帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置製造方法
2023-06-23 19:05:17 2
帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置，主要包括空心靜葉，該空心靜葉內設有至少三個分隔牆，所述分隔牆於所述空心靜葉內沿葉頂至葉根的正向和反向兩個方向間隔設置，且各所述分隔牆末端與葉根或葉頂的內壁之間間隔設置而留有通氣口，所述空心靜葉內形成用於導通氣流的蛇形通道；而所述空心靜葉設有進氣口及排氣口，所述進氣口導入高溫蒸汽，高溫蒸汽依次經過所述蛇形通道的各個行程從所述排氣口導出。本發明通過在靜葉中設計帶有增加內部氣流通路粗糙度的肋片的蛇形通道來增強換熱，以引入最少的熱量達到最佳的除溼效果。
【專利說明】帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置
【技術領域】
[0001]本發明關於一種除溼裝置，特別是涉及一種尤其適用於末級靜葉的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置。
【背景技術】
[0002]隨著核電汽輪機和艦船汽輪機的大力發展，低壓缸末級的溼蒸汽現象越來越嚴重。如果不做處理，溼蒸汽所形成的一次水滴和二次水滴就會衝擊末級動葉，造成末級動葉的水蝕。研究表明，二次水滴造成的危害要遠遠大於一次水滴。汽輪機葉片如果長期遭受水滴的高速衝擊，葉身部分將會造成嚴重損壞，甚至會發生斷裂。這對汽輪機的安全可靠運行十分不利。現在工程上存在各種除溼方法，其中涉及到靜葉的除溼方法主要有空心靜葉抽吸、吹掃、純加熱除溼三種方法。從理論上講，這三種方法都是旨在減少二次水滴的形成。
[0003]在抽吸與吹掃除溼方法中，靜葉上的縫隙會對葉柵通道內原設計好的流動產生影響。此外，在吹掃方法中，噴出的高溫蒸汽進入凝汽器會影響汽輪機的背壓，降低汽輪機效率。所以，本文提出的結構改進，主要基於空心靜葉的純加熱除溼思想。前蘇聯著名學者
H.H- Khph-ob曾經做過試驗，結果表明:被加熱的高溫物體表面，具有非浸潤表面特性，使得水滴不能長時間駐留，那麼，在靜葉表面就不會形成水膜，這會大大減少二次水滴的形成，從而減輕水蝕。然而，現有的純加熱方法由於需要引入的熱量太大，所以並沒有得到大範圍推廣。本文提出一種增強內部換熱的思想，設計帶有粗糙肋的蛇形通道，用少量高溫氣體即可達到一定的除溼效果。
[0004]在利用純加熱除溼方法時，必須考慮空心靜葉內部引進熱量的多少。引進熱量不足，會導致葉片表面氣膜不能充分蒸發。
[0005]現有技術中，例如英國AEI公司500麗機組末級靜葉採用了內部加熱與吹掃相結合的方法。如下圖1至3 (空腔靜葉9帶有吹掃的三種結構的示意圖)所示，莫斯科動力學院的試驗資料表明，加熱與吹掃相結合的方法使得靜葉後的水滴尺寸明顯減小，達到了一定的防水蝕作用。這種方法的主要結構為:將靜葉製造成空心，並且在葉片壓力面和吸力面表面或者尾緣處設計縫隙。內部高溫氣體加熱完葉片以後，通過縫隙噴出。一方面增加葉片表面溫度，防止水膜在表面形成；另一方面，通過吹掃的方法，減少二次水滴的數目和直徑。
[0006]但是由圖1至3可以看出，空心靜葉內部引入高溫氣體，對靜葉加熱以後由葉片表面噴出。由於結構中採用了縫隙噴射，所以:
[0007]第一，這種方法會使得吹掃氣體與主流蒸汽相摻混，會對原設計好的流動產生直接影響；並且高溫氣體與末級低溫蒸汽混合後，如果用於末級，將會直接影響凝汽器背壓，這樣一來，就會降低汽輪機的整體效率；
[0008]第二，靜葉內只有一個空腔，這種方法使得引入的高溫氣體在腔內流動並不劇烈，換熱效果有限。因此，葉片內部通入高溫氣體量會很大，從而浪費了一部分高溫蒸汽。
【發明內容】
[0009]本發明解決的技術問題是提供一種帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置，減輕靜葉的水蝕情況，提高汽輪機運行安全可靠性。
[0010]本發明的技術解決方案是:
[0011]本發明的一種帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其中，包括空心靜葉，該空心靜葉內設有至少三個分隔牆，所述分隔牆於所述空心靜葉內沿葉頂至葉根的正向和反向兩個方向間隔設置，且各所述分隔牆末端與葉根或葉頂的內壁之間間隔設置而留有通氣口，所述空心靜葉內形成用於導通氣流的蛇形通道；而所述空心靜葉設有進氣口及排氣口，所述進氣口導入高溫蒸汽，高溫蒸汽依次經過所述蛇形通道的各個行程從所述排氣口導出。
