CN217080574U - 一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，该结构包括密布在动叶上的矩形块结构，穿插在矩形块结构之间的挡板结构，以及矩形块结构与矩形块结构、矩形块结构与挡板结构之间形成的沟槽结构，具体的，每两列矩形块结构用挡板结构包围，并且挡板结构一直延申至叶顶处实现排水功能。本实用新型通过在动叶背弧表面密布的矩形块结构，减缓二次水滴对动叶背弧表面的直接撞击作用；并在矩形块结构与矩形块结构之间形成沟槽结构，使得在动叶旋转离心力的作用下，排出动叶表面的的水分，减少动叶表面水膜撕裂作用，从而减少了再次进入通流的液滴数量。本实用新型通过以上两个方面，有利于减缓叶片水蚀。

Description

一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构

技术领域

本实用新型属于工业设备技术领域，具体涉及一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构。

背景技术

汽轮机是一种以蒸汽为工质，并将热能转化为机械功的旋转式原动机，是火力发电厂，核能电厂等的主要环节之一，在当今能源邻域占有不可或缺的地位。在能源市场规模不断扩大，能源需求日趋强烈的当今时代，汽轮机的功率及经济性被给予更高的要求。为实现汽轮机的功率扩大，汽轮机叶片必须采用更大的尺寸。而随着叶片尺寸的提升，尤其是汽轮机末级叶片，汽轮机水蚀的问题也愈发严重。末级叶片的加长在很大程度上放大了水蚀作用带来的威胁，叶片在水蚀作用下受打击面更大，更容易产生断裂，因此汽轮机水蚀问题在相关领域受到更多的重视。

汽轮机动叶末级工作在低压的条件下，蒸汽流经低压环境时，会液化生成水滴，并且在随着蒸汽流经静叶的时候，这些水滴会附着在静叶的表面生成水膜。水膜在积累到一定程度时，会被蒸汽推向静叶末端，并在静叶末端撕裂分离从而生成液滴(半径一般为20μm～200μm)。由于惯性较大，这些液滴会偏离蒸汽的流动方向，并以较大的相对速度冲击在动叶的背弧处，从而在动叶上发生水蚀作用。而当液滴冲击在动叶表面后，部分液滴会形成水膜，而水膜又会进一步撕裂，生成新的液滴并进入流动中，产生水蚀作用。长期的水蚀作用会破坏动叶表面结构，甚至导致动叶叶片的断裂。

由于水蚀问题对汽轮机动叶严重的危害性，提升防水蚀工艺的进步对于解决水蚀问题显得尤为重要。水蚀的防护技术总体上可分为主动措施和被动措施两类。其中主动措施为：从汽轮机的叶片及结构上进行设计优化以减少水滴的数量和水蚀的冲击作用，从而减少水蚀。被动措施为：对叶片表面的材料性能进行增强，以减缓材料的水蚀速度。本实用新型探究一种新的防护措施，从动叶背弧表面的微结构出发，在不破坏叶片总体性能的基础上，减少动叶中水滴的数量，并降低动叶表面的水蚀冲击，从而实现防水蚀功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构。该结构意于通过在动叶背弧表面密布的矩形块结构，减缓二次水滴对动叶背弧表面的直接撞击作用；并在矩形块结构与矩形块结构之间形成沟槽结构，使得在动叶旋转离心力的作用下，排出动叶表面的的水分，减少动叶表面水膜撕裂作用，从而减少了再次进入通流的液滴数量。通过以上两个方面，有利于减缓叶片水蚀。

为了实现上述功能，本实用新型采用的技术方案如下：

一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，该结构包括密布在动叶上的矩形块结构，穿插在矩形块结构之间的挡板结构，以及矩形块结构与矩形块结构、矩形块结构与挡板结构之间形成的沟槽结构，具体的，每两列矩形块结构用挡板结构包围，并且挡板结构一直延伸至叶顶处实现排水功能。

