CN1971001A - 蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料 - Google Patents

蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料 Download PDF

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Abstract

一种蒸汽涡轮机，包括：插入在涡轮转子中的叶片和设置在叶片的上游侧并由涡轮机壳体支撑的喷嘴，其中分别包括所述叶片和喷嘴的多个级轴向布置在涡轮机中，以限定出蒸汽通道。亲水涂覆部分设置在所述涡轮转子的圆周表面、喷嘴表面、叶片表面和涡轮机壳体的内周表面的整个区域上或设置在所述这些表面的至少一部分的区域上。

Description

蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料
技术领域
本发明涉及蒸汽涡轮机性能的改进，特别涉及包括蒸汽喷嘴、叶片(buckets)、壳体、涡轮转子和设置在这些部件上以防止腐蚀的亲水涂覆部分的蒸汽涡轮机，还涉及用于蒸汽涡轮机的亲水涂覆部分的亲水涂覆材料。
背景技术
蒸汽涡轮机通过将蒸汽供给喷嘴(静叶)和叶片(动叶)叶栅的方式将锅炉产生的高温高压蒸汽的能量转换成旋转能。图9示出了基于一种蒸汽涡轮机的发电系统的机构。
锅炉1产生的蒸汽进一步由加热器2加热并被引入蒸汽涡轮机3中。参见图10，蒸汽涡轮机3包括周向地插入叶片(动叶)5的涡轮转子4和支撑喷嘴(静叶)6的壳体13。叶片5和喷嘴6组合成沿涡轮转子4的轴向布置的级7。
引入蒸汽涡轮机3的蒸汽通过蒸汽通道8膨胀。然后涡轮转子4将高温高压下的蒸汽的能量转换成旋转能。再参见图9，该旋转能被传输给连接在涡轮转子4上的马达9。马达9将该旋转能转换成电能。
已经失去了能量的蒸汽从蒸汽涡轮机3中排出并被引入冷凝器10中，该冷凝器10以例如海水的冷却介质11冷却该蒸汽，以将其冷凝成水。供给泵12再将该水供给锅炉1。
蒸汽涡轮机3包括高压涡轮、中压涡轮、和低压涡轮，这取决于所需提供的蒸汽的温度和压力。对于上述这种发电系统，特别地，由于蒸汽温度已经下降，所以具有约10％的含水量的湿蒸汽在低压涡轮的最后一级附近流动。在用于核电站的蒸汽涡轮机中，由于最初供给的是饱和蒸汽，所以高压涡轮级以湿蒸汽运行。
当湿蒸汽流过喷嘴6时，蒸汽中所含的水分在喷嘴6上冷凝成水滴。这些水滴组合成被蒸汽流分散并与喷嘴6下游的叶片5相撞的粗水滴(coarse water droplets)。该碰撞导致叶片5的转矩衰减，进而使得涡轮机3的总性能降低。粗水滴还引起叶片5的表面发生腐蚀。该腐蚀使得叶片5的厚度减小，进而缩短其寿命。随着较长的叶片被用于最后的涡轮级，该问题已经变得日益严重。
下面将详细描述叶片5和喷嘴6以湿蒸汽进行的实际运行。
图11是示出了湿蒸汽和水滴在以该蒸汽运行的叶片栅附近的表现特性(behavior)的示意图。
包含在蒸汽中的水分14主要附着在喷嘴6的凹面上，以形成水膜15。该水膜15主要出现在喷嘴6的中间部分并在厚度增加时流向喷嘴的后缘。水膜15从喷嘴6的后缘上释放出水滴16进入主流(工作蒸汽)。如果水膜15较厚，那么便会释放出大且粗的水滴。
图11示出了速度图，该图示出了蒸汽和粗水滴16之间的表现特性的差异。根据该速度图，从喷嘴6的后缘释放出的粗水滴16具有比蒸汽速度低的速度，因此以高于蒸汽速度的速度流向叶片5。此外，粗水滴16以明显不同于蒸汽角度的角度与叶片5相撞。因此，粗水滴16的碰撞促导致在叶片5的尖端处、尤其是在其凸面侧发生显著的腐蚀。
