低负荷和停机开疏水,目的是排已经积存的凝结水;积水排干净之后闷缸,关闭全部本体疏水,防止负压抽吸冷汽进入汽缸,造成上、下缸温差超标,诱发大轴弯曲。
疏水扩容器是接凝汽器,正常停机后疏扩处于负压状态;如果本体疏水阀保持全开,凝汽器侧的低温蒸汽、冷空气,会沿着疏水管路反向被吸入汽缸下半部分。
为什么会反向流入汽缸?
压差反转,就会反向流动,流体永远从高压往低压跑
正常排水阶段:汽缸 / 导汽管压力 > 疏扩压力 → 积水顺着疏水管,向下流入疏水扩容器,属于正向排水。
积水排干净之后,压力关系反过来:汽缸内部压力 < 疏扩(凝汽器侧)负压 → 疏扩那边的低温汽 / 气,顺着疏水管反向被 “吸进” 汽缸下半(冷汽回流)
一、停机之后两边压力怎么变化(最关键)
刚打闸、疏水刚打开的时候:汽缸里面还留存高温蒸汽,压力偏高,高于疏水扩容器压力,管道里积存的凝结水依靠压差 + 重力,排入疏扩,这个阶段就是排水阶段,这一步就是为什么跳闸联锁开疏水。
管道积水排空之后,没有高温疏水继续往疏扩排了。
压差反转:汽缸负压>疏扩负压,也就是疏扩侧压力高于汽缸侧
气体就会从压力相对高的疏扩,沿着疏水管流向压力更低的汽缸,也就是冷汽倒流
凝汽器、疏水扩容器,真空泵继续维持,一直保持很高负压(比如5kPa绝压,真空 -95kPa)
汽缸里面高温蒸汽慢慢冷却,蒸汽在汽缸内壁凝结,汽缸内部压力快速下降,变成负压,而且缸内负压比疏扩负压更低(真空更高)
缸内蒸汽在汽缸金属壁面上凝结,大量蒸汽分子瞬间消失变成水,气体分子数量急剧减少,如果空间密闭,压力就会持续往下掉,真空会优于(高于)疏扩侧,也就是缸内负压比疏扩更低。
为什么缸内能抽到比疏扩真空更高(绝压更小)
前提:疏水阀打开,汽缸和疏扩连通,但汽缸有巨大的冷金属壁面(汽缸缸体,几百吨金属,停机初期缸温一两百度)
连通初期,两边压力基本一致;汽缸内部充满饱和蒸汽,温度等于缸壁温度
饱和蒸汽接触温度更低的金属内壁,发生凝结相变:蒸汽(气态H₂O)→ 凝结水(液态 H₂O)
1kg饱和蒸汽体积巨大,凝结成水之后体积缩小上千倍
大量气态水分子消失,空间里面气体分子数目锐减 → 压力快速降低
疏扩这边,没有这种大面积低温金属用来持续凝结蒸汽:疏扩本身容积小,里面介质是凝汽器过来的低温饱和汽,温度已经和疏扩金属平衡,不会再大量凝结。
于是出现:汽缸侧持续凝结降压,绝压不断往下掉,缸侧绝压 < 疏扩绝压,压差反转。
关键点:凝结是降压的驱动力,汽缸巨大金属蓄冷,持续捕捉蒸汽分子,是缸内真空优于疏扩的根本原因。疏扩没有这个持续凝结的条件,压力就停留在凝汽器对应的饱和压力。
为什么不会平衡到一样压力?
有人会问:管道连通,压力最后不应该均衡吗?
