一種大型汽輪發電機軸流風扇的效率和功耗確定方法與流程
2023-10-06 11:22:04 1
本發明涉及一種對大型汽輪發電機軸流風扇效率及功耗的確定方法，適用於大型汽輪發電機，屬於發電機總體設計內的通風冷卻技術領域。
背景技術：
當前，大型汽輪發電機的設計及運行效率較高，通常為99％左右，約1％的發電機損耗，通常包含定轉子繞組的銅耗、定子鐵耗、機械損耗以及附加損耗等。其中，風扇損耗是機械損耗的重要組成部分，對其效率及功耗進行準確計算，具有十分重要的工程意義。風扇的功耗可通過式(1)計算得到：式中：Pz表示風扇功耗(KW)，Δp表示風扇靜壓升(Pa)，Q表示風扇流量(m3/s)，η表示風扇效率。對式(1)稍加變形，即可得到風扇效率的定義式。一般而言，在葉輪機械領域，風扇效率往往是研究者感興趣的重要性能參數之一，在進行試驗測試時，Pz、ΔP、Q三者為可測量，從而根據式(1)確定風扇在不同工況下的效率。但在汽輪發電機領域，由於在其設計製造過程中，風扇往往直接熱套在發電機轉子上，而發電機運行或廠內試驗時，由汽輪機或大功率拖動電機驅動，風扇隨轉子一同轉動。因此，較難精確地把風扇的功耗從拖動電機功率中分離出來。換句話說，由於此時Pz、η二者均為未知量，因此無法用式(1)來確定風扇的效率。這就意味著必須尋求另外一種方法來求取風扇的效率，進而可通過式(1)來確定發電機風扇的功耗。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是在汽輪發電機領域確定發電機風扇的功耗為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種大型汽輪發電機軸流風扇的效率和功耗確定方法，其特徵在於，包括以下步驟：第一步、測量得到軸流風扇的進口靜壓P1、進口溫度T1、出口靜壓P2、出口溫度T2；第二步、計算軸流風扇的效率η，式中：a、b、c分別為考慮軸承軸封摩擦損失、洩漏損失、風扇外殼散熱損失的修正係數，T2s為等熵出口溫度，式中：k為氣體絕熱常數，Cp為空氣的定壓比熱，υ1為軸流風扇入口處氣體在壓力P1、溫度T1狀態下的比容；第三步、計算軸流風扇的功耗Pz，式中：ΔP為軸流風扇靜壓升，Q為軸流風扇的流量。採用本發明後只要測量出風扇的進、出口壓力，以及進、出口溫度，而無需知道風扇的功耗，即可推算出風扇的效率，進而可以根據測試得到的風扇進、出口壓差以及流量，然後可進一步得到風扇的功耗。本發明採用熱力學法確定大型汽輪發電機風扇效率和功耗，克服了目前汽輪發電機行業中由於風扇功耗現場較難測試，進而無法準確確定風扇效率的局面，具有一定的工程應用價值。具體實施方式本發明採用熱力學方法確定汽輪發電機風扇效率及功耗，其技術原理如下：熱力學法主要是測量以進出口壓力、溫度等較為方便測量的物理量來替代軸功率、流量等不易測量的物理量，進而計算得到流體機械效率的方法。熱力學法較早成功運用於泵效率的測量，近年來該方法亦用於電站鍋爐風機等效率測量，獲得了滿足工程精度要求的結果，為提高風機運行的經濟性和可靠性提供依據，但未見在汽輪發電機行業有應用的文獻報導。根據熱力學原理，理想氣體在風扇葉片流道內的流動為等熵壓縮過程，實際上，由於氣體黏性和可壓縮性的存在，葉片流道內的流動是不可逆壓縮過程，這些流動損失轉化為熱能，且絕大部分為氣體所吸收帶走，因此，其溫度要高於等熵壓縮過程的出口溫度。這樣，只需要測量風扇進出口溫度和壓差就可以計算求得風扇效率。從熱力學原理推導風扇效率的一般表達式為：式中：(h2s-h1)為等熵壓縮過程的焓升，(h2-h1)為實際過程的焓升，h1、h2分別為氣體在軸流風扇進、出口處的焓，h2s為按等熵壓縮過程達到實際軸流風扇出口靜壓P2時的焓，c1、c2分別為氣體在軸流風扇進、出口處的平均速度，z1、z2分別為軸流風扇進、出口處的高度，g為重力加速度，Ex為軸流風扇軸提供的能量中，未被氣體帶走的外部損失，包括軸承軸封摩擦損失、洩漏損失、以及風扇外殼散熱損失。對於一般汽輪發電機而言，其多級軸流風扇進出口處於同一高度，軸流風扇進出風面積基本不變，由於氣體流經風扇的溫差很小，可以認為此過程的定壓比熱為常數；同時，將氣體按理想氣體處理，因此，焓為溫度的單值函數，損耗Ex按線性回歸，認為是溫差的一次函數，式(2)可簡化為：式中：T2s為等熵出口溫度，T1、T2分別為軸流風扇的進、出口溫度，a、b、c分別為考慮軸承軸封摩擦損失、洩漏損失、風扇外殼散熱損失的修正係數。對於大型汽輪發電機，一般來說軸流式風扇可忽略軸承軸封摩擦損失、洩漏損失，由於風扇進出口溫度同環境溫度相差很小，也忽略外殼散熱因素。根據熱力學原理，理想氣體等熵壓縮溫升為：式中：k為氣體絕熱常數，Cp為定壓比熱，υ1為軸流風扇入口處氣體在壓力P1、溫度T1狀態下的比容。因此，只要測量出軸流風扇的進、出口壓力，以及進、出口溫度，而無需知道風扇的功耗，即可按照式(3)、(4)推算出風扇的效率，進而可以根據測試得到的風扇進、出口壓差以及流量，然後據式(1)即可進一步得到風扇的功耗。在空氣狀態下，按空轉工況對某1100MW半速水氫氫汽輪發電機進行通風試驗(額定轉速為1500rpm)。採用多點畢託管裝置，將其安裝在風扇入口處，以測量風扇流量及進口壓力，同時在風扇出口處測量風扇的出口壓力，以及風扇進、出口空氣溫度。為了確保測試數據的可靠性，試驗分別在2種不同轉速下進行(即500rpm、600rpm兩種轉速)，每種轉速均穩定運行半小時後，測量並記錄試驗數據。空轉條件下，分別對發電機轉速500/600rpm時的風扇進出口壓力、溫度進行測量，並採用公式(3)、(4)進行計算，計算結果如表1所示。表1通風試驗測試數據及結果註：**發電機額定工況：轉速1500rpm，冷卻工質為98％的氫氣和2％的空氣混合物，表壓0.52MPa。