段森， 畢雪

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

0 引言

在核電站中，除高溫氣冷堆外，所有核反應(yīng)堆一般提供飽和蒸汽，如果允許這樣參數(shù)的蒸汽正常膨脹做功，排汽濕度將達(dá)到20%～24%。這樣大的濕度將大大加劇葉片的侵蝕和效率損失，從而影響電站的熱效率。

為降低濕度的影響，各汽輪機(jī)制造商采用外部除濕（汽水分離再熱器）和內(nèi)部除濕兩種方式，本文僅討論內(nèi)部除濕中的靜葉縫隙除濕結(jié)構(gòu)，即在低壓末級(jí)隔板的靜葉上開設(shè)抽吸縫隙，利用汽輪機(jī)葉柵通道與凝汽器之間的壓差抽除靜葉表面上流動(dòng)的水膜，使流出靜葉出口邊的水量減到最低限度，從而大大減少水膜撕裂及二次破裂形成的二次水滴，降低對(duì)動(dòng)葉的侵蝕。

本文的目的，是借助試驗(yàn)數(shù)據(jù)探討較好的末級(jí)靜葉除濕方案，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)某槲鼔翰?、縫隙寬度和位置，使除濕效率達(dá)到較好的效果。

1 靜葉除濕系統(tǒng)

目前基本上所有的汽輪機(jī)制造商都采用在靜葉上開設(shè)抽吸縫隙來(lái)抽出水分，此種方法在降低濕度和減小葉片侵蝕方面具有最大的優(yōu)勢(shì)。在這種結(jié)構(gòu)中，在靜葉內(nèi)弧側(cè)和背弧側(cè)加工窄縫，通過(guò)靜葉空腔（或孔）抽吸到凝汽器中。影響這種除濕系統(tǒng)的參數(shù)是抽吸縫隙的尺寸、縫隙的位置和凝汽器與靜葉間的壓差。

在靜葉除濕系統(tǒng)中，靜葉上的抽吸縫隙設(shè)計(jì)最為重要，需要注意如下方面：

1）抽吸壓差。由于末級(jí)靜葉的結(jié)構(gòu)位置和蒸汽參數(shù)限制，其抽吸壓力只能選擇末級(jí)靜葉出汽壓力或凝汽器壓力，而末級(jí)靜葉出汽壓力所能提供的抽吸壓差太小，其除濕效果非常小，因此最佳抽吸壓力應(yīng)為凝汽器壓力。

2）抽吸縫隙的寬度。最小縫隙寬度受到制造條件、抽吸阻塞危險(xiǎn)等限制，但是，也應(yīng)避免太大的縫隙寬度，否則會(huì)引起葉片氣動(dòng)效率的損失。

3）抽吸縫隙的位置。抽吸縫隙可以設(shè)置在沿葉片型面的任何位置，但是某些位置具有最好的除濕效果。另外，為了最大限度地除濕和減少蒸汽損失，應(yīng)使縫隙向流動(dòng)方向傾斜，這樣更有利于吸收水分，同時(shí)使流速均勻而無(wú)局部脫流現(xiàn)象。

2 空腔靜葉縫隙除濕性能實(shí)驗(yàn)

為了掌握空腔靜葉縫隙的抽吸除濕性能及各參數(shù)的影響規(guī)律，進(jìn)行如下的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)葉片是根據(jù)某汽輪機(jī)的末級(jí)葉型進(jìn)行?；O(shè)計(jì)和制造的，并在該葉片上開設(shè)有除濕縫隙，根據(jù)試驗(yàn)的要求，制造了不同的縫隙位置和縫隙寬度的試驗(yàn)葉片。

1）抽吸水量與抽吸壓差的關(guān)系。

圖1表示了某一實(shí)驗(yàn)葉片在某氣流速度的條件下，單位長(zhǎng)度縫隙的抽吸水量與抽吸壓差的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，隨著縫隙抽吸壓差的增大，抽吸水量先呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，但隨著壓差的繼續(xù)增大，抽吸水量沒(méi)有明顯變化。這表明，相同條件下，葉片表面上單位時(shí)間沉積的水量存在上限值，抽吸壓差太大并不能抽走更多的水，反而影響蒸汽做功效率。

圖1 抽吸水量與抽吸壓差的關(guān)系

2）抽吸水量與縫隙寬度的關(guān)系。

在葉片內(nèi)弧的中間位置，加工了縫隙寬度分別為1 mm、2 mm、3 mm、4 mm的試驗(yàn)葉片。圖2表示了相同縫隙位置的實(shí)驗(yàn)葉片在某一氣流速度條件下，單位長(zhǎng)度縫隙的抽吸水量與縫隙寬度的變化曲線?？梢钥闯?，抽吸水量隨著縫隙寬度的增大呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，特別是增加到4 mm時(shí)，明顯下降。這表明，較窄的縫隙具有良好的抽吸能力，當(dāng)縫隙足夠大時(shí)，可能由于縫隙處的抽吸速度降低，反而抽吸能力大幅降低。

3）縫隙抽吸水量與縫隙位置的關(guān)系。

圖2 抽吸水量與縫隙寬度的關(guān)系曲線

圖3 表示了在某一恒定抽吸壓差和氣流速度的條件下，單位長(zhǎng)度的縫隙抽吸水量與縫隙軸向位置的關(guān)系曲線，其中，橫坐標(biāo)是縫隙在葉片軸向的相對(duì)位置（葉片內(nèi)弧相對(duì)位置用“+”表示，葉片背弧相對(duì)位置用“-”表示，絕對(duì)值越大代表縫隙位置越靠近出汽邊）?？梢钥闯?，a.在相同的抽吸壓差和相同的出口氣流速度下，葉片內(nèi)弧上縫隙的抽吸水量比葉片背弧上縫隙的抽吸水量要大；b.在相同的抽吸壓差和相同的出口氣流速度下，內(nèi)弧抽吸縫隙的位置越靠近葉片出汽邊，縫隙的抽吸水量越大。

圖3 抽吸水量與縫隙位置的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某汽輪機(jī)末級(jí)靜葉柵的?；?，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究與分析，可以得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1）在一定的抽吸壓差范圍內(nèi)，空心靜葉縫隙的抽吸水量隨著抽吸壓差的增大而有所增大，合理的縫隙抽吸壓差為10～14 kPa，根據(jù)現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行情況，直接選擇凝汽器背壓作為抽吸壓力即可。

2）空心靜葉縫隙的抽吸水量并不是隨縫隙寬度的增大而簡(jiǎn)單地增大。在本試驗(yàn)條件下，隨著縫隙寬度的增大，除濕能力開始降低。因此，在滿足靜葉強(qiáng)度和剛度的前提下，結(jié)合現(xiàn)有的制造水平，縫隙寬度為1～3 mm是較為合理的；

3）在相同的抽吸壓差和葉柵出口氣流速度下，內(nèi)弧上抽吸縫隙的位置越靠近葉片出口邊，縫隙的抽吸水量也越大。因此在考慮到葉片出汽邊厚度的前提下，盡量將內(nèi)弧側(cè)的抽吸縫隙布置在靠近出汽邊側(cè)。