汽轮机通流部分（精选八篇）
汽轮机通流部分 篇1
关键词：汽轮机,性能,优化,多目标优化
1 概述
汽轮机是一种以过热蒸气为动力, 并将蒸气的热能转化为机械功的旋转机械, 是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。设计高性能的汽轮机, 同时降低设计成本, 缩短设计周期, 是合理利用资源、减少能源浪费和损失的重要途径, 也是我国乃至世界叶轮机械领域技术研发的一个重要目标。
随着现代科技的飞速发展, 目前叶轮机械设计研发主要是先通过计算流体力学软件进行理论计算, 得出大量的备选叶型, 然后根据数值计算结果指导实验研究, 以得到气动、力学性能良好的叶轮机械。
2 汽轮机通流部分性能的改进与优化
目前, 世界各国在汽轮机通流部分性能改进与优化的研究方向主要有:高效率新叶型的开发、弯扭联合成型技术、子午通道优化技术、新型汽封的开发以及高效进气室和排气缸的研制等。
2.1 新叶型的开发
迄今为止, 各国学者和研究人员在高效率新叶型的开发和应用上做了大量的工作。
1977年Marchal P和Sicverding C H首先提出“后加载叶型”的概念, 他们指出与传统透平叶栅速度分布相比, 后加载叶栅可以有效地推迟速度转捩的发生、减小转捩区范围, 降低叶型损失。孙奇等对后加载叶型和高负荷前加载叶型分别进行了环形和平面叶栅吹风实验。结果表明, 前加载叶型采用弯曲量大的设计方案可以减少端部二次流, 后加载叶型具有很好的变工况气动性能。东方汽轮机厂对300MW汽轮机进行改造发现, 采用高效后加载层流叶型后, 高、中压级型损相对值分别减小25%、23%, 级效率分别提高1%;低压级型损减小20%。
俄罗斯的学者提出了一种能减小叶栅端部损失的海豚形叶片。陶正良等将海豚形叶片和TC-1A型短叶片进行了比较, 从理论上解释了海豚形叶片能够降低叶栅端部损失的原因。但是目前还没有海豚形叶片应用到汽轮机中的报道。
2.2 子午通道优化技术
由于汽轮机高压级静叶栅前后压差较大, 为满足其刚度和强度要求, 高压级静叶设计地通常较厚, 但厚叶片端部二次流损失严重。为解决这一问题, 目前工程实际中多采用上端壁收缩的方法。气流通道的减小使得叶栅尾部气流速度增加, 从而阻滞了附面层的加厚与分离, 提高了汽轮机效率。扩缩型动叶与普通动叶相比, 仅叶型的内弧有所改动。使原来收缩形通道先扩后缩, 通道前端的渐扩减小了叶栅表面的横向压力梯度;后半段的收缩使叶栅内气流加速, 出口附面层减薄, 减小端部二次流强度。实验证明, 采用扩缩型叶片的端部损失最大下降9%, 总损失减小3%。Duden A, Raab I采用子午扩张及叶片倾斜的方式, 使动叶叶栅损失减少了26%。
2.3 弯扭联合成型技术
随着叶轮机械功率需求的增加, 使得叶栅二次流损失在叶栅损失中的比重增大, 叶栅二次流问题的研究也日趋重要。王仲奇院士及导师在正、负倾斜叶片实验结果的基础上提出了叶片两端均为正倾斜的正弯叶片, 可使叶片两端的能量损失同时下降, 形成弯扭联合气动成型理论。之后王院士又提出最佳倾斜角和叶片倾斜面的概念。“侧型面”概念的提出, 实现了严格意义上的叶片三维成型, 建立了叶片弯扭联合气动成型的新设计方法。之后, 研究发现静叶的最佳倾角在15°～25°之间, 由于强度限制, 动叶采用弯叶片时最佳倾角比较小, 一般在5°～15°之间, 有时甚至是负值。
目前弯扭叶片已经广泛应用于汽轮机的技术改造中, 并取得了显著成效。德国Unterweser核电站在130MW汽轮机低压部分采用弯扭叶片提高汽轮机功率和效率, 最终总功率提高4%。由于良好的经济效益, 西门子公司决定65%核电用汽轮机均采用弯扭叶片。在哈尔滨汽轮机厂生产的200MW汽轮机改造中, 由于弯扭联合静叶片的应用, 使机组热耗降低80～100k J/kw·h, 高压缸效率提高2%, 低压缸效率提高3%。联合应用弯扭联合成型叶片与可控涡技术或斜置静叶技术等, 可以有效降低汽轮机级内损失, 提高汽轮机效率。
2.4 新型汽封的开发
汽轮机内损失主要有型线损失、漏气损失、湿气损失、鼓风摩擦损失等, 其中漏汽损失占级损失的30%以上。因此, 减小漏汽损失对提高汽轮机效率至关重要。目前汽轮机中应用的高效汽封主要有布莱登汽封、侧齿汽封以及刷式汽封。
传统的迷宫式汽封是不可调汽封, 在机组启停过程中会使转子与汽封发生碰磨, 导致汽封磨损, 增大转子与汽封径向间隙, 降低密封效果;而布莱登汽封属于可调式汽封, 通过汽封弧段的自动开启和关闭可以实现机组启、停过程中汽封与转子的径向间隙可调, 避免由于震动产生的碰磨, 因此目前超临界机组高压缸中的汽封多采用布莱登汽封提高效率。在600MW汽轮机中采用布莱登汽封可以使高压缸效率提高0.68%, 中压缸效率提高0.5%。布莱登汽封中弹簧质量的好坏直接影响汽封效果, 且布莱登汽封的使用寿命的提高尚需要进一步的研究。
侧齿汽封外形与传统迷宫式汽封相同, 但在迷宫汽封梳齿的基础上加工处许多侧齿和底齿, 在有限的空间内加大了迷宫的摩阻效应, 减少了汽封漏汽损失。在汽轮机轴封由迷宫式汽封改为侧齿汽封, 可以缩短汽轮机转子长度, 增强刚度, 改善汽轮机振动问题。在50MW汽轮机轴封采用侧齿汽封, 可以使平均汽耗降低0.4～0.7kg/kw·h。但由于阻汽率的提高, 导致轴向推力增加, 故侧齿汽封多用于多缸汽轮机中抵消推力。
刷式汽封由于刷丝间空隙不均匀, 破坏流动均匀性, 使流体产生了自密封效应, 横向流动代替向前流动, 增大横流过刷子的总压降, 从而减少汽封的泄漏量。由于压比的增大, 刷丝的密度增加, 刷丝之间的空隙减少而使有效的泄漏面积减少, 增大泄漏流动的阻力, 从而使泄漏随压比增加的梯度降低。对165MW凝汽式汽轮机采用刷式汽封后可以使机组热耗率降低219.94k J/kw·h, 汽耗降低0.13kg/kw·h, 高压缸效率提高1.42%, 中压缸效率提高1.24%。但是刷式密封中刷丝材料和涂层材料、以及高性能的焊接工艺是保证刷式密封高效运行的前提, 也需要进一步的研究。
3 汽轮机的多目标气动优化
叶片的弯曲、扭转、掠变化增加了叶片的自由度, 每一个自由度的增加, 就为叶片提供了一种新的设计思想和方法。由于汽轮机内部流动的复杂性, 传统的设计方法对多自由度的叶片设计就存在一定的局限性。近年来, 由于先进设计软件、设计方法的发展, 叶轮叶片气动优化设计方法的应用日益受到各国工作人员的关注。
