蔡小燕，　楊紅霞，　李胤祺

上海汽輪機(jī)廠有限公司　上?！?00240

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125MW機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)后壓力高及出力不足的熱力分析

蔡小燕，楊紅霞，李胤祺

上海汽輪機(jī)廠有限公司上海200240

針對(duì)某電廠125MW汽輪機(jī)在大修后出現(xiàn)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和溫度高、最大出力不足的現(xiàn)象，總結(jié)了可能出現(xiàn)的各種影響因素。經(jīng)過高壓缸揭缸檢修，發(fā)現(xiàn)其調(diào)節(jié)級(jí)損傷嚴(yán)重，高壓隔板的嚴(yán)重變形導(dǎo)致高壓缸通流面積減??；同時(shí)性能試驗(yàn)結(jié)果顯示調(diào)節(jié)級(jí)效率嚴(yán)重降低。經(jīng)過詳細(xì)的熱力計(jì)算，分析出各環(huán)節(jié)對(duì)該機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高及出力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高壓缸隔板變形導(dǎo)致通流面積減小是影響調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高的主要原因；調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴面積及高壓缸壓力級(jí)通流面積的減小，導(dǎo)致了機(jī)組最大進(jìn)汽量降低，使機(jī)組最大出力下降。經(jīng)過變形修復(fù)，機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和溫度達(dá)到正常值，并能夠帶滿負(fù)荷。分析方法和結(jié)果為以后其他機(jī)組出現(xiàn)類似問題提供了一些參考。

調(diào)節(jié)級(jí)； 壓力； 出力； 熱力分析； 調(diào)節(jié)級(jí)損傷； 隔板變形

某125MW汽輪機(jī)組為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N125-13.24/535/535型、超高壓、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、沖動(dòng)式凝汽式汽輪機(jī)組。2002年機(jī)組大修期間進(jìn)行了低壓缸通流改造，在低壓缸缸體尺寸基本不變的前提下，更換低壓缸新型隔板、靜葉、動(dòng)葉和轉(zhuǎn)子等通流部件，以提高低壓缸的通流效率，從而降低機(jī)組的熱耗，改造后，汽輪機(jī)型號(hào)為N130-13.24/535/535。

2013年10月，該機(jī)組進(jìn)行了常規(guī)大修，在大修啟動(dòng)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力增大，機(jī)組的出力能力下降，不能夠帶滿額定負(fù)荷。

高負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力超壓一般可能出現(xiàn)的原因： ① 測(cè)量儀表出現(xiàn)問題；② 機(jī)組工況偏離正常設(shè)計(jì)范圍；③ 機(jī)組壓力級(jí)積垢嚴(yán)重，導(dǎo)致通流面積減??；④ 機(jī)組的泄漏量很大，導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)汽量明顯增大；⑤ 壓力級(jí)葉片損傷變形，導(dǎo)致通流面積減小及通流效率降低。

機(jī)組最大出力下降的主要原因： ① 機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴汽道變小，導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)汽能力下降；② 調(diào) 節(jié)級(jí)壓差變小，導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)汽能力下降；③ 機(jī)組通流效率變低，使機(jī)組做功能力降低。

通過檢查，可以排除儀表不準(zhǔn)確及工況偏離正常設(shè)計(jì)范圍的可能。為了進(jìn)一步診斷存在的問題，查找原因，對(duì)機(jī)組高壓缸進(jìn)行揭缸檢修，發(fā)現(xiàn)機(jī)組高壓缸的調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴汽道堵塞，且壓力級(jí)損傷嚴(yán)重，隔板有嚴(yán)重變形，但是機(jī)組通流積垢并不明顯。根據(jù)此情況，利用修復(fù)前的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)影響機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)后壓力和機(jī)組出力的因素進(jìn)行分項(xiàng)熱力分析，并對(duì)修復(fù)后的機(jī)組性能水平及是否能夠帶滿負(fù)荷進(jìn)行評(píng)估計(jì)算。