图12是示出了水滴16在喷嘴6的凹面上的表现特性的示意图。
实际上，水膜15不会均匀地出现在喷嘴6上，但会局部地显现为水膜流17。当水膜流聚集在喷嘴6的后缘时，水膜流17的厚度以加速度增加。水膜流17释放出粗水滴16进入主流。这种释放不会均匀地发生在喷嘴6的高度上，而是会局部地且不规则地发生。粗水滴16因此是水膜流17的局部化和在喷嘴6的后缘处形成比其它部分厚得多的水膜的结果。
图13是示出了水滴16的尺寸和被水滴16侵蚀的叶片的腐蚀量之间的关系的曲线图。
参见图13，当水滴16的尺寸增加时，腐蚀量以加速度增加，这意味着阻止粗水滴16的形成对防止腐蚀是有效的。
图14是示出了湿度沿叶片高度的分布的曲线图。
根据图14，叶片5旋转的离心力促使大量水滴聚集在叶片5的外部，同时蒸汽流的漩涡促使大量水滴聚集在喷嘴6的外部。水膜流17，以及粗水滴16显著地出现在叶片23和喷嘴6的外部。
减少湿蒸汽的影响的方法之一是从蒸汽流中除去粗水滴16。例如，日本未审查的专利申请公开No.8-210105公开了一种通过这种方式设置的排水收集器(drain catcher)，所述方式为，在支撑叶片的壳体中形成一吸入出口以借助于蒸汽流的离心力回收水滴。此外，日本未审查的专利申请公开No.7-42506公开了一种能够通过形成在其表面中的狭缝吸收水滴的狭缝喷嘴。这种方法已经被投入到实际应用中。
此外，参见图15，槽18可以形成在叶片5上，以沿径向延伸。这些槽18可促使水滴16流动并飞入叶片5的外部，使得例如排水收集器19可回收水滴16。也可通过增加喷嘴6和叶片5之间的间距减小湿蒸汽的影响。这种方法减小水滴16的尺寸并助长水滴的加速度，以减小水滴16和叶片5的碰撞速度。
另一方面，日本未审查的专利申请公开No.10-280907公开了一种用于抑制叶片腐蚀的方法的例子。根据该公开文献，硬质合金涂层和具有优秀抗腐蚀性的材料被应用到叶片前缘的端部。例如，钴基合金的钨铬钴合金用于12Cr合金钢，Ti-15Mo-5Zr-3Al基合金镀层用于钛合金。
在上述用于减小湿蒸汽的影响的方法中，水滴的除去需要十分复杂的除去机构，因此增加了生成成本。蒸汽通道中的开口或叶片表面上用以除去水滴的附加结构的形成可引起导致涡轮机性能下降的空气动力损失。此外，将水滴选择地从蒸汽中除去和排出是很困难的，且这种方法会不希望地将部分本来可以进行工作的蒸汽和水滴一起排出，因而会降低涡轮机效率。
增加喷嘴6和叶片5之间的间距不仅会引起空气动力损失，而且会导致更大的机械尺寸。由于例如越长的涡轮转子会引起越大的振动，所以就确保可靠性来说，这强化了严重的设计限制。
硬质合金涂层或具有抗腐蚀性的材料的应用需要尖端的焊接技术，且炽烧(blazing)会降低叶片衬底的强度。此外，硬质材料很昂贵，且由于应用越长的叶片会伴随着越高速度的水滴的碰撞，所以就粘结强度来说，不能保证足够的可靠性。
因此，任何已知的用于减小湿蒸汽的影响的方法都会使涡轮机性能、可靠性、或减少湿度影响的成本折衷，因此迫切地需要解决该问题。
发明内容
本发明是在考虑了上述现有技术中的情况下提出的，且本发明的一个目的是提供一种能够减小湿蒸汽的影响、且不会引起空气动力损失、降低可靠性或显著增加成本的高效和高可靠性的蒸汽涡轮机，且还提供一种用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料。
上述和其它目的可根据本发明通过提供一种蒸汽涡轮机来实现，该涡轮机包括：
涡轮机壳体；
设置在所述涡轮机壳体内的涡轮转子；
插入在涡轮转子中的叶片；和
设置在所述叶片的上游侧并由涡轮机壳体支撑的喷嘴，其中分别包括所述叶片和喷嘴的多个级轴向布置在涡轮机中，以限定出蒸汽通道，
