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螺旋板式冷卻器對其進行試驗研究

作者:admin    發布時間:2020-11-12 16:32     瀏覽次數 :


  冷油器_教學案例/設計_教學研究_教育專區。主攻螺旋類型 摘 要:殼管式油冷器廣泛應用于電廠的各主要設備中, 新型高效油 冷器的開發和研究是目前人們所關注的一個熱點問題。 文章分析了傳 統管殼式冷油器存在的問題, 指出同時強化管程和殼程的換熱是

  主攻螺旋類型 摘 要:殼管式油冷器廣泛應用于電廠的各主要設備中, 新型高效油 冷器的開發和研究是目前人們所關注的一個熱點問題。 文章分析了傳 統管殼式冷油器存在的問題, 指出同時強化管程和殼程的換熱是開 發新型高效油冷器的主要方法, 并給出了幾種適用于冷油器的強化 傳熱管型,以及應采用的殼程管間支撐形式?;诖?,設計了一種將 連續螺旋折流板與齒形翅片管搭配使用, 兩種傳熱強化措施結合起來 的連續螺旋折流齒形翅片管冷油器。利用傳熱特性測試裝置, 以油水為工質, 對其進行試驗研究, 得到了油冷器的傳熱與阻力性能曲 線。實驗結果表明: 該種油冷器的殼程油側換熱系數可達 1200~1W/(m2· 而壓降比同等條件下的弓形折流板光滑管油冷 K), 器降低 25%~45%,這為電廠冷油器的改造提供了一種新的選擇。 關鍵詞: 連續螺旋折流板; 弓形折流板; 齒形翅片管; 強化傳熱; 冷 油器 水冷殼管式冷油器是電廠中應用量大且面廣的一種附機設備, 如 汽輪機的主冷油器、給水泵和風機冷油器、磨煤機冷油器等,其傳熱 效率的高低和抗腐蝕泄漏性成為影響電廠中相關設備正常運行的關 鍵。目前,電廠所用的殼管式冷油器大都仍采用銅光滑管作為傳熱管 型,弓形隔板作為管間支撐形式。該類冷油器存在二方面不足:一是 腐蝕和泄漏問題突出;二是當殼程油側壓降在 0.1MPa 左右時,總傳 熱系數一般不超過 700W/(m2· K)[1]。因而其傳熱效率很低,導致冷油 器無法將油溫冷卻到給定值,使得相關的設備出現故障 1。 強化冷油器換熱效率的主要方法有兩種: 一種是將冷油器的基本 換熱元件——傳熱管,由光滑管改為強化傳熱管,以減薄流體在管壁 處的層流邊界層,降低熱阻;另一種是采用低流阻殼程管間支撐物, 通過消除流體流動和傳熱過程中的死區, 變殼程流體橫向沖刷流為縱 向螺旋流,提高殼程流體的流速?;谶@一強化傳熱思路,在分析傳 統管殼式冷油器存在的問題,及如何解決的基礎上,本文設計了一種 將連續螺旋折流板與齒形翅片管搭配使用, 兩種傳熱強化措施結合起 來的連續螺旋折流齒形翅片管冷油器。以油-水為工質,利用傳熱與 流阻特性試驗裝置,對其進行試驗研究,得到了油冷器的傳熱與阻力 性能曲線。 可為這種換熱器的工業應用及與其他強化傳熱管的結合使 用提供參考。 1 冷油器存在的主要問題 1.1 管板的泄漏 現有的殼管式冷油器換熱管為銅管,而管板和殼體、水室等均為 碳鋼材料。換熱管采用脹接工藝與管板相連接,脹接過程中會在管板 上尤其是在連接部位生成較大的殘余應力。 這部分應力在一定工況下 將釋放出來, 導致脹口開裂。 另一方面, 由于管板和換熱管材質不同, 膨脹系數相差較大,在冷油器工作時由于溫度變化、振動和頻繁的起 停影響,使冷油器承受的熱負荷和機械負荷經常處于交變狀態,造成 金屬的疲勞,易產生脹口松動,導致冷卻油泄露。 以銅管為換熱管,碳鋼材料為管板、殼體和水室的冷油器也具備 構成原電池的條件,易發生電化學腐蝕,使管板等表面出現腐蝕凹坑 [2]。長期地電化學腐蝕,加上應力腐蝕的共同作用,在脹口處 開始出現泄漏。 1.2 換熱管腐蝕與振動引起的泄漏 腐蝕與振動是引起冷油器內的銅質換熱管泄漏的 2 個關鍵因素。 冷卻水的侵蝕性、 流速較高且紊亂, 加上冷油器本身苛刻的運行工況, 使冷油器的腐蝕問題異常突出。 誘發冷油器內銅管泄漏的腐蝕主要是 局部腐蝕,它包括的脫鋅腐蝕(層狀脫鋅和塞狀脫鋅)、微生物腐蝕、 應力腐蝕和沖擊腐蝕。 腐蝕由管內壁向外發展, 深處可穿透至外壁。 當腐蝕區域喪失應有的機械強度時,便會在很小的應力作用下,在腐 蝕區域產生貫通性裂紋,發生腐蝕失效,造成冷油器銅管泄漏。 傳統的冷油器采用弓形隔板作為管間支撐形式, 這種結構會使殼 側油產生橫向沖刷流。當冷卻油橫向掠過換熱管時會形成旋渦,然后 再與管子分離。