1　高壓缸現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)情況

揭缸檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)了如下一些問題。

(1) 調(diào)節(jié)級(jí)上半缸右側(cè)噴嘴，即4閥對(duì)應(yīng)的噴嘴組，有螺釘卡住某噴嘴汽道，導(dǎo)致噴嘴破壞(如圖1所示)，影響機(jī)組的最大出力。同時(shí)其它各噴嘴組也出現(xiàn)相應(yīng)損傷。調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴喉寬的設(shè)計(jì)值為19.4mm，而各噴嘴的實(shí)測(cè)喉寬見表1。調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴的各噴嘴組通流面積與設(shè)計(jì)值相比見表2。

圖1　螺釘卡住的噴嘴

由表2可知，1閥和3閥對(duì)應(yīng)噴嘴組的通流面積減小較多。機(jī)組在3VWO(汽輪機(jī)3個(gè)調(diào)氣門全開)工況時(shí)，噴嘴通流實(shí)際面積相對(duì)于3VWO設(shè)計(jì)值減小8.63%，機(jī)組在4VWO(汽輪機(jī)4個(gè)調(diào)氣門全開)工況時(shí)，考慮螺釘阻塞4閥對(duì)應(yīng)的噴嘴組某一汽道，噴嘴通流實(shí)際面積相對(duì)于4VWO設(shè)計(jì)值減小11.34%。

表1　修復(fù)前噴嘴的實(shí)測(cè)喉寬　mm

表2　修復(fù)前各噴嘴組面積

(2) 調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉的進(jìn)汽邊和出汽邊出現(xiàn)較大程度損傷，如圖2所示。性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，3VWO工況下，調(diào)節(jié)級(jí)效率比大修前下降20%，由于調(diào)節(jié)級(jí)效率下降，導(dǎo)致高壓缸的效率下降約3個(gè)百分點(diǎn)[1]。

圖2　調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉情況

(3) 高壓缸的各壓力級(jí)隔板和動(dòng)葉出現(xiàn)較大程度的損傷及變形，特別是隔板出汽邊變形較嚴(yán)重，如圖3所示。由于隔板變形使高壓缸壓力級(jí)通流面積變小，影響調(diào)節(jié)級(jí)后壓力。

圖3　高壓缸某隔板(黃色標(biāo)記處為損傷嚴(yán)重)

通過實(shí)測(cè)的各隔板葉片喉部寬度，計(jì)算出隔板通流面積，各隔板的通流面積與設(shè)計(jì)值相比，減小最大達(dá)到17%，具體數(shù)據(jù)見表3。

壓力級(jí)隔板及動(dòng)葉型線出現(xiàn)較大程度損傷及變形，導(dǎo)致壓力級(jí)效率下降。性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，3VWO工況下，大修后，調(diào)節(jié)級(jí)后到二抽的通流效率為80%，而設(shè)計(jì)值為83.2%，高壓缸壓力級(jí)通流效率降低3.2個(gè)百分點(diǎn)[2]。

表3　修復(fù)前壓力級(jí)隔板通流面積比較

2　調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高分析

機(jī)組大修后，發(fā)現(xiàn)機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)后壓力增大，帶滿負(fù)荷時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力出現(xiàn)超壓。針對(duì)汽輪機(jī)組[2]，造成調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高主要有幾個(gè)因素： ① 汽輪機(jī)通流部分發(fā)生積垢或變形，造成了通流面積減?。虎?汽輪機(jī)通流葉片變形造成通流效率降低；③ 系統(tǒng)泄漏嚴(yán)重使機(jī)組進(jìn)汽量顯著升高。

性能試驗(yàn)結(jié)果顯示，100%負(fù)荷時(shí)，機(jī)組的不明泄漏率為0.26%[1]，數(shù)值比較小，所以主要從通流面積及通流效率方面分析造成該125MW機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高的原因。

(1) 壓力級(jí)通流面積減小的影響。該機(jī)組壓力級(jí)隔板變形使壓力級(jí)通流面積減小，使調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高。根據(jù)修復(fù)前壓力級(jí)隔板喉部直徑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)組額定工況下的調(diào)節(jié)級(jí)后壓力，并與原機(jī)組設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，計(jì)算結(jié)果見表4。由表可知，額定工況下，壓力級(jí)隔板通流面積的減小，使調(diào)節(jié)級(jí)后壓力比設(shè)計(jì)值提高了約9%。

