽比焓，致使无法得到真实的热再热蒸汽流量和中压缸效率。

使用混

合前的热再热蒸汽参数作为初参数计算将高于真实值，漏汽量越大偏差量越大。

在未考虑这股漏汽量的情况下，汽轮机的性能测试得出中压缸效率会高出设计值。

此外，机组大修后性能测试发现中压缸效率低于大修前的情况，实际上都是由于中轴封漏汽影响所致。

1中轴封漏汽量的测量

中轴封漏汽由于发生在高中压缸的内部，因此用常规方法是无法进行直接测量的。

目前，常用的是按照文献[1]所提供的测试方法进行漏汽量的间接测量，通过改变主蒸汽和热再热蒸汽的温度并分别观察中压缸实测效率的变化进行。

中轴封漏汽对真实中压缸效率的影响随着漏汽比焓与热再热蒸汽比焓之间的差值而变化。

一般情况下，热再热蒸汽比焓、主蒸汽比焓和中轴封漏汽比焙的关系为：

热再热蒸汽比焓hrh主蒸汽比焓hms中轴封漏汽比焓hleak。

当主蒸汽温度升高且热再热蒸汽温度降低时，中轴封漏汽与热再热蒸汽的比焓值差减小，漏汽对真实中压缸效率的影响较小，反之，当主蒸汽温度降低且热再热蒸汽温度升高时，中轴封漏汽与热再热蒸汽的比焓值差较大，此时漏汽量对真实中压缸效率的影响就较大。

从焓熵图l上可以对此得到较为清晰的理解，中轴封漏汽从T点汇人中压缸进汽后使中压缸的进汽点1沿进汽等压线p1移动到点2。

显然，测得的中压缸效率（过程线为l—3—ls）高于真实的中压缸效率（过程线为2—3—2s）。

据此，可通过热力测试的方法来确定中轴封漏汽量：

对应进行两个测试工况，主蒸汽温度升高且热再热蒸汽温度降低为第1个工况，而主蒸汽温度降低且热再热蒸汽温度升高为第2个工况。

为确保测试的准确性，两个测试工况均应在阀门全开工况进行，并且测试

时主蒸汽和热再热蒸汽温差要尽量大，而其余参数均应尽量保持一致。

2漏汽测试方法

对高中压合缸的大型汽轮机来说，无论是新投产或大修前后，准确了解中轴封漏汽状况，对于机组运行和检修以及机组整体性能的效率计算都有着较为重要的意义。

中轴封漏汽量的测量方法简单易行，且通过重复性测试等手段，可以较准确地获得机组在实际运行状况下的中轴封漏汽量。

2．1测点布置

中轴封漏汽测点如布置图2所示。

测试所需的测量参数为主蒸汽压力和温度、调节级后蒸汽压力和温度、热再热蒸汽压力和温度、中压缸排汽压力和温度。

2．2混合后热再热蒸汽压力

计算中轴封漏汽与热再热蒸汽混合后的中压缸效率时，一般仍用中联门前的热再热蒸汽压力计算，即假设混合后蒸汽压力仍等于中联门前的热再热蒸汽压力，此时也可考虑中联门的压损来进行相应的修正，但计算表明此压力误差对计算结果的影响不大。