旋渦的產生和分離呈現周期性變化,導致換熱管產生 振動。另外,弓形隔板冷油器的殼程油流體也會發生彈性激振、紊流 抖振等,同樣會導致換熱管束振動。當達到共振點時,振幅較大,導 致相鄰管子、管了與弓形隔板之間發生相互碰撞或管子撞擊殼體。振 動碰撞過程中,管壁發生菱形磨損,逐漸變薄直至泄漏。另外,振動 還會在管了內部產生疲勞損傷和彎曲塑性變形, 加上冷卻水的腐蝕和 侵蝕作用,使疲勞損傷加劇,造成管壁產生裂紋,管子破裂,嚴重時 甚至折斷而引發泄漏事故。 1.3 冷卻效果差 傳統的管殼式冷油器采用弓形折流板支撐管束, 油流體在殼程呈 “Z”字形流動,在轉折區及進出口兩端渦流的滯留區均會形成流動和 傳熱的死區(見圖 1),減少了有效傳熱面積,并在死區內形成傳熱垢 層,大大降低了傳熱效率。另外,弓形折流板也使油流體垂直沖擊殼 體壁面,造成較大的沿程壓降。因此,這種結構的冷油器總傳熱系數 K 值一直停滯在較低狀態。 圖 1 弓形折流板冷油器殼程流場示意 圖 冷油器管束由光滑管組成時, 無強化換熱效果。 在管內冷卻水側, 由于水中泥沙等機械雜質較多,隨著冷油器運行時間增長,會逐漸沉 積在換熱管內壁上,嚴重時堵塞部分冷卻水管。這些沉積在換熱管內 壁表面上的污垢一方面會增加冷卻水管的導熱熱阻,使冷卻效果變 差;另一方面也使流道橫截面的減少甚至堵塞,降低冷卻水流量,致 使冷卻效果大幅度下降。 2 強化傳熱的二大途徑 2.1 強化管程換熱 以一種簡單的管殼式換熱器為例,其總傳熱系數 K 可表示成: (1) 式中:A0/Ai 為換熱管外表面積與內表面積之比,λ 為管子導熱 系數,δ 為管子壁厚。冷油器的管壁很薄,導熱系數很大,λ/δ 可以 忽略。由(1)式可知欲增加 K,就必須增加管子內、外側流體換熱系數 hi 和 h0。 但當 hi 和 h0 相差較大時, 增加它們之中較小的一個。 冷油器的管束由光滑管組成時,管外油側換熱系數 h0 約在 96.5~159.6kW/(m3· K),而管內水側換熱系數 hi 可達 1500kW/(m3· K) 以上。顯然冷油器熱阻主要在油側,占總熱阻的 70%~80%。因此, 采用強化傳熱管來有提管外換熱系數 h0 以減少殼程油側熱阻,是開 發高效能冷油器的技術關鍵之一。 按照 Bergles 的分類[3],對流換熱的強化技術可分為無源強化技 術(Passive Technology)、 有源強化技術(Active Technology)和復合強化 Compound Enhancement)。被動強化技術除傳熱介質的輸送外無需外 加動力,而主動強化技術則需要外加能量以強化換熱過程。冷油器管 束的強化適合采用無源強化技術,它包括有[4]處理表面、粗糙表面、 擴展表面等 7 種,具體方法見表 1。 表 1 對流換熱強化技術的分類與實現方法 理論研究表明,對于冷油器這類高粘性、低流速換熱器,無源強 化傳熱應采用彼此間斷的高肋片傳熱管。 但該類管型大都只能采用銅 材質,如花瓣管必須采用銅材制造,不僅設備成本高,應用也受到限 制。為此,筆者開發出一種帶有周向三維翅片的齒形翅片管(見圖 2), 可采用鋼材質管制造。 圖 2 鋼質齒形翅片管外觀 齒形翅片管具有間斷性的三維翅片結構, 當用于冷油器這類單相 對流換熱時,間斷性翅片可周期性割斷翅片上油流體的滯留層,并使 油的流向不斷改變和邊界層剝離,強烈地降低滯流層的厚度和熱阻。 同時,沿軸向螺旋狀連續分布的齒形翅片避免了管流的周向旋流,前 后鄰接、間斷性的齒形翅片迎流面抑制了翅片下游死區及渦列形成, 降低了形體阻力及其導致的能耗,這對降低熱阻、提高換熱系數非常 有利。 2.2 強化殼程換熱 通常,三維翅片管在增大傳熱系數的同時,會增加殼程油的流動 阻力,因此必須采用合理的支承結構,以減小流動阻力。近年來,人 們研究開發出了各種不同形式的管間支撐物,以強化殼程的換熱過 程。殼程管間支撐物主要包括桿式(折流桿)、環式(空心環)、板式(單 弓形、多弓形、螺旋形、整圓形)和換熱管自支承等形式。其中, 早由 Lutcha J.和 Nemcansky J.[5]于 1983 年提出的螺旋折流板就是一 種流阻性能優良的支承結構, 它使殼程流體作螺旋運動以強化換熱器 殼程的傳熱。