朱云　龍翁益

摘 要：蒸汽在汽輪機(jī)的末級(jí)部分會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闈裾羝羝械乃謺?huì)對(duì)汽輪機(jī)的部件造成水蝕和磨損，同時(shí)其與轉(zhuǎn)子葉片碰撞也會(huì)降低汽輪機(jī)的效率，本文對(duì)汽輪機(jī)末級(jí)除濕結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)進(jìn)行分析，從中國(guó)和全球的專利申請(qǐng)量、申請(qǐng)人以及技術(shù)分類等多方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，闡述了汽輪機(jī)末級(jí)除濕結(jié)構(gòu)的專利申請(qǐng)的地域分布和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；末級(jí)；靜葉；除濕；去濕

中圖分類號(hào)：TK262 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、汽輪機(jī)末級(jí)除濕結(jié)構(gòu)概述

汽輪機(jī)是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，廣泛應(yīng)用在電力、航海、化工等工業(yè)領(lǐng)域。隨著社會(huì)需要和技術(shù)發(fā)展，越來(lái)越多的大功率汽輪機(jī)將投入，而汽輪機(jī)的末幾級(jí)是在濕蒸汽狀態(tài)下工作，汽輪機(jī)中的濕蒸汽問(wèn)題更需要得到關(guān)注。蒸汽在汽輪機(jī)的低壓部分膨脹到一定程度會(huì)自發(fā)凝結(jié)形成凝結(jié)核，形成濕蒸汽。汽輪機(jī)的末級(jí)組件在濕蒸汽環(huán)境下工作，要同時(shí)承受化學(xué)和機(jī)械的共同作用，會(huì)出現(xiàn)侵蝕腐蝕，通俗的稱之為水蝕。

為了消除濕蒸汽中水分的侵蝕影響，一般采用靜葉除濕、動(dòng)葉除濕以及隔板設(shè)置分離裝置的方法。

1.靜葉除濕

將靜葉內(nèi)制成空腔，通過(guò)空腔借助抽吸、加熱的方法將附著在靜葉表面的液膜去掉，以降低蒸汽濕度，防止或減輕對(duì)下一級(jí)動(dòng)葉的水蝕。根據(jù)工作方式的不同，可以將靜葉除濕分為以下幾種：靜葉縫隙抽吸除濕法、向靜葉空腔內(nèi)引進(jìn)熱量。

2.動(dòng)葉除濕

在動(dòng)葉表面的進(jìn)汽邊一側(cè)的背部刻若干道小槽，用來(lái)收集和輸送葉片表面的水膜，減少水滴反彈；并在動(dòng)葉頂部設(shè)計(jì)帶有引射型水分收集裝置的特殊屋形圍帶，可以收集水分并使之通過(guò)圍帶上的小孔排出，并拋入設(shè)在靜子上的排水槽，從而保證水分收集效率的提高。

3.隔板設(shè)置分離裝置

利用離心力作用使沉積在動(dòng)葉片表面的水膜沿徑向甩入疏水孔（或疏水環(huán)）并排出，或者在加長(zhǎng)的動(dòng)、靜葉柵軸向間隙中設(shè)置隔板分離裝置，利用蒸汽氣流按出口角偏轉(zhuǎn)而引起水滴向外緣移動(dòng)。

二、汽輪機(jī)除濕結(jié)構(gòu)技術(shù)專利分析

1.中國(guó)專利數(shù)據(jù)分析

總體的申請(qǐng)量都比較小，都是個(gè)位數(shù)；而在2010年前，該類專利的申請(qǐng)量都偏少，而2011年和2013年的申請(qǐng)量相對(duì)較多，其中2014年的申請(qǐng)量較低，可能是由于未公開(kāi)的原因。2011年以來(lái)，該類申請(qǐng)量相對(duì)較多，可以看出是國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人對(duì)于科技創(chuàng)新的重視以及專利制度的重視相比以前提高許多。

申請(qǐng)量較多的前三名依次是東芝、通用電氣和西屋電氣，均是國(guó)外知名汽輪機(jī)廠商，這也表明了國(guó)外著名企業(yè)在該領(lǐng)域的領(lǐng)先和主導(dǎo)地位，且對(duì)中國(guó)市場(chǎng)的重視。國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人對(duì)此領(lǐng)域申請(qǐng)量較少，也體現(xiàn)了國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人對(duì)此領(lǐng)域的關(guān)注度不高，國(guó)內(nèi)的著名汽輪機(jī)廠商哈爾濱汽輪機(jī)和上海汽輪機(jī)對(duì)該領(lǐng)域只有少量的申請(qǐng)。

