CN103437831B - 带有蛇形通道的汽轮机静叶及汽轮机静叶加热除湿装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种带有蛇形通道的汽轮机静叶及汽轮机静叶加热除湿装置，主要包括空心静叶，该空心静叶内设有至少三个分隔墙，所述分隔墙于所述空心静叶内沿叶顶至叶根的正向和反向两个方向间隔设置，且各所述分隔墙末端与叶根或叶顶的内壁之间间隔设置而留有通气口，所述空心静叶内形成用于导通气流的蛇形通道；而所述空心静叶设有进气口及排气口，所述进气口导入高温蒸汽，高温蒸汽依次经过所述蛇形通道的各个行程从所述排气口导出。本发明通过在静叶中设计带有增加内部气流通路粗糙度的肋片的蛇形通道来增强换热，以引入最少的热量达到最佳的除湿效果。

Description

带有蛇形通道的汽轮机静叶及汽轮机静叶加热除湿装置

技术领域

本发明关于一种除湿装置，特别是涉及一种尤其适用于末级静叶的带有蛇形通道的汽轮机静叶及汽轮机静叶加热除湿装置。

背景技术

随着核电汽轮机和舰船汽轮机的大力发展，低压缸末级的湿蒸汽现象越来越严重。如果不做处理，湿蒸汽所形成的一次水滴和二次水滴就会冲击末级动叶，造成末级动叶的水蚀。研究表明，二次水滴造成的危害要远远大于一次水滴。汽轮机叶片如果长期遭受水滴的高速冲击，叶身部分将会造成严重损坏，甚至会发生断裂。这对汽轮机的安全可靠运行十分不利。现在工程上存在各种除湿方法，其中涉及到静叶的除湿方法主要有空心静叶抽吸、吹扫、纯加热除湿三种方法。从理论上讲，这三种方法都是旨在减少二次水滴的形成。

在抽吸与吹扫除湿方法中，静叶上的缝隙会对叶栅通道内原设计好的流动产生影响。此外，在吹扫方法中，喷出的高温蒸汽进入凝汽器会影响汽轮机的背压，降低汽轮机效率。所以，本文提出的结构改进，主要基于空心静叶的纯加热除湿思想。前苏联著名学者И.И.Кириллов曾经做过试验，结果表明：被加热的高温物体表面，具有非浸润表面特性，使得水滴不能长时间驻留，那么，在静叶表面就不会形成水膜，这会大大减少二次水滴的形成，从而减轻水蚀。然而，现有的纯加热方法由于需要引入的热量太大，所以并没有得到大范围推广。本文提出一种增强内部换热的思想，设计带有粗糙肋的蛇形通道，用少量高温气体即可达到一定的除湿效果。

在利用纯加热除湿方法时，必须考虑空心静叶内部引进热量的多少。引进热量不足，会导致叶片表面气膜不能充分蒸发。

现有技术中，例如英国AEI公司500MW机组末级静叶采用了内部加热与吹扫相结合的方法。如下图1至3(空腔静叶9带有吹扫的三种结构的示意图)所示，莫斯科动力学院的试验资料表明，加热与吹扫相结合的方法使得静叶后的水滴尺寸明显减小，达到了一定的防水蚀作用。这种方法的主要结构为：将静叶制造成空心，并且在叶片压力面和吸力面表面或者尾缘处设计缝隙。内部高温气体加热完叶片以后，通过缝隙喷出。一方面增加叶片表面温度，防止水膜在表面形成；另一方面，通过吹扫的方法，减少二次水滴的数目和直径。

但是由图1至3可以看出，空心静叶内部引入高温气体，对静叶加热以后由叶片表面喷出。由于结构中采用了缝隙喷射，所以：

第一，这种方法会使得吹扫气体与主流蒸汽相掺混，会对原设计好的流动产生直接影响；并且高温气体与末级低温蒸汽混合后，如果用于末级，将会直接影响凝汽器背压，这样一来，就会降低汽轮机的整体效率；