其中亲水涂覆部分设置在所述涡轮转子的圆周表面、喷嘴表面、叶片表面和涡轮机壳体的内周表面的整个区域上或设置在所述这些表面的至少一部分的区域上。
在上述方面中，可以预期将所述亲水涂覆部分沿所述叶片的前缘设置在其凸表面的区域上。亲水涂覆部分设置于其上的叶片的区域可满足下列条件：
0≤L/C≤0.5
其中“C”是叶片的弦长，“L”是沿叶片的弦长从叶片前缘形成亲水涂覆部分的区域的长度。
可以预期亲水涂覆部分具有0.05至150微米的厚度。如果该亲水涂覆部分具有小于0.05微米的厚度，则会导致最初的局部脱落或由轻微的磨损就引起局部脱落。如果该亲水涂覆部分具有大于150微米的厚度，则会由于下降的粘结强度而引起诸如剥皮的问题。在这种情况下，很难维持足够的亲水性。
可以预期亲水涂覆部分具有30％或更小的孔隙率。如果该亲水涂覆部分具有超过30％的孔隙率，则其包括强度和抗磨损性的机械性能会显著下降。在那种情况下，蒸汽涡轮机可能很难投入实际应用中。另一方面，所述孔隙率可减小到0％。
所述亲水涂覆部分可设置在沿所述叶片的高度方向延伸的预定区域内。
所述亲水涂覆部分可设置在喷嘴和叶片的区域内，所述区域从喷嘴和叶片的后缘向上游侧延伸至少10毫米的长度。
所述亲水涂覆部分可设置在喷嘴和叶片的区域内，所述区域满足下列条件：
0.3≤h/H≤1.0
其中“H”是喷嘴和叶片的高度，“h”是所述亲水涂覆部分形成区域的高度。
所述喷嘴可设置有与喷嘴内部相通的狭缝，且所述亲水涂覆部分设置在形成有狭缝的喷嘴的整个表面上。在这种情况下，所述亲水涂覆部分可设置在狭缝上游侧的预定区域上。
可以预期开口设置在所述涡轮机壳体的内周表面上，且亲水涂覆部分设置在所述涡轮机壳体的内周表面上。在这种情况下，可以预期所述开口在喷嘴后缘的下游侧和设置在喷嘴下游的叶片前缘的附近处设置在涡轮机壳体的内周表面上，且亲水涂覆部分设置在各开口附近。
所述亲水涂覆部分可包括靠近所述亲水涂覆部分的薄膜区域的防水涂覆部分。
所述亲水涂覆部分可具有20°或更小的水接触角。图8是示出了亲水涂覆部分和附着于其上的水滴之间的接触角的界定的图示。亲水涂覆部分21和水滴28之间的接触角θ由下列条件定义：
θ＝2tan-1(h/r)
其中“r”是水滴28的半径，“h”是水滴28的高度。如果接触角超过20°，便很难形成，或很难在亲水涂覆部分21上保持足够细小的水滴或足够薄的水膜。在那种情况下，所述亲水涂覆部分将具有不充分的增强性能和抑制腐蚀的效果。
在本发明的另一方面，还提供了一种用于前面所述的亲水涂覆部分的亲水涂覆材料，所述亲水涂覆材料包括氧化物陶瓷。该氧化物陶瓷包括例如二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锆(ZrO2)或氧化铝(Al2O3)的金属氧化物。通常，氧化物陶瓷公知的是比其它类型的材料具有更高的亲水性。特别地，二氧化硅可显现高亲水性，这取决于用于其产品的过程。其作为光催化剂的功能已经被引起注意的二氧化钛尤其是在紫外线照射下可显示超亲水性(特别高的亲水性)，这取决于周围环境。
在这种情况下，可以预期所述氧化物陶瓷主要包括至少二氧化硅和二氧化钛之一。就形成硬质陶瓷涂层而言，利用例如有机金属化合物的非晶金属化合物的前体是有利的。优选的是，对以这种非晶金属化合物涂覆的金属衬底在尽可能低的温度下加热，以抑制衬底恶化。在这种情况下，最后的陶瓷涂层是非晶的。如果亲水涂覆部分具有有小于0.05微米的厚度，则会导致最初的局部脱落或由轻微的磨损就引起局部脱落。如果该亲水涂覆部分具有大于150微米的厚度，则会由于下降的粘结强度而引起诸如剥皮的问题。在这种情况下，很难维持足够的亲水性。