Trigg等将遗传算法和计算流体技术应用到蒸汽叶栅的二维叶型优化中, 并采用Bezier曲线构造叶片型线多参数二维造型法, 增加了叶型调节的灵活性。宋立明通过函数实验比较了标准遗产算法 (SGA) 、差分进化算法 (DE) 和自适应差分进化算法 (ARDE) 的优化性能, 并结合曲面造型及CFD技术对小展弦比静叶栅和TRT动叶栅进行了气动优化设计。结果表明自适应差分进化算法有良好的优化性能和应用前景。但是, 该方法在叶片参数化阶段比较繁琐。基于随机搜索方法的优化算法效果较好, 但需要计算很多算例, 且计算时间较长。Hiroyuki等提出一种基于响应面和正交表的优化方法。该方法首先通过正交试验, 得到试验样本的最佳参数, 再将这些参数作为下次正交试验的中心因子继续再试验, 直到得到最优参数组合, 大大降低计算算例个数。
Xu C等设计出三维透平叶栅气动优化设计体系, 将一维设计、通流设计、叶栅型线二维、三维积叠设计、单级和多级叶栅流动性能分析都考虑进去。丰镇平等以VC++为开发工具, 采用先进的面向对象的编程技术, 研发了一种针对汽轮机通流部分 (包括叶栅、平衡孔及汽封等结构) 的多目标气动优化设计软件, 可以对汽轮机整体优化设计。优化后的汽轮机总效率提高0.79%, 功率增加1.81%, 气动性能得到大大提高。刘润泽综合了轮盘赌选择法、Preto多目标技术和遗传算法等多种优化方法, 发展了适用于叶轮机械气动优化的多目标算法, 使优化结果更加可信。
由以上综述可以发现, 目前提高汽轮机效率的方法较多, 主要有采用高效新叶型、密封性能良好的汽封、弯扭三维叶片和良好的子午通道。但是, 研究如何综合匹配这些优化措施则是进一步提高汽轮机效率的重点和难点。汽轮机多目标气动优化设计研究工作已经取得了令人瞩目的成就, 目前气动优化设计方法多对级相同结构的叶片进行研究, 没有涉及到级内不同结构叶片, 目前的优化算法主要集中在不改变原有设计的情况下的优化, 没有考虑到几何进出口角、安装角和叶片个数的变化对汽轮机性能的影响。因此, 还需要对多目标自动优化研究方面进行深入研究。
结语
先进算法和计算流体力学结合的优化设计方法能综合考虑多种提高汽轮机效率的措施, 大大缩短优化周期, 节省研究成本, 因此成为研究汽轮机的主要方法, 具有十分广泛的应用前景。
参考文献
[1]Marchal P, Sieverding C H.Secondary Flows within Turbo Machinery Bladings[C].In:Secondary Flows in Turbomachines, 1977, 79-87
[2]孙奇, 李军, 孔祥林, 等.后加载和高负荷前加载叶型气动性能的试验研究[J].西安交通大学学报, 2007, 41 (01) :23-27.
[3]赵杰, 付昶, 朱立彤.300MW等级汽轮机通流部分改造综述[J].热力透平, 2011, 40 (01) :39-42.
汽轮机通流部分 篇2
关键词：火电厂；汽轮机通流部分改造项目；风险评价
中图分类号：F224；F426.61 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0146-01
我国是一个能源大国，也是一个消耗能源的大国，而作为国民经济基础的能源，实现其高效利用以及有效节约，对于国家的发展具有重要意义。火电厂汽轮机通流部分改造项目对于提高我国火电的利用率具有积极意义，因此做好其风险评价也是非常有必要的。
1 火电厂汽轮机通流部分改造项目风险评价的原则
火电厂汽轮机通流部分改造项目的风险评价原则需遵循：第一，科学性的原则。该原则要求需要有明确的评价目标、完善的评价指标体系、科学的合并各种评价指标等内容。而在进行具体的分析时，需要根据系统的观点，全面的分析评价对象，包括对风险内容的评价以及各因素之间的相互关系等；第二，客观性的原则。进行火电厂汽轮机通流部分改造项目风险评价的主要目的是为了明确真实的风险状况，如果不是进行客观的评价，那么评价也就失去了意义；第三，可比性的原则。进行火电厂汽轮机通流部分改造项目风险评价，一般都是将不同的研究对象进行比较，因此其评价指标体系、评价的方法等都应该具有可比性，并且保持其公正性，只有这样才能得到理想的评价结果。
2 火电厂汽轮机通流部分改造项目风险评价体系的内容
2.1 风险评价的程序
进行风险评价需要有一定的程序，具体操作为：第一，对数据的收集。在进行评价以前需要对各工程项目的相关资料进行收集、分析，从而保证评价的有效性。因此收集的信息必须是可以统计的，并且要具有客观性。如果搜集的资料不够充分，也需要对其进行主观评价，尤其是一些最新的技术、环境等方面的项目，需要专家的主观评价；第二，综合性指标的建立。以搜集的相关的风险资料为依据，根据实际情况将其进行分层，明确风险之间的主次关系，进而对指标权重进行确定，根据各指标权重影响的大小来对其进行相应的赋值，将这些工作完成以后，对于后续工作的顺利开展具有重要意义；第三，建立综合性的评价模型。根据收集到的材料，以及相关标准的建立，选取适当的方法对该项目的风险进行计算，从而得到理想的模型。
2.2 模糊综合评价法的应用
火电厂汽轮机通流部分改造项目的评价具有一定的系统性、抽象性，因此在对其进行风险评价时也会具有一定的模糊性，对其也很难划分具体的标准。不仅如此，该项目在进行改造过程中，也会对设备进行相应的改造，而设备在改造过程中受其管理水平以及科技能力等方面的影响，在进行风险评价时也会具有一定的模糊性，使其很难用具体的数据来进行评判，所以在进行火电厂汽轮机通流部分改造项目风险评价时，使用模糊综合评价法具有一定的适用性。
2.3 风险评价体系的原则
风险评价体系具有多方面的原则，具体表现为：①具有目的性。目的性原则需要对评价对象的各构成要素进行客观的描述，如其结构特征、构成本质等，将其作为本次评估的目的，然后根据任务要求进行评估，避免出现目的不明确的现象；②具有独立性。虽然建立指标要从全局出发，但也要顾及到其独立性的原则。这要求在建立的指标对于信息进行合理的管理，不要出现重复，但又不能忽视其整体性，应保持其内在的联系。在具体的评估过程中，需要从多角度对其进行调查、评价，从而保证评估的准确性；③将定量与定性进行有机的结合。电厂对于脱硫效果有一个复杂的评价系统，它不但需要脱硫效率以及总投资这些等量化指标，还需要明确其对环境的污染等难以量化的指标，将二者进行有机的结合，进而做出有效的评价；④重要性的原则。指标不同，反映的内容特点以及具体状况也不相同，那么其作用影响也会有所差距。
