汽輪機(jī)濕蒸汽循環(huán)

何 濤

(哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150046)

1 跟蹤器技術(shù)

在使用濕蒸汽調(diào)試運(yùn)行的渦輪機(jī)的熱力學(xué)性能測(cè)試中可能會(huì)出現(xiàn)困難，因?yàn)樾枰?個(gè)獨(dú)立的變量來(lái)確定特定位置的熱力學(xué)狀態(tài)，但只能測(cè)量壓力和溫度的相互關(guān)聯(lián)條件。測(cè)量獨(dú)立參數(shù)蒸汽“濕度/干燥度”部分比較困難 ，因而允許從蒸汽表中測(cè)定蒸汽，從而計(jì)算功率和效率，但這種蒸汽“質(zhì)量”的測(cè)量并不那么簡(jiǎn)單?！案櫰鳌奔夹g(shù)已開發(fā)用于循環(huán)熱力學(xué)目的。使用放射性或非放射性活性水內(nèi)示蹤劑溶液在水部分注射和稀釋測(cè)量。

2 濕度探頭

LP ST濕蒸汽測(cè)量?jī)x器可測(cè)壓力、速度和濕度部分，尤其是近年來(lái)，光學(xué)探針的發(fā)展，檢查液滴場(chǎng)，確定液滴大小剖面，從而估算濕度與壓力。

系統(tǒng)可用于直接確定散裝排氣濕度水平，并可計(jì)算LP氣缸效率。粗水流的不可分割效應(yīng)，特別是對(duì)外部邊界、滲出蒸汽的抽取，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。這種測(cè)量的準(zhǔn)確性仍有待討論。到目前為止，這種方法還沒有出現(xiàn)在國(guó)際測(cè)試代碼中。

3 不穩(wěn)定效應(yīng)

有幾個(gè)不穩(wěn)定的來(lái)源，液體會(huì)出現(xiàn)一定量的超飽和，小區(qū)域會(huì)凝結(jié)相對(duì)大量的水分。這種現(xiàn)象被描述為冷凝流中的“濕性沖擊”，它增加動(dòng)態(tài)負(fù)荷，在設(shè)計(jì)LP渦輪葉片時(shí)需要考慮到這一點(diǎn)，特別是材料疲勞強(qiáng)度降低時(shí)。流動(dòng)條件的瞬時(shí)變化也可能導(dǎo)致壓力恢復(fù)，從而可能產(chǎn)生變量加載問(wèn)題。也有人建議，“沖擊”可以在流經(jīng)中來(lái)回移動(dòng)，與低壓ST的邊界層相互作用，產(chǎn)生一種自我興奮、非同步振動(dòng)。

液滴大小測(cè)量表明沖擊系統(tǒng)與核過(guò)程有很強(qiáng)的相互作用，其中凝結(jié)沖擊被喚醒斬波效果是有限的，所有這些不穩(wěn)定性都可能導(dǎo)致移動(dòng)葉片振動(dòng)的激發(fā)。

4 機(jī)械效應(yīng)

4.1 侵蝕和腐蝕

LP 移動(dòng)葉片尖入口區(qū)域的侵蝕被視為蒸汽渦輪機(jī)在濕蒸汽中運(yùn)行的主要機(jī)械問(wèn)題。從本質(zhì)上講，蒸汽在LP渦輪機(jī)中膨脹，最初含有亞微米滴霧。部分霧氣沉積在固定和移動(dòng)的葉片表面，由此產(chǎn)生的水很大一部分被陸續(xù)重新吸收并重新沉積到下游，而霧滴的進(jìn)一步沉積則發(fā)生在后期階段。移動(dòng)葉片上的水向外殼離心，而沉積在固定葉片上的水在蒸汽力作用下穿過(guò)和沿著其表面移動(dòng)。水最終離開固定葉片的尾緣，形成直徑通常高達(dá)350 mm的滴水。這些只是慢慢加速的蒸汽，影響到移動(dòng)葉片前沿在設(shè)計(jì)外的事故軌跡角度和更高的相對(duì)速度(v)。

一般來(lái)說(shuō)，這會(huì)導(dǎo)致 LP 葉片尖端常見的侵蝕。具體到細(xì)節(jié)上，水的連續(xù)沖擊以高速落到葉片表面，造成撞擊液滴的沖擊波和強(qiáng)烈的沖擊壓力，導(dǎo)致葉片材料的顆粒支柱破裂，隨后顆粒被移除，留下粗糙的表面。最終，被侵蝕的表面呈現(xiàn)出熟悉的坑狀外觀，在極端情況下，通過(guò)大量清除材料、改變刀片的形狀和改變刀片支柱-紋狀特性(向帶狀孔切割，并產(chǎn)生刀片自然頻率/發(fā)動(dòng)機(jī)順序共振的變化)。