和傳統弓形折流板換熱器相比,具有以下幾方面的優點 [6]:(1)殼程流體呈螺旋狀柱塞流動,不存在流動死區,適宜于處理 含固體顆粒、粉塵、泥沙等流體;(2)殼程壓力損失小,單位壓降下 殼程傳熱系數高,減少了動力消耗;(3)能有效抑制殼程流體的污垢 累積沉淀,提高換熱器有效使用周期。對于冷卻油這類高黏度流體而 言,其換熱效果更加突出,圖 3[7]是一種螺旋折流板換熱器結構。 圖 3 螺旋折流板換熱器結構示意圖 螺旋折流板換熱器分為連續型(continuous baffle)和搭接型(sector baffle)兩種,其中搭接型又分為連續搭接型(continuous sector baffle) 和交錯搭接型(staggered sector baffle)。目前所使用的螺旋折流板大都 由兩塊或四塊扇形銅材質平板搭接而成, 兩塊相鄰折流板間形成一系 列三角形空間,容易使沿折流板流動的介質形成短路漏流,減少理想 通道的流量;也使得殼側流動偏離線],削弱了換熱 效率。同時安裝、運輸及使用場合都受到較大限制,為此文中采用了 鋼質連續螺旋折流板(見圖 4)。以便能夠使冷油器殼側油的流動實現 真正的螺旋流動,減低殼側的壓降,提高換熱效率,同時緩解冷油器 的振動問題。 圖 4 連續螺旋折流板結構圖 3 實驗系統 為使所設計的連續螺旋折流板齒形翅片管冷油器應用于電廠, 本 文通過實驗研究方法對其在水油為換熱工質的系統上進行動態特性 試驗。 3.1 實驗裝置與流程 油冷器性能實驗系統如圖 5 所示,主要包括油路循環系統、水路 循環系統以及流量、溫度、壓差測量系統,可實現油水換熱的實驗功 能。 1-冷油器; 2-電熱油罐; 3,9-閥門; 4-油泵; 5,10-快 速加熱器 6,11-流量計; 7-冷水箱; 8-冷水泵; 12-補水閥; 13排污閥 T-熱電偶; P-壓力計; DP-差壓計 圖 5 冷油器換熱實驗流程圖 采用 32 號潤滑油-水作為工作介質,其中油走殼程,為熱流體; 水走管程,為冷流體。先將潤滑油加熱到預定溫度,然后由油泵引出 至快速加熱器,通過渦輪流量計送入油冷器殼程冷卻,再返回油箱構 成循環。來自水箱的冷卻水由水泵引出,經過快速加熱器送入油冷器 的管程,與管外油換熱后經渦輪流量計流回水箱。 本次實驗主要測量 3 個物理量,冷油器即流量、溫度和壓差。潤滑油和 水的流量由變頻油泵及水泵控制,通過 LWZ-32 型渦輪流量計測量, 其測量精度為± 2.5%。 油冷器進出口油溫和水溫采用銅-康銅熱電偶采 集,通過溫度傳感器由計算機測量,量程為 0~200℃,精度 0.1℃。 油壓和水壓用 0.4 級精密壓力表測定,偏差小于 5%。壓差測量采用 3501 差壓變送器,量程為 0~62.2 kPa,精度為 0.25%。 3.2 試驗元件 為便于比較,冷油器采用浮頭管板式結構,實驗時只需更換不同 的傳熱管束和管間支撐物就可以構成不同內部結構的換熱器。 本次實 驗元件包括:弓型折流板光管冷油器(簡稱冷油器 1),連續螺旋折流 板光管冷油器(簡稱冷油器 2),連續螺旋折流板齒形翅片管冷油器(簡 稱冷油器 3)。本冷油器制造后,殼程、管程均以 0.8MPa 壓力做水壓 試驗,各種冷油器的幾何參數及布置形式見表 2。 表 2 3 種冷油器的布置形式 實驗采用的齒形翅片管結構見圖 2,材質為碳鋼,傳熱管坯管外 徑 Do 為 16mm,壁厚 2.5mm,長 l 為 2.4m,管間距 Pt 為 16mm。齒 形翅片管是一種一體化的雙側強化傳熱管, φ16×2.5 無縫鋼管在專 由 用設備上經專門設計的模具和特殊工藝分三次成型加工而成, 管子的 內、外側面具有不同的幾何結構,結構參數見表 3 所列。 表 3 實驗管的幾何結構參數 3.3 實驗數據處理方法 本次實驗主要測量流量、溫度、壓差 3 個物理量。實驗中,將這 3 個物理量采集到計算機進行實時運算,判斷熱平衡。若平衡時吸熱 量和放熱量相差在± 10%內,認為實驗數據可靠,予以采用。威爾遜 熱阻分離法要求的限定條件少, 適合于管殼式冷油器的傳熱試驗數據 處理。本文應用熱平衡法求出冷油器的總傳熱系數后,再運用威爾遜 熱阻分離法將殼側換熱系數分離出來。 利用冷油器進出口壓降 Δp 計算阻力系數,阻力系數 ξ 可由下式 確定: (2) 式中: Δp 為進出口壓降,Pa;ρ 為潤滑的密度,冷油器kg/m3;Do 為傳 熱管坯管外徑,m;De 為殼程當量直徑,m;l 為傳熱管長度,m; u0 為潤滑殼程流速,m/s。 