本实用新型进一步的改进在于，该密布的矩形块结构布置在动叶背弧的上半部分内，即布置区域在动叶展向的长度为动叶总长的1/2。

本实用新型进一步的改进在于，采用挡板结构包围的矩形块结构采用1-5列布置。

本实用新型进一步的改进在于，该矩形块结构采用矩形外，能够替换为圆柱形块、三角形块以及多边形块。

本实用新型进一步的改进在于，挡板结构的高度与矩形块结构的高度相同。

本实用新型进一步的改进在于，该矩形块结构采用顺排或者叉排布置。

本实用新型进一步的改进在于，该挡板结构采用矩形外，能够替换为波浪型和锯齿型。

本实用新型进一步的改进在于，在动叶周向方向上，矩形块结构和矩形块结构、矩形块结构和挡板结构的间距均相同；且在动叶径向方向上，矩形块结构与矩形块结构的间距大于切向上的间距。

本实用新型进一步的改进在于，还包括气缸内捕水器结构，其布置在气缸内，用于收集沟槽结构从叶顶排出动叶的水。

本实用新型至少具有以下有益的技术效果：

本实用新型提供的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，密布的矩形块结构与挡板结构能够减少二次水滴对动叶表面的直接冲击作用。二次水滴的冲击作用将大部分施加在密布的矩形块结构与挡板结构上，而非叶片表面上，这在很大程度上减缓了水蚀作用。同时，矩形块结构与挡板结构之间形成的沟槽结构有利于沟槽结构内水膜的形成，密布的水膜将保护叶片表面，缓解水蚀冲击。

矩形块结构与挡板结构之间形成的沟槽结构能排出动叶内的水，减缓水蚀。撞击在矩形块结构与挡板结构上的液滴会流入沟槽结构中。而在挡板结构的引导约束作用下，由于动叶旋转的离心力作用，沟槽结构中的水会向叶顶流，并从叶顶被甩出动叶，从而被气缸内捕水器结构吸收，减少了动叶表面的水分，从而减少了动叶表面水膜撕裂，从而减少了再次进入通流的液滴数量，有利于减缓叶片水蚀作用。

本实用新型的矩形块结构与挡板结构简单，均为简易几何形状，易于批量加工生产。同时，密布的矩形块结构与挡板结构采用微结构，对于叶片的结构性能产生的影响可忽略，故能够保证叶片的总体结构性能不受破坏。

综上，本实用新型所提出的应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构能实现防水蚀功能，且加工过程简单，并能保证不破坏叶片总体结构性能。

附图说明

图1是本实用新型一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构总体示意图，其中图1(b)为图1(a)中I处为靠近叶顶处的局部放大示意图，图1 (c)为图1(a)中Ⅱ处靠近防水蚀结构底部的局部放大示意图。

图2是本实用新型的正视尺寸示意图，其中图2(b)为图2(a)中I处的局部放大示意图，图2(c)为图2(a)中Ⅱ处的局部放大示意图，L为叶片总长度，L_s为布置本实用新型结构的叶片段长度，D_b和D_h分别为块结构的长度和宽度；D_x和D_y分别为块结构与块结构，块结构与挡板结构的叶片切向间隔和径向间隔；D_t为防水蚀结构第一个块结构的布置距离叶顶的间隔；D_L为挡板结构的宽度。

图3是本实用新型的俯视尺寸示意图。其中图3(b)为图3(a)中I处的局部放大示意图，H为密布块与挡板的高度；

图4是汽轮机动叶受到二次水滴作用发生水蚀的示意图。

图5和图6是本实用新型在受到水蚀作用下，二次水滴与表面结构撞击的切向截面示意图；

图7是本实用新型在受到水蚀作用下，将动叶背弧中的水分排出的工作示意图。

附图标记说明：

1-矩形块结构，2-沟槽结构，3-挡板结构，4-动叶，5-气缸内捕水器结构，6- 静叶。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步说明：

由图1-3可见，本实用新型提供一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，该结构包括密布的矩形块结构1，将矩形块结构1围起的挡板结构3以及矩形块结构1和挡板结构3之间形成的沟槽结构2。这些矩形块结构1与挡板结构3的密布数量不作硬性规定，但布置在动叶4背弧的上半部分。其中，在叶片径向的布置上，防水蚀结构布置长度L_s为叶片总长度L的1/2。矩形块结构1 的长度和宽度D_b和D_h均取500μm；挡板结构3的宽度D_L取200μm；块与块，矩形块结构1与挡板结构3之间的径向距离D_x和切向距离D_y分别取 200μm和500μm；最靠近叶顶的矩形块结构1与叶顶间距D_t取1500μm。在图3 中，矩形块结构1与挡板结构3的高度H均取400μm。

