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火力发电厂汽轮机热管式冷油器的原理及应用
发布时间:2023/8/9 点击次数:345

火力发电厂汽轮机热管式冷油器的原理及应用
 

为了研究热管式冷油器的制作原理及其应用,我们将列管式冷油器与热管式冷油器进行对比。宏琦先是阐述了热管式冷油器的原理结构,并提出了热管式冷油器在使用时易出现的问题,然后对热管式冷油器的原理结构进行分析,并说明了它的优势以及在现实生活中的应用。

受汽轮机高速旋转的影响,其轴瓦会在短时间内产生大量热量,从而影响其性能,因此对于汽轮机的轴瓦冷却问题刻不容缓。目前冷油器的类型主要包括列管式冷油器和热管式冷油器两种。列管式冷油器是一种普遍的常用的冷油器,具有一定的优点,但是也存在许多问题。而热管式冷油器更加先进,是一种新型的冷油器,是未来发展的趋势,应得到广泛的推广。它们的使用原理及效果有很大差别,以下对列管式冷油器的机构、存在问题和热管式冷油器的结构、原理以及应用做具体分析。

1列管式冷油器的构成和易出现的问题

1.1列管式冷油器的结构特点

列管式冷油器是一种普遍使用的冷油器,水室、壳体、芯子是其主要构成部分。其中,芯子由许多钢管和多层隔膜组成,并装于圆形壳体内,钢管的两端均与钢板相连,水从水室流进钢管内,油在壳体内、管束外流动,油和水通过钢管壁进行换热,从而实现冷却过程。列管式冷油器传热系数高、传热量高,并且可以有效地保持温度的稳定。但是,受结构及科技的影响,列管式冷油器存在着不少问题,需要引起注意。

1.2列管式冷油器易出现的问题

受到列管式冷油器自身结构和腐蚀的影响,这种冷油器在运行时极易出现透平油泄漏到冷却水中,从而污染冷却水,长时间的油泄漏很容易使管内出现污垢甚至堵塞,严重影响冷却效果,造成巨大的经济损失。

2热列管式冷油器的结构及其工作原理

热管式冷油器的出现是热管技术不断发展的结果。热管技术是一项新的技术,主要用来提高传热效率,相对于列管式冷油器,热管式冷油器的工作效率更高、结构设计更合理、操作更方便。

2.1列管式冷油器的结构特点

列管式冷油器的设计中,水室与油室是完全分开的,而水室与油室之间的传热是靠连接它们的高性能的热管完成。热管之间的传热完全独立、互不干扰,水和油都在管外。对其清洁维护就变得更容易,也有效地解决了因为管道泄漏而引起的水油互混问题。其具体结构为在热管的中间部位放置两个圆形的多孔板,并且距离为100mm,然后将几百根热管用焊接的方式固定在多孔板上,实现水室与油室的连接,其中一个多孔板的外侧是热管的加热上段,另一个多孔板的外侧为热管的冷凝段。分别将这两端装在两个独立的圆形壳体内,并将圆形壳的法兰盘组装并固定在多孔板上。其具体工作过程为:透平油从汽轮机轴瓦的后面进入加热段,几百根热管的工质在热的透平油的影响下发生了相变,从而将热量传到另外一端的冷凝段,通入冷凝段的冷却水将由加热段传到冷凝段的热量消散,从而终实现将透平油冷却的目的。热管式冷油器的透平油与冷却水分别在两个距离100mm且不相通的壳体内,这样可以完全防止透平油泄漏入冷却水中,避免了污染水环境的问题。即便热管的加热段和冷却段与多孔板之间的焊接口存在渗漏,也只能够渗漏到两个多孔板中间部分的空腔内,并且这种渗漏是可以排除的。其机构设计方案具体如下:

2.1.1为了将水室与油室分开,采用双隔板结构密封,这样也可以同时减少水油相混而造成的水污染,热管在两端均为自由端,隔板与油水侧外筒的密封比较简单。

2.1.2为了减少油侧折流板和筒内壁之间的间隙,应用适当的材料对其进行填充,以避免油流动的短路现象的出现。

2.1.3在进水口与出水口侧均设有导流管,使水侧能够流动均匀横向冲刷管束。

2.1.4采用三角形错列的方式排列管束。

2.1.5列管式冷油器中的热管重量控制在1500kg左右,其中每一根热管的重量约为2.2kg,冷油启的总体重量控制在大约2700kg。这与原列管式冷油器的重量大体相当。

2.2管式冷油器工作原理

列管式冷油器与列管式冷油器不同的是,其冷却水室安装在上部,靠工质液体的自身重量作用回流完成工作,当温度很高的透平油由入口进入到油室流经热管的加热段时,所吸收的热量将被过渡到冷却段,从而终实现降温,其换热部位都在外表面,水室和油室完全分开,并且在水室与油室内设置了拆流板,这样的结构不仅便于清洁,而且大大地提高了冷却效率。

3热管式冷油器的实际应用

3.1列管式冷油器的冷却效果

要研究列管式冷油器的实际冷却效果,我们将热管式冷油器与列管式冷油器进行对比,经过对比发现,前者比后者在冷却效果上要好许多。热管式冷油器透平油的流量更大,在入口油温相同的情况下,列管式的出口油温比热管式的要低2.6℃。而列管式每小时的冷却水流量却比后者少26m3,按照一台机组2台冷油器,其运行时间按6000小时计算,每年可以节约用水31.2万吨,节约用电无数。这些在一个有5台机组10台冷油器的工厂,如果将冷油器全部改换成热管式冷油器进行冷却工作,则可以全年节约用水量150多万吨,不但为国家节约了大量的水电资源,同时也改善了冷却效果,提高了工作效率。

3.2列管式冷油器的应用优势

根据实验以及现实生活中的应用,我们可以得出结论,即热管式冷油器的结构设计和热力设计都达到了设计要求。其在现实生活中应用广泛,比如,将其用于水、油分离问题上,可以解决得更彻底,热管式冷油管使得油冷却对水质的要求比之前大大降低,并且其安装、维修更加方便。热管式冷油器更加便于清洁工作,可以使得列管式冷油器的冷却效果更好,其性能始终保持稳定,从而很大程度上减少了设备维护的工作量。目前,热管式冷油器的制作成本比列管式冷油器高一点,但是随着科技发展,设计工艺的完善,热管式冷油器的成本也会逐渐降低,并且热管式冷油器具有易清洁、效率高等特点,使其具有更高的性价比。

3.3列管式冷油器应用时要注意的问题

毫无疑问,列管式冷油器有很多优点,是未来冷油器发展的必然趋势,会得到广泛的应用,但是在使用热管式冷油器时也需要注意一些问题:先,好采用双隔板密封式结构,因为热管的两端都是自由端,如果隔板与油、水侧外筒的密封过于简单,就会造成一定程度上的环境污染。其次,要尽量减小油侧折流板和筒内壁的间隙,并将其缝隙用合适的物体进行填充,以防止出现油流动短路的现象。后,要在进水口和出水口都设置导流管,以实现水侧流动均匀横向冲刷管束,减少对管壁的损伤,管束排列好采用三角形错式,从而实现高效冷却效果。

通过实验以及在使用中的实际情况表明,列管式冷油器与其他冷油器,尤其是列管式冷油器相比,其具有更高的效率、更大的优势,因此,在实际的操作应用中,要做到充分发挥其科学效能,争取大限度地提高透平油的热交换,进而提升其经济效益。火力发电厂汽轮机热管式冷油器充分合理地解决了热力设计中普遍存在的问题。热管式冷油器的结构相对简单、制造难度低、安装简便、易于维护推广,在火力发电领域大限度地发挥其优异的经济效应和环境效益。