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性能保证和汽轮机改造试验
Phillip J. Kearney, Simon I. Hogg and Robert D. Brown
ALSTOM Power
Newbold Road
Rugby
Warwickshire
CV21 2NH, UK.
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传真.(44) 1788 531977
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摘要
最近几年汽轮机改造业务的进步很大程度上是由于汽路元件的气动设计的进步，到这一点上，改造非生产设备是现在工业的共有的地方，本文讨论了不同的蒸汽涡轮机的改造方案，以及如何改善组件性能转化为有形的功率和热效率的工厂运营商。
以最小的不确定性和花费的测试方法进行的验证汽轮机保证的方法出现了。根据不同的改造方案，保证可能是简单的涡轮缸效率保证，性能改进保证或绝对性能保证。本文中将讨论适用于不同形式保证的不同种类的测试方法。
关键词：汽轮机改造试验
术语
C 动压头
h 焓
P 静压
T 温度
X 蒸汽干度
缸效率
下标
in 气缸进气条件
out 气缸出口条件
s 等熵条件
T 总数量（压力或温度）
- 介绍
现代汽轮机级设计的效率继续增加，是通过蒸汽路径组件的空气动力学性能的进步实现的。最近的进展包括更好地控制二次流，减少泄漏的相互作用损失，引进新的蒸汽密封技术和发展新阶段的架构等（1-4）。有了改进的阶段效率，更多的可用能量转换为有用的工作，因此站的输出和热率提高。过去的十年中，蒸汽涡轮机的效率非常高，现在可以实现与现代设计的增长，推动了蒸汽轮机改造业务的快速增长。本文讨论了如何提高现有气瓶的蒸汽路径的阶段效率的改善，转化为有形的发电厂运营商和热效率的好处。 涡轮缸效率，性能保证和测试覆盖。一些讨论也涉及到“新设备”汽轮机业务。
2.现有电站典型循环
化石动力循环通常操作在2400psig和1000°F主蒸汽温度主蒸汽压力（即160bar / 540°C)下，通过高压涡轮蒸汽初始扩展后通常是加热到1000°F（540°C）然后通过扩大中压涡轮和低压涡轮。
一些化石动力循环操作的3500psig超临界主蒸汽压力（即240bar）但通常使用1000°F（540°C）主蒸汽温度和高、中级和低压涡轮与高压膨胀后发生再热。
在一个化石循环中，高压和中压涡轮机通常在整个膨胀的过热蒸汽中运行。低压涡轮机通常在入口和出口处有过热蒸汽。
核动力周期通常在较低的主蒸汽压力和温度900psig约为和530°F（名义上65bar / 280°C），主蒸汽在饱和线以下，含水量小，初始膨胀通过高压涡轮机后，水分是典型的分离和蒸汽加热，然后扩展通过低压涡轮机。
3.典型的改造方案
附录1和2显示了典型的化石动力和核动力循环热平衡图。这种工厂的改造可以取代或使之现代化的只是一个涡轮，或涉及更换、现代化完整的轴线。在一个优化的工厂改造的情况下，工厂的其他项目，典型的锅炉或反应堆/蒸汽发生器，可能是现代化或额定同时为汽缸的改造，使所有的工厂相配合实现最大的潜力。
产生的输出和热率是工厂运行的关键参数，他们依赖于整个工厂，不只是改装部件， 因此，对改造后的成分对循环性能包括在投标文件的影响进行评估。提出了相应的改进组件的性能的改进，并可以准确地验证了最小的测试费用。
当一个完整的轴线被替换或现代化，那么它可能是适当的使用绝对功率和热率以验证性能的改造组件的措施。然而，有时，复杂性和成本与承担一个绝对的岗位改造后的核单元的热率测试，导致一个输出改进的保证是简单的行动过程，并在某些情况下，这可以提供。
如果一个化石高压或中压涡轮机替换或现代化，汽轮机缸效率是改造的部件性能更适当的措施。