2．3漏汽比焓值

中轴封漏汽从调节级后通过中轴封间隙漏至中压缸第1级的过程是一个等焙降压过程，即汇人中压缸的漏汽比焓值为调节级后的蒸汽比焓值。

调节级后的蒸汽温度一般不易准确获得。

确定调节级后蒸汽比焓值一般采用以下几种方法：

（1）根据实测的调节级后压

力和温度来确定；

（2）通过焓降测试的膨胀线和调节级测试压力来确定；（3）通过各个设计工况下主蒸汽流量与调节级焓降的关系来确定。

2．4混合蒸汽比焓值

设中轴封漏汽流量为g，比焓值为和hleak热再热蒸汽流量为G，比焓值为hrh，中轴封漏汽量占混合后蒸汽量的百分比为N，混合蒸汽比焓值为hmix则：

由式（3）看出，混合蒸汽比焓值计算实际上是与中轴封漏汽量占混合蒸汽量的百分比以及中轴封漏汽和热再热蒸汽的比焓值有关。

2．5真实的中压缸效率

根据中压缸效率计算公式，计算进汽混合后的中压缸效率与中轴封漏汽量占混合蒸汽量的百分比N基本成线性关系。

所以，每一个测试工况都可通过给出不同中轴封漏汽量的百分比来得到一条线性关系曲线。

一般计算时，分别设中轴封漏汽量的百分比N为0和10，则可得到在这两个假设漏汽量下的中压缸效率。

假设真实的中压缸效率在变温工况下基本不变，理论上只要进行两次变温工况测试即可得到真实中压缸效率。

对每一次变温工况根据漏汽量百分比和对应的中压缸效率即可绘出曲线，两次变温工况所绘曲线的交点即为实际的中轴封漏汽量百分比和中压缸效率，如图3所示，工况1与工况3为第l组测试，工况2和工况4为第2组测试。

工况3和工况4分别为工况l和工况2的重复性测试。

2．6有高压缸后轴封漏汽时真实的中压缸效率

对某些机组除了中轴封漏汽外，还有一股蒸汽从高压缸后轴封漏人中压缸排汽，如图2中的漏汽L。

中压缸排汽温度均是在中低压联通管上测量，如果此股漏汽L汇入中压缸排汽的抽汽管道上或汇入中低压联通管测量点后时，则采用2．5节相同的计算方法；如果L汇人中低压联通管测量点前时，由于高压缸后轴封漏汽比焓值一般低于中压缸排汽比焓值，因此后轴封漏汽的汇入将使测量的中压缸排汽温度偏低，导致中压缸排汽比焓测试值偏低，从而使中压缸测试效率偏高（图4）。

因此，需要确定出真实的中压缸排汽比焓值，且需对高压缸后轴封的漏汽流量、压力、温度进行相应的测量。

从图4看，设点1为测量的热再热蒸汽参数点，点2为受中轴封漏汽影响后的中压缸实际进汽参数点，点3为实际中压缸排汽参数点，点4力中压缸测量的排汽参数点，可知：

测试中压缸效率：

η1=h1-h4/Δh,Δh=h1-h2

考虑中轴封漏气影响后的中压缸效率：

η2=h2-h1/Δh

真实的中压缸效率（考虑中轴封漏气，去除考虑后轴封漏汽影响）：

η3=h2-h3/Δh

图4中可看出η1>η2>η3。

计算时首先确定后轴封漏汽汇入中压缸排汽前的实际中压缸排汽比焓（点3），即首先去除后轴封漏汽的影响，在以此比焓值作为中压缸排汽焓的基础上按照2．5节相同方法再进行真实中压缸效率的计算。

3测试方案讨论

3．1重复性测试中应保持漏汽量的稳定

进行两组共计4个丁况的中轴封漏汽重复性测试，可有效地提高结果的准确性。

保证两组测试中实际漏汽量的稳定，可从轴封段漏汽量的影响因素来分析。

轴封段漏汽流量的计算公式为：

当轴封段末片汽封的蒸汽流速未达临界时：

当轴封段末片汽封的蒸汽流速达到临界时：

式中：

为轴封汽封片的流量系数：

A1为轴封汽封片的间隙面积；Z为轴封段汽封片数。

此3项参数在机组实际运行中仅Al会因轴封汽封片磨损而发生变化，但相对测试进行期间来说，可视为恒定值。

这样影响轴封漏汽量ΔG的主要参数就是轴封段前后的压力p0、pz以及漏汽前的蒸汽比体积

而比体积由蒸汽的压力和温度决定。

具体到实际运行状况下的中轴封漏汽来说，漏汽量是由调节级后蒸汽参数和热再热蒸汽参数所影响。

由于调节级后参数还受到高压调节阀阀位的影响，因此要求漏汽测试在汽轮机调节阀全开丁况下进行，这样则可消除由于阀位变化使主蒸汽节流所造成的影响，同时尽量保持各测试工况的主蒸汽压力相同。