为了对本实用新型进一步了解，现在从动叶背弧表面的防水蚀作用和动叶的排水作用两个方面进行说明。

图4为水蚀作用产生原理示意图。在汽轮机工作过程中，静叶表面会积累水膜，并随着蒸汽流动而离开静叶形成水滴。这些水滴的运动速度与蒸汽不同，会以较大的相对速度W_l撞击在动叶的背弧处，发生水蚀。撞击在动叶背弧处的水滴会形成水膜，而水膜的撕裂会再次生成新的水滴，并重新进入通流中，引起水蚀。

本实用新型提出的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，该结构在动叶背弧表面处的防水蚀作用如图5和图6所示。如图5所示，由于微型的密布结构，本实用新型结构能使得水蚀冲击的作用从叶片的表面大幅转移到密布的块结构和挡板结构上，从而降低叶片表面受到水蚀的作用。同时，该密布块结构1常是以侧面和竖直面受到冲击，这降低了冲击角度，减缓了水蚀冲击带来的冲力。在此基础上，该结构容易在叶片表面生成水膜，从而抵挡水蚀的冲击作用。如图6所示，本实用新型在受到水蚀作用时，如图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所示，在沟槽结构2内、挡板结构3表面以及矩形块结构1表面，由于尺寸与水滴尺寸相近，容易在冲击后生成水膜结构。生成的水膜有助于降低后续水蚀的冲击，实现防水蚀的作用。

图7展示了本实用新型排出动叶中水分的功能。经水蚀作用后，冲击在防水蚀结构内的水滴会进入沟槽结构2中聚集，形成水膜。这些沉积在动叶表面的水分由于受到动叶旋转离心力f的作用，会逐渐向着叶顶方向流出，并最后在叶顶处被甩出动叶，甩出动叶的水分将在气缸内捕水器结构5所吸收。这一作用减少了动叶表面水膜的撕裂，从而减少了从动叶表面再次进入通流的液滴数量，有利于减缓叶片水蚀作用。

结合上述说明，本实用新型能够在总体不影响动叶结构性能的基础上，在动叶背弧表面起到减缓水蚀冲击的作用。同时，能将沉积在动叶表面的水分排出，减少动叶表面再次进入通流的液滴数量，从而实现防水蚀功能。

Claims (9)

1.一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，该结构包括密布在动叶上的矩形块结构，穿插在矩形块结构之间的挡板结构，以及矩形块结构与矩形块结构、矩形块结构与挡板结构之间形成的沟槽结构，并且每两列矩形块结构用挡板结构包围，且挡板结构一直延伸至叶顶处实现排水功能。

2.根据权利要求1所述的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，该密布的矩形块结构布置在动叶背弧的上半部分内，即布置区域在动叶展向的长度为动叶总长的1/2。

3.根据权利要求1所述的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，采用挡板结构包围的矩形块结构采用1-5列布置。

4.根据权利要求1所述的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，该矩形块结构采用矩形外，能够替换为圆柱形块、三角形块以及多边形块。

5.根据权利要求1所述的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，挡板结构的高度与矩形块结构的高度相同。

6.根据权利要求1所述的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，该矩形块结构采用顺排或者叉排布置。

7.根据权利要求1所述的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，该挡板结构采用矩形外，能够替换为波浪型和锯齿型。

8.根据权利要求1所述的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，在动叶周向方向上，矩形块结构和矩形块结构、矩形块结构和挡板结构的间距均相同；且在动叶径向方向上，矩形块结构与矩形块结构的间距大于切向上的间距。

9.根据权利要求1所述的一种应用于汽轮机动叶表面的密布块防水蚀结构，其特征在于，还包括气缸内捕水器结构，其布置在气缸内，用于收集沟槽结构从叶顶排出动叶的水。

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