張志恒，曹學(xué)寶，孫大川

（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所，四川 成都 610072）

經(jīng)驗(yàn)交流

變汽溫法測(cè)試過(guò)橋漏汽量的應(yīng)用分析

張志恒，曹學(xué)寶，孫大川

（四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所，四川 成都 610072）

介紹了變汽溫法測(cè)試過(guò)橋漏汽量的原理和方法，并以某315 MW機(jī)組為例，計(jì)算分析各測(cè)量參數(shù)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。結(jié)果表明，再熱汽溫及中排溫度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響較大。

汽輪機(jī)；變汽溫法；過(guò)橋漏汽量

對(duì)于高中壓合缸汽輪機(jī)，軸封和門桿漏汽量的大小直接影響汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，也對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性定量分析有重要影響。因此，對(duì)軸封和門桿漏汽量的準(zhǔn)確計(jì)算尤顯重要。

目前，在汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)中軸封和門桿漏汽量的計(jì)算主要有2種方法。一種是采用廠家提供的設(shè)計(jì)值或數(shù)據(jù)曲線求??；另外一種則采用安裝測(cè)量裝置測(cè)取或用特定的試驗(yàn)方法求取。對(duì)于門桿漏汽，由于其相對(duì)值較小，不便于測(cè)量，熱力試驗(yàn)中門桿漏汽量一般采用設(shè)計(jì)值或依據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)曲線求得。對(duì)于高中壓缸和低壓缸端部軸封漏汽量，其漏汽量相對(duì)于門桿較大，試驗(yàn)時(shí)一般采用設(shè)計(jì)值或通過(guò)安裝測(cè)量孔板測(cè)取，再根據(jù)此測(cè)量值計(jì)算其它端部軸封的漏汽量。

一般高中壓合缸過(guò)橋漏汽的設(shè)計(jì)流量為再熱蒸汽流量的1.39%～2.31%［1］，新機(jī)組為10～20 t／h。由此可見(jiàn)，過(guò)橋漏汽量較大，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響也最大。過(guò)橋汽封位于高中壓轉(zhuǎn)子的中部，此處易摩擦使汽封間隙變大，因此，一般過(guò)橋漏汽量的實(shí)際值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值。由于過(guò)橋漏汽量無(wú)法用節(jié)流孔板直接測(cè)量，且一般汽輪機(jī)廠家也不提供過(guò)橋漏汽量與熱耗的修正曲線，不能采用設(shè)計(jì)值計(jì)算后再對(duì)熱耗進(jìn)行修正的方法來(lái)計(jì)算。因此，采用特定的試驗(yàn)方法測(cè)試過(guò)橋漏汽量十分必要，尤其對(duì)于高精度的汽輪機(jī)性能考核試驗(yàn)或通流改造后的試驗(yàn)，以便于修正試驗(yàn)結(jié)果，保證試驗(yàn)精度。目前現(xiàn)場(chǎng)一般采用ASME標(biāo)準(zhǔn)推薦的變汽溫法間接測(cè)得過(guò)橋漏汽量。

1 基本原理

在調(diào)門開度、蒸汽流量及相關(guān)蒸汽參數(shù)基本不變的情況下，可以認(rèn)為高中壓合缸過(guò)橋漏汽量和中壓缸效率基本不變。

溫度變化對(duì)過(guò)橋漏汽量的影響相對(duì)較小，當(dāng)主汽溫度或再熱汽溫在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，可認(rèn)為中壓缸通流效率基本不變。因此，通過(guò)改變主汽溫度和再熱汽溫，可以使中壓缸進(jìn)汽焓及排汽焓發(fā)生變化，即中壓缸效率會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。根據(jù)能量守恒原理，過(guò)橋漏汽量的改變也會(huì)使中壓缸進(jìn)汽焓和排汽焓發(fā)生變化，進(jìn)而改變中壓缸效率。根據(jù)高中壓缸過(guò)橋漏汽量和中壓缸效率的關(guān)系，假定不同的漏汽量，得到相應(yīng)的中壓缸效率，再根據(jù)中壓缸效率不變，計(jì)算得到高中壓缸過(guò)橋漏汽量。

2 計(jì)算過(guò)程

a.根據(jù)試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)如調(diào)節(jié)級(jí)壓力Pgs、調(diào)節(jié)級(jí)溫度Tgs、再熱壓力Prh、再熱溫度Trh、中排壓力Pcs和中排溫度Tcs，計(jì)算相應(yīng)焓值如調(diào)節(jié)級(jí)焓Hgs、再熱蒸汽焓Hrh和中壓缸排汽焓Hcs。

b.求取中壓缸進(jìn)汽混合后的狀態(tài)參數(shù)?；旌虾髩毫zh由再熱汽壓并考慮中聯(lián)門壓損后得到，混合后焓Hzh則通過(guò)假定的過(guò)橋漏汽率δi，然后計(jì)算所得，計(jì)算公式如下：