因此在进行指标的选取过程中，要对脱硫工艺的影响程度进行划分，应有所侧重。除以上原则外，还需要遵循稳定性、可操作性等原则，从而使其体系更加完善，加强火电厂汽轮机通流部分改造项目的风险评价的有效性。
3 具体的案例分析
3.1 #1汽轮机简介
#1汽轮机是2010年由东方汽轮厂生产的汽轮机，是由刚性联轴器带动生产的发电机。该汽轮机的通流设计、结构设计等在进行设计制造时，对低压缸进行了改造，使其性能、效率等都得到了改善。本文主要对该汽轮机的通流部分的增容改造项目做出评价。
3.2 汽轮机改造的原因
3.2.1 存在的问题
第一，#1汽轮机前后汽封的漏汽问题，能量耗损以及工作效率等方面，都不能满足当前发展的需要，因此需要将其解决；第二，级的焓和速比缺乏科学合理的分配，这样会直接影响其热力特性的参数，使其发生一定的偏离，影响级的效率；第三，通流子午面不够光滑，尤其是在中压缸的后半部分，容易造成脱硫现象的发生，给通流造成严重损失；第四，动静叶片缺乏合理的匹配，这样会使进口叶片与来流的攻角变大，从而增加攻角的消耗；第五，机组频繁的调峰，会造成末级叶片的出现严重的水蚀，进而使整个机组的运行存在一定的威胁。
3.2.2 会有良好的收益
该机组在检修改造前，在进行额定参数的实测时，其热耗值为约为7 994 KJ/kWh，与预期设计（7 689 J/kWh）的值相比要高。而造成这种现象的主要原因是由于汽轮机的各级段在进行工作时，效率非常差。而该机组在大以后，在进行实测时，发现其热耗值的平均额定参数为7 778.46 KJ/kWh，并且其额定出力也大大的增加了，能够获得良好的经济效益。
3.3 汽轮机的改造
在现代化的机组通流改造过程中，使用多级的气动热力全三维设计体系，使其达到国际先进水平的行列，这种设计的的主要内容主要体现在以下三个方面：首先，将每排的动静叶片的流动性能进行细致的设计与分析；其次，将每排动静叶栅的流动情况进行设计优化；最后，将动静叶片的匹配情况进行分析和优化。
在现代化的机组通流改造中，需要将原有的动静叶片全部进行替换，然后将先进的科学技术应用到新的转子、隔板中，使其形成具有高效能的动静叶片。此外，在汽轮机的改造过程中，还需要加入新的科学技术，使其通流子午面能够保持光滑、汽封齿数能够得以增加，将动静间的间隙缩小等，通过对通流部分进行增容改造，增加电厂的经济利润，从而促进国家经济的快速发展。
4 结 语
综上所述，文章主要通过对火电厂汽轮机通流部分改造项目风险评价体系的原则、火电厂汽轮机通流部分改造项目风险评价体系的内容，以及通过对具体的实际案例进行分析，将火电厂汽轮机通流部分改造项目风险评价体系较为系统的进行论述，从而提高风险评价体系的实用性，为电厂提高工作效率，增加经济效益，为国家经济发展做出贡献。
参考文献：
浅析汽轮机通流部分改进及前景 篇3
火力发电厂多用煤作为原料生产电力, 因此成为严重消耗能源的区域, 也是制造环境污染的重要源头之一。在以生态文明和节约能源为主题的今天, 节能减排是当今火电厂的一大重点任务。这不仅仅是为了造福社会而努力, 对于企业自身也有很多的好处, 可以使企业用更少的成本取得更多的收入, 另一方面, 还能提高能源的使用效率并且增加能源的经济性和实用性, 这是百利而无一害的。对于发电厂来说, 如今火力发电能源利用效率低下、能耗大、污染多等问题亟待解决, 而这一系列问题都是因为汽轮机通流部分效率低下所造成的, 因此需要对汽轮机的通流部分进行技术改进, 提高其能源使用效率。
2 当前的火电厂汽轮机通流部分存在的主要问题
(1) 本体结构的设计还不够合理。本体结构是整个汽轮机最重要同时也最具有影响力的一部分, 本体结构若是出现问题或是与汽轮机的工作性能不相适应, 整个发电程序就会面临失败的危险, 同时也会影响汽轮机的发电效率。根据蒸汽流动的轨迹来看, 调节级的反流布置不够完善使得蒸汽的能量损失较大, 这就造成了高压缸的通流效率低下。同时, 高中压部分级间焓降分配不够合理, 没有达到理想化标准, 造成其速比较低的问题。喷嘴与动叶不匹配的问题也存在于本体结构中, 叶栅型线的设计也缺乏其合理性, 喷嘴的面积也失去了其合理性, 这些问题严重影响了本体结构的总体设计, 更高层次上影响了汽轮机的运作和使用, 使得汽轮机发电效率极度偏低。
(2) 动、静页片设计型线不够先进。由于受到老一套计算机辅助设计技术水平的限制, 如今的汽轮机动、静叶片设计型线还处于比较落后的技术阶段, 并且还存在着很多的技术性问题, 例如:叶型损失、二次流损失、攻角损失大等一系列重点难点问题;在技术设计方面静叶片设计还处于十分低的水平, 且设计十分缺乏准确性;在高中压各个监视段中, 很多的监视段都存在着温度偏高和压力偏高等一系列难以解决的技术问题。
(3) 汽轮机通流部分出现了严重的蒸汽泄漏现象。蒸汽泄漏现象是当前汽轮机流通部分的一个重大问题, 中压缸平衡盘蒸汽泄漏十分严重会导致其高压缸效率十分低下, 同时, 形成了中压缸效率较高的假象。汽轮机动叶叶顶齿轮十分稀疏且均为平齿, 齿轮汽封之间缝隙较大, 蒸汽泄漏十分严重;由于其内部结构设计失当, 高压进气管部分轴封及夹层蒸汽泄漏较多也是导致汽轮机效率低下的问题之一。
(4) 通流部分日渐老化, 损伤了其完整性。由于汽轮机长期被使用且使用中通流部分承担了较多的工作任务, 因此通流部分严重老化, 从而损伤了其完整性;同时, 由于汽轮机封齿数量不足且全部为平齿, 汽封之间的缝隙较大, 漏汽严重;最后, 由于结构设计缺乏合理性, 高中压中间部分有较多的蒸汽泄漏, 这是造成其经济性及工作效率降低的又一重要原因。
3 对于通流部分的改造措施
(1) 改造原则。要对汽轮机通流部分进行改造, 必须要遵守相关的改造原则。首先, 在改造时要把安全可靠这一性质作为改造重点和改造的前提条件, 要对机组的薄弱环节进行修正和消除, 使机组更具实用性并且提高其可利用率;同时, 在改造时要运用先进的技术, 老旧的技术一般都不适合当前市场经济发展形势下火力发电厂的需要, 先进的改造技术不仅仅可以实现节约能源、降低能耗、提高经济性这些具体目标, 还能大大降低生产成本, 提高机器使用效率;对于一些优势区域和优势性能, 尽量使其保持原状不作改变, 在这样的改变状态下, 优势结合的形势更加适合当前发电厂的一些需要。
(2) 改造的主要范围。在对汽轮机通流部分进行改造时, 应该采用高、中、低缸全部改造的形式, 也就是说对于高中压缸只保留高压外缸和中压内缸部分, 对于其他的部分进行全部改造和更换;在低压缸保留转子以及缸体结构, 并且对动静叶片和气封进行更换。
