汽轮机热力系统变工况计算中轴封漏汽计算方法研究

第57卷第2期2015年4月汽轮机技术TURBINETECHN0L0GYVO157NO2APR2015汽轮机热力系统变工况计算中轴封漏汽计算方法研究董向元，郭淑青中原工学院能源与环境学院，郑州450007摘要汽轮机轴封漏汽量是影响机组热经济性的重要因素之一。基于传统轴封漏汽量计算公式经适当简化，得到了变工况下轴封漏汽量的两种简化计算方法，并以切除5号低加工况作为实例计算，与传统简化计算方法进行了分析比较。结果表明，两种新简化方法在温度变化较小时，所得变工况计算结果相近，且能反映轴封段段前压力变化引起的漏汽量变化，而传统简化方法不能够反映该变化趋势。关键词汽轮机轴封系统；漏汽量；变工况分类号TK262文献标识码A文章编号10015884201502009903CALCULATIONMODELFORGLANDLEAKAGEOFSTEAMTURBINESYSTEMATOIF_DESIGNCONDITIONDONGXIANGYUAN，GUOSHUQINGDEPARTMENTOFENERGYENVIRONMENT，ZHONGYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，ZHENGZHOU450007，CHINAABSTRACTTHEGLANDLEAKAGEOFSTEAMTURBINEISONEOFTHEIMPORTANTFACTORSINFLUENCINGTHETHERMALECONOMYOFUNITTHETRADITIONALCALCULATIONFORMULAFORSHAFTGLANDSTEAMLEAKAGEWASSIMPLIFIEDTOTWOMODELSATOFFDESIGNCONDITIONTHENEWSIMPLIFIEDCALCULATIONMODELSWEREANALYZEDATNO5PRESSUREHEATERSREMOVALCONDITIONTHENTHERESULTSWERECOMPAREDWITHTHETRADITIONALSIMPLIFIEDMODE1THERESULTSSHOWTHAT，WHENTHETEMPERATURECHANGEISSMALL，THECALCULATIONRESULTSOFTWONEWSIMPLIFIEDMODELSARESIMILARATOFFDESIGNCONDITIONTHEYCANCHANGEWITHPRESSUREVARIATIONOFSEALSEGMENT，WHICHCANNOTBEREFLECTEDBYTHETRADITIONALSIMPLIFIEDMETHODKEYWORDSSTEAMTURBINE；GLANDSYSTEM；LEAKAGE；OFFDESIGNCONDITION0前言电站中门杆漏汽和轴封漏汽会对机组的热经济性产生较大影响。因此，在设计及运行中，通常将其引入到回热系统中，加热主凝结水或给水以回收其工质及热量，从而提高系统热经济性。回热系统在运行过程中工况常常发生变动，必然引起门杆漏汽和轴封漏汽发生相应改变。因此，计算及了解门杆漏汽和轴封漏汽在变工况下的变化规律也显得尤为重要。目前热力系统计算过程中，门杆、轴封漏汽的计算常见的有以下两种方法。一种方法是根据汽轮机设计厂家提供的相关数据按照理论公式计算漏汽量，该方法计算理论依据强，但计算繁琐，在缺乏门杆、轴封结构等详细参数时往往无法应用。另一些研究者采用简化计算方法，即假设工况变动前后，门杆、轴封漏汽量与主蒸汽流量的相对值保持不变J，该方法简化了计算，但不能正确反映回热系统中热力参数变化对门杆漏汽和轴封漏汽量的影响。因此，门杆漏汽和轴封温的适当简化让簋法然值得深入研究。本文分析比收稿日期20140929较了门杆、轴封漏汽的3种不同简化计算方法，同时结合实例给出了计算结果，为汽轮机热力系统分析提供依据。1漏汽计算算法11轴封系统漏汽计算方法111轴封漏汽计算方法通常，轴封漏汽量与轴封结构、轴封段前、后蒸汽参数有关，可用如下公式计算AG0667PFLA0P01其中，为流量系数；A为间隙面积；P。、P。为该段轴封前压力与密度；为轴封漏汽量比，当轴封最后一片孔口处流速未达临界速度时卢一】C2式中，为轴封段轴封片片数；为轴封段段后压力。当轴封最后一片孔口处流速达临界速度时卢3作者简介董向元1974，男，山东文登人，副教授，博士，从事电厂热力系统分析及过程检测技术研究。10O汽轮机技术第57卷112门杆漏汽计算方法门杆漏汽量与门杆结构、门杆阀杆分段前蒸汽参数有关，可用如下公式计算,AG0667HAPWOOPO4其中，为流量系数，其取值与阀杆分段前后压力比及蒸汽流动状态层流或紊流有关。