汽輪機除濕技術分析

李維秋

摘 要：目前，核動力艦用汽輪機、大功率汽輪機、地熱電站汽輪機、核電汽輪機的快速發展，汽輪機面臨濕蒸汽的問題越來越嚴重。濕蒸汽主要引起兩方面的問題，一方面提高動葉片的故障率；另一方面運行效率的下降。文章介紹汽輪機內部除濕技術的發展過程，討論常用的除濕技術，從而為汽輪機除濕設計提供一些有益思路。

關鍵詞：汽輪機；濕蒸汽；除濕技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.015

1 汽輪機內部濕蒸汽危害

在核電汽輪機的全部通流部分和石化燃料汽輪機的低壓部分，蒸汽會膨脹，膨脹到一定程度會凝結成核，形成了濕蒸汽。在汽輪機流通部分，進一步流動膨脹，一方面部分水滴在輪機內壁形成水膜，另一方面濕蒸汽中凝結核不斷變大。在核電汽輪機中，大部分透平都在濕蒸汽區域內工作，會出現大量的侵蝕和腐蝕。在火電廠汽輪機中，濕蒸汽中的粗糙水滴會對部件從撞擊侵蝕。由于濕蒸汽導致的侵蝕主要有兩種：一種是動葉進氣邊頂部的水蝕，另一種是靜葉出氣邊根部水蝕。汽輪機葉片受到侵蝕，會導致整個設備效率下降，嚴重侵蝕可能導致葉片斷裂，引發設備毀壞的嚴重事故。

從上世紀六十年代出，飽和蒸汽成核理論發展以來，國內外積極做了很多濕蒸汽兩相流的理論和試驗研究。但是，目前為止濕蒸汽兩相流的很多事情還未得到認識。與之相關的葉片水蝕破壞及流動效率提高等問題并未圓滿解決。

2 汽輪機濕蒸汽兩相流凝結及除濕結構特點的介紹

蒸汽輪機中存在凝結的濕蒸汽兩相流動，本質上是一種不平衡現象，不平衡現象會有兩方面顯現，一方面是過飽和膨脹產生的熱力不平衡；另一方面是高速氣流中央，帶有不同動力學特性的水滴產生的動力不平衡。

除濕范圍包括靜葉和動葉，為了達到除濕效果，需要充分利用葉片的幾何結構。在靜葉方面，有四種除濕結構：1）空心導葉尾緣開設吹掃縫，將較高壓蒸汽引進導葉內腔后，從尾緣吹掃縫噴出；2）通過導葉空腔將水膜抽吸出流動區域；3）一種是在動葉表面上銑出溝槽或者在動葉葉頂加上葉冠，另一種上述結構在動葉片同時都有。4）通過向葉輪空腔內引進熱量，加熱殼體，使水膜層蒸發，不能形成二次大水滴。除此之外，還可以在動靜葉柵間加裝隔板裝置達到除濕的效果。

3 內除濕技技術發展情況

自20世紀50年代以來，世界許多發達國家都在積極開展汽輪機內部除濕的研究。應用最早和最廣泛除濕方法是外緣分離法，在外緣開設除濕溝槽，利用機構對汽流的扭轉和離心效應，將水滴甩向外緣，經過溝槽后進入冷凝器中。根據除濕位置不同，汽輪機內部除濕方法可以以下3種。

3.1 靜葉除濕技術

它是將靜葉之城空腔，通過抽吸、吹掃或者加熱的方法，將附在靜葉表面的液膜或尾緣的大滴液去掉，以改變蒸汽干度。按吹、吸機加熱的方式不同，靜葉除濕又可分以下幾種：

3.1.1 靜葉抽吸法

這種方法是空心導葉去濕的最早方法。對于不同的結構及運行條件，例如開槽大小、抽吸壓力流量、開槽位置等，去濕效果也不同。

3.1.2 靜葉加熱法

該結構是將熱量引進靜葉空腔，對內壁加熱，把外表面水膜層蒸發掉，使尾緣不能形成二次大水滴。在實際應用中，要考慮引入多少熱量，這種方法需要改變設備結構，可能會因為熱量不足，導致除濕效果不足。

3.1.3 靜葉吹掃法

在靜葉尾緣加工出吹掃縫，將較高壓蒸汽引入導葉內，然后從尾緣吹掃縫噴出。此方法將從尾緣脫落的大水滴變小，速度加快，減輕對動葉的沖蝕。此方法需要吹掃汽量和方向角需要合理匹配，以免影響主汽流。

3.1.4 加熱和吹掃綜合法

設計合理的吹掃縫結構，將引入的高溫高壓的蒸汽噴出，既可以防止導葉出汽位置形成大水滴，又可以增加主流蒸汽干度，而且吹出熱蒸汽會在導葉表面形成保護層，保護免受水滴侵蝕。

3.2 動葉除濕技術

在動葉表面，進汽一側的背部刻若干道小槽，用以收集和輸送葉片表面的水滴，減少水滴反彈；同時在動葉頂部做一個水份收集裝置，保證水份收集效果。

3.3 隔板除濕技術

采用隔板分離裝置，此裝置設在動、靜葉柵軸向間隙。利用蒸汽汽流，將水滴向外緣移動。

4 總結

除濕技術經過幾十年的發展和研究，一些方面已經很成熟了。我國開始研究比較晚，而且相對比較落后，離實際應用尚有一段距離。綜合應用各方法研制除濕是機內除濕的未來方向。