第二，静叶内只有一个空腔，这种方法使得引入的高温气体在腔内流动并不剧烈，换热效果有限。因此，叶片内部通入高温气体量会很大，从而浪费了一部分高温蒸汽。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种带有蛇形通道的汽轮机静叶及汽轮机静叶加热除湿装置，减轻静叶的水蚀情况，提高汽轮机运行安全可靠性。

本发明的技术解决方案是：

本发明的一种带有蛇形通道的汽轮机静叶，其中，包括空心静叶，该空心静叶内设有至少三个分隔墙，所述分隔墙于所述空心静叶内沿叶顶至叶根的正向和反向两个方向间隔设置，且各所述分隔墙末端与叶根或叶顶的内壁之间间隔设置而留有通气口，所述空心静叶内形成用于导通气流的蛇形通道；而所述空心静叶设有进气口及排气口，所述进气口导入高温蒸汽，高温蒸汽依次经过所述蛇形通道的各个行程从所述排气口导出。

上述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其中，所述进气口及所述排气口开设于所述空心静叶的叶顶的两端，且所述空心静叶内设有奇数个分隔墙，所述进气口连通所述蛇形通道的起始端，所述排气口连通所述蛇形通道的末端。

上述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其中，所述空心静叶内设有三个分隔墙，在所述空心静叶内形成四个行程。

上述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其中，所述空心静叶内至少有两个靠近中间分隔板的所述行程设有间隔设置的多个肋片，所述肋片固定于所述行程中所述空心静叶的至少一侧的内壁上，所述肋片的高度小于二分之一的所述空心静叶两内壁之间的高度，且所述肋片与所述分隔墙之间形成有一固定角度。

上述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其中，位于所述行程中的所述空心静叶的两内壁上均固定有所述肋片，且两内壁上的所述肋片数目相等，尺寸参数相同，同一行程内的所述空心静叶一侧内壁上的肋片相互平行设置，且同一行程内的所述肋片等距离间隔设置，且所述肋片与高温蒸汽来流方向之间形成45°夹角。

上述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其中，所述行程的截面的面积为A，周长为P，其水力直径为D＝4×A/P，则所述肋片高度为h＝0.1×D，肋片厚度d＝h，所述肋片间距a＝10×h。

上述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其中，所述空心静叶内各个设有肋片的所述行程，依所述高温蒸汽流动方向，其水力直径D依次递增。

上述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，相邻的两所述行程的所述肋片反向设置。

上述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其中，所述空心静叶包括叶顶、叶身及叶根，所述叶顶、叶身及叶根为撬装结构，且所述分隔墙固定于所述叶身内。

一种汽轮机静叶加热除湿装置，其中，包括：增压泵、电加热器、稳压罐、进气调节阀、排气调节阀以及如上所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶；所述增压泵抽取高温蒸汽，高温蒸汽输送至所述电加热器加热，进入所述稳压罐稳压，再经由所述进气调节阀进入所述带有蛇形通道的汽轮机静叶内后，经由所述排气调节阀排出。

由以上说明得知，本发明确实具有如下的优点：

本发明使用的是纯加热除湿方法，主要是通过在静叶中设计带有增加内部气流通路粗糙度的肋片的蛇形通道来增强换热，以引入最少的热量达到最佳的除湿效果。

本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶及汽轮机静叶加热除湿装置，可以通过引入少量高温蒸汽的方法来进行除湿，从而减轻末级动叶的水蚀情况。一方面：减轻末级动叶水蚀情况以后，大大提高了汽轮机运行的安全可靠性，尤其对于舰船汽轮机的运行非常重要；另一方面：大大减轻了机组在大修期间在处理动叶水蚀方面的经济投入，尤其对于核电汽轮机或大型火电机组来讲，具有很可观的经济意义。

