[發明專利]蒸汽渦輪、蒸汽渦輪噴嘴及管理蒸汽渦輪中水分的方法

有效

• 申請號: 201611128465.0
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106988792B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: T.W.范德烈二世
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;劉林華

本發明涉及蒸汽渦輪、蒸汽渦輪噴嘴及管理蒸汽渦輪中水分的方法。蒸汽渦輪的去除表面上的親水表面圖案在至少一個預定方向上引導表面水分，以通過增強水分去除或另外減小由于蒸汽渦輪中的水分所引起的腐蝕來增強水分管理。在一些實施例中，去除表面位于噴嘴壁的外表面上鄰近提取開口。在一些實施例中，去除表面位于動葉的表面上并且朝向渦輪轉子引導水分。在一些實施例中，去除表面位于渦輪殼體的表面或噴嘴的表面上，且朝向渦輪殼體中的排出口引導水分。親水表面圖案優選激光蝕刻為納米級圖案來產生親水表面。在一些實施例中，親水表面圖案產生超親水表面。

技術領域

本發明涉及蒸汽渦輪。更具體地，本發明涉及具有用于增強的水分管理的親水表面圖案的蒸汽渦輪。

背景技術

蒸汽渦輪從蒸汽流提取功，以通過經由將蒸汽供應到固定葉片(噴嘴)和運動的葉片(動葉)的級聯而將鍋爐產生的高溫高壓蒸汽的能量轉換成旋轉能以產生動力。典型蒸汽渦輪可包括與許多葉輪相關聯的轉子。葉輪可沿著轉子的長度彼此間隔開，以限定一系列渦輪級。渦輪級設計為以高效的方式從在從渦輪的進口到出口的流動路徑上行進的蒸汽提取有用功。隨著蒸汽沿著該流動路徑行進，蒸汽導致葉輪驅動轉子。蒸汽可逐漸膨脹，且蒸汽的溫度和壓力可逐漸降低。接著蒸汽可從渦輪的出口排出，以便重新使用或其它。更高溫蒸汽渦輪可產生增大的輸出，因為蒸汽的升高的溫度會增大可用于提取的總體能量。

大體上描述，典型蒸汽渦輪可包括高壓區段、中壓區段以及低壓區段。區段可串聯地布置，其中各個區段包括任意數量的級。在區段內，從蒸汽提取功來驅動轉子。在區段之間，蒸汽可被再次加熱，以便在下一區段中做功。高壓區段和中壓區段可以以比較高的溫度操作，以便提高總體蒸汽渦輪輸出。

隨著壓力和溫度變化，蒸汽變濕潤。隨著蒸汽流過動葉和噴嘴的渦輪級，包含在蒸汽中的水分在包括噴嘴的渦輪表面上冷凝成細小的水滴。這些細小的水滴組合成粗的水滴，其由蒸汽流驅散并且與噴嘴下游的動葉碰撞。碰撞通過高速沖擊而抑制動葉的轉矩，且因此降低渦輪的總性能。粗的水滴也可導致動葉表面的腐蝕，這會降低動葉的空氣動力學性能和截面厚度且因此縮短它們的使用壽命。

包含在蒸汽中的水分以水的薄膜的形式主要沉積在噴嘴的凹表面上。水薄膜在噴嘴的表面上積聚且流向后緣，同時厚度增大。水薄膜作為水滴從噴嘴的后緣釋放。如果水薄膜為厚的，則釋放大且粗的水滴。

在蒸汽渦輪中，水滴形式的后級水分可在最后級渦輪葉片上產生顯著的腐蝕。隨著水滴的大小增大，由水滴產生的腐蝕的量增大，因此去除水分或另外地防止形成粗的水滴可能對于降低腐蝕為有效的。傳統地，控制涉及保護方法，諸如在后級葉片中安裝鈷-鉻合金(諸如以PA，Latrobe的Kennametal公司的商標Stellite的銷售的那些)腐蝕護罩、在動葉中使用擋油環(slinger)凹槽、動葉前緣的火焰硬化、選擇具有改進的水滴腐蝕性質的合金、或改進通過殼體的提取。通過上游隔板噴嘴中的槽或孔進行的提取也已經用于去除水分。其它水分去除方法包括局部地加熱蒸汽流或加熱噴嘴。

發明內容

在一示例性實施例中，蒸汽渦輪包括渦輪殼體、設置在渦輪殼體中的渦輪轉子、從渦輪轉子延伸的至少一個動葉、以及由渦輪殼體支承的至少一個噴嘴。渦輪殼體，動葉，以及噴嘴中的至少一個的去除表面上的至少一個親水表面圖案以預定方向引導去除表面上的水分，以便增強蒸汽渦輪中的水分去除。

在另一示例性實施例中，蒸汽渦輪噴嘴包括噴嘴壁，其具有內表面、外表面、從外表面到內表面穿過噴嘴壁的至少一個提取開口、以及在噴嘴壁的外表面上鄰近提取開口的親水表面圖案。

在另一示例性實施例中，形成用于增強的水分去除的蒸汽渦輪的方法包括在蒸汽渦輪的渦輪殼體、至少一個動葉以及至少一個噴嘴中的至少一個的去除表面上激光蝕刻至少一個親水表面圖案，以便以預定方向引導去除表面上的水分，以增強蒸汽渦輪中的水分去除。蒸汽渦輪包括渦輪殼體、設置在渦輪殼體中的渦輪轉子、從渦輪轉子延伸的動葉、以及由渦輪殼體支承的噴嘴。

技術方案1. 一種蒸汽渦輪，包括：