对于低压力涡轮机的改造，涡轮缸效率的验证是困难的，因此，在功率和热率的变化，从预改造后的变化进行了测量可能是适当的。
下文（5）对这些可能的测试方案进行了讨论。
4.汽轮机缸效率
在设计涡轮缸时，阶段效率是主要的优化参数。然而，当考虑周期设计和验证和监控的工厂是涡轮效率更为方便。
4.1化石动力循环中高、中压涡轮缸效率
汽轮机缸效率提供了一个可衡量的指标在实际焓降与等熵焓降相比，蒸汽膨胀的体积效率，用于高、中压涡轮机的化石动力循环，通常是完全在扩展过热汽温区及汽轮机汽缸进、出风口焓可以直接来自压力进排气温度测量。然后涡轮气缸效率很容易计算出。
图1 热力入口条件的测量
焓
熵
精确的气缸效率的评价依赖于入口总条件（即压力和温度）的精确测量。工业标准（6）仪器仪表适当的蒸汽涡轮机的性能测量含热电偶或铂热电偶位置电阻温度计（将测量接近总蒸汽的温度）和壁面静压管。这如图1所示。蒸汽具有静态入口条件和总入口K是测量点，这不是正确的图表的位置。然而，实际上，差异之间的焓在K和L和他们的位置图有一个可以忽略的气缸效率的影响推导出测量。
典型的涡轮缸效率测量将包括压力下降的影响，通过进口阀门和将包括任何内部泄漏流动的影响，可以绕过通过蒸汽路径的扩展。
图2显示了一个典型的扩展为一个高压或中压缸过热蒸汽条件。下标和标记1和2在图中分别显示了气缸入口的蒸汽条件立即下游的进口阀。同样地，3表示在从气缸出口处的蒸汽条件。蒸汽的轻微增加，在结束时的蒸汽由于条件3是接触的情况下，由重新混合引起的在流的最后阶段，蒸汽路径和平衡腺（平衡活塞）流。一小部分进口蒸汽泄漏基本上通过平衡腺绕过通过涡轮叶片的热量下降，因此当这一流动被重新组合时，焓增加
主缸流。图3显示了一个典型的包括平衡活塞布置的汽轮机高压气缸。
参照图2，等熵焓降是∆hs1，实际的焓降为h1～h3，所以涡轮缸效率是由下式确定
[1]
另外，当阀门的压力可以被测量的一个不包括阀门的影响的缸效率可以被定义，排除阀效应，等熵焓降∆hs2和实际焓降h2~h3所以涡轮效率是由下式确定
[2]
对汽轮机高压缸VWO阀压力降通常
在3%的顺序，这导致在一个典型的高压涡轮1.5%左右的差异包括和不包括阀门的气缸效率。对于一个中间压力涡轮钢瓶的阀门压力降通常在2%的顺序，这导致在一个典型的中压汽轮机差约1.3%包括和不包括阀门的气缸效率。
效率不包括阀压降的影响为首选参数，因为它是一个特定的措施设备改造–实际上除非阀改造在同一时间。附加的测量数据（压力后的阀门）也可用于分离阀门的压力降从真正的涡轮机缸效率的影响，使任何改变被归因于正确的成分。它还允许客户考虑是否需要维修或改造。例如，降低容量可能导致增加阀压降由于滤网堵塞。测量的整体效率，包括阀门只能表明，整体效率显然减少。
图2 过热蒸汽膨胀
熵
焓
缸体体
端腺（出口）
假活塞
端腺(入口)
图3 典型汽轮机高压缸
4.2核动力循环的高压涡轮效率
核动力循环高压涡轮完全在湿蒸汽区。对于这种类型的气缸，缸效率如方程1和2所定义，包括蒸汽湿度的内隐效应。一种常见的工业假定水分对断面效率的影响是1%效率变化每1%水分含量（鲍曼规则现在已知的是一个合理的近似许多湿缸扩展，但不一定在所有操作条件下准确），使用这种假设之间的联系干燥蒸汽条件下的汽缸效率（一种衡量方法蒸汽通道的气动特性）及真实缸湿蒸汽作业条件下的效率，可能定义如下：
[3]
这里X是蒸汽干度（干燥度=1-moisture分数）。
4.3低压涡轮缸
对于低压涡轮汽缸的一个球形涡轮缸效率可以被定义为在方程[ 1 ]或[ 2 ]中，但这将包括隐含的湿度影响和离开损失（LL）影响。离开损失主要是动能的蒸汽离开的最后阶段叶片和自然是依赖于质量流量，密度（冷凝压力）和排气区。这个排气蒸汽的焓，包括损耗定义“有用能量的终点”（UEEP)。对于图4，球形低压缸效率可以由下式给出：
[4]