附图说明

图1至图3为现有的空腔静叶带有吹扫功能的三种结构示意图；

图4为本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶的截面示意图；

图5为图4的A-A剖面的结构示意图；

图6为图4的局部放大示意图；

图7为本发明的肋片的设置结构示意图；

图8为本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶较佳实施例的爆炸结构示意图；

图9为本发明的汽轮机静叶加热除湿装置的结构示意图。

主要元件标号说明：

本发明：

1：空心静叶    11：叶身       12：叶顶

13：叶根       2：增压泵      3：电加热器

4：稳压罐      5：进气调节阀  6：排气调节阀

7：肋片        8：分隔墙      9：空腔静叶

具体实施方式

本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶及汽轮机静叶加热除湿装置属于纯加热除湿领域，主要是通过在静叶中设计带有增加内部气流通路粗糙度的肋片的蛇形通道来增强换热，以引入最少的热量达到最佳的除湿效果。

本发明的一种带有蛇形通道的汽轮机静叶，其较佳的实施例中，主要包括空心静叶，该空心静叶内设有至少三个分隔墙，所述分隔墙于所述空心静叶内沿叶顶至叶根的正向和反向两个方向间隔设置，且各所述分隔墙末端与叶根或叶顶之间间隔设置留有通气口，所述空心静叶内形成用于导通气流的蛇形通道；而所述空心静叶设有进气口及排气口，所述进气口导入高温蒸汽，高温蒸汽依次经过所述蛇形通道的各个行程从所述排气口导出。

另外，本发明的一种汽轮机静叶加热除湿装置，其较佳的实施例中，主要包括：增压泵、电加热器、稳压罐、进气调节阀、排气调节阀以及如上所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶；所述增压泵抽取高温蒸汽，高温蒸汽输送至所述电加热器加热，进入所述稳压罐稳压，再经由所述进气调节阀进入所述带有蛇形通道的汽轮机静叶内后，经由所述排气调节阀排出。

本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶及汽轮机静叶加热除湿装置属可以通过蛇形通道及肋片的增强结构，达到只需引入少量高温蒸汽的方法便可以实现有效除湿的目的，从而减轻末级动叶的水蚀情况

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

请参阅图4及图5，为本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶较佳实施例的空心静叶1的结构示意图，其中图5为图4的A-A横截面示意图。

如图所示，本发明的一种带有蛇形通道的汽轮机静叶，其较佳的实施例中，主要包括空心静叶1，所述空心静叶1内设有至少三个分隔墙8，所述分隔墙8于所述空心静叶1内沿叶顶12至叶根13的正向和反向两个方向间隔设置，构成了至少四个导通高温蒸汽的行程；且各所述分隔墙8末端与叶根13或叶顶12的内壁之间间隔设置而留有通气口，所述空心静叶1内形成用于导通气流的蛇形通道；所述空心静叶1设有进气口及排气口，所述进气口导入高温蒸汽，高温蒸汽依次经过所述蛇形通道的各个行程从所述排气口导出。当高温蒸汽进入空心静叶1后，便会在所述蛇形通道内流通，从而增加了高温蒸汽在空心静叶1内的行程，使其能够更加充分地与空心静叶1进行充分的热交换。

如上所述的本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶，如图所示，在其较佳的实施方式中，所述进气口及所述排气口开设于所述空心静叶1的叶顶12的两端，以使其能够在空心静叶1的同一侧设置进气和排气装置，便于与提供高温蒸汽的装置连接。所述空心静叶1内设有奇数个分隔墙8，借此使依次相连通的各个行程在分隔后的起始端和末端都在同一侧，在本实施例中，则位于叶顶12一侧。如图所示，所述进气口连通所述蛇形通道的起始端，所述排气口连通所述蛇形通道的末端。

如上所述的本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其较佳的，如图所示，所述空心静叶1内设有三个分隔墙8，在所述空心静叶1内形成四个行程，由进气口至排气口依次分别为G1、G2、G3、G4四个行程。当然本发明也可以根据不同的静叶的结构和换热需求而设置不同数量的分隔墙8，使其形成多个行程，根据具体实际情况而满足不同的需求。