4 試驗結果及分析 4.1 流動阻力特性 油冷器殼程總壓降 Δp 隨著殼側油流量 Ws 的變化如圖 6 所示,相應 的殼程阻力系數與油流速的關系見圖 7。從圖 6 和圖 7 可見:相同殼 側油流量下,連續螺旋折流板式冷油器(冷油器 2 和冷油器 3)的殼程 阻力要小于弓型折流板式冷油器(冷油器 1)。相同的殼側流量下,冷 油器 3 的殼程壓降稍大于冷油器 2 的殼程壓降。 圖 6 殼側壓降隨油流量的變化 圖 7 阻力系數隨油流速的變化 曲線m/s 時, 油冷器 3 的殼程阻力系數為 0.11~1.52。 相同流速下,比相同管間支撐物的油冷器 2 高 5%~15%,這是由于三 維齒形翅片管增大了油的流動阻力。然而,要比弓形折流板油冷器 1 低 25%~45%,這是由于連續螺旋折流板使得油流體呈縱向流動,可 有效減小流動阻力, 且流動阻力減小率大于齒形翅片管引起的流動阻 力增長率。 4.2 傳熱特性 將實驗結果以總傳熱系數 K 對殼程油側壓降 Δp 作圖(如圖 8 所 示), 并以殼側換熱系數 α0 對殼側殼側油的流量 Ws 作圖(如圖 9 所示), 可比較出不同試件的傳熱性能。從圖 8 和圖 9 可見,相同殼側油壓降 或流量下, 冷油器 1 的殼側總傳熱系數或換熱系數小于冷油器 2 和冷 油器 3,壓降或流量越大越明顯。這是由于連續螺旋折流板冷油器不 存在滯止死區,且油流體以較均勻流速沿螺旋通道包裹式的沖刷管 束,有利于殼側換熱的提高。 圖 8 總傳熱系數隨油側壓降的變化 圖 9 換熱系數隨油流量的變化 由圖 9 還可見,在主流速區,冷油器 3 的油側換熱系數達 1200~1W/(m2· , 稍 大 于 相 同 工 況 下 冷 油 器 2 的 K) 1050~1210W/(m2· K)。這是由于殼側油流體在作軸向流動時,齒形翅 片管的三維翅片使油順利進入翅片根部,提高了根部油的置換速度, 并進一步激發油產生擾動。另一方面,間斷性的三維翅片對油流體有 切割作用。 兩者共同作用的結果是破壞了熱邊界層, 提高了換熱系數。 4 在電廠冷油器中的應用分析 某火電廠 4 號機組的 3 臺 GL-60-Ⅱ型冷油器自 2002 年開始頻繁 發生銅管泄漏,并逐年惡化,須實施改造。擬將原弓型折流板銅光管 冷油器改為本文提出的連續螺旋折流鋼質齒形翅片管冷油器。 采用以 上實驗結果,依據該冷油器運行工況,得到改造前后的冷油器的傳熱 性能計算結果如表 4 所列。從表 4 可看出,油冷器的傳熱與阻力性能 均可達到設計要求,達到改造的目的。 表 4 油冷器改造的主要參數對比 外, 螺旋折流板齒形翅片管油冷器的總傳熱系數不僅較原冷油器 高 30%以上,且防垢性能也相當好,加上其優良的低流阻系數,可使 冷油器功耗大大降低,為電廠帶來可觀的經濟效益。 5 結 論 管板的泄漏、換熱銅管腐蝕與振動引起的泄漏,以及冷卻效果差 是傳統弓形折流板油冷器存在的主要問題。改變油冷器內部結構,采 用間斷性的三維翅片管強化管程換熱, 同時采用螺旋折流板作為管間 支撐物以強化殼程換熱是解決這一問題的關鍵?;谶@一思路,本文 提出了一種新型的高效油冷器——連續螺旋折流齒形翅片管冷油器。 其殼程換熱系數達 1200~1W/(m2· 而殼程流動阻力較弓形折流 K), 板油冷器低 25%~45%。具有較好的強化傳熱、低流阻和抗結垢性能, 應用于電廠冷油器的改造可產生較好的高傳熱和低能耗效果, 使油冷 器長期高效穩定運行。 立式類型 一、冷油器概述 冷油器是電力系統中普遍使用的一種油冷卻設備,泰格牌冷油器 同時也適用于冶金、化工、礦山、輕工及重工等部門。主要用于設備 潤滑油,變速系統油變器油,汽輪機透平油及磨煤油的油系統中循環 冷卻。 目前,國內生產的冷油器都是一個模式,經過多年來的實踐這 種油冷卻器的缺點很多;體積大,冷卻效果差,密封復雜,維修難。 我科研人員研發的一種新型冷油器,具有冷卻效果好,出口油溫 度接近水溫,結構簡單,操作方便,體積小等特點。 二、冷油器主要技術參數 1. 