汽轮机湿蒸汽循环

何 涛

(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150046)

1 跟踪器技术

在使用湿蒸汽调试运行的涡轮机的热力学性能测试中可能会出现困难，因为需要2个独立的变量来确定特定位置的热力学状态，但只能测量压力和温度的相互关联条件。测量独立参数蒸汽“湿度/干燥度”部分比较困难 ，因而允许从蒸汽表中测定蒸汽，从而计算功率和效率，但这种蒸汽“质量”的测量并不那么简单。“跟踪器”技术已开发用于循环热力学目的。使用放射性或非放射性活性水内示踪剂溶液在水部分注射和稀释测量。

2 湿度探头

LP ST湿蒸汽测量仪器可测压力、速度和湿度部分，尤其是近年来，光学探针的发展，检查液滴场，确定液滴大小剖面，从而估算湿度与压力。

系统可用于直接确定散装排气湿度水平，并可计算LP气缸效率。粗水流的不可分割效应，特别是对外部边界、渗出蒸汽的抽取，一直是人们关注的焦点。这种测量的准确性仍有待讨论。到目前为止，这种方法还没有出现在国际测试代码中。

3 不稳定效应

有几个不稳定的来源，液体会出现一定量的超饱和，小区域会凝结相对大量的水分。这种现象被描述为冷凝流中的“湿性冲击”，它增加动态负荷，在设计LP涡轮叶片时需要考虑到这一点，特别是材料疲劳强度降低时。流动条件的瞬时变化也可能导致压力恢复，从而可能产生变量加载问题。也有人建议，“冲击”可以在流经中来回移动，与低压ST的边界层相互作用，产生一种自我兴奋、非同步振动。

液滴大小测量表明冲击系统与核过程有很强的相互作用，其中凝结冲击被唤醒斩波效果是有限的，所有这些不稳定性都可能导致移动叶片振动的激发。

4 机械效应

4.1 侵蚀和腐蚀

LP 移动叶片尖入口区域的侵蚀被视为蒸汽涡轮机在湿蒸汽中运行的主要机械问题。从本质上讲，蒸汽在LP涡轮机中膨胀，最初含有亚微米滴雾。部分雾气沉积在固定和移动的叶片表面，由此产生的水很大一部分被陆续重新吸收并重新沉积到下游，而雾滴的进一步沉积则发生在后期阶段。移动叶片上的水向外壳离心，而沉积在固定叶片上的水在蒸汽力作用下穿过和沿着其表面移动。水最终离开固定叶片的尾缘，形成直径通常高达350 mm的滴水。这些只是慢慢加速的蒸汽，影响到移动叶片前沿在设计外的事故轨迹角度和更高的相对速度(v)。

一般来说，这会导致 LP 叶片尖端常见的侵蚀。具体到细节上，水的连续冲击以高速落到叶片表面，造成撞击液滴的冲击波和强烈的冲击压力，导致叶片材料的颗粒支柱破裂，随后颗粒被移除，留下粗糙的表面。最终，被侵蚀的表面呈现出熟悉的坑状外观，在极端情况下，通过大量清除材料、改变刀片的形状和改变刀片支柱-纹状特性(向带状孔切割，并产生刀片自然频率/发动机顺序共振的变化)。

尝试提供一个合理的方法来计算在最后阶段叶片的尖区域的侵蚀损害。根据液滴的最大稳定大小(取决于蒸汽密度、表面张力和蒸汽/滴拖动速度差异)给出了典型的合理方法，固定叶片、水质量流量、冲击速度和叶片材料特性等所有备份都与从现场检查中获得的测试数据的亚标准量相关。该方法还提供了对侵蚀程度的合理预测，为设计方案提供了指导。所有这些都是为了减少侵蚀的威胁。一个有趣的观察是，对于 LP blading 的给定标准设计，侵蚀率在很大程度上不仅取决于湿度水平的增加，更取决于蒸汽密度的降低(即压力水平)，因此，操作蒸汽流速和 MW 负载较低，是因为蒸汽的密度强烈地影响液滴和蒸汽之间的阻力，因此液滴可以加速到蒸汽速度的程度。这解释了为什么长时间的低负荷运行会产的侵蚀增加，以及为什么在新涡轮机的早期低负荷、调试运行中侵蚀似乎被夸大(最初令人担忧)。

引导出口和入口之间的轴向间隙有利于让蒸汽加速液滴更长的时间，从而纠正运动轨迹和冲击速度上的不匹配。 固定叶片上更锋利的尾部边缘 (T/E) 导致更薄的水膜和较小的滴向移动，从而减少侵蚀损害：但对T/E纤细有实际限制。

叶片侵蚀(尖端入口除外)，包括那些对大型水滴轨迹具有更不利的特征的表面，通过将破坏性的粗水流引导到远离该地区的地方，并使用硬面材料的来保护此类特征。令人惊讶的是，叶片内侧的尾缘是经常被水侵蚀攻击的区域。但是，在这种情况下，液滴在低负载下发生的再循环过程中来自排气空间。废气中位置不佳的水喷剂导致大量水滴，使情况急剧恶化。最后一张圆盘下游表面凹槽中的单个转子平衡重量以同样的方式受到影响。

4.2 通过机械手段去除水分

通过气缸“提取”或“取水器”皮带去除水。所有涡轮机制造商通常使用这种方法来去除湿润。最重要的应用是后一个LP阶段，所以通风蒸汽需要驱动提取过程。在固定叶片后附加水分提取槽的最佳位置，以及移动叶片后“取水器”和提取槽和固定和移动刀片的尾部和前缘之间的典型间隙。通过萃取带、萃取槽和通风蒸汽在阶段出口压力下运行以收集该边界层含有高浓度的水滴，因此可以有效地去除粗水。

实验室测试表明，通过这种方式吸注边界层可提高流量的质量，因为蒸汽路径的外侧填充效果更好，使干流中携带的水滴流更加有序。插槽具有来自固定叶片出口的高度旋转流。这有助于“离心”出液滴。插槽还必须处理从移动叶片罩出口甩出的液滴，外壳被切开一点，以便通过雾提取槽排水带。

叶片侵蚀的进一步减少可以通过固定叶片去除水来实现，这些固定叶片是有利于在液体从刀片表面尾随边缘分离为液滴之前，在外壳附近用吸气槽来取出液体。因为它们被称为空心隔膜。

5 结论

结果表明，空心隔膜结构对侵蚀有很好的控制，但在提供高温热化系统时，循环效率略有下降。还发现，“空心”叶片的一般结构简单，其重量较低，比使用“固体”叶片的成本更低，在今后可以更广泛地应用。