如上述的本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶，较佳的实施方式中，更进一步的，如图4至图7所示，所述空心静叶1内至少有两个靠近中间分隔板的所述行程设有间隔设置的多个肋片7，肋片7的设置增加了空心静叶1内部与高温蒸汽的接触面积，同时也能够扰乱高温蒸汽的流动，增加热交换效率。所述肋片7设置于所述行程内；较佳的，所述肋片7固定于所述行程中所述空心静叶1的至少一侧的内壁上，所述肋片7的结构较佳的为突出空心静叶1内侧壁的板状片体，其底部与空心静叶1内壁固定连接，两侧边则与两侧的分隔板固定连接，其顶部则为高温蒸汽的流通留出足够的通道空间。所述肋片7的高度小于二分之一的所述行程的高度，而较佳的情况下是所述肋片7的高度一般在其所在的行程高度的十分之一左右；另外，为了使气流有一定的扰流作用的同时，又使气流的流动有一定的导向性而进一步增强换热效果，故使所述肋片7与所述分隔墙8之间形成有一固定角度，即，使肋片7与高温蒸汽来流呈一倾斜的夹角，而不会完全地阻挡高温蒸汽的流动。

如上所述的本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶，较佳的，位于所述行程中的所述空心静叶1的两内壁上均固定有所述肋片7，具体的，在空心静叶1的吸力面及压力面的内壁上均设有肋片7，且两内壁上的所述肋片7数目相等，尺寸参数相同(当然也可以包括各项属性参数也相同，例如导热、硬度及材质等)，相互平行设置，且同一行程内的所述肋片7等距离间隔设置(也可以根据需求设计为不等间距的排列)，且所述肋片7与所述分隔墙8之间形成45°夹角，也可以是其它角度，具体的根据需求设置，并不以此为限。

如上所述的本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其较佳的实施例中，请具体参照图6及图7所示，所述行程的截面的面积为A，周长为P(例如图6中G3横截面的周长为空心静叶1两内壁及两分隔墙8所围的内周长度)，其水力直径为D＝4×A/P，则所述肋片高度为h＝0.1×D，肋片厚度d＝h，所述肋片间距a＝10×h。具体的，其中以第三个行程G3为例，如图6所示，设有三个分隔墙8形成有四个行程的空心静叶1，其肋片7的具体参数可以为：水力直径D3＝4×A/P。取h＝0.1×D3；a＝10×h；d＝h，肋片7与来流方向呈45°角倾斜。

本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其较佳的实施例中，所述空心静叶1内各个设有肋片7的所述行程，依所述高温蒸汽流动方向，其水力直径D依次递增。

更具体的，本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶，设置过程中需要注意如下事项：第一，分隔墙8与叶根13或叶顶12的距离(形成通气口处)要保证足够余量，使得气流能顺利通过；第二，三道分隔墙8之间的距离要适当，设行程G1、G2、G3、G4的通道的水力直径分别为D1、D2、D3、D4，则设计原则为使得如下不等式成立：“D1<D2<D3<D4”。

如上所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其较佳的实施方式中，请参阅图5所示，所述空心静叶1内，相邻的两所述行程的所述肋片7反向设置。这样能够使各个分隔墙8的受热导热更加的均匀。当然也可以是同向设置，并不以此为限。

如上所述的本发明的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其较佳的实施方式中，请参阅图8所示，所述空心静叶1包括叶顶12、叶身11和叶根13，且所述叶顶12、叶身11及叶根13为撬装结构，所述分隔墙固定于所述叶身内。较佳的，所述分隔墙8可以为分别间隔固定于所述叶顶12及叶根13内侧。另外，分隔墙可以与叶身、叶顶或叶根一体成型，只要能够实现本发明的分隔墙分隔出多个行程的目的即可。