[0012]上述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其中，所述進氣口及所述排氣口開設於所述空心靜葉的葉頂的兩端，且所述空心靜葉內設有奇數個分隔牆，所述進氣口連通所述蛇形通道的起始端，所述排氣口連通所述蛇形通道的末端。
[0013]上述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其中，所述空心靜葉內設有三個分隔牆，在所述空心靜葉內形成四個行程。
[0014]上述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其中，所述空心靜葉內至少有兩個靠近中間分隔板的所述行程設有間隔設置的多個肋片，所述肋片固定於所述行程中所述空心靜葉的至少一側的內壁上，所述肋片的高度小於二分之一的所述行程的高度，且所述肋片與所述分隔牆之間形成有一固定角度。
[0015]上述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其中，位於所述行程中的所述空心靜葉的兩內壁上均固定有所述肋片，且兩內壁上的所述肋片數目相等，尺寸參數相同，相互平行設置，且同一行程內的所述肋片等距離間隔設置，且所述肋片與所述分隔牆之間形成45°夾角。
[0016]上述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其中，所述行程的截面的面積為A，周長為P，其水力直徑為D=4XA/P，則所述肋片高度為h=0.1XD，肋片厚度d=h，所述肋片間距a=10Xho
[0017]上述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其中，所述空心靜葉內各個設有肋片的所述行程，依所述高溫蒸汽流動方向，其水力直徑D依次遞增。
[0018]上述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，相鄰的兩所述行程的所述肋片反向設置。
[0019]上述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其中，所述空心靜葉包括葉頂、葉身及葉根，所述葉頂、葉身及葉根為撬裝結構，且所述分隔牆固定於所述葉身內。
[0020]一種汽輪機靜葉加熱除溼裝置，其中，包括:增壓泵、電加熱器、穩壓罐、進氣調節閥、排氣調節閥以及如上所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉；所述增壓泵抽取高溫蒸汽，高溫蒸汽輸送至所述電加熱器加熱，進入所述穩壓罐穩壓，再經由所述進氣調節閥進入所述帶有蛇形通道的汽輪機靜葉內後，經由所述排氣調節閥排出。
[0021]由以上說明得知，本發明確實具有如下的優點:
[0022]本發明使用的是純加熱除溼方法，主要是通過在靜葉中設計帶有增加內部氣流通路粗糙度的肋片的蛇形通道來增強換熱，以引入最少的熱量達到最佳的除溼效果。
[0023]本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置，可以通過引入少量高溫蒸汽的方法來進行除溼，從而減輕末級動葉的水蝕情況。一方面:減輕末級動葉水蝕情況以後，大大提高了汽輪機運行的安全可靠性，尤其對於艦船汽輪機的運行非常重要；另一方面:大大減輕了機組在大修期間在處理動葉水蝕方面的經濟投入，尤其對於核電汽輪機或大型火電機組來講，具有很可觀的經濟意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1至圖3為現有的空腔靜葉帶有吹掃功能的三種結構示意圖；
[0025]圖4為本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉的截面示意圖；
[0026]圖5為圖4的A-A剖面的結構示意圖；
[0027]圖6為圖4的局部放大示意圖；
[0028]圖7為本發明的肋片的設置結構示意圖；
[0029]圖8為本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉較佳實施例的爆炸結構示意圖；
[0030]圖9為本發明的汽輪機靜葉加熱除溼裝置的結構示意圖。
[0031]主要元件標號說明:
[0032]本發明:
[0033]1:空心靜葉 11:葉身12:葉頂
[0034]13:葉根2:增壓泵3:電加熱器
[0035]4:穩壓罐 5:進氣調節閥 6:排氣調節閥
[0036]7:肋片8:分隔牆9:空腔靜葉
【具體實施方式】
[0037]本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置屬於純加熱除溼領域，主要是通過在靜葉中設計帶有增加內部氣流通路粗糙度的肋片的蛇形通道來增強換熱，以引入最少的熱量達到最佳的除溼效果。
[0038]本發明的一種帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其較佳的實施例中，主要包括空心靜葉，該空心靜葉內設有至少三個分隔牆，所述分隔牆於所述空心靜葉內沿葉頂至葉根的正向和反向兩個方向間隔設置，且各所述分隔牆末端與葉根或葉頂之間間隔設置留有通氣口，所述空心靜葉內形成用於導通氣流的蛇形通道；而所述空心靜葉設有進氣口及排氣口，所述進氣口導入高溫蒸汽，高溫蒸汽依次經過所述蛇形通道的各個行程從所述排氣口導出。
[0039]另外，本發明的一種汽輪機靜葉加熱除溼裝置，其較佳的實施例中，主要包括:增壓泵、電加熱器、穩壓罐、進氣調節閥、排氣調節閥以及如上所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉；所述增壓泵抽取高溫蒸汽，高溫蒸汽輸送至所述電加熱器加熱，進入所述穩壓罐穩壓，再經由所述進氣調節閥進入所述帶有蛇形通道的汽輪機靜葉內後，經由所述排氣調節閥排出。
[0040]本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉及汽輪機靜葉加熱除溼裝置屬可以通過蛇形通道及肋片的增強結構，達到只需引入少量高溫蒸汽的方法便可以實現有效除溼的目的，從而減輕末級動葉的水蝕情況
[0041]為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照【專利附圖】
【附圖說明】本發明的【具體實施方式】。[0042]請參閱圖4及圖5，為本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉較佳實施例的空心靜葉I的結構示意圖,其中圖5為圖4的A-A橫截面示意圖。
[0043]如圖所示，本發明的一種帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其較佳的實施例中，主要包括空心靜葉1，所述空心靜葉I內設有至少三個分隔牆8，所述分隔牆8於所述空心靜葉I內沿葉頂12至葉根13的正向和反向兩個方向間隔設置，構成了至少四個導通高溫蒸汽的行程；且各所述分隔牆8末端與葉根13或葉頂12的內壁之間間隔設置而留有通氣口，所述空心靜葉I內形成用於導通氣流的蛇形通道；所述空心靜葉I設有進氣口及排氣口，所述進氣口導入高溫蒸汽，高溫蒸汽依次經過所述蛇形通道的各個行程從所述排氣口導出。當高溫蒸汽進入空心靜葉I後，便會在所述蛇形通道內流通，從而增加了高溫蒸汽在空心靜葉I內的行程，使其能夠更加充分地與空心靜葉I進行充分的熱交換。
[0044]如上所述的本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，如圖所示，在其較佳的實施方式中，所述進氣口及所述排氣口開設於所述空心靜葉I的葉頂12的兩端，以使其能夠在空心靜葉I的同一側設置進氣和排氣裝置，便於與提供高溫蒸汽的裝置連接。所述空心靜葉I內設有奇數個分隔牆8，藉此使依次相連通的各個行程在分隔後的起始端和末端都在同一側，在本實施例中，則位於葉頂12—側。如圖所示，所述進氣口連通所述蛇形通道的起始端，所述排氣口連通所述蛇形通道的末端。
[0045]如上所述的本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其較佳的，如圖所示，所述空心靜葉I內設有三個分隔牆8，在所述空心靜葉I內形成四個行程，由進氣口至排氣口依次分別為Gl、G2、G3、G4四個行程。當然本發明也可以根據不同的靜葉的結構和換熱需求而設置不同數量的分隔牆8，使其形成多個行程，根據具體實際情況而滿足不同的需求。
