汽輪機除濕結構專利技術綜述

朱云　龍翁益

摘 要：蒸汽在汽輪機的末級部分會轉變為濕蒸汽，蒸汽中的水分會對汽輪機的部件造成水蝕和磨損，同時其與轉子葉片碰撞也會降低汽輪機的效率，本文對汽輪機末級除濕結構的專利申請進行分析，從中國和全球的專利申請量、申請人以及技術分類等多方面進行統計分析，闡述了汽輪機末級除濕結構的專利申請的地域分布和發展趨勢。

關鍵詞：汽輪機；末級；靜葉；除濕；去濕

中圖分類號：TK262 文獻標識碼：A

一、汽輪機末級除濕結構概述

汽輪機是將熱能轉化為機械能的主要動力設備，廣泛應用在電力、航海、化工等工業領域。隨著社會需要和技術發展，越來越多的大功率汽輪機將投入，而汽輪機的末幾級是在濕蒸汽狀態下工作，汽輪機中的濕蒸汽問題更需要得到關注。蒸汽在汽輪機的低壓部分膨脹到一定程度會自發凝結形成凝結核，形成濕蒸汽。汽輪機的末級組件在濕蒸汽環境下工作，要同時承受化學和機械的共同作用，會出現侵蝕腐蝕，通俗的稱之為水蝕。

為了消除濕蒸汽中水分的侵蝕影響，一般采用靜葉除濕、動葉除濕以及隔板設置分離裝置的方法。

1.靜葉除濕

將靜葉內制成空腔，通過空腔借助抽吸、加熱的方法將附著在靜葉表面的液膜去掉，以降低蒸汽濕度，防止或減輕對下一級動葉的水蝕。根據工作方式的不同，可以將靜葉除濕分為以下幾種：靜葉縫隙抽吸除濕法、向靜葉空腔內引進熱量。

2.動葉除濕

在動葉表面的進汽邊一側的背部刻若干道小槽，用來收集和輸送葉片表面的水膜，減少水滴反彈；并在動葉頂部設計帶有引射型水分收集裝置的特殊屋形圍帶，可以收集水分并使之通過圍帶上的小孔排出，并拋入設在靜子上的排水槽，從而保證水分收集效率的提高。

3.隔板設置分離裝置

利用離心力作用使沉積在動葉片表面的水膜沿徑向甩入疏水孔（或疏水環）并排出，或者在加長的動、靜葉柵軸向間隙中設置隔板分離裝置，利用蒸汽氣流按出口角偏轉而引起水滴向外緣移動。

二、汽輪機除濕結構技術專利分析

1.中國專利數據分析

總體的申請量都比較小，都是個位數；而在2010年前，該類專利的申請量都偏少，而2011年和2013年的申請量相對較多，其中2014年的申請量較低，可能是由于未公開的原因。2011年以來，該類申請量相對較多，可以看出是國內申請人對于科技創新的重視以及專利制度的重視相比以前提高許多。

申請量較多的前三名依次是東芝、通用電氣和西屋電氣，均是國外知名汽輪機廠商，這也表明了國外著名企業在該領域的領先和主導地位，且對中國市場的重視。國內申請人對此領域申請量較少，也體現了國內申請人對此領域的關注度不高，國內的著名汽輪機廠商哈爾濱汽輪機和上海汽輪機對該領域只有少量的申請。

“葉片收集槽”，即在靜葉片表面開設縫隙通過抽吸方式將蒸汽中的水分去除，申請量最大；而“葉片導流槽”，即在葉片表面開設槽用以提高水分收集效率，和“葉片收集槽”是在華申請中申請量最大的兩類，這兩類也是汽輪機末級除濕結構中最常用的技術手段，而在隔板上設置水分收集腔或導出縫隙以及導流槽，這三類的申請量相對較少。每種手段都有其相應的效果和弊端，應當根據汽輪機末級的濕蒸汽狀況，選擇合適的技術手段或組合。

