汽輪機(jī)技術(shù)論文(2)
汽輪機(jī)技術(shù)論文
汽輪機(jī)技術(shù)論文篇二
汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)發(fā)展
【摘要】隨著汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)的大力推廣，汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)發(fā)展問(wèn)題不斷的在汽輪機(jī)除濕技術(shù)中出現(xiàn)，而在這其中新形勢(shì)下汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)發(fā)展的效果，是直接關(guān)系到汽輪機(jī)安全生產(chǎn)工作的最后效果的關(guān)鍵因素之一。因此，本文主要就汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)發(fā)展進(jìn)行分析。
【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī);內(nèi)部除濕;除濕技術(shù)
中圖分類號(hào)：TK269文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
一、前言
如何做好新形勢(shì)下汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)發(fā)展工作的措施，為汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的安全保障，是現(xiàn)在汽輪機(jī)除濕技術(shù)面臨的迫在眉睫、亟待解決的頭等課題。
二、汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)的概述
在汽輪機(jī)低壓缸和核電汽輪機(jī)中，蒸汽常處于濕蒸汽兩相流動(dòng)狀態(tài)，不僅會(huì)使在濕蒸汽區(qū)工作的汽輪機(jī)級(jí)效率降低，而且濕蒸汽中的水滴會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)末幾級(jí)葉片的水蝕損壞。由于汽輪機(jī)的蒸汽進(jìn)口參數(shù)已經(jīng)接近或達(dá)到飽和狀態(tài)，濕蒸汽流動(dòng)引發(fā)的問(wèn)題更加突出，如果不采取除濕措施，蒸汽在末級(jí)出口處的濕度將高達(dá)24%，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)很大危害，因此對(duì)汽輪機(jī)的除濕方法進(jìn)行研究具有十分重要的意義。
汽輪機(jī)除濕技術(shù)可分為外部除濕技術(shù)和內(nèi)部除濕技術(shù)。其中，在空心靜葉上設(shè)置除濕槽，利用槽內(nèi)外的壓差去除水膜，減少靜葉出氣邊水膜破裂形成的二次水滴數(shù)量，從而消除或減輕動(dòng)葉水蝕，是最有效的除濕方法之一，在汽輪機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而如果除濕槽設(shè)計(jì)不當(dāng)，不僅不能達(dá)到理想的除濕效果還會(huì)引起氣動(dòng)效率下降。空心靜葉除濕槽的除濕效果與除濕槽開(kāi)設(shè)的位置、形狀、尺寸、角度等因素有關(guān)，必須針對(duì)具體汽輪機(jī)的工作情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文對(duì)汽輪機(jī)低壓缸末級(jí)內(nèi)的水滴運(yùn)動(dòng)和沉積規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值研究，并在此基礎(chǔ)上分析了末級(jí)空心靜葉除濕槽的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)除濕性能的影響。
三、汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)
當(dāng)前火電廠的汽輪機(jī)開(kāi)始朝著大容量、高參數(shù)以及高效率的方向發(fā)展，為了達(dá)到足夠高的蒸汽熱效率，汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)者一般都采用了超臨界的設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)予以實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致新蒸汽的初壓越來(lái)越高，而汽輪機(jī)末級(jí)的葉片尺寸也不斷增加，出口蒸汽的濕度也就隨著明顯增加。而蒸汽中所包含的流動(dòng)的水滴在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中對(duì)汽輪機(jī)的葉片產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊作用，使得汽輪機(jī)的末端轉(zhuǎn)子的葉片產(chǎn)生較為嚴(yán)重的沖蝕作用，甚至?xí)?dǎo)致葉片發(fā)生斷裂。為了加強(qiáng)這種抵抗腐蝕的能力，就必須要降低汽輪機(jī)中流動(dòng)蒸汽的濕度。
當(dāng)前，在大部分汽輪機(jī)使用單位，主要采用的是內(nèi)部除濕技術(shù)。其中，核電機(jī)組的除濕裝置一般設(shè)置在高壓與低壓氣缸之間安裝外置式的汽水分離、再熱裝置。這種外置式的除濕裝置都是通過(guò)在其流道部分設(shè)置疏水環(huán)來(lái)達(dá)到除濕的目的。而疏水環(huán)主要是設(shè)置在動(dòng)靜葉之間，通過(guò)合理利用動(dòng)、靜葉之間的工作蒸汽的扭轉(zhuǎn)、離心作用來(lái)將蒸汽中的水滴向外周拋開(kāi)，然后再通過(guò)在動(dòng)葉頂部穿過(guò)的汽封環(huán)之間的孔，徹底地將水滴排到機(jī)組外設(shè)置的冷凝器當(dāng)中。這種在葉片的表面卡設(shè)除濕溝槽的方式具有結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、加工工藝容易實(shí)現(xiàn)以及造價(jià)較低的特點(diǎn)，因此在汽輪機(jī)的除濕過(guò)程中得到廣泛應(yīng)用。
