核電汽輪機空心導葉除濕結構的研究

王慧超

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

1 存在的問題

在核電汽輪機中，由于受反應堆冷卻劑溫度的限制，蒸汽進口參數(shù)低，大部分級都處在濕蒸汽區(qū)工作，長期運行在濕蒸汽區(qū)不僅會使汽輪機的級效率降低，還會導致汽輪機末級葉片的水蝕損壞。對飽和蒸汽汽輪機來說，如果不采取除濕措施，蒸汽在末級出口處的濕度將達到20%或者更大［1］，嚴重影響汽輪機運行的安全性和經(jīng)濟性，因此對核電汽輪機的除濕方法進行研究具有十分重要的意義。隨著大功率汽輪機的不斷出現(xiàn)，末級葉片越來越長。濕蒸汽中的水滴對葉片產(chǎn)生的撞擊嚴重沖蝕葉片，改變其自振頻率和強度特性，使葉片在工作較短的時間就發(fā)生損壞、斷裂，甚至導致整個機組的毀壞。空心靜葉除濕即將靜葉內(nèi)做成空腔，通過腔室借助抽吸、吹掃或加熱的方法將附著在靜葉表面的水膜或靜葉尾緣的大液滴除掉，以增加蒸汽的干度。在空心靜葉片的內(nèi)弧和背弧側(cè)合適位置上開設去濕縫隙，利用縫隙內(nèi)外的壓差去除靜葉表面上的流動水膜，減少水膜在靜葉出汽邊破裂形成的二次水滴數(shù)量，是防止或減輕動葉水蝕最直接且有效的措施［2］。

2 空心導葉除濕結構

2.1 空心導葉成型

空心導葉結構如圖1所示，目前空心導葉的成型方法多種多樣，現(xiàn)主要介紹幾種比較常見的方法：

1）熔模精密鑄造。利用計算機技術進行工藝方案的數(shù)值模擬，保證精鑄出的葉片型面能準確達到設計要求的尺寸精度和表面粗糙度，減少機械加工，節(jié)省原材料。熔模精密鑄造可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，保證結構復雜件的整體性，減少或避免因機械加工產(chǎn)生的應力集中。

2）鋼板熱壓成型。東方汽輪機廠采用內(nèi)背弧鋼板熱壓成型，進汽邊由軋制型鋼或型材加工，出汽邊采用鋼板人工扭曲成型，最后通過焊接實現(xiàn)導葉的一體化。

3）精密模鍛。導葉片采用精鍛件制造，由導葉主體和內(nèi)弧封板兩部分焊接組成。導葉空腔的大小在保證去濕割縫完全包容其內(nèi)的同時，考慮到葉片強度以及葉片根部過于薄弱與隔板內(nèi)環(huán)的焊接變形等多方面的因素，采用不等壁厚結構。由于末級葉片過長，內(nèi)弧封板可分為上下兩半，便于制造加工。導葉主體與封板的焊接可采用激光追蹤焊接，提高焊接質(zhì)量。

圖1 空心導葉結構圖

2.2 去濕割縫

空心導葉腹面和背面上開設的去濕割縫是導葉去濕的關鍵，如果設計合理，不僅可以減緩或消除動葉水蝕，而且還能減少大水滴所造成的摩擦和制動損失［3］。對于汽輪機空心導葉去濕割縫結構尺寸的設計，前人進行過大量的試驗研究，結果表明：通常在葉片表面壓力分布突變位置容易發(fā)生水膜破裂，形成彌散大水滴，在該處開設除濕割縫能最大程度實現(xiàn)去濕目的。割縫寬度一般在1.5～2.5 mm之間選取。在工藝加工許可的前提下，小的縫隙角度可使靜葉表面的水膜流動不會發(fā)生突然轉(zhuǎn)向，在縫隙進口前端邊緣處不易產(chǎn)生水膜撕裂現(xiàn)象［2］，有利于提高縫隙的去濕效率，減小對葉柵通道內(nèi)蒸汽流場的影響；另外，將縫隙進口前邊緣加工成一個過渡圓角，選擇合理的抽吸壓差可以將縫隙的去濕效率提高5%以上［2］。

3 結語

核電站汽輪機分為過熱蒸汽汽輪機和飽和蒸汽汽輪機兩大類，飽和蒸汽汽輪機又稱濕蒸汽汽輪機，目前約占核電站總裝機容量的89%［4］?？招膶~除濕結構不僅可以將通流部分彌散的大水滴借助導葉表面的去濕割縫通過導葉中心的空腔吸入隔板外環(huán)，再導入排汽蝸殼排出，實現(xiàn)汽輪機的內(nèi)部除濕，同時還能節(jié)省材料，降低成本，減輕隔板的重量，提高整個機組的科技含量和競爭能力。

［1］ 柯夏卡Ю Ф．核電站汽輪機裝置［M］.王乃井，任飛，等譯.哈爾濱：哈爾濱汽輪機廠，1991.

［2］ 王新軍，高鐵瑜，徐廷相.汽輪機空心靜葉去濕縫隙結構的研究［J］.熱能動力工程，2005，20（1）：14-17.

［3］ 王洪鵬，韓麗麗，何成君.核電汽輪機靜葉去濕槽結構研究［J］.汽輪機技術，2006，48（5）：361－363.

［4］ 黃樹紅.汽輪機原理［M］.北京：中國電力出版社，2008.