具体的，蛇形通道由叶身11、叶顶12、叶根13与三个分隔墙8包围形成。以具有三个分隔墙8的空心静叶1为例，其蛇形通道设置方式中，以两个分隔墙8(分别靠近空心静叶1的前缘与尾缘)与叶顶12固定，中间分隔墙8则与叶根13固定，如图8的爆破图所示。然后与空心叶身11组装，形成封闭的四行程蛇形通道。

请参阅图9所示，本发明提供一种汽轮机静叶加热除湿装置，其较佳的实施方式中，主要包括：增压泵2、电加热器3、稳压罐4、进气调节阀5、排气调节阀6以及如上所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶；所述增压泵2对高温蒸汽增压，高温蒸汽输送至所述电加热器3加热，使其被加热至所需温度；然后进入所述稳压罐4稳压，以便提供稳定的气体；再经由所述进气调节阀5进行调节后，高温蒸汽具有稳定的温度和压力，再将其输送进入所述带有蛇形通道的汽轮机静叶对空心静叶1进行加热除湿作业，最后流经蛇形通道对空心静叶1加热后的高温蒸汽降低到一定温度，通过所述排气调节阀6排出静叶。更进一步的，还可以根据此时的蒸汽的参数，连接回收管路等，对其进行再次利用。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，包括空心静叶，该空心静叶内设有至少三个分隔墙，所述分隔墙于所述空心静叶内沿叶顶至叶根的正向和反向两个方向间隔设置，且各所述分隔墙末端与叶根或叶顶的内壁之间间隔设置而留有通气口，所述空心静叶内形成用于导通气流的蛇形通道；而所述空心静叶设有进气口及排气口，所述进气口导入高温蒸汽，高温蒸汽依次经过所述蛇形通道的各个行程从所述排气口导出。

2.如权利要求1所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，所述进气口及所述排气口开设于所述空心静叶的叶顶的两端，且所述空心静叶内设有奇数个分隔墙，所述进气口连通所述蛇形通道的起始端，所述排气口连通所述蛇形通道的末端。

3.如权利要求2所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，所述空心静叶内设有三个分隔墙，在所述空心静叶内形成四个行程。

4.如权利要求1所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，所述空心静叶内至少有两个靠近中间分隔板的所述行程设有间隔设置的多个肋片，所述肋片固定于所述行程中所述空心静叶的至少一侧的内壁上，所述肋片的高度小于二分之一的所述空心静叶两内壁之间的高度，且所述肋片与所述分隔墙之间形成有一固定角度。

5.如权利要求4所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，位于所述行程中的所述空心静叶的两内壁上均固定有所述肋片，且两内壁上的所述肋片数目相等，尺寸比例相同，同一行程内的所述空心静叶一侧内壁上的肋片相互平行设置，且同一行程内的所述肋片等距离间隔设置，且所述肋片与高温蒸汽来流方向形成45°夹角。

6.如权利要求5所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，所述行程的截面的面积为A，周长为P，其水力直径为D＝4×A/P，则所述肋片高度为h＝0.1×D，肋片厚度d＝h，所述肋片间距a＝10×h。

7.如权利要求6所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，所述空心静叶内各个设有肋片的所述行程，依所述高温蒸汽流动方向，其水力直径D依次递增。

8.如权利要求4所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，相邻的两所述行程的所述肋片反向设置。

9.如权利要求1所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶，其特征在于，所述空心静叶包括叶顶、叶身及叶根，所述叶顶、叶身及叶根为撬装结构，所述分隔墙固定于所述叶身内。

10.一种汽轮机静叶加热除湿装置，其特征在于，包括：增压泵、电加热器、稳压罐、进气调节阀、排气调节阀以及如权利要求1至9中任意一项所述的带有蛇形通道的汽轮机静叶；所述增压泵抽取高温蒸汽，高温蒸汽输送至所述电加热器加热，进入所述稳压罐稳压，再经由所述进气调节阀进入所述带有蛇形通道的汽轮机静叶内后，经由所述排气调节阀排出。