同時(shí)，這種除濕裝置還可以將積累在汽封環(huán)之上的自由水重新進(jìn)入到蒸汽通道，或者是再次沖擊汽封環(huán)之間將之有效地予以排除，最終經(jīng)過(guò)內(nèi)壁之上開(kāi)始的孔排到冷凝器當(dāng)中。這種方式雖然可以有效地除去蒸汽流道內(nèi)部存在的液態(tài)水滴，但在這個(gè)過(guò)程中也減少了流道中的部分蒸汽，也就是說(shuō)這種方式降低了汽輪機(jī)的熱效率。其中，最為嚴(yán)重的就是假若在設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)些許誤差時(shí)，都將對(duì)汽輪機(jī)的蒸汽產(chǎn)生極大損失。同時(shí)，這種外置式汽水分離、再熱裝置的尺寸和重量一般都較大，造價(jià)也不夠便宜，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成的壓力損失也較大。假如汽輪機(jī)組采用的是單缸設(shè)計(jì)，當(dāng)前這種外置式汽水分離裝置將不能有效地加以采用。
四、除濕槽寬度對(duì)除濕效率的影響
根據(jù)總流伯努利方程以及除濕槽進(jìn)出口處的壓差進(jìn)行估算可知，本文幾種寬度的除濕槽能通過(guò)的液相流量都遠(yuǎn)大于除濕槽開(kāi)設(shè)區(qū)域上游的液相沉積量，因此理論上完全滿足抽吸掉除濕槽上游液相沉積量的要求。
由于除濕槽進(jìn)口處的蒸汽 ---水膜兩相流動(dòng)機(jī)理十分復(fù)雜，因此除濕槽的除濕效率并不是簡(jiǎn)單地隨著除濕槽寬度的增大而增大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了除濕槽角度為45。槽寬為1--4mm( 相當(dāng)于本文定義的0.4--3mm) 時(shí)除濕效率的變化，認(rèn)為隨著槽寬增加除濕效率先減小后增大.當(dāng)抽吸壓比較時(shí)，槽寬為1--3mm時(shí)除濕效率幾乎相同，當(dāng)抽吸壓比增大時(shí)除濕效率會(huì)下降，這時(shí)較寬的除濕槽才有較高的除濕效率，因此存在一個(gè)最佳抽吸壓比.此外，當(dāng)葉柵出口汽流速度較低時(shí)的最大除濕效率和最佳抽吸壓比比葉柵出口速度較高時(shí)的要大一些。由于本文研究的核電汽輪機(jī)末級(jí)靜葉出口的汽流速度遠(yuǎn)高于該實(shí)驗(yàn)中的葉柵出口流速，可以推測(cè)最佳抽吸壓比會(huì)較小。數(shù)值計(jì)算得到的末級(jí)空心靜葉除濕槽的抽吸壓比，可見(jiàn)隨著除濕槽寬度的增大，壓力面和吸力面除濕槽的抽吸壓比都明顯增大，因此槽寬較大時(shí)不一定除濕效率會(huì)較高。綜合來(lái)看，除濕槽的寬度不能太小也不能過(guò)大，而是存在一個(gè)合適的寬度。
五、解決措施
1、控制成核。理論上，建議通過(guò)控制蒸汽在濕汽區(qū)膨脹速率，可以控制自然結(jié)核和形成的霧滴大小，當(dāng)蒸汽快速膨脹時(shí)出現(xiàn)結(jié)核，威爾遜線發(fā)生在葉片流道內(nèi)。由于產(chǎn)生的是霧汽，因此在隨后的固定表面上沉積的水滴數(shù)量是相當(dāng)少的。但是，當(dāng)結(jié)核發(fā)生在葉片流道間的軸向間隙時(shí)(蒸汽擴(kuò)散速度很低甚至滯止的區(qū)域)相當(dāng)于產(chǎn)生近似的霧滴，使得靜葉片上的沉積增長(zhǎng)。
2、沖刷防護(hù)。這是最普通的方法，但屬于被動(dòng)控制，能幫助減少水汽損失。通過(guò)提供局部硬化表面以減少?zèng)_蝕，或者通過(guò)材料處理，如在低壓動(dòng)葉的前緣焊接司太立片。
3、增加軸向距離。增加靜葉和動(dòng)葉間的軸向距離，使得水滴有更多的時(shí)間加速，以達(dá)到接近自由蒸汽的速度，減少相對(duì)沖擊速度。此方法同時(shí)減少了葉片沖蝕和機(jī)械損失。
4、空心葉片并設(shè)置除濕槽。空心靜葉除濕即將靜葉內(nèi)做成空腔，通過(guò)腔室借助抽吸，吹掃或加熱的方法將附著在靜葉表面的液膜或靜葉尾緣的大液滴去掉。以增加蒸汽的干度。同時(shí)在空心靜葉內(nèi)弧和背弧上設(shè)置除濕槽。利用槽內(nèi)外的壓差去除水膜，減少靜葉出汽邊水膜破裂形成的二次水滴數(shù)量，能幫助水滴加速和霧化，從而消除或減輕動(dòng)葉水蝕。
5、靜葉片幾何結(jié)構(gòu)。由于擴(kuò)散作用，減少葉片表面面積可降低水滴沉積，而由于慣性作用，減少葉片曲率和后緣半徑也可降低水滴沉積。因此鑒于以上觀點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化葉片幾何形狀可以使水滴沉積和聚積降低，已證實(shí)可降低大的水滴的出現(xiàn)。
6、去除水汽。最重要的是在汽輪機(jī)內(nèi)部重要位置設(shè)置抽汽口以去除水汽。
在動(dòng)葉片離心力和地球自轉(zhuǎn)偏向力的作用下，水滴在離心作用下聚向葉片頂部，以高切向和徑向速率離開(kāi)葉片。因此，水汽密度在此周圍區(qū)域增加，為去除水汽創(chuàng)造一有利條件。槽縫尺寸、形狀、幾何形狀、軸向位置、葉片高度、抽汽壓力等是影響水汽去除效率的重要參數(shù)。
六、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，本文所提到的汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)的研究工作，希望可以對(duì)汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)的發(fā)展提供參考價(jià)值。隨著汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)的不斷開(kāi)展， 對(duì)輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)的研究工作也將成為保障汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)措施的重要工作。
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