(3) 具体的改造策略。在进行具体改造时, 需要足够细心, 同时要求对于各部分进行全面的改造和升级。要对调节级进行必要的改进, 采用新设计的叶片, 引进先进的叶型, 以此来提高叶栅效率;在叶栅方面要采用分流叶栅的技术, 这可以大大提高隔板的刚度和强度, 大幅度地减少损失;将平衡扭曲动叶技术引入通流部分的改造当中, 这是在国外相当先进的一门技术, 它不仅考虑了气体压缩性的层流叶型, 使叶型的损失变得更低, 同时它采用了扭曲成型这一方式, 使流型沿叶高优化, 进口攻角减小, 从而使级效率得到了明显提高;进行多齿汽封结构的使用, 这不但使叶顶漏汽产生的流动干扰消失, 而且为多齿汽封结构设计和光滑子午流道提供了条件。
4 通流部分改造效果
(1) 改造后煤耗大量减少。大量事实以及实验证明, 通过对通流部分的改造, 使发电过程中所用的煤耗大量降低, 按实际锅炉效率、厂用电率计算, 改造后机组供电煤耗比改造前降低约29g/k W·h, 可见改造效益是十分可观的。这不仅降低了发电厂的成本, 还大大减少了环境的污染, 提高了能源的利用率和经济性。
(2) 改造后机组安全指标得到提高。在改造前, 由于设备破旧、技术老化等一系列问题, 使得安全系数严重低下, 出现了很多不安全事故以及一些机器本身生产的安全问题。在改造后, 机组的安全指标得到很大的提升, 由于使用了全新的技术以及全新的零件设施, 将原来的问题区域进行了全面改善, 使得机组热耗率得到了大大降低, 增加了其安全系数, 保证了工作人员的人身安全, 同时提升了机组的工作效率, 使企业效益得到了明显改善。
5 对于通流部分改造的结论及其建议
(1) 改造后得出的结论。改造后得出的一系列结果显示, 汽轮机通流部分效率大大改善, 机组供电煤耗量显著减少, 同时机组热耗量大大降低, 大大延长了机组的使用寿命和使用周期, 对于电力企业的进一步发展有着极大的推动作用, 提升了发电厂的市场竞争力。由此可见, 作为电力企业, 更重要的是要开发新技术, 不断完善产品, 利用汽轮机通流部分的改造技术改善生态环境。
(2) 对于通流部分改进的一些建议。在改进时, 应该寻求更加先进的技术, 使机组达到效率最高且能耗最低的状态, 进一步提高机组的整体经济性, 寻求机组的最佳运行方式。
6 结语
在电力技术改进这一方面, 企业和国家还需更加努力。我国引进的汽轮机能耗一直普遍处于较高水平, 通过一些先进的技术, 对汽轮机的通流部分进行相应的改造, 使电力行业进入了现代化, 达到节能减排的目的。
摘要：针对煤耗降低和减少“三废”排放的目标, 论述了汽轮机通流部分存在的问题以及改进方法等一系列的问题。
汽轮机通流部分故障诊断方法探究 篇4
尽管我国风力发电与水力发电都获得了极大的发展,但火力发电目前依然是我国电力发电的主力,电力发电在总发电量中的占比仍然在80%以上,并且在短时间内不会降低。作为火电厂原动机的汽轮机,对火力发电具有非常重要的作用,其中通流部分,更是关系着火电厂发电过程的安全与 否。因此,对汽轮机中通流部分进行故障诊断,现实意义尤为明显。
1汽轮机的工作原理
汽轮机的优点是单机功率大,效率非常 高,寿命长。其工作原理可以用“蒸汽透平”4个字来总结。汽轮机这种大型机械借助能量和功率之间的转化过程,通过旋转方式将蒸汽中的能量转化为机械能。作为火力发电的原动力设备,汽轮机既可以直接驱动火电厂中的各种泵体、风机、压缩机等火动力设备,还可以借助汽轮机抽汽与排汽过程中产生的汽热进行供热。
汽轮机中充满了来自锅炉的大量蒸汽,这些蒸汽进入汽轮机的内缸后,遵循动能原理,按照一定的秩序配置成环形,汽轮机中的动叶和喷嘴利用蒸汽的热能,在运行过程中生成旋转机械能。由于汽轮机在 转化蒸汽 的过程中,使用的方 式各有差异,导致了能量与机械能之间的转化率有所不同,汽轮机的 性能和工作原理也就各有不同。这些汽轮机虽然在性能和 原理方面有不同之处,但其大致的构成还是相似或相同的,即气流通道的组成部分都有进汽机构、通流部分(叶栅)与排气缸。
2通流部分的工作原理
通流部分由3个部分构成,即低、中、高3个压力部分,3个压力部分又共分为58个等级。
2.1高压部分
高压部分的压力由1个单列式调节级压力和11个等级的压力级构成。其中调节级的叶片为三叉三销的联体式叶片,这种冲动式的结构具有强度高的优点;11个压力级的叶片,则选择方钢材质制作而成,并分布于静叶持环之上,根部与焊 带紧密焊连,安装于直槽内层的隔板,并使用L型填隙条将其牢固锁紧。填隙条则被安装于直槽内的附加槽中,动叶叶片依然选择方钢材质,并将可控制的涡叶片制作成“倒T”形,叶片与叶槽之间锁紧。鉴于高压部分的压力非常高,T形可以更加有效地防止蒸汽发生泄漏。
2.2中压部分
中压部分有2×9级,共18级,由级数相 同的气缸 内静叶片与转子轮上动叶片构成。中压部分通过弹簧进行汽封,以确保转子和叶片围带之间的径向间隙不会过大。若二者发生 摩擦与碰撞,弹簧会发生退让和挠曲,汽封的封齿磨损程度也 可以相应降低。静叶片为方钢铣制而成,叶根与围带紧密焊接成整圈的隔板,在水平中分面进行切割,可以形成上下两个部分。
2.3低压部分
低压部分的通流部分由级数相同均为7个等级的 气缸内静叶片与转子 轮上动叶 片构成。因为 通流部分 为双流式,因此,压力级为2×(2×7)共28级。低压部分借助弹簧汽封缩减转子和叶片围带之间的径向间隙,通过弹簧的退让和挠曲来降低二者摩擦与碰撞过程中导致的封齿磨损程度。低压部分 的静叶片,其中1~5级的叶片选择方钢材质经过铣制制作而成,叶根与围带紧密焊接,共同组成整圈的隔板,于水平中分面 锯开将会形成上下两个部分,其中气缸内的隔板使用L型填塞条锁紧,填塞条再使用冲铆方式在附加槽内胀紧。
3故障类型及其原因
汽轮机在通流部分发生的故障一般有两大类别,即突发性故障和渐变性故障。其中突发性的故障有进气阀的阀门杆 突然断裂脱落、动叶或静叶突然断裂脱落,等等。这些现 象的发生原因,多为通流部分的面积发生突然性的改变。渐变性故障有通道结垢、叶片磨损,等等。造成这些现象的原因 多为汽轮长期使用,通流的通道内因长期充斥水汽而导致水垢堆结,或蒸汽中的杂质长期冲击内缸而造成的磨损,因形成这些问题的时间较长,因此是一种渐变性的故障。具体故障位置及其故障类型如表1所示。
