CN103196608B

CN103196608B - 一种汽轮机轴封泄漏对汽轮机功率损失的评估方法

Info

Publication number: CN103196608B
Application number: CN201310110585.8A
Authority: CN
Inventors: 杨海生
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: CN103196608A

Abstract

本发明涉及一种汽轮机轴封泄漏对汽轮机功率损失的评估方法，最终可以对汽轮机轴封泄漏影响汽轮机功率的大小进行定量的评估和评价。本发明方法解决了汽轮机轴封间隙变化对汽轮机功率损失的定量评估技术问题，可以为汽轮机检修过程中确定最佳检修策略提供直接依据，满足了电厂经济性分析的需要。解决了这个问题，可以对电厂汽轮机轴封间隙变化后对汽轮机及机组经济性的影响进行定量评估。

Description

一种汽轮机轴封泄漏对汽轮机功率损失的评估方法

技术领域

本发明涉及一种汽轮机轴封泄漏对汽轮机功率损失的评估方法。

背景技术

随着电力机组向大容量高参数发展，电厂中汽轮机通流效率对电厂的经济性影响越来越大。目前国内大型汽轮机，尤其是国内制造汽轮机普遍存在着汽缸通流效率偏低的问题，另外对于投运初期汽缸通流效率达到设计值的机组在运行一段时间后通流效率也会降低。汽轮机轴封泄漏间隙的增加，是引起汽缸通流效率降低的重要因素。

在计算轴封间隙变化引起的汽轮机功率损失时，汽轮机轴封泄漏量的增加是一个必要的环节。但现场缺少一种简便易行的估算方法，导致无法对轴封间隙变化导致的汽轮机功率损失进行定量的评价。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽轮机轴封泄漏对汽轮机功率损失的评估方法，最终可以对汽轮机轴封泄漏影响汽轮机功率的大小进行定量的评估和评价。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种汽轮机轴封泄漏对汽轮机功率损失的评估方法，包括步骤如下：

步骤一：利用轴封流量Martin计算公式分别计算汽轮机各部轴封的泄漏量F_spl；

步骤二：计算由于轴封泄漏造成的机组功率损失P：

对于蒸汽流程中热再热蒸汽后的轴封泄漏，按公式（1）进行计算：

P=0.67×(HR/3600-1)×P_rated×F_spl/F_ms×C_△HR%（1）

其中：

P——机组功率损失，单位kW；

P_rated——汽轮机额定功率，单位kW；

C_△HR%——汽轮机热耗影响系数，按附表计算；

HR——机组设计热耗率，单位kJ/kW.h；

F_ms——汽轮机额定主蒸汽进汽流量，单位kg/s；

F_spl——泄漏量，单位kg/s；

对于蒸汽流程中热再热蒸汽前的轴封泄漏，根据泄漏蒸汽返回系统的不同位置，采用下列方法计算：

P=1.117×(HR/3600-1)×P_rated×F_spl/F_ms×C_△HR%（2）

其中：

P——机组功率损失，单位kW；

P_rated——汽轮机额定功率，单位kW；

C_△HR%——汽轮机热耗影响系数，按附表计算；

HR——机组设计热耗率，单位kJ/kW.h；

F_ms——汽轮机额定主蒸汽进汽流量，单位kg/s；

F_spl——泄漏量，单位kg/s。

C_△HR%可以根据轴封泄漏位置处的蒸汽焓值H₁（单位kJ/kg）与轴封泄漏蒸汽返回系统位置处的蒸汽焓值H_ret（单位kJ/kg）计算出焓差H_l-H_ret后，查询典型数据泄漏蒸汽焓差H_l-H_ret(kJ/kg)所对应的1％泄漏蒸汽（相对于主蒸汽流量）对热耗率的影响系数得到。

本发明的积极效果如下：采用本发明方法可以评估汽轮机轴封间隙变化对汽轮机整体性能的影响程度，最终可以对汽轮机轴封泄漏影响汽轮机功率的大小进行定量的评估和评价。

使用本发明方法解决了汽轮机轴封间隙变化对汽轮机功率损失的定量评估技术问题，可以为汽轮机检修过程中确定最佳检修策略提供直接依据，满足了电厂经济性分析的需要。解决了这个问题，可以对电厂汽轮机轴封间隙变化后对汽轮机及机组经济性的影响进行定量评估。

