[发明专利]蒸汽涡轮、蒸汽涡轮喷嘴及管理蒸汽涡轮中水分的方法

说明书

本发明涉及蒸汽涡轮、蒸汽涡轮喷嘴及管理蒸汽涡轮中水分的方法。蒸汽涡轮的去除表面上的亲水表面图案在至少一个预定方向上引导表面水分，以通过增强水分去除或另外减小由于蒸汽涡轮中的水分所引起的腐蚀来增强水分管理。在一些实施例中，去除表面位于喷嘴壁的外表面上邻近提取开口。在一些实施例中，去除表面位于动叶的表面上并且朝向涡轮转子引导水分。在一些实施例中，去除表面位于涡轮壳体的表面或喷嘴的表面上，且朝向涡轮壳体中的排出口引导水分。亲水表面图案优选激光蚀刻为纳米级图案来产生亲水表面。在一些实施例中，亲水表面图案产生超亲水表面。

技术领域

本发明涉及蒸汽涡轮。更具体地，本发明涉及具有用于增强的水分管理的亲水表面图案的蒸汽涡轮。

背景技术

蒸汽涡轮从蒸汽流提取功，以通过经由将蒸汽供应到固定叶片(喷嘴)和运动的叶片(动叶)的级联而将锅炉产生的高温高压蒸汽的能量转换成旋转能以产生动力。典型蒸汽涡轮可包括与许多叶轮相关联的转子。叶轮可沿着转子的长度彼此间隔开，以限定一系列涡轮级。涡轮级设计为以高效的方式从在从涡轮的进口到出口的流动路径上行进的蒸汽提取有用功。随着蒸汽沿着该流动路径行进，蒸汽导致叶轮驱动转子。蒸汽可逐渐膨胀，且蒸汽的温度和压力可逐渐降低。接着蒸汽可从涡轮的出口排出，以便重新使用或其它。更高温蒸汽涡轮可产生增大的输出，因为蒸汽的升高的温度会增大可用于提取的总体能量。

大体上描述，典型蒸汽涡轮可包括高压区段、中压区段以及低压区段。区段可串联地布置，其中各个区段包括任意数量的级。在区段内，从蒸汽提取功来驱动转子。在区段之间，蒸汽可被再次加热，以便在下一区段中做功。高压区段和中压区段可以以比较高的温度操作，以便提高总体蒸汽涡轮输出。

随着压力和温度变化，蒸汽变湿润。随着蒸汽流过动叶和喷嘴的涡轮级，包含在蒸汽中的水分在包括喷嘴的涡轮表面上冷凝成细小的水滴。这些细小的水滴组合成粗的水滴，其由蒸汽流驱散并且与喷嘴下游的动叶碰撞。碰撞通过高速冲击而抑制动叶的转矩，且因此降低涡轮的总性能。粗的水滴也可导致动叶表面的腐蚀，这会降低动叶的空气动力学性能和截面厚度且因此缩短它们的使用寿命。

包含在蒸汽中的水分以水的薄膜的形式主要沉积在喷嘴的凹表面上。水薄膜在喷嘴的表面上积聚且流向后缘，同时厚度增大。水薄膜作为水滴从喷嘴的后缘释放。如果水薄膜为厚的，则释放大且粗的水滴。

在蒸汽涡轮中，水滴形式的后级水分可在最后级涡轮叶片上产生显著的腐蚀。随着水滴的大小增大，由水滴产生的腐蚀的量增大，因此去除水分或另外地防止形成粗的水滴可能对于降低腐蚀为有效的。传统地，控制涉及保护方法，诸如在后级叶片中安装钴-铬合金(诸如以PA，Latrobe的Kennametal公司的商标Stellite的销售的那些)腐蚀护罩、在动叶中使用挡油环(slinger)凹槽、动叶前缘的火焰硬化、选择具有改进的水滴腐蚀性质的合金、或改进通过壳体的提取。通过上游隔板喷嘴中的槽或孔进行的提取也已经用于去除水分。其它水分去除方法包括局部地加热蒸汽流或加热喷嘴。

发明内容

在一示例性实施例中，蒸汽涡轮包括涡轮壳体、设置在涡轮壳体中的涡轮转子、从涡轮转子延伸的至少一个动叶、以及由涡轮壳体支承的至少一个喷嘴。涡轮壳体，动叶，以及喷嘴中的至少一个的去除表面上的至少一个亲水表面图案以预定方向引导去除表面上的水分，以便增强蒸汽涡轮中的水分去除。

在另一示例性实施例中，蒸汽涡轮喷嘴包括喷嘴壁，其具有内表面、外表面、从外表面到内表面穿过喷嘴壁的至少一个提取开口、以及在喷嘴壁的外表面上邻近提取开口的亲水表面图案。

在另一示例性实施例中，形成用于增强的水分去除的蒸汽涡轮的方法包括在蒸汽涡轮的涡轮壳体、至少一个动叶以及至少一个喷嘴中的至少一个的去除表面上激光蚀刻至少一个亲水表面图案，以便以预定方向引导去除表面上的水分，以增强蒸汽涡轮中的水分去除。蒸汽涡轮包括涡轮壳体、设置在涡轮壳体中的涡轮转子、从涡轮转子延伸的动叶、以及由涡轮壳体支承的喷嘴。

技术方案1. 一种蒸汽涡轮，包括：