第一种,压力级发生故障或轴封发生磨损。压力级发生的故障一般为通流通道在长期使用后结成了大量尘垢,或是缸内叶片发生断裂或脱落。故障在发生时,通常会发生通道面积的突然改变,面积改变增加了调节级的压力,从而导致部件发 生故障。而轴封发生磨损,多是由于汽轮机在启动和停止以及负载力改变时,因为操作不当等原因造成的轴封激烈碰撞摩 擦,加大了轴封的磨 损度,径向间隙 因此而增 大,汽缸随之 发生漏气。
第二种是调节级与调节汽门发生故 障。这两处发 生故障的几率是最高的,主要原因是这两处在运行过程中要承受较高的温度和压力,整个汽轮机的大多数焓降几乎都落在这两个部位上,导致这两处长时间内承受着交变热应力的压迫,在渐变过程中发生磨 损或腐蚀,进而于进 汽阀门的 阀门杆处 发生断裂,或是门芯发生脱落,甚至是叶片发生断裂。由于 缸内气流循环比较活泼,脱落的金属碎屑又会随着气流冲击汽门与调节级,从而加剧了对汽 门、调节级的 磨损,并造成通 流通道更 加堵塞。
通过以上两类故障表现,可以发现通流部分的故障发生原因多为压力、流量、温度等热学因素的变化。调节级 的故障会导致压力变化,阀门杆的断裂或结垢会堵塞通道,蒸汽在通 过时发生压力改变,从而引起通流故障。
4故障的检查与诊断
4.1现场检查
通流部分发生故障会导致汽轮机机组的负荷 能力有所 下降,对其故障的诊断首先要于现场进行仔细全面的检查。若未无明显诱因,则要检查6级高调门的开启状态以及运行 状况,若为听到异常声响,则要对门前后进行压力检查,若压力降 低值非常少,则可以判定不是门芯掉落造成的故障。
4.2热参数比较
对汽轮机的各项数据进行监测,若通流部 分发生故 障,其蒸汽压力与调节压力都会有明显上升。将汽轮机于高调 门全开的情况下所出的最高工况作为标杆,对比负荷相同时当前高调门的全开参数。若气流量和调节级压力都有明显的下降,则可判定故障原因多为异物堵塞通道造成通流面积缩小。
4.3通流部分的效率对比
对比标准如上,若调节级的效率大幅 下降,高压缸效 率也有所下降,但下降幅度较小,则可判定故障原因集中于调节级。
5结语
汽轮机通流部分 篇5
利用节能技术高效生产电能是提高现代能源综合竞争能力的最重要手段。传统的汽轮机技术发电时, 在提高其通流部分效率, 尤其在提高其相对内效率方面, 尚有很大的潜力。
目前, 现役核电站和热电站中的汽轮机实际上大多老化。其平均效率指标已经低于额定值的5%甚至10%。效率低的主要原因是汽轮机在实际运行中会产生各种损失, 与理想状态差别悬殊。尤其是汽封间隙的漏气损失占较大比重, 被认为是汽轮机效率下降的主要因素。
而汽封间隙漏气产生的原因主要是由于80%～90%的现役汽轮机均是1960～1970年代的结构, 它们具有下列缺点:一种结构是在转子围带上带有汽封齿, 而在其相对的静子上镶有金属陶瓷汽封片。在相互碰磨时, 围带上的汽封齿易被磨掉, 导致间隙增大;另一种结构是汽封齿在静子侧。
在上述两种结构中, 汽封间隙应为δ=1.2～1.5mm。但是, 汽轮机运行表明, 第一种结构由于金属陶瓷汽封片太硬, 所以围带汽封先被磨损。而第二种结构当静子上的汽封片与围带碰磨时就会弯曲变形。如果碰磨较严重, 围带本身被损坏的几率也非常高。因此, 实际上没有可能确保最小的围带间隙。引起的后果就是在汽轮机运行时, 这些间隙由于碰磨而增大, 可达5～6mm, 导致大量蒸汽经过这些间隙漏到下级而不做有用功。
2 高效蜂窝式汽封
目前世界上只有少数国家研究出了汽轮机用的蜂窝式汽封, 可以作为围带汽封、隔板汽封或轴端汽封。
蜂窝式汽封的主要优点是, 在通流部分中发生严重碰磨时, 蜂窝片在受到磨损后, 就变为轴向———径向汽封, 继续实施轴向———径向汽封的功能。此外, 必要时, 蜂窝汽封的更换也并不困难。
3 试验研究
我们通过试验研究了下列3种汽封结构:平滑缝隙 (无汽封) , 见图1 (a) , 深度———直径比为hя/dя=0.3;蜂窝式汽封, 见图1 (b) , hя/dя=1;齿形汽封hя/dя=3, 见图1 (c) 。
试验时, 各汽封模型的缝隙具有同样的空气通流长度, 而间隙可以大幅度变化。在汽封段同样压降的条件下, 根据流量特性G对比了各汽封结构的性能。试验结果如图2所示。显然hя/dя=0.3的蜂窝式汽封效果要比hя/dя=1的蜂窝式汽封强, 其流过的空气量可减少15%～20%。齿形汽封的效果也不如蜂窝式汽封, 而且蜂窝式汽封的安装间隙可以比齿形汽封的小, 因此后者具有广阔的前景。
○-平滑壁面;△-蜂窝式气封 (hя/dя=3) ;□-蜂窝式气封 (hя/dя=1) ;◇-蜂窝式气封 (hя/dя=0.3) ;*-齿形气封
由于汽封结构上往往在蒸汽进口处存在台阶 (见图1) , 形成阻力。所以。即使对平滑缝隙而言, 通道的阻力也会增加 (见图3) 。因此, 在间隙漏气计算公式中应引入流量系数α, 可按下式确定:, 其中:μ-收缩系数;C0和C1-分别为汽封前和流道中的流速。
○-无台阶时, △-有台阶时
蜂窝式汽封也会受到进口处的台阶影响 (见图4) , 而且在间隙小时特别明显, 这与收缩流和蜂窝内的涡流相互作用有关。例如, 对hя/dя=1的蜂窝式汽封而言, 当间隙为1mm时, 受台阶的影响, 流量会降低12%～18%;而当间隙为3mm时, 流量会降低11%～17%。图5显示在汽封间隙为1mm时, hя/dя为不同值的蜂窝的相对流量。hя/dя为0.3时的相对流量GOTH比平滑缝隙时低70%;而hя/dя为3时的相对流量比平滑缝隙时低50%。如上所述, hя/dя=0.3～0.6的蜂窝式汽封其汽封效果最佳。
○-无台阶时, △-有台阶时
4 结语
汽轮机通流改造效果分析 篇6
内蒙古上都发电厂位于内蒙古自治区中部锡林郭勒盟境内, #3机组于2007年投产。汽轮机为东方汽轮机厂采用日本日立技术设计生产的NZK600—16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。机组投入运行后发现有以下缺陷a.机组存在内漏, 汽耗量大;b.机热耗高, 各缸效率低;c.高中压间汽封漏汽量大;d.低压5、6抽温度偏高;e.低压转子振动大。为此决定对上都电厂3号汽轮机进行技术改造, 重点针对汽轮机各缸效率偏低、热耗较高及安全可靠性较差的实际情况进行汽轮机通流改造, 同时兼顾锅炉系统、电气系统和辅助设备系统对汽轮机通流改造的影响, 最终达到了预期目的。
2改造原则
(1) 改造在不影响改造效果的前提下, 尽可能利用原有设备;
