CN112525501B - 一种汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法 - Google Patents

一种汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，属于发电设备技术领域，在汽轮机高压缸、中压缸的轴端安装汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量装置，监测在不同工况下的轴端汽封漏汽量，实时将数据上传至采集仪或DCS控制系统中，实现数据的在线显示、存储和追溯，分阶段汇总数据进行对比分析，为后续的轴封系统检修以及技改提供必要的数据支撑。本发明成本低，改造便捷，便于推广，实用性强，后期成效明显。

Description

一种汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法
技术领域
本发明涉及发电设备技术领域，具体为一种汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法。
背景技术
目前，发电厂汽轮机是旋转机械，为了把其转子的机械能传递给发电机，大型汽轮机转子贯串高压汽缸、中压汽缸以及低压汽缸。为了减少缸体蒸汽的外泄和防止外界空气漏入缸体内，蒸汽轮机轴端设置轴端汽封，又称轴封。
轴封主要功能是防止蒸汽沿高压缸和中压缸的轴端向外泄漏，甚至进入轴承箱，引起轴承温度急剧升高，同时使润滑油中混入水分，油质乳化变质，破坏其润滑性能，造成轴承超温，严重将损害机械设备。同时，凝汽式汽轮机排汽侧压力低于大气压，轴封泄漏会造成外界空气漏入气缸，引起凝汽器真空度降低和凝结水水质不良，严重影响机组的稳定运行。如图1所示，在启动和初负荷阶段，轴封蒸汽一般由辅助蒸汽系统提供，其作为启动汽源和备用汽源。辅汽经减压后送至轴封蒸汽母管，分两路向高、低温轴封供汽，一路向高、中压缸提供高温轴封，另一路经减温后向低压缸提供低温轴封。在中、低负荷阶段，轴封系统正常运行汽源为四段抽汽；在高负荷阶段，轴封系统大多采用自密封轴封系统，它是指在设备正常运行后，蒸汽从高压缸和中压缸的轴端泄漏后，直接用于供应低压缸蒸汽密封系统。传统的轴封齿是采用梳齿形的，理论上轴封圈上的轴封齿数越多，漏气经过每个轴封齿间隙时的压降就越小，漏气就越少。轴封齿尖对着转子轴封套表面，由于组成每道轴封圈的各弧段都因外圆上有弹簧片而具有一定的退让性，所以选择较小的轴封齿间隙，就减小了漏气面积。轴封间隙的调整沿转子轴向分布的规律应该是外侧小、里侧大。
在实际汽轮机组运行过程中，发电企业结合自身运营状况及设备健康程度制定大修期（一般为3-5年/次），但随着电力企业改革不断深入及检修工艺水平的不断提升，检修期不断延长，近年部分企业提出“机组检修间隔原则上依据运行小时数确定，机组累计运行小时数达到10000小时安排小修，机组大修后累计运行小时数达到40000小时安排大修”。特别结合近年全国各区域机组容量趋于过饱和，各发电企业全年运行小时数不断缩减，致使（一般结合机组大修）轴封检修或更换工作不断延后，轴封磨损情况不断加剧，泄漏问题在各电力企业中普遍存在，截至目前对不同工况下的轴端汽封泄漏仍停留在定性分析阶段，由于测量装置限制，无法深入的定量展开分析总结，但机组连续运行期间轴封蒸汽泄漏损耗累计量相当可观，直接影响机组经济性。因此，本发明提出一种汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，实现轴端蒸汽泄漏量的测量及定量分析，为后续轴封系统检修和技改工作提供数据支撑，推进汽轮机轴封系统的节能改造和检修工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种易于安装、测量准确和经济实用的发电厂汽轮机轴端蒸汽泄漏测量方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，其特征是，在汽轮机高压缸、中压缸的轴端安装汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量装置，监测在不同工况下的轴端汽封漏汽量，实时将数据上传至采集仪或DCS控制系统中，实现数据的在线显示、存储和追溯，分阶段汇总数据进行对比分析，为后续的轴封系统检修以及技改提供必要的数据支撑。