具体实施方式

步骤一：利用汽封流量计算公式计算汽轮机轴封的泄漏量F_spl；

汽轮机轴封泄漏量采用下式Martin公式进行计算：

其中：

F_spl为轴封泄漏量，单位kg/s；

P₁为轴封前压力，单位Pa；

P₂为轴封后压力，单位Pa；

v₁为轴封前蒸汽比容，单位m³/kg；

N为轴封齿数。

A为轴封间隙通流面积，单位m²，A=PI×D×C，C为轴封间隙，单位m，D为轴封位置直径，单位m。

K为流量系数，对于迷宫式密封，K取0.46。

步骤二：利用公式（1）计算由于轴封泄漏造成的机组功率损失P：

对于蒸汽流程中热再热蒸汽后的轴封泄漏，按下式计算：

P=0.67×(HR/3600-1)×P_rated×F_spl/F_ms×C_△HR%（1）

其中：

P——机组功率损失，单位kW；

P_rated——汽轮机额定功率，单位kW；

C_△HR%——汽轮机热耗影响系数，按附表1计算；

HR——机组设计热耗率，单位kJ/kW.h；

F_ms——汽轮机额定主蒸汽进汽流量，单位kg/s；

F_spl——泄漏量，单位kg/s。

表1为蒸汽流程中热再热蒸汽后的轴封泄漏对应的典型热耗影响系数

P=1.117×(HR/3600-1)×P_rated×F_spl/F_ms×C_△HR%（2）

其中P_rated为汽轮机额定功率，单位kW；C_△HR%为汽轮机热耗影响系数，按以下附表计算，与泄漏蒸汽返回系统的不同位置有关。HR为机组设计热耗率，单位kJ/kW.h；F_ms为汽轮机额定主蒸汽进汽流量，单位kg/s。

当泄漏蒸汽返回系统的位置位于冷段再热管道或压力更高的抽汽管道时，C_△HR%汽轮机热耗影响系数，按表2计算。

表2.蒸汽流程中热再热蒸汽前且泄漏蒸汽返回系统的位置位于冷段再热管道或压力更高时轴封泄漏对应的典型热耗影响系数

当泄漏蒸汽返回系统的位置位于再热管道之后时，C_△HR%汽轮机热耗影响系数，按表3.1、3.2、3.3计算。

蒸汽流程中热再热蒸汽前且泄漏蒸汽返回系统的位置位于冷段再热管道之后时轴封泄漏对应的典型热耗影响系数

表3.1.主蒸汽压力为24.5MPa时影响系数

表3.2.主蒸汽压力为16.8MPa时影响系数

附表3.3.主蒸汽压力为12.6MPa时影响系数

表中，H_l表示轴封泄漏蒸汽的焓值，单位kJ/kg；H_ret为返回位置对应通流级的焓值。

实施例1：

某600MW机组汽轮机，其高中压缸为合缸结构，其中压缸排汽端轴封漏汽（此轴封泄漏位置处蒸汽焓值为3219.7kJ/kg），经轴封系统管道连接至低压缸两侧（此轴封泄漏蒸汽返回位置处的蒸汽焓值为2550.1kJ/kg），作为轴封供汽使用。

另外，高压缸排汽端轴封漏汽（此轴封泄漏位置处蒸汽焓值为2986.8kJ/kg），经轴封系统管道连接至低压缸两侧（此轴封泄漏蒸汽返回位置处的蒸汽焓值为2550.1kJ/kg），作为轴封供汽使用。

机组的设计热耗率为8223.6kJ/kW.h，额定功率为660000kW，主蒸汽流量为559.72kg/s，机组主汽压力为24.2MPa。

中压缸排汽端轴封漏汽的计算：

首先计算汽轮机中压缸排汽端轴封漏汽泄漏量：

P₁为轴封前压力1.162MPa，P₂为轴封后压力0.103MPa；v₁为轴封前蒸汽比容，为0.255m3/kg；N为轴封齿数10。A为轴封间隙通流面积，A=PI×D×C=3.14×1.05×0.00075=0.00247m²，C为轴封间隙0.00075m，D为轴封位置直径1.05m。K为流量系数，对于迷宫式密封，K取0.46。

根据上述公式（3）计算泄漏量F_spl为0.3163kg/s。

对于本示例，轴封泄漏为中压缸排汽端轴封泄漏，发生在蒸汽流程中热再热蒸汽后，因此应该采用公式（1）进行计算。

计算泄漏蒸汽焓差H_l-H_ret(kJ/kg)值为2986.8-2550.1=669.6kJ/kg。根据表3中数据进行插值计算，得到C_△HR%为0.5852。