“葉片收集槽”，即在靜葉片表面開(kāi)設(shè)縫隙通過(guò)抽吸方式將蒸汽中的水分去除，申請(qǐng)量最大；而“葉片導(dǎo)流槽”，即在葉片表面開(kāi)設(shè)槽用以提高水分收集效率，和“葉片收集槽”是在華申請(qǐng)中申請(qǐng)量最大的兩類，這兩類也是汽輪機(jī)末級(jí)除濕結(jié)構(gòu)中最常用的技術(shù)手段，而在隔板上設(shè)置水分收集腔或?qū)С隹p隙以及導(dǎo)流槽，這三類的申請(qǐng)量相對(duì)較少。每種手段都有其相應(yīng)的效果和弊端，應(yīng)當(dāng)根據(jù)汽輪機(jī)末級(jí)的濕蒸汽狀況，選擇合適的技術(shù)手段或組合。

2.全球?qū)＠暾?qǐng)分析

最早在1904年就有申請(qǐng)人提交了有關(guān)該領(lǐng)域的專利申請(qǐng)，從其發(fā)展過(guò)程看，有兩個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，第一個(gè)階段：1984年～2000年，在該階段專利申請(qǐng)量保持在較高的水平，說(shuō)明此時(shí)汽輪機(jī)末級(jí)除濕的問(wèn)題得到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，并對(duì)該問(wèn)題投入大量的研發(fā)，并且形成了大量的技術(shù)產(chǎn)出，但是該階段后期的申請(qǐng)量已經(jīng)開(kāi)始下降，這說(shuō)明技術(shù)急速發(fā)展后進(jìn)入了相對(duì)飽和階段；第二個(gè)階段：2011年至今，該階段中專利申請(qǐng)量呈現(xiàn)大幅增加的趨勢(shì)，考慮到專利申請(qǐng)到公開(kāi)需要一定的時(shí)間以及專利數(shù)據(jù)庫(kù)的更新需要一段時(shí)間，2013年之后的部分專利還無(wú)法統(tǒng)計(jì)，因而在該階段中，專利申請(qǐng)相對(duì)之前出現(xiàn)了大幅增加，這是基于現(xiàn)在全球范圍內(nèi)對(duì)于能源利用效率提升的廣泛需求，通過(guò)進(jìn)行新的技術(shù)研發(fā)，對(duì)原有技術(shù)手段進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，技術(shù)產(chǎn)出保持了較高的速度。

對(duì)于排名前六位的申請(qǐng)人，其中排名前三位的依次是東芝（TOSHIBA）、日立（HITACHI）和三菱（MITSUBISHI），且其申請(qǐng)量相比其他公司有較大優(yōu)勢(shì)，三位申請(qǐng)人都是日本公司，這體現(xiàn)了日本公司對(duì)于該領(lǐng)域的重視，也表明其領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力；第四至六位分別是蘇聯(lián)的LENGD、西屋電氣和通用電氣，三者的申請(qǐng)量比較接近，在該領(lǐng)域中技術(shù)實(shí)力相對(duì)均衡。

“葉片收集槽”申請(qǐng)量最大；而在隔板上設(shè)置“隔板收集腔”次之，此后依次是“葉片導(dǎo)流槽”、葉片上設(shè)置“葉片導(dǎo)流板”、隔板上設(shè)置出口孔的“隔板縫隙”、在隔板上設(shè)置導(dǎo)流作用的“隔板導(dǎo)流槽”以及其他。其中的“其他”，主要是包括向靜葉空腔中通加熱蒸汽、電加熱靜葉、超聲波消除水滴、使用靜電場(chǎng)控制二次水珠大小以及在葉片表面使用多孔金屬等。對(duì)于除濕結(jié)構(gòu)，主要的技術(shù)手段還是在靜葉上設(shè)置抽吸縫隙、隔板上設(shè)置水分收集腔以及在動(dòng)葉上設(shè)置導(dǎo)流槽這3個(gè)技術(shù)手段，這也表明了這3個(gè)技術(shù)手段在除濕效率、成本和總體效率方面是相對(duì)較優(yōu)的，而另外的技術(shù)手段申請(qǐng)量相對(duì)較少，其在總體上并不是最優(yōu)的選擇。

