中间分隔轴封漏汽及中压缸效率计算方法

第30卷第26期中国电机工程学报Vol.30No.26Sep.15,20102010年9月15日ProceedingsoftheCSEE©2010Chin.Soc.forElec.Eng.23文章编号：0258-8013(2010)26-0023-06中图分类号：TM262文献标志码：A学科分类号：470·20中间分隔轴封漏汽及中压缸效率计算方法李刚1，胥建群1，曹祖庆1，朱小令2(1．东南大学能源与环境学院，江苏省南京市210096；2．西安热工研究院，陕西省西安市710032)ResearchonCalculationofN2LeakageandIntermediatePressureTurbineEfficiencyLIGang1,XUJianqun1,CAOZuqing1,ZHUXiaoling2(1.SchoolofEnergyandEnvironment,SoutheastUniversity,Nanjing210096,JiangsuProvince,China;2.Xi’anThermalPowerResearchInstituteCoLtd.,Xi’an710032,ShaanxiProvince,China)ABSTRACT:Basedonnumericalcalculationmethodofnumber2(N2)leakage，N2leakageerroranalysisformulaswerededuced.TheN2leakagerateofa600MWsupercriticalsteamturbinewasestimatedwiththetwomethodsmentionedabove,andtheresultsshowthatnumericalcalculationmethodcanestimateN2leakageasaccuratelyastemperaturevariationmethod;moreover,theimpactofmeasuredparameters(suchastemperatureandpressure)erroronN2leakageprecisionwasanalyzed,andtheanalysisshowsthatthemeasuredparameterschieflyaffectingN2leakagecalculationaccuracyarereheattemperatureandintermediatepressure(IP)turbineexhausttemperature.Meanwhile,N1leakagequantityandtheimpactofthisleakageonN2leakageprecisionwerecomputed,analysisprovingthatN1leakagehasrelativelybiginfluenceonN2leakageprecision.TheIPturbineefficiencywascalculatedexactly,withthetwoleakagescomputedabovetakingintoaccount,andtheresultsmakeclearthatN2leakagehasgreaterimpactonIPefficiencythanN1leakage.KEYWORDS:steamturbine;N2leakage;temperaturevariationmethod;numericalcalculationmethod;erroranalysis;intermediatepressureturbineefficiency摘要：根据中间分隔轴封漏汽的数值计算法推导出漏汽率的误差分析公式。利用变汽温法与数值计算法，对600MW超临界汽轮机的中间分隔轴封漏汽率进行了详细计算。结果表明，相对于变汽温法，数值计算法同样能够准确地估算漏汽率的大小；并分析了温度、压力等测量参数误差对该漏汽计算的影响，计算显示，再热蒸汽温度和中压缸排汽温度是影响中间分隔轴封漏汽率精度的主要因素。同时计算了该机组高压缸排汽平衡盘漏汽量及其对中间分隔轴封漏汽计算的影响，分析证明，接往中压缸排汽区的高压缸排汽平衡盘漏汽对中间分隔轴封漏汽计算的影响较大。在考虑以上2股漏汽后，准确地计算了中压缸效率，计算结果表明，在相同漏量的情况下，中间分隔轴封漏汽对中压缸效率的影响大于高压缸排汽平衡盘漏汽。关键词：汽轮机；中间分隔轴封漏汽；变汽温法；数值计算法；误差分析；中压缸效率0引言汽轮机热力性能参数是评价机组运行状况及设备性能的重要指标。其中，缸效率反映了汽轮机通流部分空气动力学的完善程度，热耗率则表明汽轮机组的热功转换能力。准确地获得这些参数[1-3]，对汽轮机组的运行优化、技术改造、节能降耗工作具有重要的指导意义。高中压合缸汽轮机存在中间分隔轴封漏汽(number2leakage，N2leakage)，若在汽轮机热力计算中忽略该漏汽则会引起中压缸测试效率偏高，即该漏汽降低了机组经济性。为了解汽封的工作特性，减少汽封漏汽量，提高机组效率，国内外学者对不同型式汽封内蒸汽的三维流动[4-7]与传热特性[8]进行了研究，并建立了轴封系统的数学模型[9]。目前，对于中间分隔轴封漏汽量计算的研究相对较少，有必要进一步深入分析，并在考虑该漏汽后核算中压缸效率等热力性能指标。在合缸汽轮机中间分隔轴封完好且安装间隙不超标的情况下，通过马丁公式计算中间分隔轴封漏汽量，计算结果与实际漏汽量相差很小，能够满足工程计算要求。但由于中间分隔轴封处转子挠度大，机组启停过程或正常运行中的振动，轴封齿易磨损。此时，马丁公式中常系数发生改变且无法确定，不宜再用马丁公式计算漏汽量，又因为无法安装流量孔板测量实际漏汽量，故在汽轮机的热力性能试验中必须准确测量这部分漏汽，以修正测试中24中国电机工程学报第30卷压缸效率。某些汽轮机在中间分隔轴封处有事故排放阀(blowdumpvalve，BDV)，能够通过放汽法[10]计算中间分隔轴封漏汽量，若特意加装则代价较高。