(2) 在保持现有锅炉铭牌出力不增加及现有锅炉各额定参数不变的前提下, 通过对汽轮机通流部分进行改造, 达到提高汽轮机热效率的目的;
(3) 高中压外缸保留, 低压外缸保留, 高压內缸、中压内缸、低压內缸更换。高中压转子换新, 低压转子用旧低压转子。
(4) 高压主汽阀、调阀、再热中联汽阀现安装位置不变。
(5) 前轴承箱 (座) 、中轴承座、后轴承座安装位置不变。
(7) 各抽汽口及高压缸排汽口位置不变, 现有的热力系统不变。
(8) 在额定工况下, 各抽汽口的热力参数基本不变。
(9) 高中压缸与高中压导汽管的接口位置不变, 中压排汽口与中低压联通管接口位置不变。
(10) 机组的基础不动, 基础负荷不变, 卖方负责核算。机组轴向推力能满足机组安全运行要求。
(11) 保证热工测点能够满足设备运行要求。
(12) 汽轮机通流改造后, 保证汽轮发电机组的轴系扭振频率满足有关规范要求。
3改造范围
(1) 前箱部分全部不作改动。
(2) 高中压部分改造有高压内缸、中压内缸、高中压转子、高中压隔板、高中压动叶、高中压隔板汽封、高中压轴封;采用旧主油泵与高中压转子连接使用, 与新高中压转子配装后做高速动平衡以及超速试验、喷油试验等。旧主油泵、危急遮断飞环在解体检修并出具相关试验以及解体报告。
(3) 低压部分汽轮机低压通流部分改造有低压内缸、低压隔板、低压动叶、低压隔板汽封。
4改造后技术和性能
(1) 通过改造, 机组热耗降低, 额定功率达到600MW。
(2) 改造后的高中压转子采用无中心孔整锻转子, 低压转子采用旧主轴。
(3) 额定工况下, 背压13.7k Pa, 机组THA热耗:≤____8120___k J/k W.h, 机组75%THA热耗:≤8309 k J/k W.h。
(4) TRL工况, 背压_30k Pa, 机组能安全连续发出功率不小于600MW。
(5) 各抽汽口位置不变, 抽汽参数等端界参数基本不变, 满足现有辅机的运行要求。
(6) TRL工况, 背压_30k Pa, 机组能安全连续发出功率不小于600MW。
(7) 在四阀全开, 主蒸汽压力超过额定压力5%时, 各通流部件满足强度要求, 调节级压力及各抽汽压力不超过原设计最大值。
(8) 在额定主蒸汽参数及再热蒸汽参数下, 高加全部切除, 13.7k Pa背压时能发出600MW。
(9) 改造后汽轮机各部件寿命不低于30年, 年设备可用小时数不低于7500小时, 卖方提供冷、温、热、极热态允许启动的次数和寿命消耗曲线。
(10) 汽轮发电机组的振动, 在额定转速下, 在任何轴颈上所测的振动的双振幅值不大于0076mm, 在任何轴承座上所测的垂直、横向或轴向振动的双振幅值不大于0025mm;过临界转速时, 在任何轴颈上所测的振动的双振幅值不大于0.125mm, 在任何轴承座上所测的垂直、横向或轴向振动的双振幅值不大于005mm。
(11) 汽轮机在任何工况下运行, 推力瓦的金属温度最高不超过设计保证值, 各径向轴承金属温度最高不超过设计保证值。
(12) 距汽轮机外壳1米处的噪声低于85d B (A) 。
(13) 汽轮机做超速试验时, 能在112%额定转速下短时间空载运行, 任何部件的应力不超过设计许用应力, 各轴承振动不超过许用值。
(14) 汽轮发电机组的轴系能承受发电机出线端突然发生短路或非同期合闸产生的扭矩。
(15) 汽轮机揭缸大修间隔时间为___6_年。
(16) 汽轮发电机组应能在额定转速下, 无负荷连续运行48小时以上, 满足发电机空载试验要求。
(17) 改造后汽轮机满足在30%~100%的负荷下长期运行。甩负荷后带厂用电运行的时间为15min/次, 30年内不少于30次。甩负荷后, 空负荷运行时间为15min/次, 30年不少于30次。电动机工况 (即无蒸汽运行工况) 运行时间1min/次, 30年不少于30次。
5改造对比和收益
见表1, 表2, 表3, 表4, 表5。
6结论
通过对#3机组汽轮机通流部分改造, 机组热耗降低, 额定功率达到600MW, 最大功率至少达到636.963MW, 机组具有良好的变负荷性能, 能采用复合变压运行方式;机组具有灵活的调峰运行能力, 在180MW负荷 (30%额定负荷) 下能长期安全稳定地运行, 30%~50%额定负荷范围内变负荷速率不小于每分钟3%额定负荷;50%~100%额定负荷范围内变负荷速率不小于每分钟5%额定负荷;阀门管理功能能满足单阀、顺序阀以及各种阀点的滑压运行要求;消除机组目前存在的主要缺陷, 提高机组的可靠性、经济性和机组变工况运行能力。使#3汽轮机效率、带负荷能力得到了明显提高, 综合评估, 本次改造总体效果应当是明显的。
7结束语
由于我国人均资源少, 节约能源, 降低发电成本成为各发电企业最紧迫的任务。华能北方内蒙古上都发电有限责任公司在节能降耗方面不断加大设备技改力度, 全方位探索节能降耗新途径, 节能效果明显, 增加了企业市场竞争力。
摘要：本文针对上都发电有限责任公司#3汽轮机各缸效率偏低、热耗较高及安全可靠性较差的实际情况进行汽轮机通流改造同时兼顾锅炉系统、电气系统和辅助设备系统对汽轮机通流改造的影响。选择科学合理并且经济的改造方案, 最终实现了提高了机组运行的安全、经济性能的事例进行探讨分析, 为以后同类型改造提供借鉴。
关键词：汽轮机各缸效率偏低,热耗较高及安全可靠性较差,汽轮机通流改造,经济效益
参考文献
[1]内蒙古上都发电有限责任公司检修规程, Q/HN-1-7108.08.009-2010.
[2]汽轮机说明书 (东方汽轮机厂) .
汽轮机通流部分 篇7
1 通流部分改造前存在的问题
华电国际莱城发电厂3号汽轮机是引进美国西屋公司技术制造的N300-16.7/538/538型300 MW亚临界、中间再热式、高中压合缸、双缸双排汽、单轴、凝汽式汽轮机。通流部分共35级叶片, 其中高压缸1+11级, 中压缸9级, 低压缸2×7级[2]。3号汽轮机组投产以来, 机组经济性较差, 主要暴露出以下几方面的问题。
1) 整体热力性能低。2010年10月对3号机组进行能耗诊断试验, 试验表明:在额定负荷工况下, 机组修正后的热耗率为8 322.6 k J/ (k W·h) , 比设计值高出430.6 k J/ (k W·h) 。
2) 通流部分经济性不足。3号汽轮机在额定工况下高、中、低压缸的缸效率设计值分别为87.0%、92.05%、88.38%。2010年10月对3号机组进行的能耗诊断试验表明:额定工况下汽轮机的高压缸、中压缸、低压缸效率依次为82.72%、90.64%、83.77%, 分别比设计值低2.34、1.54、4.61个百分点。
