汽轮机高中压缸平衡盘漏汽试验研究

汽轮机高中压缸平衡盘漏汽试验研究

李强,张明河,苑广存,李弘

(神华国能山东建设集团有限公司,山东济南250101)

摘要：对高中压合缸汽轮机组，平衡盘漏汽是影响机组经济性的原因之一。通过对不同容量及类型机组开展平衡盘漏汽试验，得出高中压合缸机组中轴封漏汽率高于设计值情况较为普遍，变汽温法也是测量平衡盘漏汽率的简单有效方法。结合不同机组检修及改造经验，指出影响平衡盘漏汽的原因，并提出整改建议，达到节能降耗目的。

关键词：高中压合缸;变汽温法;平衡盘漏汽;布莱登汽封;高压插管;叠片式密封

中图分类号：TK263.1

文献标识码：A

文章编号：1002-6339 (2015) 05-0467-04

Abstract：For HP&IP cylinder combination units, gland steam leakage is one of the reasons which have negative effects on unit economy. Through series of gland steam leakage tests on units of different types and capacities, we find it common that the real gland steam leakage rate is higher than the design rate. Change of steam temperature test is a simple effective way to measure gland steam leakage. With rich experience of units maintenance and technical modification, we will point out reasons that influence the gland steam leakage and give suggestions addordingly to achieve the goal of energy conservation and consumption cut.

收稿日期2014-07-02修订稿日期2014-10-15

作者简介：李强(1977~)，男，工程师,从事火力发电厂节能诊断及热力性能试验工作。

The Research of the Gland Steam Leakage between Turbine HP&IP Cylinders

LI Qiang,ZHANG Ming-he,YUAN Guang-cun,LI Hong

(Shenhua Guoneng Shandong Construction Group CO., LTD.,Jinan 250101,China)

Key words：HP&IP cylinder combination;change the steam temperature method;the gland steam leakage;brandon gland sealing;HP inlet steam pipe sealing;laminated gland sealing

0引言

由于高中压合缸汽轮机具有结构紧凑、制造成本较低、热膨胀特性好等优点，目前从125 MW至600 MW级大容量汽轮发电机组普遍采用高中压缸合缸结构[1]。

汽轮机为高、中压缸合缸结构时，高、中压缸之间由中压缸进汽平衡盘汽封分隔。由于来自调节级后轴封和主蒸汽导汽管漏入高压缸夹层的混合蒸汽，有一部分通过中压缸进汽平衡盘汽封漏至中压缸第一级静叶后，这股蒸汽与再热蒸汽混合，使进入中压级组蒸汽温度和焓值降低[2]。由于混合后的蒸汽温度无法测量，以中压主汽门前参数为初参数计算得到的中压缸效率比实际值偏高。

图1　汽轮机高中压缸热力膨胀线

蒸汽在汽轮机高中压缸膨胀时热力过程线如图1所示[3]。当不考虑高中压缸间汽封漏汽对中压缸的影响时，其膨胀热力过程线为：0-1-2-3-4-5-6，当考虑高中压缸间汽封漏汽对中压缸的影响时，其热力膨胀线为：0-1-2-3-4′-5′-6′[2]。

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，但难以避免高中压缸间漏汽。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,约占再热蒸汽流量的2%[4]。

中轴封处转子的挠度最大,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。

目前，国内外学者对许多类型汽封内工质的三维流动及传热特性进行了研究，并建立了数学模型，但对中间分隔轴封的研究相对较少[5]。为了解各容量、类型机组中轴封平衡盘漏汽情况，山东建设集团技术中心组织人员开展相关机组平衡盘漏汽率试验的研究工作。

1测试方法

由于结构原因，这部分漏汽量无法直接测量，通过变汽温法可以间接测得这部分蒸汽流量。在主蒸汽、再热蒸汽参数基本接近情况下，可以认为高中压缸间轴封漏汽量和中压缸实际内效率是不变的[6]。通过改变主蒸汽温度或再热蒸汽温度，中压缸第一级前混合后蒸汽温度会发生变化，中压缸排汽温度也随之改变，中压缸效率计算值也会发生相应变化。根据高中压缸间轴封漏汽量和中压缸效率计算值的关系，利用轴封漏汽点流量和热量平衡方法，可通过计算得到高中压缸轴封漏汽量。

在额定工况下，分别降低主蒸汽和再热蒸汽温度，保持其他条件和参数不变，通过简化热力试验的方法测得主蒸汽、调节级后、高压缸排汽、再热蒸汽、中压缸排汽等参数。假定高中压缸间轴封漏汽量与再热蒸汽流量之比为某一值，计算出中压缸入口混合蒸汽焓及实际中压缸效率。取不同的比率可以得到不同的实际中压缸效率，从而在两个变汽温工况分别得到一条漏汽率-效率曲线，且两条曲线必有一交点，分别对应实际高中压缸间轴封漏汽率和实际中压缸效率。同时本方法试验和计算比较简单、通用, 也可以作为电厂监视高压缸前轴封间隙变化及其完好程度的措施。