球形效率包括了损失的影响与不同的低压涡轮机运行相同冷凝器压力，因此不同的排气蒸汽密度将有不同的球形效率。一种低压涡轮缸效率不包括影响离开损失可以计算通过定义一个点为“扩展线终点”（ELEP）。ELEP是一个理论点通过外推扩展线下冷凝器压力。低压涡轮缸效率的ELEP还包括隐式湿度影响，由下式得到：
[5]
低压缸的相应干效率，这给出了一个指示的空气动力学性质的蒸汽路径，
发现通过纠正湿效率湿度前，然而，因为扩张是在进口，与之成比例湿部膨胀，因此
[6]
干燥效率是空气动力的一种有效措施
低压涡轮机的质量，因为它不是一个强大的在特定的湿度和离开损失水平的功能应用。
焓
熵
图4 低压透平膨胀
5.涡轮效率的影响
近年来阶段效率的提高自然地导致了改进的涡轮缸效率和增加使用的定义可用焓降，从而提高了循环的输出和热率。不同涡轮缸对其影响不同蒸汽循环和一个特定的气缸的变化的影响效率可以很容易地计算为周期。一些典型的值火力单再热在表1中给出（如表所示的值是可以近似的根据特定的热变化显着变化操作条件的周期）。
高压缸效率的改进在一个较低的蒸汽温度下，涡轮机的结果再热器，因此更多的热量必须添加在再热器保持在设计值的热再热温度。这是这一原因，在高压下的1%变化的影响涡轮机对输出的影响大于对热率的影响。
|
火电单再热循环 |
涡轮效率提高1%对发电功率的影响 |
涡轮效率提高1%对热率的影响 |
|
高压缸 |
0.31% |
0.19% |
|
中压缸 |
0.17% |
0.17% |
|
低压缸 |
0.45% |
0.45% |
表1 缸效率对一个典型的火力一次再热循环的影响
中，低缸效率的改进压力涡轮机的热速率和热效率都有相当的影响输出。因此，例如，如果一个高压涡轮机在一个800MW火电厂导致高增长10%压力涡轮缸效率，典型的输出将增加约24.8mw（10times;（0.31 / 100）x 800）
和热率将提高约1.9%（10 x0.19%）。
核循环中1%缸效率改变的典型影响已在表2中给出。
6.改造设备的保证
下面讨论的一些不同的担保是可能的。在一般情况下，担保的建议可以以最小测试费用准确地验证，同时表明承诺该工厂的采购员已被满足。
如果只有一个组件的周期是改装的那么绝对对整个循环的输出和热率的保证是不适当的或必要的。同样全热验收根据ASME PTC 6-1996测试（6）并不总是必要或适当的验证，保证和承诺已满足。
当担保与整体工厂绩效相关，或从前到后的整体工厂性能改进—改造，然后在测试之前的循环隔离是很重要的。如果可能的话，要消除外来的流量错误。如果不隔离是不可能的，那么就应该流测得，这样的效果可以准确地占循环的分析。
对于工厂的整体性能，如果设计条件不能在测试中实现，在与试验结果比较前，应将相应的校正因子应用于试验数据保证。校正因子，通常以曲线形式，必须事先同意测试。对于简单缸效率保证不需要申请更正因素。
6.1化石动力循环的高、中压涡轮缸改造
对于高、中压缸在过热蒸汽操作的化石动力循环区域的气缸效率可以直接由焓降试验的压力和温度测量。因此，绝对涡轮缸效率是一个适当担保图。
于高、中压涡轮缸的改造改造现有的进水阀，通常是保留，在保证涡轮缸效率的保证排除阀门的影响。如果需要，一个涡轮缸效率保证，包括阀可以提供议定阀压降。商定的阀门压降是在测试中确认。
此外，为改造高压缸，它往往是要求保证流量能力。验证保证流量要求流量测量喷嘴在良好的条件与最近的校准。理想的情况下，流动是在最终给水管线测量。汽轮机主汽流量是来自这与流量的修正流量测量后进入或离开主流喷嘴（如过热器喷水流量）。
通常，现有的流量测量喷嘴在最终的进料水管线，已在地方多年，可能在条件差和校准。这样一个容量测试喷嘴会导致试验结果的不确定度。
然而，更换流量测量喷嘴与一个新的
校准喷嘴是一个漫长而
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