基本參數(表 1) 冷卻面 油流量 水流量 規格型號 積 m2 YLQ-5 YLQ-8 YLQ-12 YLQ-20 YLQ-30 YLQ-35 5 8 12.5 20 30 35 T/H 6 10 14 22 32 35 T/H 8 15 19 32 40 45 設計溫度 ≥10 需要 ≤33°C 特殊設計 50-60 1.6 標準為 10 度°C 度°C 度°C MPa 進水溫 油降溫 進油溫 設計壓力 YLQ-40 YLQ-50 YLQ-60 YLQ-70 YLQ-80 YLQ-90 YLQ-100 YLQ-120 40 50 60 70 80 90 100 120 42 55 65 80 90 110 130 150 50 68 80 98 110 130 150 180 1. 立式冷油器結構及尺寸(見圖及表 2) 重量 型號 L D1 C C1 D3 D2 L1 a DN N n-d (kg) YLQ-3 1500 219 680 150 380 440 260 YLQ-8 1780 273 900 YLQ-12 1950 325 1190 200 YLQ-20 2390 377 1540 YLQ-30 2580 426 1740 YLQ-40 2750 426 1940 230 590 690 415 YLQ-50 3150 480 2480 6-Φ 30 YLQ-60 3530 530 2700 250 720 900 534 150 125 1065 125 125 940 450 550 320 470 570 25 DN 100 80 6-Φ 20 730 780 610 380 480 292 65 65 32 32 4-Φ 24 240 450 150 YLQ-70 3200 YLQ-80 3250 616 YLQ-90 3 YLQ-100 3855 YLQ-120 4455 2380 2015 620 2250 2615 1015 1150 500 3215 8-Φ 30 200 200 1150 1250 602 150 150 1670 1780 1890 1945 2220 2770 3340 YLQ-160 3320 820 2010 300 YLQ-200 3970 2660 三、冷油器結構特點 冷油器主要由進水蓋、殼體、管束、回水蓋、密封件、緊固件等 組成,殼體上有進出油水管的四個管接口,另配有排油口、排水口及 排氣口。 1、冷油器采用紫銅管為換熱元件,傳熱系數高,單位長度熱面積大,傳熱 量高。 2、結構合理,能在較大溫度變化范圍內保持出油溫度穩定,對溫度 突變及震動有良好抗力。 3、結構可靠,確保冷卻水不會進入汽輪機組。 4、翅片光滑無毛刺,無皺折,不易結塵、結垢,流體阻力低。 冷油器根據安裝方式的不同,分為立式冷油器和臥式冷油器,立 式冷油器具有所需安裝面積小、安裝方便等特點。臥式冷油器具有壓 降較小、抗水錘擊性強等特點,因此根據不同的場地、空間高度、使 用性能等要求正確選用立式或臥式冷油器, 能更好地滿足發機組及其 它設備的需要。 五、安裝運行維護 1、正確放置冷油器,保證進油,出油管道相對連接位置準確,一 般應安裝在系統回油路或低于設計壓力的系統中, 油側壓力應高于水 側壓力。 2、進出水管道法蘭和安裝底腳螺拴應現場配裝。 3、所有管道法蘭和閥門密封處,密封嚴密無泄漏。 4、冷油器投動前,應對管路進行清洗,防止雜物堵塞冷卻管。 5、冷油器投運時,應先緩慢開啟進口油門及放空氣門(直氣角) 排盡其殼體內的氣體,即可關閉放空氣門,再開啟出口油門,然后, 全開冷油器出口水門,稍開頂部水側放空氣門,空氣放盡后關閉,根 據冷油器出口油溫調整出水門(在開啟冷卻水閥門時,應逐步加大流 量),調節保持油溫正常。 6、換熱管內空氣如未排盡,將造成換熱性能不良。 7、在嚴冬季節停運冷油器時,應將冷油器中的冷卻水排盡,以免 凍裂設備。 8、冷卻器停用時,應依次關閉油水進入閥,油水排出閥,松開排 水排油口上的螺塞,放盡棱卻器內的水和油。 9、冷卻器一般一年左右應用煤油(汽油)洗刷冷卻管束、端蓋及 殼體,再次裝配應進行 1.25 倍壓力無泄漏試驗。 四、冷油器定購 1:選購冷油器應告知冷卻面積。 2: 進油、水溫度和進油壓力及阻力降。 3:換熱冷卻管一般選紫銅, 用戶也可需要選用不銹鋼管。 管式冷油器 汽輪機發電機組正常運行,由于軸承摩擦而消耗了一部分功,它將 轉化為熱量使軸承的潤滑油溫度升高, 如果油溫太高軸承有可能發生 軟化、變形或燒損事故。為使軸承正常運行,潤滑油溫必須保持一定 范圍內,一般要求進入軸承油溫在 35-45℃,軸承的排油溫升一般為 10~15℃,因而必須將軸承排出來的油冷卻以后才能再循環進入軸承 潤滑。冷油器就是冷卻主機潤滑油的。