2试验实例

某厂汽轮机为东汽660 MW超临界空冷机组，高中压合缸结构。在4 VWO阀位工况下进行变汽温法平衡盘漏汽试验，结果见表1。

表1平衡盘汽封漏汽率试验结果

项目名称试验值工况4VWO降主汽温降再热汽温试验日期2014/4/122014/4/122014/4/12试验开始时间2:004:306:30试验结束时间3:104:507:00主蒸汽压力/MPa23.9223.8223.79主蒸汽温度/℃566.44546.29564.90调节级压力/MPa19.1419.0619.05调节级温度/℃500.00478.00500.00高压缸排汽压力/MPa5.025.015.10高压缸排汽温度/℃334.27317.81335.90再热蒸汽压力/MPa4.624.614.70再热蒸汽温度/℃565.39560.36544.41中压缸排汽压力/MPa1.261.261.28中压缸排汽温度/℃374.18369.30357.03低压缸排汽压力/kPa16.0715.6516.07实际中压缸效率/[%]87.47漏汽率/[%]4.26

4 VWO工况通过分别改变主、再热蒸汽温度，得到两条曲线交点为4.73%；额定参数得到的曲线在降主汽温和降再热汽温两条曲线之间，先与降再热汽温曲线相交，然后又与降主汽温曲线相交，两点分别为3.71%和4.73%。最终结果得到高、中压缸平衡盘汽封漏汽率为4.26%,见图2。

根据变汽温工况绘制曲线，计算得出中压缸实际效率为87.47%，偏离名义效率2.47%。

3不同机组试验结果对比分析

结合对部分电厂开展的检修前、后热力性能试验，山东建设集团技术中心对高中压合缸机组同步开展了中轴封平衡盘漏汽率试验，试验数据统计情况如表2。

表2部分机组高中压缸平衡盘漏汽率试验数据对比

机组生产厂家机组容量/MW机组型号平衡盘漏汽率/[%]中压缸名义效率/[%]中压缸实际效率/[%]A厂#2机东汽150N150-13.2/535/53516.4084.3981.10B厂#1机上汽330N330-16.7/538/5381.4389.889.19B厂#4机上汽330N330-16.7/538/5389.3285.6781.91C厂#1机哈汽600CLNZK600-24.2/566/5662.2490.0789.34D厂#1机上汽135N135-13.24/535/5354.7494.8793.47D厂#2机上汽135N135-13.24/535/5355.9795.0192.16E厂#6机上汽135NZK135-13.2/535/53515.5491.9789.38G厂#1机哈汽300CC250/N300-16.67/537/5377.87--H厂#1机东汽660NZK660-24.2/566/5664.5790.0287.24H厂#2机东汽660NZK660-24.2/566/5664.2689.9487.47

图2　高中压缸平衡盘汽封漏汽率与中压缸效率关系曲线

从表2可知，由于高中压合缸机组中轴封平衡盘漏汽影响，由此计算得出的中压缸实际效率普遍低于中压缸名义效率约0.5%~3.5%，对缸效率及热耗的影响较为明显。经统计，中轴封平衡盘漏汽率每增加1.0%，影响汽轮机热耗率增加约0.22%~0.26%[4]。

4原因分析

(1)汽封磨损。平衡盘汽封位高中压转子中间，此处转子挠度较大，机组经频繁启停及长期运行，平衡盘汽封会受到较大磨损，造成平衡盘汽封间隙变大，漏汽量增大(见图3)。

图3　汽封磨损图片

(2)高压进汽插管泄露。机组经过长期运行，高压缸会产生一定的变形，受高压缸变形影响，高压进汽插管密封可能会产生泄漏，泄漏的蒸汽会汇入平衡盘汽封使平衡盘汽封漏汽量增大。随着机组日常运行负荷的调整，进汽插管长期承受较大的交变应力作用，不仅对密封会造成一定程度损伤，某厂还曾出现过高压插管断裂事故。目前高压插管密封较多采用活塞环密封、钟罩密封、叠片式密封等形式(见图4)，其中叠片式密封效果较好。

图4　不同类型高压进汽插管密封结构示意图

图5　高压进汽插管密封型式改造示意图

5措施建议

(1)对平衡盘汽封进行检查更换、间隙调整。

(2)对高压插管密封进行检查、调整、更换。

6试验评价

(1)A厂#2机组利用检修机会对中轴封汽封、高压进汽插管密封进行了检查修复工作，修后平衡盘漏汽率下降明显，由16.4%下降至5.43%。

(2)F厂#3机组于2001年投产，投产后满负荷高排温度始终维持在328~334℃，高于设计值15~20℃，对经济性影响明显。后利用检修机会将高压插管活塞环式密封改造为叠片式密封，改造后相同负荷及进汽参数下，高排温度下降到315.5℃，比改造前降低12.5℃，基本达到设计值水平，插管泄露得到很好控制，节能效果显著。密封改造示意图如图5。

(3)G厂#1机组高中压缸过桥汽封进行布莱登汽封部分改造，改造后平衡盘漏汽率由7.87%下降至5.86%，机组热耗率同比下降23.03 kJ/kW·h[7]。

7结论

(1)高中压合缸机组中轴封漏汽率高于设计值情况较为普遍。

(2)变汽温法是间接测取汽轮机平衡盘漏汽率较为简单实用的方法，可为高中压前轴峰运行状况监测提供数据支持。但试验时应严格满足各项试验要求，以获得相对准确的结果。同时本方法试验和计算比较简单、通用, 也可以作为电厂监视高压缸前轴封间隙变化及其完好程度的措施[6]。

(3)汽封磨损及高压进汽插管密封泄露是造成中轴封平衡盘漏汽率超标的主要原因，通过加强对上述部位的检查、修复及改造，可以达到降低漏汽率及节能降耗的目的。

参考文献

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