摘要：目前，核动力舰用汽轮机、大功率汽轮机、地热电站汽轮机、核电汽轮机的快速发展，汽轮机面临湿蒸汽的问题越来越严重。湿蒸汽主要引起两方面的问题，一方面提高动叶片的故障率；另一方面运行效率的下降。文章介绍汽轮机内部除湿技术的发展过程，讨论常用的除湿技术，从而为汽轮机除湿设计提供一些有益思路。
关键词：汽轮机；湿蒸汽；除湿技术
1 汽轮机内部湿蒸汽危害
在核电汽轮机的全部通流部分和石化燃料汽轮机的低压部分，蒸汽会膨胀，膨胀到一定程度会凝结成核，形成了湿蒸汽。在汽轮机流通部分，进一步流动膨胀，一方面部分水滴在轮机内壁形成水膜，另一方面湿蒸汽中凝结核不断变大。在核电汽轮机中，大部分透平都在湿蒸汽区域内工作，会出现大量的侵蚀和腐蚀。在火电厂汽轮机中，湿蒸汽中的粗糙水滴会对部件从撞击侵蚀。由于湿蒸汽导致的侵蚀主要有两种：一种是动叶进气边顶部的水蚀，另一种是静叶出气边根部水蚀。汽轮机叶片受到侵蚀，会导致整个设备效率下降，严重侵蚀可能导致叶片断裂，引发设备毁坏的严重事故。
从上世纪六十年代出，饱和蒸汽成核理论发展以来，国内外积极做了很多湿蒸汽两相流的理论和试验研究。但是，目前为止湿蒸汽两相流的很多事情还未得到认识。与之相关的叶片水蚀破坏及流动效率提高等问题并未圆满解决。
2 汽轮机湿蒸汽两相流凝结及除湿结构特点的介绍
蒸汽轮机中存在凝结的湿蒸汽两相流动，本质上是一种不平衡现象，不平衡现象会有两方面显现，一方面是过饱和膨胀产生的热力不平衡；另一方面是高速气流中央，带有不同动力学特性的水滴产生的动力不平衡。
除湿范围包括静叶和动叶，为了达到除湿效果，需要充分利用叶片的几何结构。在静叶方面，有四种除湿结构：1）空心导叶尾缘开设吹扫缝，将较高压蒸汽引进导叶内腔后，从尾缘吹扫缝喷出；2）通过导叶空腔将水膜抽吸出流动区域；3）一种是在动叶表面上铣出沟槽或者在动叶叶顶加上叶冠，另一种上述结构在动叶片同时都有。4）通过向叶轮空腔内引进热量，加热壳体，使水膜层蒸发，不能形成二次大水滴。除此之外，还可以在动静叶栅间加装隔板装置达到除湿的效果。
3 内除湿技技术发展情况
自20 世纪50 年代以来，世界许多发达国家都在积极开展汽轮机内部除湿的研究。应用最早和最广泛除湿方法是外缘分离法，在外缘开设除湿沟槽，利用机构对汽流的扭转和离心效应，将水滴甩向外缘，经过沟槽后进入冷凝器中。根据除湿位置不同，汽轮机内部除湿方法可以以下3 种。
3.1 静叶除湿技术
它是将静叶之城空腔，通过抽吸、吹扫或者加热的方法，将附在静叶表面的液膜或尾缘的大滴液去掉，以改变蒸汽干度。按吹、吸机加热的方式不同，静叶除湿又可分以下几种：
3.1.1 静叶抽吸法
这种方法是空心导叶去湿的最早方法。对于不同的结构及运行条件，例如开槽大小、抽吸压力流量、开槽位置等，去湿效果也不同。
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3.1.2 静叶加热法
该结构是将热量引进静叶空腔，对内壁加热，把外表面水膜层蒸发掉，使尾缘不能形成二次大水滴。在实际应用中，要考虑引入多少热量，这种方法需要改变设备结构，可能会因为热量不足，导致除湿效果不足。
3.1.3 静叶吹扫法
在静叶尾缘加工出吹扫缝，将较高压蒸汽引入导叶内，然后从尾缘吹扫缝喷出。此方法将从尾缘脱落的大水滴变小，速度加快，减轻对动叶的冲蚀。此方法需要吹扫汽量和方向角需要合理匹配，以免影响主汽流。
3.1.4 加热和吹扫综合法
设计合理的吹扫缝结构，将引入的高温高压的蒸汽喷出，既可以防止导叶出汽位置形成大水滴，又可以增加主流蒸汽干度，而且吹出热蒸汽会在导叶表面形成保护层，保护免受水滴侵蚀。
3.2 动叶除湿技术
在动叶表面，进汽一侧的背部刻若干道小槽，用以收集和输送叶片表面的水滴，减少水滴反弹；同时在动叶顶部做一个水份收集装置，保证水份收集效果。
3.3 隔板除湿技术
采用隔板分离装置，此装置设在动、静叶栅轴向间隙。利用蒸汽汽流，将水滴向外缘移动。
4 总结
除湿技术经过几十年的发展和研究，一些方面已经很成熟了。我国开始研究比较晚，而且相对比较落后，离实际应用尚有一段距离。
综合应用各方法研制除湿是机内除湿的未来方向。
（1）内部除湿技术经过几十年的发展和研究，在国外已趋于成熟。很多国家已实际应用于陆用和船用汽轮机上，而我国研究起步较晚，且多处于试验阶段，离实际应用尚有一定距离，尤其在船用汽轮机上的研究试验做得很少。
（2）各种在空心导叶上进行的除湿方法研究比较广泛。因其在静止元件上做文章，实际应用中更易实现，目前仍是除湿的主导方法。其中加热综合法值得深入研究。
（3）动、静叶栅间隔板装置除湿以及动叶除湿具有一定的发展前景。
（4）综合应用各方法研制专门的除湿级是机内除湿的发展方向。
（5）除湿试验研究中湿度及水滴粒径的测量虽然有很大发展，但还是没有一种运行可靠、精确度高和成本低的测试设备，因此测试技术仍是试验研究的难点。
参考文献：
［1］刘建成，林志鸿，闻雪友，等.汽轮机内部除湿技术的发展［J］.热能动力工程，2005（1）
作者简介：
薛红玉，哈尔滨汽轮机厂有限责任公司工艺处，1985年8月13日，大学本科，吉林大学，工程师，机械加工，装配，技术处理。
齐欣，哈尔滨汽轮机厂有限责任公司项目服务部，1984年6月1日，大学本科，哈尔滨理工大学，工程师，项目管理。
论文作者:薛红玉,齐欣
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/18
标签：汽轮机论文; 蒸汽论文; 水滴论文; 汽轮论文; 叶片论文; 技术论文; 哈尔滨论文; 《基层建设》2018年第3期论文;