嘗試提供一個(gè)合理的方法來(lái)計(jì)算在最后階段葉片的尖區(qū)域的侵蝕損害。根據(jù)液滴的最大穩(wěn)定大小(取決于蒸汽密度、表面張力和蒸汽/滴拖動(dòng)速度差異)給出了典型的合理方法，固定葉片、水質(zhì)量流量、沖擊速度和葉片材料特性等所有備份都與從現(xiàn)場(chǎng)檢查中獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)的亞標(biāo)準(zhǔn)量相關(guān)。該方法還提供了對(duì)侵蝕程度的合理預(yù)測(cè)，為設(shè)計(jì)方案提供了指導(dǎo)。所有這些都是為了減少侵蝕的威脅。一個(gè)有趣的觀察是，對(duì)于 LP blading 的給定標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，侵蝕率在很大程度上不僅取決于濕度水平的增加，更取決于蒸汽密度的降低(即壓力水平)，因此，操作蒸汽流速和 MW 負(fù)載較低，是因?yàn)檎羝拿芏葟?qiáng)烈地影響液滴和蒸汽之間的阻力，因此液滴可以加速到蒸汽速度的程度。這解釋了為什么長(zhǎng)時(shí)間的低負(fù)荷運(yùn)行會(huì)產(chǎn)的侵蝕增加，以及為什么在新渦輪機(jī)的早期低負(fù)荷、調(diào)試運(yùn)行中侵蝕似乎被夸大(最初令人擔(dān)憂)。

引導(dǎo)出口和入口之間的軸向間隙有利于讓蒸汽加速液滴更長(zhǎng)的時(shí)間，從而糾正運(yùn)動(dòng)軌跡和沖擊速度上的不匹配。 固定葉片上更鋒利的尾部邊緣 (T/E) 導(dǎo)致更薄的水膜和較小的滴向移動(dòng)，從而減少侵蝕損害：但對(duì)T/E纖細(xì)有實(shí)際限制。

葉片侵蝕(尖端入口除外)，包括那些對(duì)大型水滴軌跡具有更不利的特征的表面，通過(guò)將破壞性的粗水流引導(dǎo)到遠(yuǎn)離該地區(qū)的地方，并使用硬面材料的來(lái)保護(hù)此類特征。令人驚訝的是，葉片內(nèi)側(cè)的尾緣是經(jīng)常被水侵蝕攻擊的區(qū)域。但是，在這種情況下，液滴在低負(fù)載下發(fā)生的再循環(huán)過(guò)程中來(lái)自排氣空間。廢氣中位置不佳的水噴劑導(dǎo)致大量水滴，使情況急劇惡化。最后一張圓盤下游表面凹槽中的單個(gè)轉(zhuǎn)子平衡重量以同樣的方式受到影響。

4.2 通過(guò)機(jī)械手段去除水分

通過(guò)氣缸“提取”或“取水器”皮帶去除水。所有渦輪機(jī)制造商通常使用這種方法來(lái)去除濕潤(rùn)。最重要的應(yīng)用是后一個(gè)LP階段，所以通風(fēng)蒸汽需要驅(qū)動(dòng)提取過(guò)程。在固定葉片后附加水分提取槽的最佳位置，以及移動(dòng)葉片后“取水器”和提取槽和固定和移動(dòng)刀片的尾部和前緣之間的典型間隙。通過(guò)萃取帶、萃取槽和通風(fēng)蒸汽在階段出口壓力下運(yùn)行以收集該邊界層含有高濃度的水滴，因此可以有效地去除粗水。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試表明，通過(guò)這種方式吸注邊界層可提高流量的質(zhì)量，因?yàn)檎羝窂降耐鈧?cè)填充效果更好，使干流中攜帶的水滴流更加有序。插槽具有來(lái)自固定葉片出口的高度旋轉(zhuǎn)流。這有助于“離心”出液滴。插槽還必須處理從移動(dòng)葉片罩出口甩出的液滴，外殼被切開一點(diǎn)，以便通過(guò)霧提取槽排水帶。

葉片侵蝕的進(jìn)一步減少可以通過(guò)固定葉片去除水來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些固定葉片是有利于在液體從刀片表面尾隨邊緣分離為液滴之前，在外殼附近用吸氣槽來(lái)取出液體。因?yàn)樗鼈儽环Q為空心隔膜。

5 結(jié)論

結(jié)果表明，空心隔膜結(jié)構(gòu)對(duì)侵蝕有很好的控制，但在提供高溫?zé)峄到y(tǒng)時(shí)，循環(huán)效率略有下降。還發(fā)現(xiàn)，“空心”葉片的一般結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其重量較低，比使用“固體”葉片的成本更低，在今后可以更廣泛地應(yīng)用。