[發明專利]一種基于超聲波的末級靜葉除濕結構

有效

• 申請號: 202210423163.5
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114776390B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 李亮;廖貴鄂;朱華;嚴彪;劉雨松
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F01D9/02
• 分類號: F01D9/02;F01D25/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發明公開了一種基于超聲波的末級靜葉除濕結構，包括空心靜葉、超聲波發聲裝置、尾緣通道和振動桿結構，超聲波發聲裝置包括壓電超聲換能器、支撐裝置、固定法蘭和變幅桿。結合葉片出口的幾何特征和超聲波的傳播性能，變幅桿和振動桿形成的復合變幅桿系統，能將高能超聲波聚集于尾緣位置。葉片尾緣的液膜在高能超聲波作用下，迅速破碎霧化，在超高的霧化率下，可以根治二次水滴的水蝕危害。同時不同工況下，通過調節輸入功率能適應不同的運行條件，其除濕效率始終維持在高水平。本發明將超聲波消除水滴技術與末級葉片相結合，極大地提高了飽和汽輪機末級葉片的除濕效果，對于葉片除濕技術的提高和傳統除濕結構和其他技術結合應用有著指導意義。

技術領域

本發明屬于汽輪機機械技術領域，涉及一種基于超聲波的末級靜葉除濕結構。

背景技術

飽和汽輪機的末級葉片基本工作在濕蒸汽區。濕蒸汽會造成末幾級動葉片的水蝕破壞，不僅降低汽輪機運行的工作效率，甚至威脅機組運行的安全。隨著汽輪機單機最大功率急劇增加及核電汽輪機的發展，汽輪機低壓末幾級動葉片的水蝕問題越來越嚴重。濕蒸汽由一次水滴和少量二次水滴組成，其中二次水滴粒徑較大，一般為一次水滴粒徑的數十倍以上，與主蒸汽流的跟隨性較差,并且會產生動不平衡力，被認為是造成葉片水蝕的主要原因。液滴沉積在葉片形成水膜，且隨著水滴的不斷融合，水膜的厚度不斷增加，它將隨著氣流的作用被逐漸沖積到葉片尾端撕裂，之后脫離葉片形成對設備危害較大的二次水滴。

為了減弱或防止水蝕現象，目前主要的技術手段還是在靜葉上抽吸法設置除濕槽、隔板上設置水分收集腔以及在動葉上設置導流槽和防水蝕工藝等技術手段。

靜葉除濕技術有以下三種方法：靜葉抽吸法、靜葉加熱法、靜葉吹掃法。靜葉抽吸法是空心導葉去濕的最早方法，其除濕原理為：在靜葉片表面開一排除濕槽，利用流場壓力差被動抽吸水膜。基于此原理該技術存在以下問題：由于壓力面和吸力面存在壓差會產生水膜串流，除濕效率低；除濕槽一般靠近葉片中前部，此時沖擊葉片的液滴粒徑較小，表面張力大，壓力差難以抽吸小液滴，除濕效果不理想；對于不同的結構及運行條件，例如開槽大小、抽吸壓力流量、開槽位置等，去濕效果也不同，對需要調峰的大機組，除濕效果在變工況下不理想。靜葉加熱法，該結構是將熱量引進靜葉空腔，對內壁加熱，把外表面水膜層蒸發掉，使尾緣不能形成二次大水滴。在實際應用中，要考慮引入多少熱量，這種方法需要改變設備結構，可能會因為熱量不足，導致除濕效果不足。靜葉吹掃法，在靜葉尾緣加工出吹掃縫，將較高壓蒸汽引入導葉內，然后從尾緣吹掃縫噴出。此方法將從尾緣脫落的大水滴變小，速度加快，減輕對動葉的沖蝕。此方法需要吹掃汽量和方向角需要合理匹配，以免影響主汽流。負載變化時，吹掃角度很難發生變化，從而造成氣動損失增加。同時，這種方法對吸力面的二次水滴破碎，而吸力面的液滴沉積更加明顯。

結合上述傳統除濕方法對葉片水蝕的防止效果有限。與常規的空氣冷卻技術相比，超聲波功率高，能量大。超聲波在介質中傳播時具有很強的穿透能力且產生空化沖擊波，這些固有特征使超聲波在介質中傳播時可傳遞很強的能量，從而產生強烈的沖擊，具有很高的效率。利用超聲波的機械攪拌作用，可以作用在葉片尾緣上，使尾緣液膜快速破碎霧化，大大降低了二次水滴的危害。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統葉片除濕效果的弊端，利用葉片的結構特征以及超聲波的空化效果，提供一種基于超聲波的末級靜葉除濕結構。本發明利用葉片出口的幾何結構特征，通過壓電超聲換能器、變幅桿、振動桿結構構成一個新的復合變幅桿系統。振動桿在超聲波的激勵作用下進行機械振動，葉片表面的液膜由于空化作用發生霧化，形成均勻的小粒徑液滴噴霧，大大降低二次水滴的危害性，有效的防止水蝕的發生。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種基于超聲波的末級靜葉除濕結構，包括：

超聲波發聲裝置，所述超聲波發聲裝置布置于汽輪機空心靜葉片的內腔；

振動桿結構，所述振動桿結構設置在汽輪機空心靜葉片的尾緣出口處，并于超聲波發聲裝置相連。