如果该亲水涂覆部分具有超过30％的孔隙率，则其包括强度和抗磨损性的机械性能会显著下降。在那种情况下，蒸汽涡轮机可能很难投入实际应用中。另一方面，所述孔隙率可减小到0％。
在根据本发明的如上所述的方面的蒸汽涡轮机中，所述亲水涂覆部分设置在所述涡轮转子的圆周表面、喷嘴表面、叶片表面和涡轮机壳体的内周表面的整个区域上或设置在所述至少这些表面之一的区域上。例如，如果亲水涂覆部分设置在喷嘴上，则可形成细小水滴，同时抑制粗水滴的形成，进而提高涡轮机效率和抑制腐蚀。
本发明的性质和其它特征将从下列结合附图的描述中体现的更加清楚。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施例的具有亲水涂覆部分的喷嘴图示；
图2是示出了水滴和水膜在根据该第一实施例的具有亲水涂覆部分的喷嘴上的表现特性的图示；
图3是根据本发明的第二实施例的喷嘴的图示；
图4是根据本发明的第三实施例的喷嘴的图示；
图5是根据本发明的第四实施例的蒸汽涡轮机的图示；
图6是根据本发明的第五实施例的蒸汽涡轮机的图示；
图7是根据本发明的第六实施例的蒸汽涡轮机的图示；
图8是示出了亲水涂覆部分和附着于其上的水滴之间的接触角的界定的图示；
图9是已知的包括蒸汽涡轮机的热电站的示意系统图；
图10是已知蒸汽涡轮机的喷嘴和叶片叶栅的图示；
图11是示出了已知蒸汽涡轮机中的喷嘴、叶片和水滴之间的关系的速度图；
图12是示出了水滴在蒸汽涡轮机的喷嘴上的表现特性的图示；
图13是示出了水滴尺寸和腐蚀量之间的关系的曲线图；
图14是示出了已知蒸汽涡轮机的喷嘴高度和湿度之间的关系的曲线图；
图15是用于已知蒸汽涡轮机中的水分除去机构的一个例子的图示；
图16是示出了通过狭缝收集的水量与形成了亲水涂覆部分和没形成亲水涂覆部分的情况下的供水量之间的比例的表；和
图17示出了纵截面，该纵截面示出了本发明可应用于其中的通用蒸汽涡轮机的结构。
具体实施方式
下面将结合附图描述根据本发明的实施例的蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料。
在描述本发明的各实施例之前，首先将参见附图17说明本发明可用于其中的通用蒸汽涡轮机。
参见图17，蒸汽涡轮机100设置有包括内和壳体的双层涡轮机壳体101，内壳由可分离的上和下壳101a和101b组成。在涡轮机壳体101内部，设置一穿过蒸汽入口部分103以沿横截面图的中心线H延伸的涡轮转子102。蒸汽通道104(104a和104b)分别形成在涡轮转子102和上、下壳101a、101b之间，使得蒸汽分别横向地流动。
多个涡轮级105(106，107)设置在蒸汽通道104中，各涡轮级105包括一设置到内壳中的喷嘴(静叶)106和插入在转子102中的叶片(动叶)107。
蒸汽通过蒸汽入口部分103引入蒸汽涡轮机壳体101内，然后通过蒸汽通道104引入涡轮级105。
[第一实施例]
将结合图1和2描述本发明的第一实施例。
在该实施例中，在湿条件下运行的级的各喷嘴(静叶)20具有沿其后缘形成在喷嘴20的凹面的径向外部的限定区域内的亲水涂覆部分21。
在湿条件下，如参见图12所描述一样，包含在工作流体中的水分14主要附着在喷嘴6的凹面上，以形成水膜15。水膜15显著地出现在喷嘴6的中间部分并当厚度增加时流向喷嘴后缘。
水膜15从喷嘴6的后缘作为水滴16释放到主流中(工作蒸汽)。如果水膜15较厚，就会释放大且粗的水滴。
在该实施例中，如图2所示，亲水涂覆部分21广泛地分布，以均匀地扩散会产生粗水滴的水膜15。因此，和现有技术不一样，亲水涂覆部分21可抑制特别厚的水膜在喷嘴20的后缘处形成，以减小从喷嘴20的后缘释放出的水滴16的尺寸，进而防止粗水滴形成。
