关键词：轴封温度 减温水 节流孔板
某厂给水泵汽轮机采用杭州汽轮机厂采用日本三菱技术生产的HMS500D型汽轮机，为单缸、单流程、冲动凝汽式汽轮机，该汽轮机采用了迷宫式轴端汽封。在现场调试运行中出现了轴封温度控制困难，减温水量难以调节的问题，对给水泵汽轮机的安全运行造成了不利影响。汽轮机轴封温度与转子温度不匹配不仅会使转子产生较大热应力、降低转子的寿命，且可能造成动静摩擦。
1.系统现状
给水泵汽轮机轴封绝对压力控制在130~135kPa，轴封温度120~180℃，单机轴封汽量600~700Kg/h。根据实际生产运行中根据调整经验，轴封压力控制在0.106Mpa（相对压力约5kpa）时即可以满足汽封需要，实际汽封用汽量较设计汽量小很多，因此导致轴封减温水量极小，轴封温度调节困难。
给水泵汽轮机轴封用汽全部辅汽联箱提供，辅汽至小机轴封减温器前温度280~320℃。轴封减温器铭牌参数：初蒸汽温度378℃，压力0.035Mpa；减温水温度35℃，压力1.8Mpa；减温后蒸汽温度150℃。轴封减温水取自凝结水母管，减温水管径DN20mm，节流孔板孔径为5mm。凝结水母管压力：凝泵变频运行时2.5~2.8Mpa，工频运行时3.5~3.8Mpa。
2.轴封蒸汽流量计算分析
由能量守恒可得：
—轴封进汽焓值 —轴封进汽量 —轴封减温水焓值 —轴封减温水流量 —减温器出口蒸汽焓值
2.1 轴封减温水用量最大工况
根据现场运行情况，轴封用汽最大的工况出现在两台给水泵汽轮机同时供轴封、准备冲转启动时，该工况控制轴封压力在0.106Mpa，对应轴封压力调整器开度48.4%，对应实际轴封汽流量为额定值的74%。
查水蒸汽焓值表，320℃、0.005Mpa蒸汽焓值为3116.2KJ/Kg；120℃、0.005Mpa蒸汽焓值为2725.5KJ/Kg，压力2.5Mpa、35℃水焓值为148.07KJ/Kg。可得：
Q轴封汽×3116.2+Q减温水×148.07
= (Q轴封汽 + Q减温水) × 2725.5
计算得：=0.185t/h
2.2轴封减温水用量最小工况
根据现场正常运行情况，轴封用汽最小的工况出现在机组带满负荷时，此时进汽端轴封处泄汽足以满足排汽端轴封用汽的需要，为保证轴封温度，需要一定的轴封进汽量及减温水流量，该工况控制轴封压力0.116Mpa，对应轴封压力调整器开度20%，对应实际轴封汽流量为额定值的45%。
查水蒸汽焓值表，180℃、0.005Mpa蒸汽焓值为2839.95KJ/Kg。可得：
Q轴封汽×3116.2+Q减温水×148.07
= (Q轴封汽 + Q减温水) × 2839.95
计算得：=0.076t/h
2.3额定工况下轴封减温水用量
查水蒸汽焓值表，378℃、0.035Mpa蒸汽焓值为3233KJ/Kg；150℃、0.035Mpa蒸汽焓值为2780.67KJ/Kg。可得：
Q轴封汽×3233+Q减温水×148.07
= (Q轴封汽 + Q减温水) × 2780.67
计算得：=0.28t/h
故在目前机组设备状况下，轴封减温水用量可认为在0.076t/h~0.185t/h之间。
3.节流孔板的水力计算
标准节流孔板的流量可由如下公式计算：
：节流孔板与管道的直径比 ：可膨胀系数 ：节流孔板直径 ：节流件前后压差 ：介质密度 ：流出系数，可以由以下公式计算得出：
为简化计算，可以取该式的前三项，计算结果与完整公式误差为1‰。
目前系统状态下采用为直径5毫米的节流孔板，按照上述公式计算，凝泵变频运行时如无调整器、手动门节流，流量为2.99~3.17t/h，工频运行时流量为3.54~3.69t/h。在调整器为直线特性，最小开度为5%的条件下，减温水的流量最低仍能达到0.269t/h（变频）~0.318t/h（工频），即使考虑到手动门的节流，减温水量还是远大于实际需要量。这也与现场实际相符，虽然手动门节流的相当小，但一旦调整器开启到最小开度，则轴封温度急剧下降，而在关闭后则很快回升。
4.改进方案及可行性分析
4.1 调节设备的改进
为精确控制轴封温度，小机轴封减温水调整器线性需要重新整定，在小开度时需要较高的精确性和灵敏性，目前该调整器的特性较差，最小开度5%远远不能满足需要。且使用调整器前手动隔离门来参与节流，长期的冲刷会使该隔离门门芯严重磨损、严密性下降，在一些特殊工况下供轴封时可能汽封带水，导致严重的动静摩擦。可再加装一只隔离门，采用一次门隔离，二次门节流调节，以保证安全并满足流量控制的需要。
4.2 节流降压元件的改进方案
4.2.1方案一：采用更小孔径的节流孔板
为了达到流量控制的效果，由标准节流孔板公式可以推算出在节流孔板孔径为3mm时，通过调整器的调节，可以控制流量在0.032~1.13t/h（变频），0.038~1.32t/h（工频），可以满足各个工况减温水的需求，但是由于前后差压极大，节流孔处流速极高，孔板磨损速度快，在长期运行中并不可靠；且孔径太小，易为杂质堵塞。
4.2.2 方案二：加装减压阀
为降低轴封减温水调整器前压力，可以在调整器前加装弹簧活塞式减压阀，如某款减压阀产品，在进口介质公称压力4.0Mpa，0~90℃工况下，减压后出口压力范围0.3～2.5Mpa。在减压至0.3Mpa后，节流孔板孔径为5mm时通过调整器的调节，可以控制流量在0.031~1.03t/h，可以满足各个工况减温水的需求。
4.2.3 方案三：采用凝输泵供减温水
在使用A、Ｂ凝输泵时，凝输泵出口母管压力在0.55~0.65Mpa，由标准节流孔板公式可以推算出在节流孔板孔径为5mm时可以控制流量在0.042~1.52t/h。在使用C凝输泵时，凝输泵出口母管压力在0.28~0.3Mpa，由标准节流孔板公式可以推算出在节流孔板孔径为5mm时可以满控制流量在0.03~1.03t/h。完全可以满足全程各工况的需要。并且采用凝输泵供减温水时，水质仍可以得到保证。
5.结语
根据理论计算分析，采用加装减压阀或将减温水改为凝输泵供都可以将调整器前压力降低到可控值，同时需要节流调节元件在3%~18%流量范围内能得到精确控制，则可以满足在各个工况下小机轴封温度的控制。参考文献：
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论文作者:马瑞
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/17
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