2.全球專利申請分析

最早在1904年就有申請人提交了有關該領域的專利申請，從其發展過程看，有兩個高速發展時期，第一個階段：1984年～2000年，在該階段專利申請量保持在較高的水平，說明此時汽輪機末級除濕的問題得到人們越來越多的關注，并對該問題投入大量的研發，并且形成了大量的技術產出，但是該階段后期的申請量已經開始下降，這說明技術急速發展后進入了相對飽和階段；第二個階段：2011年至今，該階段中專利申請量呈現大幅增加的趨勢，考慮到專利申請到公開需要一定的時間以及專利數據庫的更新需要一段時間，2013年之后的部分專利還無法統計，因而在該階段中，專利申請相對之前出現了大幅增加，這是基于現在全球范圍內對于能源利用效率提升的廣泛需求，通過進行新的技術研發，對原有技術手段進行升級優化，技術產出保持了較高的速度。

對于排名前六位的申請人，其中排名前三位的依次是東芝（TOSHIBA）、日立（HITACHI）和三菱（MITSUBISHI），且其申請量相比其他公司有較大優勢，三位申請人都是日本公司，這體現了日本公司對于該領域的重視，也表明其領先的技術優勢和競爭實力；第四至六位分別是蘇聯的LENGD、西屋電氣和通用電氣，三者的申請量比較接近，在該領域中技術實力相對均衡。

“葉片收集槽”申請量最大；而在隔板上設置“隔板收集腔”次之，此后依次是“葉片導流槽”、葉片上設置“葉片導流板”、隔板上設置出口孔的“隔板縫隙”、在隔板上設置導流作用的“隔板導流槽”以及其他。其中的“其他”，主要是包括向靜葉空腔中通加熱蒸汽、電加熱靜葉、超聲波消除水滴、使用靜電場控制二次水珠大小以及在葉片表面使用多孔金屬等。對于除濕結構，主要的技術手段還是在靜葉上設置抽吸縫隙、隔板上設置水分收集腔以及在動葉上設置導流槽這3個技術手段，這也表明了這3個技術手段在除濕效率、成本和總體效率方面是相對較優的，而另外的技術手段申請量相對較少，其在總體上并不是最優的選擇。

三、主要申請人主要專利介紹

全球專利申請量最多的前兩位申請人是日本的東芝（TOSHIBA）和日立（HITACHI），東芝和日立是汽輪機領域全球知名廠商，在汽輪機末級除濕結構領域，兩者的申請量相對于其他申請人有較大的優勢。現在對上述兩者的技術進行簡要分析。

東芝公司涉及到汽輪機末級除濕結構的絕大多數技術分類，這也體現東芝公司在該領域的重視以及領先的研發實力。其早期的申請主要是在日本本國，而后期各個技術分類的申請開始進入國際上主要的國家，這也充分說明了該公司對于其技術成果的保護在加強，其專利布局和策略都在進步。

日立公司主要專注于傳統的汽輪機末級除濕結構，即在隔板和葉片上開設收集或抽吸縫槽，而對于其他的除濕手段，比如：向靜葉中引入熱量（蒸汽加熱或電加熱）、靜葉部分設置多孔金屬、超聲波消除水滴、使用靜電場控制二次水珠大小等技術手段，日立公司并沒有涉及到。同時，其申請絕大多數是在日本申請，進入其他國家的申請較少，這表明日立公司專注于日本市場。

結語

對于汽輪機中末級葉片的除濕問題，很早就有申請人意識到該問題，并相繼提出不同的除濕手段。在專利申請方面，國外申請人占統治性優勢，這跟汽輪機領域國外發展早、技術和研發實力強有關；而國內的汽輪機領域，之前一直通過引進美歐蘇日等國的技術，進行消化吸收之后，對相關部分進行改進和優化，整體起步晚，技術上相對落后，研發和創新能力較差，因而在該領域中專利申請量少。

對于除濕結構，傳統的除濕設置已經很成熟，對于新的除濕技術，國際山申請量較少，國外的主要申請人還沒有進行系統性的專利布局；國內申請人應該發揮創造性思維，通過引入新的技術手段，并進行相關的專利布局和保護策略，提高技術成果轉化能力。

通過以上專利技術綜述，審查員了解了汽輪機末級除濕結構的發展脈絡和技術分布，在以后的審查中可以更好的技術定位，把握發明實質，提高檢索和審查質量。

參考文獻

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