虽然如上所述，如果亲水涂覆部分21沿喷嘴20的后缘形成，其效果是可以预期的，但是该亲水涂覆部分21还可形成在喷嘴20的整个表面上。特别地，该亲水涂覆部分21可形成在从喷嘴20的后缘向上游延伸至少10毫米的区域内，以确保足够的效果。此外，该亲水涂覆部分21不需形成在喷嘴20的整个后缘上，因为水膜15不是均匀地分布在整个后缘上，而是局部地，特别是分布在喷嘴20的径向外部上。亲水涂覆部分21优选地形成在这样的区域内，该区域大约满足下列条件：
0.3≤h/H≤1.0
其中“H”是喷嘴20的高度，“h”是亲水涂覆部分21形成区域的高度。
亲水涂覆部分21由比较硬的涂层形成，例如SiO2涂层，这将在后面描述。由于很少的水滴16与喷嘴20在沿喷嘴后缘的区域内碰撞，所以损坏涂层的可能性非常低，因而涂层的效果可以在整个持续周期内获得。此外，亲水涂覆部分21在上游方向和喷嘴20的纵向上的边界不必清楚地界定出。如果亲水涂覆部分21可靠地形成在沿喷嘴20的后缘的区域内，则可以获得其预期效果。因此亲水涂覆部分21可以非常低的成本形成，其不需要例如掩蔽(masking)的加工步骤，或者只需要很简单的加工步骤。
而且，即使亲水涂覆部分21具有小于1微米的厚度，也能获得足够的效果。因此亲水涂覆部分21不会对喷嘴20的形状或其表面粗糙度造成负面影响。
根据该实施例，如上所述，通过使水膜流均匀地扩散、以减少其厚度的方式，可以使从喷嘴20的后缘释放出的水滴的尺寸最小化，而不会出现性能退化或明显的成本增加。这可使下一级的叶片由于水滴而产生的腐蚀量减小。
[第二实施例]
下面将参见图3描述根据本发明的第二实施例的蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料。在该实施例中，与第一实施例中相同的元件以相同的附图标记表示，以免去多余的描述。
在该实施例中，亲水涂覆部分21具有预定的宽度，并朝喷嘴20的外端延伸穿过喷嘴20的凹面。如在第一实施例中所述一样，水滴附着在喷嘴20的凹面上，以聚集并形成流向喷嘴后缘的水膜。当水膜流到达亲水涂覆部分21时，其被导向设置在喷嘴20外侧的周向壁。如图15中所示的排水收集器设置在喷嘴20的外侧，以从主流中除去和排出水膜流。
根据该实施例，在不会引起空气动力损失或机械加工的成本增加的情况下，可以获得与那种在叶片上形成槽的已知技术等同的水分除去效果。
因此根据该实施例，通过简单地形成亲水涂覆部分21便可以将排水从喷嘴20上有效地分离和除去。此外，通过使水膜流均匀地扩散、以减少其厚度的方式，可以在不会出现性能退化或明显的成本增加的情况下，使从喷嘴20的后缘释放出的水滴的尺寸最小化。
[第三实施例]
下面将参见图4描述根据本发明的第三实施例的蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料。在该实施例中，与第一实施例中相同的元件以相同的附图标记表示，以免去多余的描述。
在该实施例中，狭缝22形成在喷嘴20的凹面中，且亲水涂覆部分21形成在狭缝22的上游侧。虽然就除去水分来说增加狭缝22的长度是优选的，但是就喷嘴强度和空气动力效果来说，该长度应该被最小化。在该实施例中，亲水涂覆部分21形成在一从喷嘴20的上游侧至狭缝22的宽区域中，且亲水涂覆部分21的长度逐渐减小至狭缝22的长度。
根据该实施例，即使狭缝22的长度被最小化，由附着在一宽区域内的水分产生的水膜流也可以被导向和吸入狭缝22中，以减小腐蚀量。
[第四实施例]
下面将参见图5描述根据本发明的第四实施例的蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料。在该实施例中，与第一实施例中相同的元件以相同的附图标记表示，以免去多余的描述。
