干燥机:汽轮机静叶片除湿结构对比分析

  • 2021-05-21 08:11:12
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0刖目随着电站汽轮机机组向大容量、高参数、高效率发展,机组低压湿蒸汽腐蚀越来越严重,严重影响机组安全和寿命,而且效率大为下降,根据K.Bauman修正公式,级内出现1%湿度,级效率约降低1%.20世纪50年代以来,前苏联、英国、美国、日本等国家就已经开展了汽轮机水蚀和除湿效果研宄。除湿装置的*初目的是减小动叶片水蚀,而后逐渐考虑效率问题。国内研宄起步较晚,目前西安交通大学对湿蒸汽两相流进行了一些。

鉴于成本、加工工艺等方面的原因,目前常用空心静叶去湿是在叶栅表面水滴沉积的位置开设缝隙,利用缝隙内外的压差去除水膜,防止水膜破裂形成大水滴在动叶内形成水蚀。本文结合3种常用的静叶除湿结构,从除湿效果、工艺性、经济性等方面进行对比分析,为工程设计提供有益的指导。

1静叶表面开槽结构表面开槽结构如所示,在静叶表面压力面靠近出汽边位置开径向除湿槽,水膜流过除湿槽时被捕获,隔板外环开有抽吸孔,通向级后,利用静叶表面除湿槽和级后的压差,将捕获的水滴抽走。

由于该结构叶片表面除湿槽无法形成封闭的抽吸通道,除湿槽内汽流紊乱,携带水滴能力很差。除湿槽内的水滴在重力和紊乱汽流作用下,会再次进入主流。按西屋设计原则,除去的水不允许二次进入主流,否则会造成更严重的水蚀。

该结构一般采用盘型铣刀或指状铣刀在叶片表面铣制而成,加工工艺比较简单,对叶片强度影响比较小。由于静叶仍可采用数控加工,所以静叶片加工精度较高,对气动性能影响较小。

2深孔钻结构深孔钻结构如所示。该结构在静叶片压力面和吸力面开表面除湿槽,与动叶片内部的除湿孔相连通,内部除湿孔通过隔板上的抽吸孔与级后连通,靠表面除湿槽与级后的压差,将捕获的水抽走。深孔钻除湿槽结构和是深孔钻结构压力面和吸力面除湿槽局部速度矢量图,根、中、顶截面如所示。从图中可见,除湿通道内速度比较低,携带水滴能力较差,而且中下部存在“倒流”除去的水分存在再次进入主流问题,会增大动叶水蚀。

同时,内部除湿孔只能是直线形,无法沿叶型弯扭,表面除湿槽无法开在*佳位置,也影响了其除湿效果。

深孔钻结构一般先加工静叶片,之后再开表面除湿槽,用深孔钻加工内部除湿孔,所以型线精度较高,对叶型气动性能影响较小。同时,叶片表面采用断续开槽,*大限度保证叶片强度。但是,内部除湿孔加工需要专门的设备,属于盲孔加工,难度较大,并且随叶片长度增加,难度增大。

3空心叶片结构空心叶片结构如所示。沿叶高方向,整个叶片内部为空腔,内外环有空腔,靠级后和静叶流道内压差将水滴抽吸到叶片空腔内,通过内外环的空腔导走,从而起到除湿作用。该结构在叶片压力面和吸力面分别开双排除湿槽。

和是空心叶片结构压力面和吸力面除湿槽局部速度矢量图,根、中、顶截面如所示。从图中可见,沿整个叶高方向,表面除湿槽内的流动方向都是从叶片表面流向叶片空腔内,保证了整个通道内的抽吸;而且汽流速度也比较高,携带水滴能力强;由于叶片内空腔贯通,被吸进叶片空腔的水滴,即便没有被汽流带走,也会在重力作用下,汇集到内环空腔,从而避免了除去的水分二次进入主流。所以该结构除湿效果很好。同时,由于叶片采用空心,可以使压力面表面除湿槽的位置靠近出汽边,吸力面位置也比较灵活,可以*大限度保证除湿槽在*佳位置,也提高除湿性能。

空心叶片结构的空心对叶片强度削弱较大,强度特性较差。一般采用焊接或精铸,两种方法对叶片壁厚都有要求,一般要求不小于7mm.焊接空心叶片,通常将叶型分为3块或2块,分别模锻成型,数控加工型面部分,保证叶型精度,之后焊接成型。由于该方法属于薄壁焊接,变形量相对较大,虽然可以通过增加空心型芯和改进焊接工艺提高了精度,但仍然无法达到前面两种结构的精度,对气动性能影响较大。而精铸方法精度比焊接高,但是报废率较高,同时叶片越长要求壁厚越大,影响表面除湿槽的*佳位置,进而影响除湿效果。

4结论综合上述分析,从加工制造和除湿效果两方面对比,3种静叶除湿结构各有优缺点,具体如下:从加工制造方面看,静叶表面开槽结构*好,该结构强度特性*好、叶片表面加工精度较高、工艺性*好;深孔钻结构次之;空心叶片结构较差,强度特性较差、叶片表面加工精度较低。

从除湿效果看,空心叶片结构*好,深孔钻结构次之,静叶表面开槽结构*差。

空心叶片结构:沿叶高整个除湿槽蒸汽速度较高,携带水滴能力强;未被抽走的水滴在重力作用下,通过下半部空腔,汇集到隔板内环空腔。

深孔钻结构:叶片内部的深孔通流面积小,压差无法传递到整个叶片表面除湿槽,导致两个问题:一是除湿槽下半部分倒流,会将捕获的水滴吹回主流,造成更大的危害;二是除湿槽蒸汽速度低,携带水滴能力差。

静叶表面开槽结构:叶片表面除湿槽无法形成封闭的抽吸通道,除湿槽内汽流紊乱,携带水滴能力很差。除湿槽内的水滴在重力和紊乱汽流作用下,会再次进入主流。除湿效果*差。

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