表4　通流面積減小對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力參數(shù)影響

(2) 調(diào)節(jié)級(jí)型線損傷的影響。由于調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴和動(dòng)葉出現(xiàn)了較嚴(yán)重?fù)p傷，調(diào)節(jié)級(jí)效率明顯降低。根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果，3VWO工況下，調(diào)節(jié)級(jí)效率降低20%[1]。在此情況下，計(jì)算機(jī)組在額定工況下的調(diào)節(jié)級(jí)后壓力，并與原機(jī)組設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，結(jié)果見表5。由表可見，調(diào)節(jié)級(jí)型線損傷對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高有明顯影響，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力比設(shè)計(jì)值提高了約2%。

表5　型線損傷對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力參數(shù)影響

(3) 高壓缸壓力級(jí)通流效率的影響。根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果，3VWO工況下，高壓缸壓力級(jí)型線的損傷使高壓缸壓力級(jí)通流效率降低3.2個(gè)百分點(diǎn)[1]。在此情況下，計(jì)算機(jī)組在額定工況下壓力級(jí)通流效率降低對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后參數(shù)的影響，并與原機(jī)組設(shè)計(jì)值進(jìn)行比較，對(duì)比情況見表6。由表可知，高壓缸壓力級(jí)效率的降低對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高的影響相對(duì)較小，約1%。

表6　高壓缸壓力級(jí)通流效率對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力參數(shù)影響

綜上分析可知，造成該125MW機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)后壓力超壓的主要原因是壓力級(jí)隔板變形造成的通流面積減小，使調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高9%；調(diào)節(jié)級(jí)和壓力級(jí)損傷帶來的效率降低也影響調(diào)節(jié)級(jí)后壓力。

3　機(jī)組最大出力不足分析

機(jī)組最大出力下降的主要原因： ① 機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴汽道變小，導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)汽能力下降；② 調(diào)節(jié)級(jí)壓差變小，導(dǎo)致機(jī)組進(jìn)汽能力下降；③ 機(jī)組通流效率變差，使機(jī)組做功能力降低。根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果，在大修后，該125MW機(jī)組在3VWO和4VWO時(shí)的主蒸汽進(jìn)汽能力和出力比設(shè)計(jì)值都有大幅度降低，而且4VWO時(shí)降低更為明顯[1]。下面從進(jìn)汽能力及做功能力兩個(gè)方面對(duì)影響因素進(jìn)行分析。

(1) 調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴面積變小的影響。根據(jù)修復(fù)前調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴喉部直徑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)節(jié)級(jí)各噴嘴組通流面積與設(shè)計(jì)值相比減小，在此情況下，3VWO和4VWO工況下的主蒸汽進(jìn)汽能力相比原機(jī)組有所降低，從而影響機(jī)組出力，計(jì)算結(jié)果見表7。本次計(jì)算僅考慮噴嘴面積減小帶來的影響，未考慮調(diào)節(jié)級(jí)效率降低的影響。從結(jié)果可見，在3VWO工況下，調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴面積減小使進(jìn)汽量減少約4.4%，出力下降3.7%；4VWO工況下，進(jìn)汽量減少約4.1%，出力下降3.3%。

表7　調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴面積對(duì)出力情況影響

(2) 調(diào)節(jié)級(jí)效率降低的影響。調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴和動(dòng)葉型線都出現(xiàn)較嚴(yán)重?fù)p傷，調(diào)節(jié)級(jí)效率會(huì)降低。根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果，調(diào)節(jié)級(jí)效率約40%，跟設(shè)計(jì)值相比下降20%[1]。調(diào)節(jié)級(jí)效率的降低不會(huì)影響3VWO和4VWO工況下的進(jìn)汽能力，但調(diào)節(jié)級(jí)效率的降低，會(huì)影響兩個(gè)工況下的出力。在此情況下，計(jì)算3VWO和4VWO工況下的出力，并與原機(jī)組進(jìn)行比較，見表8。本次計(jì)算僅考慮調(diào)節(jié)級(jí)效率降低的影響，未考慮噴嘴面積減小帶來的影響。從結(jié)果可知，在3VWO工況下，調(diào)節(jié)級(jí)效率的降低，使機(jī)組出力下降1.2%；在4VWO工況下，機(jī)組出力下降0.8%。