式中Hzh——中壓缸進(jìn)汽混合焓，kJ／kg；

δi——假定的過(guò)橋漏汽率，為過(guò)橋漏汽量與再熱蒸汽量的比值；

Hgs——調(diào)節(jié)級(jí)焓，kJ／kg；Hrz——再熱蒸汽焓，kJ／kg。

c.計(jì)算中壓缸效率。以混合后的蒸汽為進(jìn)汽點(diǎn)，中壓缸效率計(jì)算公式如下：

式中ηip——中壓缸效率；

Hcs——中壓缸排汽焓，kJ／kg；

Hct——中壓缸等熵排汽焓，kJ／kg。

d.根據(jù)假定的不同漏汽率，得出中壓缸效率與漏汽率關(guān)系曲線。由于2次測(cè)試實(shí)際中壓缸效率相等，因此，對(duì)應(yīng)曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)值即為所求取的中壓缸效率和漏汽率。

3 試驗(yàn)步驟及要點(diǎn)

3.1 試驗(yàn)步驟

某315 MW機(jī)組為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸雙缸雙排汽、凝汽式、沖動(dòng)式汽輪機(jī)。試驗(yàn)分別在2種工況下進(jìn)行，即降主汽溫度工況和降再熱汽溫工況。

a.降主汽溫度工況：降低主汽溫度至30～50℃，保持再熱汽溫為設(shè)計(jì)值，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為30 min左右。

b.降再熱汽溫工況：降低再熱汽溫至30～50℃，保持主汽溫度為設(shè)計(jì)值，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為30 min左右。

3.2 試驗(yàn)要點(diǎn)

a.在2種工況下，除主汽溫度和再熱汽溫外，其它條件和參數(shù)保持不變，尤其是閥位和負(fù)荷保持不變，即認(rèn)為過(guò)橋漏汽量和中壓缸效率不變。

b.2種工況試驗(yàn)間隔時(shí)間盡可能短，降溫范圍一般控制在30～50℃。在條件允許的情況下，盡可能增大主汽溫度和再熱汽溫的溫差，以增大2條曲線的夾角，加大過(guò)橋漏汽對(duì)中壓缸效率帶來(lái)的差異，以提高試驗(yàn)精度。

c.為使主蒸汽流量和再熱蒸汽流量保持不變，試驗(yàn)期間主要參數(shù)如負(fù)荷、汽溫、汽壓等盡量維持穩(wěn)定，減少參數(shù)波動(dòng)。

d.中壓缸進(jìn)汽混合后的蒸汽壓力可以取中聯(lián)門前的壓力，也可考慮中聯(lián)門的壓損，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)修正，一般此壓力誤差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大。

e.由于中壓缸效率與過(guò)橋漏汽率的關(guān)系曲線基本為1條直線，假定的過(guò)橋漏汽率計(jì)算點(diǎn)數(shù)的選取無(wú)需過(guò)多，3～5個(gè)點(diǎn)即可，但選取點(diǎn)要均勻，范圍要合適。

f.為準(zhǔn)確計(jì)算過(guò)橋漏汽量，關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量誤差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大影響，應(yīng)提高關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量精度，如再熱汽溫和中排溫度。

g.對(duì)某些汽輪機(jī)機(jī)組無(wú)調(diào)節(jié)級(jí)溫度測(cè)點(diǎn)的處理方法，可以根據(jù)級(jí)效率估計(jì)值計(jì)算調(diào)節(jié)級(jí)后溫度，也可通過(guò)設(shè)計(jì)工況下主蒸汽流量與調(diào)節(jié)級(jí)焓降的關(guān)系確定，亦可參照調(diào)節(jié)級(jí)壁溫。

h.因調(diào)節(jié)級(jí)溫度比再熱汽溫低，過(guò)橋漏汽將影響中壓缸進(jìn)汽混合后的蒸汽溫度和中排溫度，且漏汽量越大，影響越大。如通過(guò)中聯(lián)門前的再熱參數(shù)和中排參數(shù)計(jì)算中壓缸效率，會(huì)造成中壓缸效率偏高的假象，使中壓缸效率計(jì)算值比實(shí)際值高。

4 試驗(yàn)示例

4.1 變汽溫試驗(yàn)

過(guò)橋漏汽量的測(cè)試試驗(yàn)是在機(jī)組性能考核試驗(yàn)期間進(jìn)行的，為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，進(jìn)行了變汽溫試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。根據(jù)假定的不同漏汽率計(jì)算2種工況相應(yīng)的中壓缸效率，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。由于不同參數(shù)的測(cè)量偏差對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不同，將各參數(shù)的原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別增大或減小1‰，得到相應(yīng)參數(shù)變化對(duì)過(guò)橋漏汽率和中壓缸效率的影響結(jié)果見(jiàn)表4、表5。