[0046]如上述的本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，較佳的實施方式中，更進一步的，如圖4至圖7所示，所述空心靜葉I內至少有兩個靠近中間分隔板的所述行程設有間隔設置的多個肋片7，肋片7的設置增加了空心靜葉I內部與高溫蒸汽的接觸面積，同時也能夠擾亂高溫蒸汽的流動，增加熱交換效率。所述肋片7設置於所述行程內；較佳的，所述肋片7固定於所述行程中所述空心靜葉I的至少一側的內壁上，所述肋片7的結構較佳的為突出空心靜葉I內側壁的板狀片體，其底部與空心靜葉I內壁固定連接，兩側邊則與兩側的分隔板固定連接，其頂部則為高溫蒸汽的流通留出足夠的通道空間。所述肋片7的高度小於二分之一的所述行程的高度，而較佳的情況下是所述肋片7的高度一般在其所在的行程高度的十分之一左右；另外，為了使氣流有一定的擾流作用的同時，又使氣流的流動有一定的導向性而進一步增強換熱效果，故使所述肋片7與所述分隔牆8之間形成有一固定角度，即，使肋片7與高溫蒸汽來流呈一傾斜的夾角，而不會完全地阻擋高溫蒸汽的流動。
[0047]如上所述的本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，較佳的，位於所述行程中的所述空心靜葉I的兩內壁上均固定有所述肋片7，具體的，在空心靜葉I的吸力面及壓力面的內壁上均設有肋片7，且兩內壁上的所述肋片7數目相等，尺寸參數相同(當然也可以包括各項屬性參數也相同，例如導熱、硬度及材質等)，相互平行設置，且同一行程內的所述肋片7等距離間隔設置(也可以根據需求設計為不等間距的排列)，且所述肋片7與所述分隔牆8之間形成45°夾角，也可以是其它角度，具體的根據需求設置，並不以此為限。
[0048]如上所述的本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其較佳的實施例中，請具體參照圖6及圖7所示,所述行程的截面的面積為A，周長為P (例如圖6中G3橫截面的周長為空心靜葉I兩內壁及兩分隔牆8所圍的內周長度)，其水力直徑為D=4XA/P，則所述肋片高度為h=0.1XD，肋片厚度d=h，所述肋片間距a=10Xh。具體的，其中以第三個行程G3為例，如圖6所示，設有三個分隔牆8形成有四個行程的空心靜葉1，其肋片7的具體參數可以為:水力直徑D3=4XA/P。取h=0.1XD3 ;a=10Xh ;d=h，肋片7與來流方向呈45°角傾斜。
[0049]本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其較佳的實施例中，所述空心靜葉I內各個設有肋片7的所述行程，依所述高溫蒸汽流動方向，其水力直徑D依次遞增。
[0050]更具體的，本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，設置過程中需要注意如下事項:第一，分隔牆8與葉根13或葉頂12的距離(形成通氣口處)要保證足夠餘量，使得氣流能順利通過；第二，三道分隔牆8之間的距離要適當，設行程G1、G2、G3、G4的通道的水力直徑分別為D1、D2、D3、D4，則設計原則為使得如下不等式成立:「D1〈D2〈D3〈D4」。
[0051]如上所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其較佳的實施方式中，請參閱圖5所示，所述空心靜葉I內，相鄰的兩所述行程的所述肋片7反向設置。這樣能夠使各個分隔牆8的受熱導熱更加的均勻。當然也可以是同向設置，並不以此為限。
[0052]如上所述的本發明的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其較佳的實施方式中，請參閱圖8所示，所述空心靜葉I包括葉頂12、葉身11和葉根13，且所述葉頂12、葉身11及葉根13為撬裝結構，所述分隔牆固定於所述葉身內。較佳的，所述分隔牆8可以為分別間隔固定於所述葉頂12及葉根13內側。另外，分隔牆可以與葉身、葉頂或葉根一體成型，只要能夠實現本發明的分隔牆分隔出多個行程的目的即可。
[0053]具體的，蛇形通道由葉身11、葉頂12、葉根13與三個分隔牆8包圍形成。以具有三個分隔牆8的空心靜葉I為例，其蛇形通道設置方式中，以兩個分隔牆8 (分別靠近空心靜葉I的前緣與尾緣)與葉頂12固定，中間分隔牆8則與葉根13固定，如圖8的爆破圖所示。然後與空心葉身11組裝，形成封閉的四行程蛇形通道。
