芻議火力發(fā)電廠汽輪機(jī)熱管式冷油器的原理及應(yīng)用

姜軍　張金生

摘要：為了研究熱管式冷油器的制作原理及其應(yīng)用，我們將列管式冷油器與熱管式冷油器進(jìn)行對(duì)比。文章先是闡述了熱管式冷油器的原理結(jié)構(gòu)，并提出了熱管式冷油器在使用時(shí)易出現(xiàn)的問題，然后對(duì)熱管式冷油器的原理結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并說明了它的優(yōu)勢(shì)以及在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；汽輪機(jī)；列管式冷油器；熱管式冷油器

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）17-0042-02

受汽輪機(jī)高速旋轉(zhuǎn)的影響，其軸瓦會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量，從而影響其性能，因此對(duì)于汽輪機(jī)的軸瓦冷卻問題刻不容緩。目前冷油器的類型主要包括列管式冷油器和熱管式冷油器兩種。列管式冷油器是一種普遍的常用的冷油器，具有一定的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在許多問題。而熱管式冷油器更加先進(jìn)，是一種新型的冷油器，是未來發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)得到廣泛的推廣。它們的使用原理及效果有很大差別，以下對(duì)列管式冷油器的機(jī)構(gòu)、存在問題和熱管式冷油器的結(jié)構(gòu)、原理以及應(yīng)用做具體分析。

1 列管式冷油器的構(gòu)成和易出現(xiàn)的問題

1.1 列管式冷油器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

列管式冷油器是一種普遍使用的冷油器，水室、殼體、芯子是其主要構(gòu)成部分。其中，芯子由許多鋼管和多層隔膜組成，并裝于圓形殼體內(nèi)，鋼管的兩端均與鋼板相連，水從水室流進(jìn)鋼管內(nèi)，油在殼體內(nèi)、管束外流動(dòng)，油和水通過鋼管壁進(jìn)行換熱，從而實(shí)現(xiàn)冷卻過程。列管式冷油器傳熱系數(shù)高、傳熱量高，并且可以有效地保持溫度的穩(wěn)定。但是，受結(jié)構(gòu)及科技的影響，列管式冷油器存在著不少問題，需要引起注意。

1.2 列管式冷油器易出現(xiàn)的問題

受到列管式冷油器自身結(jié)構(gòu)和腐蝕的影響，這種冷油器在運(yùn)行時(shí)極易出現(xiàn)透平油泄漏到冷卻水中，從而污染冷卻水，長(zhǎng)時(shí)間的油泄漏很容易使管內(nèi)出現(xiàn)污垢甚至堵塞，嚴(yán)重影響冷卻效果，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 熱管式冷油器的結(jié)構(gòu)及其工作原理

熱管式冷油器的出現(xiàn)是熱管技術(shù)不斷發(fā)展的結(jié)果。熱管技術(shù)是一項(xiàng)新的技術(shù)，主要用來提高傳熱效率，相對(duì)于列管式冷油器，熱管式冷油器的工作效率更高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理、操作更方便。

2.1 熱管式冷油器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

在熱管式冷油器的設(shè)計(jì)中，水室與油室是完全分開的，而水室與油室之間的傳熱是靠連接它們的高性能的熱管完成。熱管之間的傳熱完全獨(dú)立、互不干擾，水和油都在管外。對(duì)其清潔維護(hù)就變得更容易，也有效地解決了因?yàn)楣艿佬孤┒鸬乃突セ靻栴}。其具體結(jié)構(gòu)為在熱管的中間部位放置兩個(gè)圓形的多孔板，并且距離為100mm，然后將幾百根熱管用焊接的方式固定在多孔板上，實(shí)現(xiàn)水室與油室的連接，其中一個(gè)多孔板的外側(cè)是熱管的加熱段，另一個(gè)多孔板的外側(cè)為熱管的冷凝段。分別將這兩端裝在兩個(gè)獨(dú)立的圓形殼體內(nèi)，并將圓形殼的法蘭盤組裝并固定在多孔板上。其具體工作過程為：透平油從汽輪機(jī)軸瓦的后面進(jìn)入加熱段，幾百根熱管的工質(zhì)在熱的透平油的影響下發(fā)生了相變，從而將熱量傳到另外一端的冷凝段，通入冷凝段的冷卻水將由加熱段傳到冷凝段的熱量消散，從而最終實(shí)現(xiàn)將透平油冷卻的目的。熱管式冷油器的透平油與冷卻水分別在兩個(gè)距離100mm且不相通的殼體內(nèi)，這樣可以完全防止透平油泄漏入冷卻水中，避免了污染水環(huán)境的問題。即便熱管的加熱段和冷卻段與多孔板之間的焊接口存在滲漏，也只能夠滲漏到兩個(gè)多孔板中間部分的空腔內(nèi)，并且這種滲漏是可以排除的。其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具體如下：

2.1.1 為了將水室與油室分開，采用雙隔板結(jié)構(gòu)密封，這樣也可以同時(shí)減少水油相混而造成的水污染，熱管在兩端均為自由端，隔板與油水側(cè)外筒的密封比較簡(jiǎn)單。