只要缸壁金属温度,高于疏扩来的冷汽饱和温度,冷汽一旦顺着疏水管流入汽缸,碰到高温缸壁就会再次被加热,然后又凝结在更冷的下缸壁上,持续消耗气体分子,维持缸侧更低绝压,形成一个稳态流动:
疏扩 →(冷汽流入汽缸)→ 汽缸内凝结 → 压力继续维持低于疏扩 → 冷汽源源不断持续回流,直到汽缸金属整体冷却到和疏扩蒸汽温度一致,凝结停止,两边压力才会平衡。
假设汽缸密闭空间内全部是100kPa的饱和蒸汽,突然缸壁降温,蒸汽大量凝结成水:
气体分子大量消失,空间压力瞬间掉到10kPa、5kPa甚至更低;这个就是凝结造成的自抽真空效应,汽轮机停机闷缸时就是这个现象。
停机疏水阀开启,连通汽缸与疏水扩容器,汽缸巨大金属内壁温度较高,进入缸内的蒸汽在缸壁发生凝结相变,蒸汽凝结为水后体积急剧收缩,缸内气体分子大量减少,缸内绝压持续降低;疏水扩容器无持续凝结降压条件(无蒸汽凝结),绝压维持凝汽器对应饱和压力,最终汽缸侧绝压低于疏扩绝压,形成疏扩压力高于汽缸的反向压差,冷汽回流。
二、倒流进来为什么是低温蒸汽 / 冷空气?
疏水扩容器汽侧直接连通凝汽器,凝汽器里面的饱和蒸汽温度很低,只有 30℃左右,属于低温饱和蒸汽;还有少量漏入凝汽器的空气,所以疏扩里面介质是低温蒸汽 + 空气混合物,温度远低于汽缸金属温度(闷缸缸温还有一两百度)。
三、为什么是冷却汽缸下半?
本体疏水开口全部布置在汽缸、导汽管、调阀腔室的最低点(下半部分),疏水口就在汽缸下半,冷汽顺着疏水管直接通入汽缸下部,专门冷却下缸,上缸没有这个冷汽通路,冷却慢,于是上缸温度高,下缸温度低,上下缸温差拉大。
四、补充一个容易混淆的考点:疏水管路上没有逆止门!
本体疏水管道没有单向逆止阀,管道是双向通路:正向可以排水,反向就可以进冷汽,这是根源。
抽汽管道有抽汽逆止门,但是本体疏水管道没有逆止阀,设计思路:排水优先级靠压力差,排水结束之后,靠关闭疏水阀切断双向通路,防止回流。
五、压力反转的通俗比喻
你可以理解成两个容器用一根管子连通:
一开始 A(汽缸)压力高,B(疏扩)压力低,水从 A 流到 B;
A 里面蒸汽冷却凝结(凝结成水之后体积缩小上千倍),抽成更高真空之后,B 压力反而比 A 高,B 里面的冷气就被压进 A 里面。
,汽缸发生拱背变形(中间拱起,两端下沉)
汽缸变形后,动静间隙变小;转子静止(盘车未投、盘车中断),转子底部接触冷汽,转子下侧冷却收缩,变成上热下冷弯曲,就是最危险的转子热弯曲,一旦冲转直接动静摩擦、大轴永久性弯曲
关键点区分:疏水管道是双向通路,排水的时候是水往疏扩流;排完水之后两边压差反转,冷汽反向倒吸进汽缸
操作时序
汽轮机打闸停机 → 负荷到 0、解列 → 联锁自动打开本体疏水 → 疏水排放管道里面积存的凝结水,等待一段时间,积水排净(一般几十分钟,看机组大小)→ 关闭全部汽轮机本体疏水、抽汽管道疏水,开始闷缸。
闷缸目的:尽量隔绝汽缸和外界,利用汽缸金属蓄热保温,维持缸温,减小上下缸温差,延缓冷却速度,方便后续开机或者长时间停机保护转子
如果闷缸期间,发现疏水管道再次积水(缸温下降过快、上下缸温差增大、管道再次凝水),可以短时开启疏水放水,放完立刻再关,不能长期常开。
事故状态汽轮机进水之后,不能直接闷缸,要开疏水充分排水,确认水排完再关闭疏水闷缸。
六、结论
闷缸阶段关闭本体疏水,是因为疏水扩容器与凝汽器连通处于负压;疏水阀常开时低温冷汽会被吸入汽缸下半,造成上下缸温差超限、汽缸拱背变形,转子受冷产生热弯曲。闷缸前开启疏水的作用是排出管道积存凝结水,积水排净后关闭疏水,隔绝汽缸,保持缸温,防止冷汽回流,保护汽轮机转子。