表1 變汽溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 降主汽溫度工況中壓缸效率計(jì)算

表3 降再熱汽溫工況中壓缸效率計(jì)算

表4 降主汽溫度工況參數(shù)變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

表5 降再熱汽溫工況參數(shù)變化對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響

4.2 結(jié)果分析

a.再熱汽溫和中排溫度對(duì)結(jié)果的影響最大，調(diào)節(jié)級(jí)后測(cè)量參數(shù)影響較小，因此，測(cè)試中要保證再熱汽溫和中排溫度的精確度。

b.由表4、表5可知，在不同工況下參數(shù)的測(cè)量偏差對(duì)中壓缸效率的影響也不同，降再熱汽溫工況比降主汽溫度工況下的影響要大。

c.由于試驗(yàn)中汽溫很難調(diào)節(jié)，為保持汽溫穩(wěn)定，減溫水量在2種工況下可能有所不同，但大量實(shí)例表明，因過(guò)熱器、再熱器減溫水量與主蒸汽流量相比甚小，對(duì)過(guò)橋漏汽量結(jié)果的影響不大。

d.汽輪機(jī)熱力試驗(yàn)計(jì)算時(shí)，高壓缸效率和中壓缸效率分別采用各自進(jìn)汽參數(shù)和排汽參數(shù)來(lái)計(jì)算，低壓缸效率則采用能量平衡法來(lái)計(jì)算。假如實(shí)際過(guò)橋漏汽率大于試驗(yàn)計(jì)算值，則高中壓缸做功將減少，為維持功率不變，則低壓缸做功將增多，這樣利用能量平衡計(jì)算出的低壓缸效率將增大。

e.變汽溫法測(cè)試過(guò)橋漏汽量是一種間接方式，其準(zhǔn)確性取決于試驗(yàn)工況，如測(cè)試儀表的精度、參數(shù)的穩(wěn)定性、主再熱蒸汽溫差等。

f.本例中，變汽溫試驗(yàn)中2種工況曲線交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的過(guò)橋漏汽率為3.309 6%，中壓缸效率為92.269 1%，機(jī)組設(shè)計(jì)漏汽率為1.334 1%，即機(jī)組實(shí)際漏汽率比設(shè)計(jì)值多1.975 5%。由于中壓缸實(shí)際通流效率隨過(guò)橋漏汽量的增加而減小，因此，根據(jù)等效熱降法進(jìn)行局部定量分析得知［2－5］，增加的過(guò)橋漏汽量將使機(jī)組熱耗率增加23.943 6 kJ／kWh。由此可見(jiàn)，試驗(yàn)結(jié)果將直接影響汽輪機(jī)性能考核試驗(yàn)結(jié)果。

5 結(jié)論

a.變汽溫法測(cè)試高中壓缸過(guò)橋漏汽量是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，可作為新機(jī)考核和通流改造機(jī)組熱力試驗(yàn)的測(cè)量手段，也可作為機(jī)組日常運(yùn)行時(shí)監(jiān)視高中壓缸中間汽封運(yùn)行狀態(tài)的有效手段。

b.試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與試驗(yàn)時(shí)參數(shù)的穩(wěn)定性、主再熱蒸汽溫差和關(guān)鍵參數(shù)的測(cè)量精度有關(guān)，如主再熱蒸汽溫差不夠大、再熱汽溫和中排溫度測(cè)量偏差大等對(duì)試驗(yàn)結(jié)果都有較大影響。

c.由于實(shí)際運(yùn)行中過(guò)橋漏汽量一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，而且隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，過(guò)橋漏汽量增加。因此，通過(guò)中聯(lián)門前參數(shù)和中排參數(shù)計(jì)算中壓缸效率，會(huì)造成中壓缸效率偏高的假象。如果使用設(shè)計(jì)值進(jìn)行熱力計(jì)算，由于計(jì)算的再熱蒸汽流量偏大，會(huì)使機(jī)組熱耗結(jié)果偏大。

［1］鐘 平，施延州.大型汽輪機(jī)高中壓缸中間軸封漏汽量測(cè)試研究［J］.熱力發(fā)電，2006，35（1）：44－51.

［2］林萬(wàn)超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.

［3］肖增弘，朱利民.等效焓降法在熱力系統(tǒng)改造中的應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，1997，18（11）：5－7.

［4］李世杰，王英民.大型汽輪發(fā)電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性分析及提高措施［J］.東北電力技術(shù)，2002，23（7）：27－29.

［5］趙偉光，江 敏.汽輪機(jī)軸封漏汽系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化［J］.東北電力技術(shù)，2004，25（11）：1－6.

Application Analysis of Steam Temperature Variation Method for Measurement Labyrinth Leakage

ZHANG Zhi?heng，CAO Xue?bao，SUN Da?chuan
（Sichuan Electric Power Commissioning Test Institute，Chengdu，Sichuan 610072，China）

The paper introduces the principle of steam temperature variation method for measuring labyrinth leakage.An example is giv?en for a 315 MW steam turbine，the impact of the various parameter measurements on the test results is calculated and analyzed.The results show that the hot reheat temperature and IP cylinder exhaust temperature have a greater impact.

Steam?turbine；Steam temperature variation method；Labyrinth leakage

TK263

A

1004－7913（2016）05－0042－04

張志恒（1977—），男，碩士，工程師，主要從事汽輪機(jī)調(diào)試工作。

2016－02－21）