溫度較高的潤滑油和低溫的冷 卻水在冷油器中進行熱交換, 通過調節冷卻水流量來達到控制潤滑油 溫度的目的(同時由于轉子溫度較高,尤為高壓缸進汽側,其軸頸也 向外進行熱量傳遞,所以潤滑油也具有冷卻軸頸的作用)。 冷油器串聯和并聯的優缺點 1、冷油器串聯運行的優點有:冷卻效果好,油溫均勻。 2、冷油器串聯運行的缺點:油的壓降大,漏油時無法隔離。 3、冷油器并聯運行的優點:油壓下降小,隔離方便,可在運行中 檢修一組。 4、冷油器并聯運行的缺點:冷卻效果差,油溫不均勻。 冷油器換不銹鋼管的工藝要求 1、新不銹鋼管的準備:將檢查合格后的不銹鋼管,按冷油器的尺 寸下料,不銹鋼管要 比管板長出 4~5 毫米,不銹鋼管兩端除去毛刺,將脹管部分打磨光 滑,在兩端約 50 毫米處進行回火處理。 2、剔除舊不銹鋼管:選用專用半圓三角鏨子剔除,剔時注意不 要損傷管板,剔光不銹鋼管,,將舊不銹鋼管抽出后將管板管孔清理 干凈,用細砂布打磨光潔,用布擦掉粉塵。 3、穿新管、脹口:管板和不銹鋼管都準備好后,可以穿新不銹 鋼管,注意不宜用力過猛、蹩勁,對準自己的孔位裝入,新管兩端外 露部分應相等,管板孔直徑比管徑略大,約 0.5 毫米,不宜過大或過 小。不銹鋼管穿好后可用脹管器脹口,脹管時力量速度不宜過大或過 小,脹管長度應為管板厚度的 2/3,不可大于管板的厚度,脹完后 兩端用沖子翻邊。 4、換不銹鋼管時要一半一半的換,拆一半換好再拆另一半。 凝結水產生過冷卻的主要原因 1、 凝結器汽側積空氣, 使蒸汽分壓力下降。 從而凝結水溫度降低。 2、運行中凝結器水位過高。淹沒了一些冷卻水管,形成凝結水過 冷卻。 3、凝結器冷卻水管排列不佳或布置過密,使凝結水的冷卻水管外 形成一層水膜。此水膜外層溫度接近蒸汽飽和溫度,而膜內層緊貼不 銹鋼管外壁,因而接近或等于冷卻水溫,當水膜變厚下垂成水滴時, 此水滴溫度是水膜平均溫度,顯然低于飽和溫度,從而產生過冷卻。 主機冷油器故障分析以及技術改造建議 冷油器的主要作用為冷卻潤滑油,在汽輪機以及發電機運行過程 中,保持其軸承的溫度在正常范圍內。#1、#2 以及#5、#6 機組 主機冷油器均采為汽輪機廠制造,在冷油器運行過程中,頻繁出 現底部端蓋漏油或者漏水的故障。筆者在實際的檢修過程中,發現了 導致故障頻發的原因,近而提出了相應的技術改造措施,對于冷油器 的設計以及運行維護有一定的借鑒意義。 1 、冷油器工作原理 閉式冷卻水通過冷油器的頂部端蓋進入冷油器,然后在冷油器內 部細小的管內流動, 無數細小的冷卻水管通過分布在冷油器內部的隔 板固定,通過隔板,冷油器間隔成若干個小的空間,潤滑油在冷卻水 管外以 S 形流動, 這樣布置可以增加有效的換熱面積, 提高冷卻效果。 在冷油器的底部,形成一個冷卻水室。潤滑油與冷卻水依靠兩只 O 型 圈(轆管)以及銅床進行分隔與密封。如圖 1-1。 2、冷油器故障原因分析 在機組的運行過程中,#1、#2、#5 和#6 機多次發生冷油器底 部端蓋漏水或者漏油的故障,尤其在機組啟動或者停運過程中,故障 發生更是頻繁。冷油器的油、水之間的隔離以及油和水的泄漏全部依 靠兩只 O 型密封圈,如果一旦兩只 O 型圈出現破損或者移位,造成間 隙改變,必然引起泄漏。因為該 O 型圈的密封面在左右兩側,而不是 傳統的上下兩側,所以一旦發生泄漏,增加法蘭螺栓的緊力并不能減 小泄漏量。如圖 2-1。 筆者經過分析, 總結了以下幾個容易引起 O 型密封圈間隙變化和破損 的原因。 1) 機組啟動或者停運過程中,冷油器油側和水側經常發生壓力 波動,導致 O 型密封圈移動,使其出現泄漏。 2) 機組在安裝時,如果冷油器內部發生偏心安裝,將使 O 型密 封圈的間隙出現異常。在運行中,如果稍微有壓力(油側、水側)波 動,就會造成泄漏。 3) 每次檢修過程中,更換 O 型密封圈時,因為底部端蓋位置狹 小,檢修中,造成安裝不便,往往出現 O 型圈被銅床壓破,近而出現 泄漏。每次檢修后,水側發生泄漏的概率要超過油側,更加證明了現 行的設計不便于檢修以及保證檢修質量。 3、冷油器進行技術改造的可行性分析 在冷油器底部端蓋與冷油器中間桶體法蘭結合面之間,增加聚四 氟乙烯墊床,保證原來密封面不便的基礎上,再增加兩個密封面。因 為聚四氟乙烯材料的可伸縮性能好于銅床, 所以滿足依靠法蘭螺栓緊 力增大密封性能的要求。該措施的實施難度要遠遠小于其他措施。 