在测试过程中，尽量保持主蒸汽参数和热再热蒸汽参数的稳定，测试过程中的漏汽量波动会较小。

如图3中实线和虚线所组成的两组重复性的测试，可见两次测试结果较接近。

3．2主蒸汽与再热蒸汽温差的影响

文献[1]中提到，要想得到最准确的结果，就需保证两个测试工况所绘出的曲线的斜率差别要足够大。

因为如果两组曲线趋于平行时，对于相交的两组曲线来说，其中一组曲线的微小变化会使两组曲线的交点产生较大的偏移。

为此，就需要保证两组测试工况的主蒸汽与热再热蒸汽的温差尽量大。

图5绘出厂两个测试工况的中压缸效率焓熵图，其中厂况l的主蒸汽温度高而热冉热蒸汽温度低，厂况2则为主蒸汽温度低而热再热蒸汽温度高。

工况1真实中压缸效率为：

工况2的真实中亚缸效率为：

将式（3）代入

可得出：

显然，上述即为工况l和工况2最终曲线的斜率。

假设两式中的等熵焓降Δh1s＝Δh2s,则hleak1-hrhl1与hleak2-hrhl2差值越大时，斜率相差越大，两条曲线越分开。

hleak1-hrhl的差值主要由主蒸汽温度和热再热蒸汽温度所决定。

一般汽轮机运行规程对主蒸汽、热再热蒸汽温度的允许偏差值控制在30℃左右，且建议漏汽测试的持续时间不要太长。

在测试参数稳定的情况下，测试维持30min左右即可。

3．3各测量参数对中压缸效率的影响

主蒸汽压力、温度实际上并不参与汁算，而仅仅是作为影响调节级参数的前期参数。

从计算过程可知，各蒸汽比焓值对缸效率计算结果的影响，综合考虑水蒸汽性质和各股蒸汽流量的份额，热冉热蒸汽压力变化1％影响结果约0.5%，热再热蒸汽温度变化1℃，影响结果约1％。

中压缸排汽压力变化1％影响结果约0.5%，中压缸排汽温度变化1℃则影响结果约4％。

调节级后压力和温度各变化1％影响结果约0.3%和0.1%。

可见，热再热蒸汽温度和中压缸排汽温度对结果的影响较大，因此，测试中对此两项温度的测量尤其要保证精确度。

4中轴封漏汽量对热耗率的影响

文献[2]指出占主蒸汽流量1％的中轴封漏汽量影响整机热耗率约为0.5％，应用等效热降方法对部分机组进行了计算，计算结果见表2。

由衷2可看出，占l％主蒸汽流量的中轴封漏汽量对热耗率的影响在0．22％～0．26％。

5结论

（1）对高中压合缸的大型汽轮机来说，通过热力测试的方法可以较准确地获得机组在实际运行状况下的中轴封漏汽量，并能相应获得真实的中压缸效率。

而测试所需的测试仪表和工程计算工作量均较少。

（2）漏汽测试要求在汽轮机阀门全开工况下进行，准确度可以通过重复性测试得到提高，而测试过程中测试参数的稳定、主蒸汽与热冉热蒸汽的温差以及热再热蒸汽和中压缸排汽温度的准确测量对结果的影响较大。

（3）通过等效热降的局部定量分析可知占1％主蒸汽流量的中轴封漏汽量影响机组热耗率约为0.22%~0.26%.

[参考文献]

L1]JohnA．BoothandDavidE．Kautzmamn，EstimatingtheLeakagefromHPtoIPturbinesection[R]GeneralElectricCompany．

[2]郭永杰，等。

高中压合缸汽轮机汽封漏汽量的现场实测与

分析[J]工动力工程，1991．

[3]赵毅，等．华能福州电厂1号汽轮机组运行热经济性分析[J].热力发电，1995．

[4]周良茂，等．大型汽轮机性能老化的测试研究[J]．热力发电，1997．

[5]林万超．火电热热系统节能理论.[M]1994．

[6]江苏利港电厂4号350MW机组大修后热力性能测试及汽封改造后漏汽量测量测试报告[R]．苏州：

苏州国电热工研究院有限公司，2003．