所述汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量装置包括整流罩、汽体流速测量装置、液体流速测量装置等。
具体的，①整流罩安装于高压缸和中压缸的端部；②整流罩上端设置有排汽口；③整流罩下端设置有疏水口；③流量数据引入至电厂热工集散控制系统（DCS）。
具体的，①整流罩设计为分体式，可以根据现场位置灵活选用2分或4分式安装；②整流罩上端呈渐缩式流线型排汽口；③整流罩下端采用U型水封疏水；④整流罩外侧与主轴之间嵌有双层轴封齿，其内侧贴合在轴封座上。
具体的，①整流罩分体之间采用预留卡槽，插装后通过螺丝固定；②整流罩上端的排汽口处设计有叶轮式汽体流速检测仪，测量机构通过齿轮进行转向安装；③整流罩下端疏水口处设计有叶轮式液体流速检测仪。
其中，整流罩整体由薄不锈钢板焊接而成，设计宽度为30cm，设计半径为轴封座直径+20cm（可根据实际安装位置适当调整），整流罩上端的渐缩流线型排汽口处设计有叶轮式汽体流速检测仪，为避免测量元器件长期受水蒸汽侵蚀老化，传动机构通过齿轮转向连接测量电子元器件，在排汽口处设置压力和温度模拟量测点；为能将整流罩内蒸汽凝结水及时排出，在整流罩的最低点设置疏水口，采用U型水封进行排水，并在疏水管路上安装叶轮式液体流速检测仪，并设置压力和温度模拟量测点。最终，将获得汽体流速、疏水流速、蒸汽压力、蒸汽温度、疏水压力和疏水温度等数据，并传输至DCS系统，带入公式（1）~（3）中进行运算，求出单侧蒸汽泄漏量，再由公式（4）得出整台机组高压缸、中压缸的端部蒸汽泄漏总量。
蒸汽流量计算：
编制“水蒸汽密度表”并输入数据采集仪或计算机中，根据测量实际工况的温度T、压力值P，从水蒸汽密度表中查出邻近点密度值并结合插值方法得出蒸汽密度ρ汽；
Wm汽=S1×V1×ρ汽（1）
式中：
Wm汽—蒸汽质量流量，kg/s；
S1—排汽口截面积，m2；
V1—蒸汽流速，m/s；
ρ汽—蒸汽密度，kg/m3；
疏水流量计算：
编制“水密度表”并输入数据采集仪或计算机中，根据测量实际工况的温度T、压力值P，从水密度表中查出邻近点密度值并结合插值方法得出疏水密度ρ水；
Wm水=S2×V2×ρ水（2）
式中：
Wm水—疏水质量流量，kg/s；
S2—疏水口截面积，m2；
V2—体积液体流速，m/s；
ρ水—疏水密度，kg/m3；
轴封泄漏量：
单侧轴封泄漏量：
Qm=（Wm汽+Wm水）×t（3）
式中：
Qm—单侧轴封泄漏量，kg；
t—时间，s；
总轴封泄漏量：
Qm总=Qm1+Qm2···+Qmn（4）
式中：
Qm总—高压缸、中压缸总轴封泄漏量，kg；
Qmn—第n个轴封泄漏量，kg。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）成本低。装置主体可根据各厂的设备安装实际情况进行尺寸和材质的调整，因地制宜。易损备件，采购方便，价格优廉；
（2）改造便捷，便于推广。不受机组运行周期限制，可以实现在线更换拆装，利于推广或形成模块化检测设备普及；
（3）实用性强，后期成效明显。a.现场检修人员可以根据获取汽轮机不同工况下高压和中压泄漏量情况，对比以往数据，判断轴封磨损情况，为后期检修工作提供依据；b.科研机构可以利用获取的轴封蒸汽泄漏数据，定量分析轴封泄漏量对机组热力性能的影响，有针对性的进行后续技改，并可通过测量装置评价轴封系统改造成效；
（4）二次密封作用。通过安装测量装置减缓轴封蒸汽泄漏，降低或消除对轴瓦及润滑油系统的不良影响，提高机组安全稳定性。
附图说明
图1是轴封系统原理图（改造前）。
图2是轴封蒸汽泄漏量测量装置的安装示意图（A向安装）。
图3是轴封蒸汽泄漏量测量装置的整体结构示意图。
图4是整流罩部件的放大结构示意图（B向）。
图5是汽体流量测量部件的放大示意图（C向）。
图6是U型水封及液体流量测量部件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图6，本实施例中，以300MW高中压合缸汽轮机组轴封蒸汽泄漏量测量装置为例，说明汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，步骤如下：
步骤1：收集设备尺寸数据。主轴直径、轴端密封座外径、安装允许宽度等数据。根据现场实际位置，留出必要间隙（实际工程尺寸，可根据安装位置灵活缩放尺寸，尽量保持各轴端尺寸一致），进行现场加工；