2.1.2 為了減少油側(cè)折流板和筒內(nèi)壁之間的間隙，應(yīng)用適當(dāng)?shù)牟牧蠈?duì)其進(jìn)行填充，以避免油流動(dòng)的短路現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.1.3 在進(jìn)水口與出水口側(cè)均設(shè)有導(dǎo)流管，使水側(cè)能夠流動(dòng)均勻橫向沖刷管束。

2.1.4 采用三角形錯(cuò)列的方式排列管束。

2.1.5 冷油器中的熱管重量控制在1500kg左右，其中每一根熱管的重量約為2.2kg，冷油啟的總體重量控制在大約2700kg。這與原列管式冷油器的重量大體相當(dāng)。

2.2 工作原理

熱管式冷油器與列管式冷油器不同的是，其冷卻水室安裝在上部，靠工質(zhì)液體的自身重量作用回流完成工作，當(dāng)溫度很高的透平油由入口進(jìn)入到油室流經(jīng)熱管的加熱段時(shí)，所吸收的熱量將被過渡到冷卻段，從而最終實(shí)現(xiàn)降溫，其換熱部位都在外表面，水室和油室完全分開，并且在水室與油室內(nèi)設(shè)置了拆流板，這樣的結(jié)構(gòu)不僅便于清潔，而且大大地提高了冷卻效率。

3 熱管式冷油器的實(shí)際應(yīng)用

3.1 熱管式冷油器的冷卻效果

要研究熱管式冷油器的實(shí)際冷卻效果，我們將熱管式冷油器與列管式冷油器進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，前者比后者在冷卻效果上要好許多。熱管式冷油器透平油的流量更大，在入口油溫相同的情況下，列管式的出口油溫比熱管式的要低2.6℃。而列管式每小時(shí)的冷卻水流量卻比后者少26m3，按照一臺(tái)機(jī)組2臺(tái)冷油器，其運(yùn)行時(shí)間按6000小時(shí)計(jì)算，每年可以節(jié)約用水31.2萬噸，節(jié)約用電無數(shù)。這些在一個(gè)有5臺(tái)機(jī)組10臺(tái)冷油器的工廠，如果將冷油器全部改換成熱管式冷油器進(jìn)行冷卻工作，則可以全年節(jié)約用水量150多萬噸，不但為國(guó)家節(jié)約了大量的水電資源，同時(shí)也改善了冷卻效果，提高了工作效率。

3.2 熱管式冷油器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，我們可以得出結(jié)論，即熱管式冷油器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱力設(shè)計(jì)都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。其在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用廣泛，比如，將其用于水、油分離問題上，可以解決得更徹底，熱管式冷油管使得油冷卻對(duì)水質(zhì)的要求比之前大大降低，并且其安裝、維修更加方便。熱管式冷油器更加便于清潔工作，可以使得冷油器的冷卻效果更好，其性能始終保持穩(wěn)定，從而很大程度上減少了設(shè)備維護(hù)的工作量。目前，熱管式冷油器的制作成本比列管式冷油器高一點(diǎn)，但是隨著科技發(fā)展，設(shè)計(jì)工藝的完善，熱管式冷油器的成本也會(huì)逐漸降低，并且熱管式冷油器具有易清潔、效率高等特點(diǎn)，使其具有更高的性價(jià)比。

3.3 熱管式冷油器應(yīng)用時(shí)要注意的問題

毫無疑問，熱管式冷油器有很多優(yōu)點(diǎn)，是未來冷油器發(fā)展的必然趨勢(shì)，會(huì)得到廣泛的應(yīng)用，但是在使用熱管式冷油器時(shí)也需要注意一些問題：首先，最好采用雙隔板密封式結(jié)構(gòu)，因?yàn)闊峁艿膬啥硕际亲杂啥?，如果隔板與油、水側(cè)外筒的密封過于簡(jiǎn)單，就會(huì)造成一定程度上的環(huán)境污染。其次，要盡量減小油側(cè)折流板和筒內(nèi)壁的間隙，并將其縫隙用合適的物體進(jìn)行填充，以防止出現(xiàn)油流動(dòng)短路的現(xiàn)象。最后，要在進(jìn)水口和出水口都設(shè)置導(dǎo)流管，以實(shí)現(xiàn)水側(cè)流動(dòng)均勻橫向沖刷管束，減少對(duì)管壁的損傷，管束排列最好采用三角形錯(cuò)式，從而實(shí)現(xiàn)高效冷卻效果。

4 結(jié)語

通過實(shí)驗(yàn)以及在使用中的實(shí)際情況表明，熱管式冷油器與其他冷油器，尤其是列管式冷油器相比，其具有更高的效率、更大的優(yōu)勢(shì)，因此，在實(shí)際的操作應(yīng)用中，要做到充分發(fā)揮其科學(xué)效能，爭(zhēng)取最大限度地提高透平油的熱交換，進(jìn)而提升其經(jīng)濟(jì)效益?；鹆Πl(fā)電廠汽輪機(jī)熱管式冷油器充分合理地解決了熱力設(shè)計(jì)中普遍存在的問題。熱管式冷油器的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、制造難度低、安裝簡(jiǎn)便、易于維護(hù)推廣，在火力發(fā)電領(lǐng)域最大限度地發(fā)揮其優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和環(huán)境效益。

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