在该实施例中，亲水涂覆部分21沿叶片23的前缘形成在各叶片23的表面的预定区域内。
包含在主流中的水分和形成在喷嘴20的上游侧的水滴附着在亲水涂覆部分21上。大的离心力使水滴沿亲水涂覆部分21移向叶片(动叶)23的外端(叶片顶部)。水滴最后从叶片23的外端流向设置在涡轮机壳体24中的排水收集器25中，且该排水收集器25将水滴从该主流中排出。
亲水涂覆部分21可形成在叶片23的、水滴直接与叶片23碰撞的区域内。根据发明人进行的实验，形成有亲水涂覆部分21的叶片23区域可由下列条件规定：
0≤L/C≤0.5
其中“C”是叶片23的弦长，“L”是沿叶片23的弦长从叶片23的前缘形成亲水涂覆部分21的区域的长度。
根据该实施例，通过在叶片23的前缘处形成亲水涂覆部分21可以使水膜流均匀地扩散，以减小其厚度。这可使腐蚀量减小。
[第五实施例]
下面将参见图6描述根据本发明的第五实施例的蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料。在该实施例中，与第一实施例中相同的元件以相同的附图标记表示，以免去多余的描述。
在该实施例中，亲水涂覆部分21形成在外隔环26的面向蒸汽通道和排水收集器25的通道表面的表面上。亲水涂覆部分21还沿叶片23的前缘形成在预定区域上。
离心力促使附着在喷嘴20或叶片23上的大部分水分聚集到外隔环26的壁表面上，并形成水膜流29和水膜27。在现有技术中，蒸汽流可使水膜27分散为粗水滴28。因此，排水收集器25设置用以从涡轮机系统中排出流过外隔环26的壁表面的水膜27和包含在工作流体中的水滴28，且水膜27被导向外隔环26。
但是，由于水膜27不是均匀和稳定的，所以水膜27可再次作为粗水滴28被释放到主流中。
在那种情况下，排水收集器25会不能有效地排出水膜27。
根据该实施例，亲水涂覆部分21形成在外隔环26的面向蒸汽通道和排水收集器25的通道表面的表面上，以将水膜27均匀地扩散和保持在外隔环26的壁表面上。亲水涂覆部分21因此可以通过排水收集器25有效地除去水分。在没有排水收集器25的情况下，亲水涂覆部分21可形成在外隔环26的表面上，以防止来自水膜流29的水滴28释放到其壁表面上，从而有效地防止腐蚀。
[第六实施例]
下面将参见图7描述根据本发明的第六实施例的蒸汽涡轮机和用于该蒸汽涡轮机的亲水涂覆材料。在该实施例中，与第一实施例中相同的元件以相同的附图标记表示，以免去多余的描述。
在该实施例中，防水涂覆部分30只形成在如图1和2所示的喷嘴20的后缘处。
根据该实施例，水膜流29通过亲水涂覆部分21收集并有效地扩散，以到达防水涂覆部分30，这强迫地从喷嘴20的表面释放出水膜流29。该防水涂覆部分30因此可充分地减小水滴28的尺寸和对下游侧叶片(未示出)的影响，以增强第一实施例的效果。
在上述例子中，防水涂覆部分30形成在喷嘴20上。亲水涂覆部分21和防水涂覆部分30因此可以联合用于控制附着在叶片表面或蒸汽通道的壁表面上的水分，而不会对涡轮机的空气动力性能产生任何不利的影响。
[第七实施例]
下面将描述用于根据第一至第六实施例中的任一实施例的亲水涂覆部分21的亲水涂覆材料。在该实施例中，前述涂覆部分21由SiO2形成。
在该实施例中，将少量水和乙酸添加到四乙氧基甲硅烷(Si(OC2H5)4)中，将该溶液以乙醇稀释以制备涂覆液体(coatingliquid)。将该涂覆液体喷到喷嘴20上，在室温下干燥和水解一天，然后以100℃的热空气在空气中加热20小时。得到的涂层是具有约0.2微米厚度和约10％的孔隙率的非晶薄膜。
图16概括出了在亲水涂覆部分21上实施的实验结果。