根据公式(1)计算轴封泄漏造成的功率损失为：

P=0.67×（8223.6/3600-1）×660000×（0.3163/2015）×0.5852=52.17kW。

高压缸排汽端轴封漏汽的计算：

再计算汽轮机高压缸排汽端轴封漏汽泄漏量：

P₁为轴封前压力1.162MPa，P₂为轴封后压力0.103MPa；v₁为轴封前蒸汽比容，为0.255m3/kg；N为轴封齿数10。A为轴封间隙通流面积，A=PI×D×C=3.14×1.05×0.0007=0.0023m²，C为轴封间隙0.0007m，D为轴封位置直径1.05m。K为流量系数，对于迷宫式密封，K取0.46。

根据上述公式（3）计算泄漏量F_spl为0.2952kg/s。

对于本示例，轴封泄漏为高压缸排汽端轴封泄漏，发生在蒸汽流程中热再热蒸汽之前，因此应该采用公式（2）进行计算。

计算泄漏蒸汽焓差H_l-H_ret(kJ/kg)值为3219.7-2550.1=669.6kJ/kg。根据表3.1中数据进行插值计算，得到C_△HR%为0.8157。

根据公式(2)计算轴封泄漏造成的功率损失为：

P=1.117×（8223.6/3600-1）×660000×（0.2952/2015）×0.8157=113.16kW。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种汽轮机轴封泄漏对汽轮机功率损失的评估方法，其特征在于其步骤如下：

步骤一：利用轴封流量Martin计算公式分别计算汽轮机各部轴封的泄漏量F_spl，汽轮机轴封泄漏量采用下式Martin公式进行计算：

F_{spl} = 1.4691 \times KA \sqrt{\frac{1 - {(\frac{P_{2}}{P_{1}})}^{2}}{N - \log_{e} (\frac{P_{2}}{P_{1}})}} \sqrt{\frac{P_{1}}{{&upsi;}_{1}}}

F_spl为轴封泄漏量，单位kg/s；

P₁为轴封前压力，单位Pa；

P₂为轴封后压力，单位Pa；

v₁为轴封前蒸汽比容，单位m³/kg；

N为轴封齿数；

A为轴封间隙通流面积，单位m²，A＝PI×D×C，C为轴封间隙，单位m，D为轴封位置直径，单位m；

K为流量系数，对于迷宫式密封，K取0.46；

步骤二：计算由于轴封泄漏造成的机组功率损失P：

对于蒸汽流程中热再热蒸汽后的轴封泄漏，按公式(1)进行计算：

P＝0.67×(HR/3600-1)×P_rated×F_spl/F_ms×C_ΔHR％(1)

其中：

P——机组功率损失，单位kW；

P_rated——汽轮机额定功率，单位kW；

C_ΔHR％——汽轮机热耗影响系数，按表1进行插值计算；

HR——机组设计热耗率，单位kJ/kW.h；

F_ms——汽轮机额定主蒸汽进汽流量，单位kg/s；

F_spl——泄漏量，单位kg/s；

对于蒸汽流程中热再热蒸汽前的轴封泄漏，根据泄漏蒸汽返回系统的不同位置，采用公式(2)计算：

P＝1.117×(HR/3600-1)×P_rated×F_spl/F_ms×C_ΔHR％(2)

其中：

P——机组功率损失，单位kW；

P_rated——汽轮机额定功率，单位kW；

C_ΔHR％——汽轮机热耗影响系数，当泄漏蒸汽返回系统的位置位于冷段再热管道或压力更高的抽汽管道时，C_ΔHR％汽轮机热耗影响系数，按表2中数据进行插值计算；当泄漏蒸汽返回系统的位置位于冷段再热管道之后时，C_ΔHR％汽轮机热耗影响系数，根据不同主蒸汽压力等级分别按表3.1、表3.2和表3.3中数据进行插值计算；

HR——机组设计热耗率，单位kJ/kW.h；

F_ms—-汽轮机额定主蒸汽进汽流量，单位kg/s；

F_spl——泄漏量，单位kg/s；

所述表1如下：

表3.1.主蒸汽压力为24.5MPa时影响系数

表3.2.主蒸汽压力为16.8MPa时影响系数

附表3.3.主蒸汽压力为12.6MPa时影响系数

表中，H₁表示轴封泄漏蒸汽的焓值，单位kJ/kg；H_ret为返回位置对应通流级的焓值。