12变工况简化计算方法一根据式1、式4，假设工况变化不大时，参数如变化较小，则GAP,PO；OO；O5对于轴封漏汽，0667P3A，对于门杆漏汽，0667；A为考虑轴封间隙面积变化及结构参数变化的修正系数，轴封结构确定后，不考虑动静摩擦引起轴封漏汽系数的改变时，A取1。可根据相近设计工况下的参数求取，如6式中，上标代表相近设计工况下的参数；PO可根据门杆、轴封段前压力与焓值查取。13变工况简化计算方法二根据式5，有AGAPO假设变工况前后温度变化不大，则2TGACP08对于轴封漏汽，O667，对于门杆漏汽，0667。轴封结构确定后，不考虑动静摩擦引起轴封R漏汽系数的改变时，A取1。可根据相近设计工况下的参数求取，如9PO14变工况简化计算方法三传统简化计算方法GHAG10式中，为漏汽量比例系数。轴封结构确定后，不考虑动静摩擦引起轴封漏汽系数的改变时，A取1。OL可根据相近设计工况下的参数求取，如112系统描述为比较门杆、轴封漏汽量的3种不同简化计算方法，选取某典型1000MW汽轮机机组，其热力系统图如图1所示。该系统采用三高四低一除氧结构，为简化，中、低压缸轴封漏汽只绘出了单侧漏汽。高压阀杆漏汽A、B分别至3号高压加热器和9号轴封加热器，高压缸前轴封漏汽C、D、E引至1S33热器；9轴封加热器；10锅炉；11高压缸；L2门杆室；13中压缸；14均压箱；15低压缸图1某1000MW汽轮机机组热力系统图除氧器4、轴封均压箱14及轴封加热器9，高压缸前轴封漏汽P引至再热热段，高压后轴封漏汽F、G、H引至除氧器、轴封均压箱及轴封加热器，高压缸一段抽汽引出一股气流Q直接送入中压缸作为冷却气流。中压前轴封漏汽I、J分别至轴封均压箱及轴封加热器，轴封均压箱蒸汽M引致低压轴封，作为低压轴封供汽，轴封均压箱溢流蒸汽N引至7号低压加热器，低压轴封漏汽K至轴封加热器。3计算结果分析计算工况选择切除5号低加时的工况，采用变工况计算方法计算，其中3种简化计算方法的漏汽系数在变工况前后均认为不变。漏汽系数、漏汽量计算结果如表L、表2所示。表13种方法计算的各漏汽段漏汽系数从表2可以看出，5号低加切除后，采用3种漏汽简化计算方法计算所得漏汽量变化差别不大，但按照方法一、方法二所计算的D、G、I处的漏汽量要低于变工况前，这是由于切除5号低加后，4级抽汽压力降低，而方法一、方法二计算的第2期董向元等汽轮机热力系统变工况计算中轴封漏汽计算方法研究101轴封段前漏汽量与段前压力成正比，因此D、G、I段前漏汽量减少，而D、G、I均汇入均压箱，均压箱压力保持不变，则D、G、I段后漏汽量变化不大，因此，D、G、I处漏汽量减少。而C、F轴封段前由于再热冷、热段压力变化较小，漏汽量增加较少，而C、F轴封段后即D、G轴封段前漏汽量减少，因此造成C、F处漏汽量增加。同时，从表中可以看出，方法一与方法二在该例中计算结果基本相同，表明段前温度变化不大，可以忽略其影响，因此该例中应用简化方法二更为简便。而方法三由于假设了变工况下门杆、轴封漏汽量与主蒸汽流量的比值保持不变，没有考虑门杆、轴封段前压力变化带来的影响，因此不能正确反映压力变化引起的漏汽量变化。表23种方法计算的各漏汽点漏汽量4误差分析根据表2可知，变工况后，除漏汽点C、D、F、G、I处外，其它漏汽点漏汽量均未发生明显变化，因此，本文中仅对漏汽段C、D、F、G、I段前漏汽量进行误差讨论，这5处均为轴封漏汽。当工况变动不大时，主要考虑两种情况1当变工况前后，轴封段最后一片孔口处流速均为临界速度时，根据式3，JB仅与轴封结构参数有关，为一定值，因此，此时漏汽量简化计算误差为0；2当变工况前后，轴封段最后一片孔口处流速均未达临界速度时，根据式2，与漏汽段前后压比有关，当压比变化时，引起误差。因此，考虑方法一最大误差时，即情况6，其计算公式如下一,PJ2计算结果见表3。表3轴封漏汽量误差X10012漏汽段误差，漏汽段误差，C前013G前008D前008I前008F前011由结果可知，误差02，满足工程需要。5结论电站中轴封漏汽是影响机组热经济性的重要因素之一。本文分析比较了轴封漏汽变工况的3种不同简化计算方法，并以切除5号低加工况作为实例计算，所得结论如下T简化方法一与简化方法二在温度变化较小时，所得变工况计算结果相似；2简化方法一与简化方法二可以反映变工况时不同级抽汽压力变化引起的相应轴封漏汽量变化，而由于简化方法三只考虑主蒸汽流量变化，不能够反映该变化趋势；3在精度要求不高时，3种简化方法均可用于汽轮机漏汽的变工况计算。参考文献1叶涛热力发电厂M北京中国电力出版社，20062林万超火电厂热系统节能理论M西安西安交通大学出版社，19943黄新元热