三、主要申請(qǐng)人主要專利介紹

全球?qū)＠暾?qǐng)量最多的前兩位申請(qǐng)人是日本的東芝（TOSHIBA）和日立（HITACHI），東芝和日立是汽輪機(jī)領(lǐng)域全球知名廠商，在汽輪機(jī)末級(jí)除濕結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，兩者的申請(qǐng)量相對(duì)于其他申請(qǐng)人有較大的優(yōu)勢(shì)?，F(xiàn)在對(duì)上述兩者的技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

東芝公司涉及到汽輪機(jī)末級(jí)除濕結(jié)構(gòu)的絕大多數(shù)技術(shù)分類，這也體現(xiàn)東芝公司在該領(lǐng)域的重視以及領(lǐng)先的研發(fā)實(shí)力。其早期的申請(qǐng)主要是在日本本國(guó)，而后期各個(gè)技術(shù)分類的申請(qǐng)開(kāi)始進(jìn)入國(guó)際上主要的國(guó)家，這也充分說(shuō)明了該公司對(duì)于其技術(shù)成果的保護(hù)在加強(qiáng)，其專利布局和策略都在進(jìn)步。

日立公司主要專注于傳統(tǒng)的汽輪機(jī)末級(jí)除濕結(jié)構(gòu)，即在隔板和葉片上開(kāi)設(shè)收集或抽吸縫槽，而對(duì)于其他的除濕手段，比如：向靜葉中引入熱量（蒸汽加熱或電加熱）、靜葉部分設(shè)置多孔金屬、超聲波消除水滴、使用靜電場(chǎng)控制二次水珠大小等技術(shù)手段，日立公司并沒(méi)有涉及到。同時(shí)，其申請(qǐng)絕大多數(shù)是在日本申請(qǐng)，進(jìn)入其他國(guó)家的申請(qǐng)較少，這表明日立公司專注于日本市場(chǎng)。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于汽輪機(jī)中末級(jí)葉片的除濕問(wèn)題，很早就有申請(qǐng)人意識(shí)到該問(wèn)題，并相繼提出不同的除濕手段。在專利申請(qǐng)方面，國(guó)外申請(qǐng)人占統(tǒng)治性優(yōu)勢(shì)，這跟汽輪機(jī)領(lǐng)域國(guó)外發(fā)展早、技術(shù)和研發(fā)實(shí)力強(qiáng)有關(guān)；而國(guó)內(nèi)的汽輪機(jī)領(lǐng)域，之前一直通過(guò)引進(jìn)美歐蘇日等國(guó)的技術(shù)，進(jìn)行消化吸收之后，對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，整體起步晚，技術(shù)上相對(duì)落后，研發(fā)和創(chuàng)新能力較差，因而在該領(lǐng)域中專利申請(qǐng)量少。

對(duì)于除濕結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的除濕設(shè)置已經(jīng)很成熟，對(duì)于新的除濕技術(shù)，國(guó)際山申請(qǐng)量較少，國(guó)外的主要申請(qǐng)人還沒(méi)有進(jìn)行系統(tǒng)性的專利布局；國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人應(yīng)該發(fā)揮創(chuàng)造性思維，通過(guò)引入新的技術(shù)手段，并進(jìn)行相關(guān)的專利布局和保護(hù)策略，提高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化能力。

通過(guò)以上專利技術(shù)綜述，審查員了解了汽輪機(jī)末級(jí)除濕結(jié)構(gòu)的發(fā)展脈絡(luò)和技術(shù)分布，在以后的審查中可以更好的技術(shù)定位，把握發(fā)明實(shí)質(zhì)，提高檢索和審查質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]劉建成，林志鴻，等.汽輪機(jī)內(nèi)部除濕技術(shù)的發(fā)展[J].熱能動(dòng)力工程，2005，20（1）：1-5.

[2]張銀勇.汽輪機(jī)內(nèi)部除濕級(jí)除濕特性研究[D].哈爾濱工程大學(xué)，2006：3-8.endprint