3号汽轮机的实际通流能力比设计值偏大, 虽然增强了机组的带负荷能力, 但增大了正常运行时的调门节流损失, 导致低负荷工况下运行的经济性很差。调节级效率偏低, 额定工况下仅为60.06%, 若考虑调门的节流损失, 低负荷工况下调节级效率更低。
2 机组改造要求
采用成熟先进的汽轮机通流部分设计技术和改造技术与经验, 对汽轮机高、中、低压通流部分进行改造, 使改造后机组的经济性、安全可靠性、运行灵活性达到同类机组的先进水平, 同时可向外抽汽供热, 满足外部热用户的热负荷需求。
1) 改造后汽轮机额定出力为320 MW, 最大连续出力不低于330 MW。
2) 改造后机组在热耗率验收工况 (THA) 下, 热耗率不高于7 882.2 k J/ (k W·h) ;在8 0%、6 0%、4 0%额定负荷运行时也能保持较低的热耗率。80%额定负荷工况下的热耗率不高于7 962.2 k J/ (k W·h) 。
3) 改造后机组最大抽汽量不小于300 t/h。额定抽汽量150 t/h, 抽汽压力0.8 MPa, 抽汽温度328.6℃。
4) 改造后汽轮机在额定工况时的高压缸效率、中压缸效率、低压缸效率分别不低于87%、93%、89%。
5) 改造后机组在VWO工况出力运行时, 各通流部分的部件满足强度要求, 调节级及各抽汽压力不超过设计最大值。
6) 改造后机组具有良好的变负荷性能, 能采用复合变压运行方式, 并能在120 MW负荷长期安全、稳定地运行, 50%~100%T-MCR增减负荷速率不小于5%/min;阀门管理功能满足单阀、顺序阀以及各种阀点的滑压运行要求。
7) 汽轮机通流改造部件的寿命不少于30 a[3]。
3 通流改造技术与措施
3.1 汽轮机通流部分改造
3.1.1 调节级改造
调节级由原来的反流布置改为顺流布置, 减少了汽流损失, 提高了热效率。调节级动叶紧固形式改为三叉三销型叶根并自带围带形式, 减少漏汽损失。静叶采用先进的通流整体优化技术 (AIBT) , 减少出汽边厚度采用全三元原理设计。
3.1.2 汽封改造
高压缸隔板汽封及动叶围带汽封采用高低齿迷宫式镶嵌汽封, 端部汽封采用蜂窝汽封, 平衡活塞汽封采用布莱登汽封;中压缸隔板汽封及动叶围带汽封采用高低齿迷宫式镶嵌汽封, 端部汽封采用蜂窝汽封, 平衡活塞汽封采用布莱登汽封;低压缸隔板汽封及动叶围带汽封采用弹簧退让式, 端部汽封采用蜂窝汽封, 降低了汽封漏汽, 提高了机组内效率。
3.1.3 高中压转子及动叶、低压转子及动叶改造
转子采用采用无中心孔、彻底消除残余内应力的整锻转子。调节级改为顺流布置, 高压转子增加一级为1+12级, 中压转子增加一级 (10级) , 低压转子级数不变, 仍为2×7级。高压、中压、动叶静叶采用AIBT型线自带围带, 低压动叶自带围带, 低压静叶改为马刀弯扭叶片, 低压末级动叶采用905 mm长叶片。
3.1.4 辅助改造
辅助改造包括高中压内缸、高压蒸汽室、高中压平衡活塞、中压持环、低压内缸、低压持环、高中低压静叶、通流部分汽封、端部汽封、中低压缸连通管、联轴器护罩和盖板、盘车大齿轮等。
3.2 供热设备改造
1) 汽轮机排汽处设置1根供热蒸汽管, 采用打孔抽汽方式从中低压连通管的水平段向下引出1根900×16抽汽管道, 作为供热汽源, 最大抽汽供热量不小于300 t/h。在连通管上加装三通以及抽汽调节阀, 中低压连通管标高不超出汽机房行车起吊时的提升高度, 满足机组现有安装检修条件。抽汽管自中低压连通管引出后依次加装抽汽逆止阀、安全阀、抽汽调节阀和带快关功能的关断阀。配备单独的供热抽汽系统的液压供油及控制系统, 不与机组本身共用1套液压系统。
2) 在机组DEH系统中增加一套完备的供热系统的运行控制和保护设备及其附件, 如热控上增加机组纯凝工况、供热工况的切换、抽汽调节环节、抽汽调节逻辑、相关卡件、相关程序等。机组供热以以热定电的方式运行, 抽汽压力以连通管上的调节蝶阀控制, 抽汽量以热网抽汽压力调节蝶阀控制。抽汽压力不等率约10%。
3) 中低压连通管上安装1个抽汽调节蝶阀, 调节阀采用液压调节, DEH配备阀门控制卡。供热抽汽管上DN900的调节阀采用液控, 关闭时间小于1 s。
4) 汽轮机通流和供热部分增加了热控设备、运行控制功能等。
3.3 轴封溢流改造
原有的轴封溢流站简化, 增加一路溢流至8号低加汽侧的管路, 管路并设有疏水管道, 使机组高负荷运行时减小了冷源损失, 加热了凝水温度, 提高了蒸汽利用率。
4 改造后机组性能分析
4.1 试验计算公式
汽缸效率计算公式为
式中:H0为进汽焓值;Hk为排汽焓值;Hs为等熵焓值。
热耗率计算公式为
式中, Hms为主蒸汽焓值;Hfw为主给水焓值;Fcrh为冷再热流量;Frhsp为再热减温水流量;Hhrh为热再焓值;Hcrh为冷再焓值;Hshap为过热减温水焓值;Hrhsp为再热减温水焓值;P为实测的发动机输出功率。
厂用电率计算公式为
式中:Pg为高厂变输入功率, MW;Ps为启备变有功功率, MW;Pt为脱硫变有功功率, MW;P为发动机输出功率, MW。
机组供电煤耗率公式为
式中b0为发电煤耗率, g/ (k W·h) 。
4.2 试验后结果
为了全面评价机组改造后的各项热力指标性能, 委托西安热工研究院对机组改造后进行了性能考核试验[4], 额度负荷热力性能试验数据对比如表1所示。
从表1可知, 机组改造后, 提高了高、中、低压缸效率, 降低了机组效率。机组热耗率比改造前降低了400 k J/ (k W·h) 以上, 供电标准煤耗比改造前降低16 g/ (k W·h) 。
5 结论
1) 汽轮机通流部分增容改造后, 机组1-7号轴承振动在正常范围内, 未见有报警值, 轴承温度稳定。
2) 汽缸效率都得到了大幅提高, 大幅度降低了机组热耗率、供电煤耗率, 增强了机组竞争力。
3) 增大了机组供热能力, 降低了冷源损失, 为电厂增加了稳定效益, 延长了机组使用寿命。
参考文献
[1]沈永流, 朱宝宇.国产引进300 MW汽轮机通流节能降耗改造及效益分析[J].能源技术经济, 2011, 23 (2) .
[2]吴季兰.汽轮机设备及系统[M].北京:中国电力出版社, 2004:16.
[3]胡远涛, 郑家衡, 齐进, 等.国产引进型300 MW汽轮机通流部分改造及效果分析[J].上海电力学院学报, 2012, 28 (1) :40.