步骤2：现场组装。根据实际位置，整流罩可以选择2分或4分进行插装联接，建议拼接前完成下方疏水口法兰和上方排汽口的预置。整流罩主体安装完成后，安装叶轮式汽体流速检测仪和U型水封；
步骤3：热工线缆连接。机械部分安装完成后，将高压轴封、中压轴封的信号（流速、压力、温度）通过传输线缆引入电厂热工机柜中，通过DCS系统进行运算和显示，提前将“水蒸汽密度表”和编辑公式导入；
步骤4：整体设备调整试运。蒸汽流速检测仪校准，利用压缩空气试吹蒸汽流速检测仪叶轮，观察数据显示，校核流速曲线；液体流速检测仪校准，通过启动注水口和排水口对疏水管路注水校验液体流速检测仪，观察数据显示，校核流速曲线；温度、压力表计实验室校验，模拟量测点位现场校核。
步骤5：测量装置投运。投运后，随汽轮发电机组启动获取不同工况下、不同位置轴封蒸汽泄露量数据并储存。
步骤6：汇总分析。现场检修人员可以根据获取汽轮机不同工况下高压和中压泄漏量情况，对比以往数据，判断轴封磨损情况，结合运行检修周期，判断是否需要提前更换，提前进行备品准备；科研机构可以利用获取的轴封蒸汽泄漏数据，定量分析轴封泄漏量对机组热力性能的影响，有针对性的进行后续技术改造和成果评价；
步骤7：制定测量装置定期维护保养计划并实施。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，其特征是，在汽轮机高压缸、中压缸的轴端安装汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量装置，监测在不同工况下的轴端汽封漏汽量，实时将数据上传至采集仪或DCS控制系统中，实现数据的在线显示、存储和追溯，分阶段汇总数据进行对比分析，为后续的轴封系统检修以及技改提供必要的数据支撑；
所述汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量装置包括整流罩、汽体流速测量装置、液体流速测量装置；所述整流罩的上端设置有排汽口，所述整流罩的下端设置有疏水口；所述排汽口处设置有汽体流速测量装置，测量机构通过齿轮进行转向安装，所述疏水口处设置有液体流速测量装置；
在排汽口及疏水口处设置压力和温度模拟量测点，将获得的数据传输至DCS控制系统，带入公式（1）~（3）中进行运算，求出单侧蒸汽泄漏量，再由公式（4）得出整台机组高压缸、中压缸的端部蒸汽泄漏总量；
蒸汽流量计算：
编制“水蒸汽密度表”并输入数据采集仪或计算机中，根据测量实际工况的温度T、压力值P，从水蒸汽密度表中查出邻近点密度值并结合插值方法得出蒸汽密度ρ汽；
Wm汽=S1×V1×ρ汽（1）
式中：
Wm汽—蒸汽质量流量，kg/s；
S1—排汽口截面积，m2；
V1—蒸汽流速，m/s；
ρ汽—蒸汽密度，kg/m3；
疏水流量计算：
编制“水密度表”并输入数据采集仪或计算机中，根据测量实际工况的温度T、压力值P，从水密度表中查出邻近点密度值并结合插值方法得出疏水密度ρ水；
Wm水=S2×V2×ρ水（2）
式中：
Wm水—疏水质量流量，kg/s；
S2—疏水口截面积，m2；
V2—体积液体流速，m/s；
ρ水—疏水密度，kg/m3；
轴封泄漏量：
单侧轴封泄漏量：
Qm=（Wm汽+Wm水）×t（3）
式中：
Qm—单侧轴封泄漏量，kg；
t—时间，s；
总轴封泄漏量：
Qm总=Qm1+Qm2···+Qmn（4）
式中：
Qm总—高压缸、中压缸总轴封泄漏量，kg；
Qmn—第n个轴封泄漏量，kg。
2.根据权利要求1所述的汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，其特征是，所述整流罩为分体式结构，根据现场位置灵活选用2分或4分式安装。
3.根据权利要求1所述的汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，其特征是，所述排汽口呈渐缩式流线型结构。
4.根据权利要求1所述的汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，其特征是，所述整流罩的外侧与主轴之间嵌有双层轴封齿，所述整流罩的内侧贴合在轴封座上。
5.根据权利要求2所述的汽轮机轴封蒸汽泄漏量测量方法，其特征是，所述整流罩的分体之间采用预留卡槽，插装后通过螺丝固定。
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