该实验是在五种具有相同宽度和不同形状的狭缝(即狭缝A至E)的矩形板上实施的。对于各种狭缝类型，都准备了一具有亲水涂覆部分21的板和一不具有亲水涂覆部分21的板。也就是说，一共准备了十块板。通过使板倾斜可使预定量的水从各板的一端流出。测量出未能流入狭缝的水量和在板的另一端回收的水量。
图16中，术语“通过狭缝收集的水量与供水量的比”是指在狭缝下回收的水量与从板端供给的水量的比。术语“回收水量与供水量的比”是指在板的另一端和狭缝下回收的总水量与从板端供给的水量的比。
根据图16，各种狭缝类型的涂覆和未涂覆板在回收水量与供水量的比上基本上是相等的，只有微小误差。另一方面，A、B和E型狭缝的涂覆板在通过狭缝收集的水量与供水量的比上大于同种狭缝的未涂覆板。这些结果清楚地显示了根据该实施例的亲水涂覆部分21的效果，尤其是对于具有类似于涡轮机叶片的凹面的E型狭缝而言特别明显。
亲水涂覆部分21形成在蒸汽涡轮机的部件上，例如喷嘴20、叶片23、涡轮转子、涡轮机壳体24和外隔环26。因此，释放出的水滴更细小，且后续级的叶片的抗腐蚀性相比于没有涂层的蒸汽涡轮机而言得到了改进。
[第八实施例]
和第七实施例中一样，将主要包含具有硅氧烷键(Si-O)的有机硅化合物的涂覆材料沿着图1所示喷嘴20的后缘喷到喷嘴20的凹面的径向外部的限定区域上，并且以100℃的热空气进行20小时的加热以使之固化。得到的涂层是具有约1微米厚度和约7％的孔隙率的非晶二氧化硅薄膜。
在这种情况下，释放出的水滴更细小，且后续级的叶片的抗腐蚀性相比于没有涂层的蒸汽涡轮机而言得到了改进。
[第九实施例]
根据该实施例的亲水涂覆材料用于在图5所示的叶片23的径向外部的限定区域内沿其前缘形成TiO2薄膜。
在该实施例中，将少量乙胺(C2H7N)添加到四异丙钛(Ti(OC3H7)4)中，将该溶液以乙醇稀释，以制备涂覆液体。通过浸渍将该涂覆液体沿图5所示的叶片23前缘施加到其径向外部的限定区域内。使该涂覆液体在室温下水解并在400℃下、在空气中加热三小时。在浸渍之前，将叶片23掩蔽，使得涂覆液体只能施加到限定区域内。得到的涂层是具有约0.5微米厚度和约8％的孔隙率的非晶二氧化钛薄膜。
在这种情况下，释放出的水滴更细小，且后续级的叶片的抗腐蚀性相比于没有涂层的蒸汽涡轮机而言得到了改进。
[第十实施例]
在该实施例中，将少量乙胺添加到四异丙钛(tetraisopropoxytitanium)中，将该溶液以乙醇稀释。将具有约8纳米的平均颗粒尺寸的二氧化硅颗粒分散并悬浮在该溶液中，以制备涂覆液体。通过浸渍将该涂覆液体沿图5所示的叶片23前缘施加到其径向外部的限定区域内。使该涂覆液体在室温下水解并在400℃下、在空气中加热三小时。得到的涂层包含摩尔比为1∶1的二氧化钛和二氧化硅，并具有约1微米厚度和约8％的孔隙率。
因此，由TiO2和SiO2的混合相组成的涂层沿叶片23的前缘形成在其径向外部的限定区域。具有该涂层的蒸汽涡轮机比没有该涂层的蒸汽涡轮机具有更高的性能和更高的抗腐蚀性。
[第十一实施例]
在该实施例中，将少量水和乙酸添加到四乙氧基甲硅烷中，将该溶液以乙醇稀释。将具有约6纳米的平均颗粒尺寸的二氧化钛颗粒分散并悬浮在该溶液中，以制备涂覆液体。将该涂覆液体沿着图1所示喷嘴20的后缘喷到的喷嘴凹面的径向外部的限定区域上，并在室温下进行干燥。最后的涂层包含摩尔比为2∶1的二氧化硅和二氧化钛，并具有约1.2微米厚度和约7％的孔隙率。
因此，由TiO2和SiO2的混合相组成的涂层沿喷嘴20的后缘形成在喷嘴凹面的径向外部的限定区域内。具有该涂层的蒸汽涡轮机比没有该涂层的蒸汽涡轮机具有更高的性能和更高的抗腐蚀性。

Claims (17)

1、一种蒸汽涡轮机，包括：
涡轮机壳体；
设置在所述涡轮机壳体内的涡轮转子；