表8　調(diào)節(jié)級(jí)效率對(duì)出力情況影響

(3) 壓力級(jí)通流面積減小的影響。機(jī)組高壓缸壓力級(jí)隔板變形，導(dǎo)致通流面積減小，引起調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高，調(diào)節(jié)級(jí)壓差變小，使機(jī)組的主蒸汽進(jìn)汽量下降，從而影響該機(jī)組出力。根據(jù)修復(fù)前壓力級(jí)隔板喉部直徑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算3VWO和4VWO工況下的進(jìn)汽量和出力，并與原機(jī)組進(jìn)行比較，見表9。從結(jié)果可知，在3VWO工況下，機(jī)組主蒸汽進(jìn)汽能力下降4.5%，出力下降3.7%；在4VWO工況下，機(jī)組主蒸汽進(jìn)汽能力下降5.8%，出力下降4.7%。

表9　壓力級(jí)通流面積對(duì)出力情況影響

(4) 高壓缸壓力級(jí)效率的影響。機(jī)組高壓缸壓力級(jí)效率的降低，會(huì)影響機(jī)組的出力。根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果，在3VWO工況下，可知高壓缸壓力級(jí)型線的損傷，使高壓缸壓力級(jí)通流效率降低3.2個(gè)百分點(diǎn)[1]。在此情況下，計(jì)算3VWO工況下的出力，并與原機(jī)組進(jìn)行比較，見表10。從結(jié)果可知，在3VWO工況下，高壓缸壓力級(jí)效率的降低，對(duì)機(jī)組出力的影響約為0.5%，相對(duì)很小。

表10　高壓缸壓力級(jí)效率對(duì)出力情況影響

根據(jù)性能試驗(yàn)結(jié)果，在4VWO工況下，調(diào)節(jié)級(jí)效率很低，但高壓缸效率并沒有明顯降低，調(diào)節(jié)級(jí)后至二抽的通流效率為83.3%，略高于設(shè)計(jì)值[1]。由此可認(rèn)為，在4VWO工況下，機(jī)組的進(jìn)汽量和出力與原機(jī)組處于同樣水平。

綜上分析，調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴面積減小及高壓缸的壓力級(jí)通流面積減小是造成機(jī)組最大進(jìn)汽量和出力下降的主要原因，調(diào)節(jié)級(jí)效率降低和高壓缸壓力級(jí)效率的降低，對(duì)機(jī)組進(jìn)汽能力和出力的影響稍小。

4　機(jī)組修復(fù)后情況

機(jī)組高壓缸揭缸檢查后，對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴和動(dòng)葉、壓力級(jí)隔板進(jìn)行了變形修復(fù)。通過修復(fù)，葉片其它部位損傷較小，調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴和壓力級(jí)隔板都達(dá)到與設(shè)計(jì)值相當(dāng)?shù)乃健Ｔ诖饲闆r下，對(duì)修復(fù)后的調(diào)節(jié)級(jí)壓力及最大出力進(jìn)行了評(píng)估計(jì)算。

(1) 修復(fù)后機(jī)組總體性能水平。根據(jù)修復(fù)后噴嘴和壓力級(jí)隔板喉部直徑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行機(jī)組額定工況下的性能計(jì)算，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對(duì)比，見表11。從計(jì)算結(jié)果可知，機(jī)組修復(fù)后，機(jī)組的性能水平基本可達(dá)到原設(shè)計(jì)水平。而且，修復(fù)后的高壓缸壓力級(jí)的噴嘴面積相對(duì)于設(shè)計(jì)值有所變大，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力會(huì)稍低于設(shè)計(jì)值。高壓缸各級(jí)做功情況與設(shè)計(jì)值對(duì)比情況見表12。由表可以看出，高壓缸各級(jí)的做功能力與原設(shè)計(jì)值相差不是很大，總功率相差2%。

表11　修復(fù)后機(jī)組額定工況下的性能數(shù)據(jù)