国内外计算中间分隔轴封漏汽主要采用变汽温法[10-17]，文献[17]详细地分析了变汽温法的基本原理及应用中需要注意的问题，文献[18]提出了数值计算法的原理，然而以上2种方法的计算效果缺少对比，且数值计算法的误差分析公式需进一步完善。该文基于数值计算法推导出中间分隔轴封漏汽率的误差分析公式；针对600MW超临界汽轮机，利用变汽温法与数值计算法详细计算中间分隔轴封漏汽率；并分析压力、温度等测量参数误差对漏汽率计算结果的影响。由于存在中间分隔轴封漏汽及高压缸排汽(以下简称高排)平衡盘漏汽，中压缸进出口测点参数并非真实中压缸通流部分进出口参数，使测试中压缸效率偏离真实值[19]，本文在考虑以上2股漏汽后，修正中压缸进出口测点参数，准确计算中压缸效率。1中间分隔轴封漏汽计算及误差分析根据数值计算法，中间分隔轴封漏汽率计算如下：RctRctregctregc()()(')()'thhhhhhxhhhhhh′′′−Δ−−Δ=′−Δ−−Δ(1)式中：x为中间分隔轴封漏汽率，表示漏汽量占中压缸进汽量的百分数；hR为再热蒸汽焓；hreg为调节级后蒸汽焓；hc是中压缸排汽(以下简称中排)焓；Δht是混合后蒸汽在中压缸内的理想焓降；上标“'”表示改变主蒸汽温度或者再热蒸汽温度后试验工况的数据。温度、压力等测量参数偏差引起焓值、理想焓降的变化，进而影响中间分隔轴封漏汽率x的精确性，现分析如下。1）调节级后焓hreg误差引起x的偏差：RctRct2regctregcctregtreg[()'('')][('')()']('')hhhhhhxhhhhhhhhhh−−Δ−−ΔΔ=⋅−Δ−−ΔΔΔ−ΔΔ(2)2）中排焓hc误差引起x的偏差：[]ctctregcregct2regctregctRctRcttctc2regcregct()()()()()()()()()()tthhhhhhhhhhxhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh′′′′′⎡⎤ΔΔ−ΔΔ−Δ−−Δ⎣⎦Δ=−′′′⎡⎤−Δ−−Δ⎣⎦′′′−Δ−−Δ′′ΔΔ−ΔΔ′′′⎡⎤−Δ−−Δ⎣⎦(3)3）再热蒸汽焓hR误差引起x的偏差：tRtRregctregct()()hhhhxhhhhhh′′ΔΔ−ΔΔΔ=′′′−Δ−−Δ(4)4）理想焓降Δht误差引起x的偏差：RcregctregctRctRctregct2regctregct()[()()][()()]()()[()()]hhhhhhhhhhhhhhhhxhhhhhhh′′′′′′′′′′−−−Δ−−Δ−−Δ−−Δ−Δ=ΔΔ+′′′−Δ−−ΔRcregctregctRctRctregct2regctregct()[()()][()()]()()[()()]hhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh′′′′′′−−Δ−−Δ+−Δ−−Δ−′ΔΔ′′′−Δ−−Δ(5)分析温度、压力等误差对蒸汽焓值和理想焓降的影响时，用理想气体公式进行近似计算。对理想气体而言，温度偏差影响焓值，温度不变、压力偏差影响理想焓降：对水蒸气，k=1.3，Rg=0.461。pg1khcTRTkΔ=Δ=Δ−(6)12t02001()()kphRTppp−ΔΔ=−Δ120202001()kpRTpppp−+Δ(7)采用公式(6)﹑(7)可求得温度偏差ΔT、压力偏差Δp时的焓变Δh及理想焓降的变化Δ(Δht)，代入式(2)~(5)即可求得温度、压力偏差时引起的漏汽率变化。2计算实例2.1测试试验某电厂上海汽轮机厂产600MW超临界机组，型号为N600-24.2/566/566，中间分隔轴封漏汽率的设计值为1.200%，修正前的实际值为2.550%。在修正后试验中进行了测量中间分隔轴封漏汽的试验。试验在3阀点进行，试验工况分别为：工况1，主汽温度额定并降低再热汽温度；工况2，再热汽温度额定同时降低主汽温度；工况3，保持主汽和再热汽温度额定。每个试验工况试验持续时间为2h，试验期间系统隔离良好。试验原始数据经异常的数据点剔除后，工况1与工况2的监测参数取为试验时间内的平均值；中间分隔轴封漏汽率计算对工况3的试验数据稳定性要求比较高，故在试验数据最稳定的时间段内，对该工况相关试验参数取平均值；然后用大气压力和标高，将以上求得平均压力修正到绝对压力。整理后相关的试验数据如表1所示。第26期李刚等：中间分隔轴封漏汽及中压缸效率计算方法25表1中间分隔轴封漏汽率测试试验数据Tab.1TestDataofN2leakagetesting试验工况参数工况1工况2工况3主汽压力/MPa23.56422.92223.617主汽温度/℃558.351529.790561.255再热压力/MPa3.6823.7453.772再热温度/℃531.085564.097567.721中排压力/MPa0.8950.9150.922中排温度/℃328.714355.107358.556调节级压力/MPa16.57416.16616.630调节级温度/℃508.710478.301508.3442.2中间分隔轴封漏汽率计算与误差分析分别利用以上介绍的变汽温法与数值计算法进行中间分隔轴封漏汽率的计算，并分析测量参数误差对中间分隔轴封漏汽率的影响。1）变汽温法。分别假定中间分隔轴封漏汽率为0%，2%及5%，计算出各工况相应的中压缸效率，计算结果如表2所示。表2中压缸效率计算值Tab.2ValueofIPturbineefficiency中压缸效率/%中间分隔轴封漏汽率工况1工况2工况30%91.66492.07091.8512%90.98090.89790.9265%89.99989.20689.594根据以上计算结果绘出中压缸效率与漏汽率的关系曲线，如图1所示。3个工况的关系曲线交于3点，可得3个中间分隔轴封漏汽率，即3个工况中任意2个组合(工况1与工况2为组合1；工况