4、冷油器進行技術改造的經濟性分析 1) 每次冷油器發生泄漏,一般要等到機組大、小修過程中開展 檢修工作,在帶傷運行的階段,增加了泄漏油、水的清理工作,加大 了班組的工作量。 2) 冷油器端蓋體積龐大并且檢修空間狹小,所以每次在安裝 O 型圈時, 必須 5 個人同時工作, 這樣每次檢修產生的人工成本相當大。 3)檢修中更換 O 型密封圈,往往產生很多耗材,增加了檢修費 用。 通過以上分析,可以證明冷油器進行技術改造的必要性以及可行 性,以及實施改造后,能夠帶來的經濟效益。在改造中,可以采用逐 步漸進的方法,利用機組大小修,逐步對于#1、#2、#5 和#6 機 組的冷油器進行改造,改造結束后,勢必能夠帶來相應的經濟效益, 節省設備的維護和檢修成本 產品系列性能及技術規范 凝汽式汽輪機用冷油器性能、規范 汽輪機 型號 冷油器型 冷卻面積 冷卻油 設計油 號 (投影) 量 t/n 溫℃ m 2 水 設計 配用 水量 冷油 t/n 器臺 數 進 出 溫℃ N1.5 N3 N6 GLY-10 10 8 8 8.7 55 55 55 45 45 45 33 33 33 25 25 25 1 2 2 YLZH-10 10 YLZH-1 2.5 12.5 N12 YLZH-1 7.5 17.5 12.6 55 45 33 30 2 N12 N20 N25 N30 N50 N100 N125 N200 YLZH-20 20 YLZH-30 30 YLZH-35 35 YLZH-42 42 YLZH-48 48 YLZH-55 55 YLZH-60 60 YLZH-75 75 12.6 27 30 36.9 40 47 52.8 72 55 55 55 55 55 55 55 55 45 45 45 45 45 45 45 45 33 33 33 33 33 33 33 33 30 65 85 102 112 135 150 170 2 2 2 2 2 3 3 3 N300 YLZH-95 95 120 產品外形尺寸 55 45 33 200 3 冷 油 器 系殼體 A1 A2 B1 列 外徑 D0 B2 B3 底座 a b 接 d1× 管 n 規 格 Dg 重量 t YLZH-10 35 2 34 0 34 0 35 0 35 0 40 0 40 0 40 0 23 0 23 0 24 0 24 0 30 0 30 0 30 0 105 0 138 0 146 5 160 0 115 0 130 0 160 0 34 5 34 5 34 5 37 0 50 3 50 3 50 3 15 0 15 0 15 0 15 0 18 0 18 0 18 0 38 0 38 0 43 0 43 0 52 5 52 5 52 5 38 0 38 0 43 0 43 0 52 5 52 5 52 5 20× 65 4 20× 65 4 23× 80 4 23× 80 4 23× 12 4 5 0.15 6 0.65 YLZH-12. 35 5 2 YLZH-17. 40 5 YLZH-20 2 40 2 YLZH-30 50 2 YLZH-35 50 2 YLZH-42 50 2 0.84 0.84 0.95 23× 12 4 5 1.02 23× 15 4 0 1.10 YLZH-48 50 2 40 0 50 5 50 5 50 5 50 5 30 0 33 0 37 5 37 5 40 0 170 0 152 0 172 0 210 0 217 0 50 3 50 3 55 0 55 0 60 5 18 0 20 0 20 0 20 0 20 0 52 5 68 0 68 0 68 0 73 0 52 5 68 0 68 0 68 0 73 0 23× 15 4 0 1.25 YLZH-55 65 0 25× 15 4 0 1.55 YLZH-60 65 0 30× 15 4 0 1.84 YLZH-75 65 0 30× 15 4 0 1.9 YLZH-95 70 0 30× 20 4 0 2.67 附錄:供熱式汽輪機冷油器選型一覽表 推薦訂貨冷油 汽輪機類型 汽輪機型號 器冷卻面積 m2 B1.5 背 壓 B12 式 B25 B50 抽 CB1.5 17.5 35 48 10 2 3 2 1 B3 B6 10 10 12.5 配用臺數 1 2 2 