(2) 修復(fù)后最大出力分析。根據(jù)修復(fù)后噴嘴和壓力級(jí)隔板喉部直徑的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了機(jī)組最大流量工況的性能計(jì)算，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行了對(duì)比，見表13。從計(jì)算結(jié)果可知，機(jī)組修復(fù)后，機(jī)組的最大進(jìn)汽能力可達(dá)到原設(shè)計(jì)值420t/h，機(jī)組的最大出力為134215kW，接近于原設(shè)計(jì)值。高壓缸各級(jí)做功情況與設(shè)計(jì)值對(duì)比情況見表14。由表可以看出，高壓缸各級(jí)的做功能力與原設(shè)計(jì)值相差不是很大，總功率略高于設(shè)計(jì)值。

綜上所述，機(jī)組變形修復(fù)后，熱力分析結(jié)果顯示，機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)后的參數(shù)恢復(fù)正常，機(jī)組最大出力也接近于原設(shè)計(jì)值。經(jīng)電廠實(shí)際運(yùn)行顯示，修復(fù)后的調(diào)節(jié)級(jí)后壓力高及出力不足的現(xiàn)象得到了解決。

表12　修復(fù)后額定工況下高壓缸各級(jí)做功情況　kW

表13　修復(fù)后機(jī)組最大流量工況下的性能數(shù)據(jù)

5　總結(jié)

針對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力高及出力不足的問題，分析了可能出現(xiàn)的各種影響因素。針對(duì)該機(jī)組，分析各影響因素對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高的影響，從中可以發(fā)現(xiàn)，壓力級(jí)隔板的變形，導(dǎo)致通流面積減小，對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力升高的影響最大。同時(shí)從進(jìn)汽能力和做功能力兩方面考慮，分析出調(diào)節(jié)級(jí)噴嘴面積及高壓缸壓力級(jí)通流面積減小是導(dǎo)致機(jī)組最大進(jìn)汽量降低及機(jī)組最大出力下降的主要原因。分析方法和結(jié)果，為以后其它機(jī)組出現(xiàn)類似問題提供一些可供借鑒的參考。通過性能評(píng)估計(jì)算，變形修復(fù)后，機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)后壓力恢復(fù)到正常值，機(jī)組也能夠滿足最大出力的要求，經(jīng)電廠實(shí)際運(yùn)行反饋，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力高及出力不足的現(xiàn)象得到了解決。

表14　修復(fù)后機(jī)組最大流量工況下高壓缸各級(jí)做功情況　kW

[1] 陳勝利.2號(hào)汽輪機(jī)組設(shè)備和系統(tǒng)性能診斷試驗(yàn)技術(shù)報(bào)告[R].西安： 西安熱工院，2014.

[2] 康松，楊建明，胥建群.汽輪機(jī)原理[M].北京： 中國電力出版社，2000.

[3] 楊剛，程石.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)級(jí)后壓力高原因分析及處理[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，21(1)： 75-78.

Aiming at the shortage of maximum pressure and temperature output downstream the regulation stage of an overhauled 125MW steam turbine, different kinds of influencing factors that may arise are summarized. Through check by exposing the high-pressure cylinder, it is found that the regulation stage is damaged seriously with gross distortion of the high-pressure bulkhead resulting in reduced flow area in high pressure cylinder while performance test results show that the efficiency of regulation stage is reduced severely. After a detailed thermal calculation the impacts of various segments to pressure rise and capacity downstream the regulation stage of the unit are found by analyses. It is found that the deformation of high-pressure cylinder bulkhead may reduce the flow area and this is the main cause for pressure rise downstream the regulation stage. The reduction of jet area at regulation stage and of flow area at pressure stage in high pressure cylinder will lead to a cut of maximum unit output owing to that the maximum throttle flow of the unit is reduced. After restoration of the deformation, as the unit is put into practical running its pressure and temperature downstream the regulation stage could reach their normal values, and are able to bring the full load. Analytical methods and results could provide some

for future similar problems appeared in other units.

Regulation Stage； Pressure； Capacity； Thermal Analysis； Damage in Regulation Stage； Deformation of Bulkhead

2015年7月

蔡小燕(1988—)，女，碩士，主要從事汽輪機(jī)通流和熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，

E-mail： caixy@shanghai-electric.com

TK263

A

1674-540X(2016)01-053-06