插入在涡轮转子中的叶片；和
设置在所述叶片的上游侧并由涡轮机壳体支撑的喷嘴，其中分别包括所述叶片和喷嘴的多个级轴向布置在涡轮机中，以限定出蒸汽通道，
其中亲水涂覆部分设置在所述涡轮转子的圆周表面、喷嘴表面、叶片表面和涡轮机壳体的内周表面的整个区域上或设置在所述这些表面的至少一部分的区域上。
2、根据权利要求1的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分沿所述叶片的前缘设置在其凸表面的区域上。
3、根据权利要求2的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分设置于其上的叶片的区域满足下列条件：
0≤L/C≤0.5
其中“C”是叶片的弦长，“L”是沿叶片的弦长从叶片前缘形成亲水涂覆部分的区域的长度。
4、根据权利要求2的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分具有0.05至150微米的厚度。
5、根据权利要求2的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分具有30％或更小的孔隙率。
6、根据权利要求2的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分设置在沿所述叶片的高度方向延伸的预定区域内。
7、根据权利要求1的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分设置在喷嘴和叶片的区域内，所述区域从喷嘴和叶片的后缘向上游侧延伸至少10毫米的长度。
8、根据权利要求1的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分设置在喷嘴和叶片的区域内，所述区域满足下列条件：
0.3≤h/H≤1.0
其中“H”是喷嘴和叶片的高度，“h”是所述亲水涂覆部分形成区域的高度。
9、根据权利要求1的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述喷嘴设置有与喷嘴内部相通的狭缝，且所述亲水涂覆部分设置在形成有狭缝的喷嘴的整个表面上。
10、根据权利要求9的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分设置在狭缝上游侧的预定区域上。
11、根据权利要求1的蒸汽涡轮机，其特征在于，开口设置在所述涡轮机壳体的内周表面上，且亲水涂覆部分设置在所述涡轮机壳体的内周表面上。
12、根据权利要求11的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述开口在喷嘴后缘的下游侧和设置在喷嘴下游的叶片前缘的附近处设置在涡轮机壳体的内周表面上，且亲水涂覆部分设置在各开口的附近。
13、根据权利要求1的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分包括靠近所述亲水涂覆部分的薄膜区域的防水涂覆部分。
14、根据权利要求1的蒸汽涡轮机，其特征在于，所述亲水涂覆部分具有20°或更小的水接触角。
15、一种用于权利要求1所述的蒸汽涡轮机的亲水涂覆部分的亲水涂覆材料，所述亲水涂覆材料包括氧化物陶瓷。
16、根据权利要求15的亲水涂覆材料，其特征在于，所述氧化物陶瓷主要包括至少二氧化硅和二氧化钛之一。
17、根据权利要求16的亲水涂覆材料，其特征在于，所述二氧化硅是非晶的。
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