汽轮机通流部分 篇8
目前,300 MW等级机组占中国燃煤发电机组总装机容量的30%,在役机组多数为20世纪80年代初引进美国西屋公司300 MW汽轮机制造技术设计生产的设备。投运以来,普遍存在热力性能差、可靠性低等问题,其煤耗比同类机组的先进水平高20 g/kW·h[1]。因此,为了提高汽封对汽轮机的通流效率与汽轮机安全性,本文通过分析某电厂国产引进型300 MW汽轮机的通流改造工程,分析汽封的选择与调整,对同类型机组的汽封改造具有一定的参考价值。
1 汽封类型及特点
汽封按结构特点分为接触式与非接触式两种。接触式汽封有碳精环、刷式,因其密封性好,近年来发展很快,主要应用在轴端汽封,并常与非接触式汽封混合使用。非接触式汽封主要有迷宫式型、蜂窝型 、布莱登汽封等,应用较为广泛,而且技术较为成熟。
汽封应根据具体的机组类型及实际的运行状况来选择,下面阐述非接触式汽封的主要特点。
1.1 迷宫式汽封
迷宫式汽封的密封原理是齿与轴之间形成一系列的节流间隙与膨胀空腔,使通过的工质产生节流与热力学效应,从而实现密封。
1.2 蜂窝汽封
蜂窝式汽封相对梳齿汽封可提高使用效果50%以上,数值模拟结果表明,在相同的隔板前、后压力差和汽封间隙下,蜂窝汽封的泄漏量小于迷宫式汽封 [2],其结构如图1所示,蒸汽在密封腔内环向不可自由流动,能减小转子自激振动的发生概率;应用在低压叶顶处有一定的除湿排水效果,避免水击现象发生。
1.3 布莱登汽封
布莱登汽封在汽封块端部安装弹簧,汽封块进汽侧开有槽道。蒸汽可从槽道进入背弧后汽室,利用汽封块背弧与齿侧的蒸汽压力差调整汽封间隙,同时通过弹簧的张力来平衡压力差的变化,能改变汽封的工作直径 和动作的时间,从而保证汽封合理的间隙,其结构如图2所示。
汽封在蒸汽流量较小时压差调节作用较弱,汽封在弹簧张力作用下使径向间隙最大;蒸汽流量大时,压差作用增强,弹簧被压缩,汽封间隙随着压差的加大而减小,机组变工况时可避免转子振动引起的动静摩擦。
2 实例分析
某电厂1号汽轮机由哈尔滨汽轮机厂采用引进300 MW汽轮机制造技术制造的亚临界、中间再热、双缸、双排汽、单轴、反动式冷凝式机组(哈汽73型),该机组于1995年12月投入商业运营。2003年大修时对部分汽封采用布莱登汽封,机组改造后的热耗率为8 324 kJ/kW·h,而机组设计热耗为7 939.8 kJ/kW·h。主要原因为高、中、低缸效率偏低,特别是高中压缸内漏影响汽缸效率。
2.1 机组改造前存在的问题及处理方式
在汽轮机通流改造揭缸时,发现布莱登可调汽封出现锈死卡涩现象,导致汽封不可调。这是由于汽封块端部弹簧在蒸汽高温的作用下发生塑性变形,在汽轮机负荷减小后,汽封不能够自动进人完全开启状态,失去自调节能力。高压缸导流环后的蒸汽通过高压过桥汽封流入高压缸的夹层,引起高压缸的效率降低,使抽汽测点温度升高。蒸汽经过高、中压过桥汽封进入中压进汽平衡环,影响中压排汽参数,也造成工质损失。中压轴封有漏汽现象,造成轴承箱内油质乳化,影响了机组运行的安全性,增加了运行成本。低压缸级间漏汽严重,低压缸的缸效率下降大,低压内缸中分面张口较大。
针对上述存在的问题,采取低压缸中分面补焊、更换新汽封与设计、校核汽封间隙、适当减小汽封间隙等措施。
2.2 改造前后数据对比
本次汽封改造采用更换汽封种类、部分汽封增加汽封齿数与重新设计汽封间隙等措施。改造后的汽封调整间隙如图3所示,具体改造内容[3]如表1所示。
本次改造更换汽封,主要考虑布莱登可调汽封在长时间的运行后,发生锈死卡涩现象,导致可调式汽封不可调。而更换的带高齿蜂窝汽封兼有迷宫式与蜂窝两者的优点,不随负荷变化改变汽封间隙,避免了卡涩的发生。通过优化汽封间隙,可达到与布莱登可调汽封同样的设计效果。
2.3 改造工艺
在此次改造中,汽封的间隙值比机组出厂标准值减小25%,由于在关键部位采用新材料,降低了动静碰磨的危险,启机振动指标都在运行标准内,但安装过程中也存在一些问题,现就现场安装工艺做简要介绍。
汽封调整一般分为半缸、半实缸、全实缸方式。
1) 半缸调整方式。
半缸调整方式优点是快速便捷,但没有考虑机组的上抬量,容易造成机组的动静摩擦,误差较大,一般在低压缸或做初步调整时使用较多。
2) 半实缸调整方式。
半实缸调整方式结合测得的汽缸上抬量,先调整好下半部分的汽封,上半部分的汽封可参考下半部分汽封的调整以及上抬量做预调。每次验收时须把部套全部组装,但不紧箍螺栓,它是一种考虑缸体重量会带来间隙变化的汽封调整方式。
3) 全实缸调整方式。
全实缸调整方式是机组通过把紧全部或部分中分面螺栓,来消除中分面的张口,不必考虑缸体的上抬量,是一种较好地模拟机组实际运行状态的汽封调整方式,缺点是工作量大,时间长。
在本次改造中,汽封采用半实缸与全实缸结合的调整方式,汽封间隙验收方式为全实缸验收,避免了半实缸方式调整与验收带来的由于缸体上抬量测量不够精确引起的动静部件碰磨。主要步骤为半实缸方式调整良好情况下汽封再做全实缸调整,如果全实缸调整发现调整量较大,分析误差原因,就可做半实缸调整修正后,再做全实缸调整与验收。这种调整与验收方式,避免了完全采用全实缸调整汽封、时间长、工作量大的缺点,保证了调整的准确性。
2.4 汽封的调整
2.4.1 高中压隔板汽封的调整
1) 高压隔板汽封为镶齿非退让式汽封,由于汽封齿的固定性,决定其调整方式主要通过机械加工来调整。机械加工前,需要先把合隔板套,测量镶齿汽封齿上下、水平、45°处的直径,并根据转子轴径的设计值、汽封设计间隙、汽缸缸体的上抬量等因素,综合考虑加工的数据。
2) 认真做好测绘工作,根据测绘记录分析各典型位置在机加工时应留有的余量,结合汽缸体上抬量等要求,取其最小直径进行机加工,使大部分位置满足设计要求。对局部位置不满足汽封设计间隙要求的可通过手工打磨修正,注意每次的修正不宜过大。
2.4.2 可退让形式汽封的调整
1) 对于可退让式汽封的调整方式,一般是在汽封间隙设计值上限基础上先放大0.05～0.10 mm,做初步调整,根据调整的情况,再修正调整量,可达到减少调整次数的效果。另外,由于设计值只给出水平与上下位置的设计值,在45°位置处存在平滑过渡问题,尤其低压叶顶汽封弧段较长,汽封弧段结合部位容易出现错台现象,要引起足够的重视。
2) 对于汽封调整,全实缸方式不可能解决所有问题,具体的情况还要灵活处理,不能单纯追求机组的经济性。例如,在低压次末级的隔板汽封调整时出现了间隙过小的问题。分析发现,该位置由于是次末级隔板汽封与低压转子的轮间凸出部位构成密封,不同于其它级与转子的轴构成密封。机组运行多年,低压转子的轮间凸出部位存在一定变形量,随着设计的间隙变小,动静碰磨也突显出来。申请设计变更后,此处间隙在原来基础上放大0.10～0.15 mm,该问题得到解决。
3 改造后的性能指标
此次改造达到预期的效果,解决了此前存在的漏汽、油质乳化、缸效率低等问题,性能指标均比改造前有所提高。改造后的热耗率为7 910.0 kJ/kW·h,比原机组设计热耗7 939.8 kJ/kW·h降低29.8 kJ/kW·h;机组改造前高压缸效率为80.97%,中压缸效率为91.71%,低压缸效率为87%,机组改造后的高压缸效率为83.21%,中压缸效率为92.31%,低压缸效率为91.40%[4]。
4 结论
1) 合理地选择汽封、重新设计安装标准、采用严格的安装工艺是保证机组经济性与安全性的关键。
2) 采用铁素体材料汽封齿以及新的安装标准,减少了汽封对轴的损伤,解决了改造前汽封的卡涩问题,消除了机组汽封原有的缺陷。
参考文献
[1]赵杰,朱立彤,付咏,等.300MW等级汽轮机通流部分改造综述[J].热力透平,2011,40(1):3.
[2]李军,邓清华,丰镇平.蜂窝汽封和迷宫式汽封流动性能比较的数值研究[J].中国电机工程学报,2005(16).
[3]杨舰,陈春峰.汽轮机哈汽73型300MW汽轮机通流改造方案[R].北京:北京全四维动力科技有限公司,2007.