每臺汽輪機 氣 背 壓 式 單 抽 凝 汽 式 雙 抽 凝 汽 式 CB3 CB6 CB12 CB25 CB50 CN1.5 CN3 CN6 CN12 CN25 CN50 CN135 CCN6 CCN12 CCN25 CCN50 CCN135 CCN200 CCN300 10 12.5 20 42 48 10 10 17.6 20 42 55 75 20 30 42 55 75 95 95 2 2 2 2 3 1 2 2 2 2 3 3 2 2 2 3 3 3 4 一:概述 LY 型冷油器是電力系統中汽輪機配套使用的透平油冷卻設備, 該型冷油器為光管表面式,采用循環水作為介質實現熱交換,從而保 證軸承入口油溫達到規定值,確保機組正常運行。 二:結構形式 LY 型冷油器主要部件有上下水室,殼體管系及充油管路構成, 殼體上接有進出水管,進出油管,排水管,排油管,排氣管及溫度表 座。 冷卻水流程一般為雙流程,冷油器一般為立式安裝形式,也可臥 式安裝(選臥式冷油器)。 三:冷油器主要特點為 1、采用紫銅管為換熱元件,傳熱系數高,單位長度熱面積大, 傳熱量高。 2、結構合理,能在較大溫度變化范圍內保持出油溫度穩定,對 溫度突變及震動有良好抗力。 3、裝配結構可靠,確保冷卻水不會進入汽輪機組。 4、翅片光滑無毛刺,無皺折,不易結塵、結垢,流體阻力低。 四:選購 選購冷油器應告知冷卻面積,冷卻形式分 LY 型光管式(常用)和 LYC 型翅片式,換熱冷卻管一般選紫銅,也可根據用戶需要選不銹鋼或 黃銅作為換熱元件。 冷油器優點 為了汽輪機運行時保證透平油冷卻有足夠的安全愈量,我另 生產雙聯式冷油器,由兩只相同面積的冷油器和三通閥構成,可一只工 作,一臺備用,如因機組油溫高或進水溫度高時冷卻效果差可同時投用, 或運行中需清洗檢修冷油器時,可開啟備用冷油器,而不需停機。 主要特點為 1、主要采用黃銅管為換熱元件,傳熱系數高,單位長度熱面積 大,傳熱量高。 2、結構合理,能在較大溫度變化范圍內保持出油溫度穩定,對溫 度突變及震動有良好抗力。 3、結構可靠,確保冷卻水不會進入汽輪機組。 4、翅片光滑無毛刺,無皺折,不易結塵、結垢,流體阻力低。 LY 型冷油器 一:概述 LY 型冷油器是電力系統中汽輪機配套使用的透平油冷卻設備,該 型冷油器為光管表面式,采用循環水作為介質實現熱交換,從而保證 軸承入口油溫達到規定值,確保機組正常運行, 二:結構形式 LY 型冷油器主要部件有上下水室,殼體管系及充油管路構成,殼 體上接有進出水管, 進出油管, 排水管, 排油管, 排氣管及溫度表座, 雙聯式冷油器含有切換閥。冷卻水流程一般為雙流程,冷油器一般為 立式安裝形式,也可臥式安裝。 三:主要特點為 1、采用紫銅管為換熱元件,傳熱系數高,單位長度熱面積大, 傳熱量高。 2、結構合理,能在較大溫度變化范圍內保持出油溫度穩定, 對溫度突變及震動有良好抗力。 3、裝配結構可靠,確保冷卻水不會進入汽輪機組。 4、翅片光滑無毛刺,無皺折,不易結塵、結垢,流體阻力低。 5、雙聯式冷油器有足夠的安全愈量。 四:選購 選購冷油器應告知冷卻面積,冷卻形式分 LY 型光管式(常用)和 LYC 型翅片式,換熱冷卻管一般選紫銅,也可根據用戶需要選不銹鋼 或黃銅作為換熱元件。 五:基本參數表 注:型為翅片式油冷卻器,在相同工況下,換熱系數 K 值比 LY 型提 高 15%. LY 冷油器結構尺寸表 型號 LY-5 LY-8 LY-12 LY-20 LY-30 LY-40 LY-50 LY-60 LY-80 LY-90 L 1550 1780 1950 2390 2630 2850 3450 3630 3 3600 D 1 219 273 325 377 426 426 480 530 630 630 C 680 900 1190 1540 1740 1940 2480 2700 2380 2680 C1 D3 380 380 D2 440 460 530 550 DN 32 65 80 D 120 160 190 n-d 1 4-?24 150 450 470 6-?30 590 235 820 640 100 210 125 1070 150 240 265 8-?30 冷油器外觀結構簡介
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