[0054]請參閱圖9所示，本發明提供一種汽輪機靜葉加熱除溼裝置，其較佳的實施方式中，主要包括:增壓泵2、電加熱器3、穩壓罐4、進氣調節閥5、排氣調節閥6以及如上所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉；所述增壓泵2對高溫蒸汽增壓，高溫蒸汽輸送至所述電加熱器3加熱，使其被加熱至所需溫度；然後進入所述穩壓罐4穩壓，以便提供穩定的氣體；再經由所述進氣調節閥5進行調節後，高溫蒸汽具有穩定的溫度和壓力，再將其輸送進入所述帶有蛇形通道的汽輪機靜葉對空心靜葉I進行加熱除溼作業，最後流經蛇形通道對空心靜葉I加熱後的高溫蒸汽降低到一定溫度，通過所述排氣調節閥6排出靜葉。更進一步的，還可以根據此時的蒸汽的參數，連接回收管路等，對其進行再次利用。
[0055]以上所述僅為本發明示意性的【具體實施方式】，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作出的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。
【權利要求】
1.一種帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，包括空心靜葉，該空心靜葉內設有至少三個分隔牆，所述分隔牆於所述空心靜葉內沿葉頂至葉根的正向和反向兩個方向間隔設置，且各所述分隔牆末端與葉根或葉頂的內壁之間間隔設置而留有通氣口，所述空心靜葉內形成用於導通氣流的蛇形通道；而所述空心靜葉設有進氣口及排氣口，所述進氣口導入高溫蒸汽，高溫蒸汽依次經過所述蛇形通道的各個行程從所述排氣口導出。
2.如權利要求1所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，所述進氣口及所述排氣口開設於所述空心靜葉的葉頂的兩端，且所述空心靜葉內設有奇數個分隔牆，所述進氣口連通所述蛇形通道的起始端，所述排氣口連通所述蛇形通道的末端。
3.如權利要求2所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，所述空心靜葉內設有三個分隔牆，在所述空心靜葉內形成四個行程。
4.如權利要求1所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，所述空心靜葉內至少有兩個靠近中間分隔板的所述行程設有間隔設置的多個肋片，所述肋片固定於所述行程中所述空心靜葉的至少一側的內壁上，所述肋片的高度小於二分之一的所述行程的高度，且所述肋片與所述分隔牆之間形成有一固定角度。
5.如權利要求4所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，位於所述行程中的所述空心靜葉的兩內壁上均固定有所述肋片，且兩內壁上的所述肋片數目相等，尺寸比例相同，相互平行設置，且同一行程內的所述肋片等距離間隔設置，且所述肋片與所述分隔牆之間形成45°夾角。
6.如權利要求5所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，所述行程的截面的面積為A，周長為P，其水力直徑為D=4XA/P，則所述肋片高度為h=0.1 XD,肋片厚度d=h，所述肋片間距a=10Xh。
7.如權利要求6所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，所述空心靜葉內各個設有肋片的所述行程，依所述高溫蒸汽流動方向，其水力直徑D依次遞增。
8.如權利要求4所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，相鄰的兩所述行程的所述肋片反向設置。
9.如權利要求1所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉，其特徵在於，所述空心靜葉包括葉頂、葉身及葉根，所述葉頂、葉身及葉根為撬裝結構，所述分隔牆固定於所述葉身內。
10.一種汽輪機靜葉加熱除溼裝置，其特徵在於，包括:增壓泵、電加熱器、穩壓罐、進氣調節閥、排氣調節閥以及如權利要求1至9中任意一項所述的帶有蛇形通道的汽輪機靜葉；所述增壓泵抽取高溫蒸汽，高溫蒸汽輸送至所述電加熱器加熱，進入所述穩壓罐穩壓，再經由所述進氣調節閥進入所述帶有蛇形通道的汽輪機靜葉內後，經由所述排氣調節閥排出。
【文檔編號】F01D9/02GK103437831SQ201310380482
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月28日 優先權日:2013年8月28日
【發明者】宋亞軍, 黃葆華, 劉雙白, 司派友, 郝向中, 孫燕平, 崔彥亭 申請人:國家電網公司, 華北電力科學研究院有限責任公司