[发明专利]一种静叶加热除湿静态测试系统及方法

说明书

本发明公开了一种静叶加热除湿静态测试系统及方法，研究加热蒸汽在静叶内部通道流动对外部水膜蒸发的影响，其试验系统采用雾化喷头的方式将饱和水喷淋在静叶表面形成水膜，使用流量计和进汽调节阀监测控制加热蒸汽参数，通过坐标架调整静叶片的放置角度。本发明提出的测试方法使用高速相机和红外热像仪研究静叶表面的蒸发过程，可以获得静叶内部加热通道的蒸汽压力、流量，静叶倾角和内部通道结构对静叶表面水膜蒸发速度和水膜蒸发过程的影响规律，为叶片内部加热通道结构和运行参数优化提供基础数据，并检验数值模拟结果的可靠性。

技术领域

本发明属于汽轮机叶片除湿技术领域，具体涉及一种静叶加热除湿静态测试系统及方法。

背景技术

汽轮机湿蒸汽级中蒸汽凝结形成的一次水滴在静叶表面聚集形成水膜，水膜被高速汽流撕裂形成二次水滴连续撞击动叶，会导致叶片水蚀，缩短叶片寿命，甚至导致叶片断裂，严重威胁汽轮机的正常运行。

汽轮机静叶除湿技术采用中空静叶，通过抽吸、吹扫或者加热的方法，将附着在静叶表面的液膜或尾缘的大液滴去除，以降低叶片水蚀。抽吸和吹扫的方法均需在静叶表面开设槽缝，这两种方法一方面破坏了静叶表面结构，削弱了叶片强度；另一方面由于蒸汽的抽吸和吹扫对主流产生干扰，减小了气动效率。与之相比，采用加热方法时，加热蒸汽仅在空心静叶内部流动，通过加热静叶外表面使水滴或水膜蒸发，对叶片的强度和主流的气动性能影响较小，此外，加热蒸汽可以采用汽轮机汽封排汽或者热力系统中的一些漏汽，不引入外部能量，可提高汽轮机整体的能量利用率，具有较好的节能效果。

静叶加热除湿方法是一种高效的汽轮机静叶除湿技术，具有广阔的应用前景，但是该方法涉及复杂的相变换热过程，包括加热通道设计、加热蒸汽参数选取等多个复杂问题，目前相关的研究工作较少，试验数据缺乏，尚处于研究阶段，未见到工业应用实例。因此，对汽轮机静叶加热除湿中涉及的关键问题进行研究，开展加热除湿试验获得基础研究数据，并发展基于汽轮机静叶真实应用环境的高效加热除湿技术，对于减少叶片水蚀，进而保障机组安全运行至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静叶加热除湿静态测试系统及方法，用以研究静叶内部加热通道的饱和蒸汽压力、流速(流量)、叶片倾角以及通道结构对静叶表面水膜蒸发速度和水膜蒸发过程的影响规律，为叶片加热通道结构和运行参数优化提供基础数据。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种静叶加热除湿静态测试系统，包括加热蒸汽通路、饱和水通路以及数据采集线路；

加热蒸汽通路包括依次连接的进汽调节阀、体积流量计和水箱，试验件用于连接在体积流量计和水箱之间，并设置在坐标架上；

饱和水通路设置在试验件的上方，包括依次连接的进水调节阀和雾化喷头；

数据采集线路包括高速相机、红外热像仪以及计算机，高速相机用于连续拍摄静叶表面水膜蒸发过程图像，红外热像仪用于测量静叶表面的温度分布，计算机保存高速相机和红外热像仪的数据。

本发明进一步的改进在于，进汽调节阀用于控制加热蒸汽通断以及调节加热蒸汽流量，体积流量计用于测定加热蒸汽流量，由于蒸汽温度较高，体积流量计具有耐高温的特性。

本发明进一步的改进在于，试验件为具有内部加热通道的静叶片，在静叶片的上表面存在加热蒸汽入口和加热蒸汽出口。

本发明进一步的改进在于，加热蒸汽从试验件的蒸汽出口流出后在水箱中凝结成水，为保证试验件的旋转性，与蒸汽入口和蒸汽出口相连的管路采用金属软管。

本发明进一步的改进在于，坐标架包括底座、刻度盘以及试验件夹持臂，夹持臂分为上短臂和下长臂，下长臂一端与底座垂直固定，另一端与上短臂螺栓连接，短臂与长臂的夹角可调，连接处设置有刻度盘，测量长短臂之间的夹角，短臂的另一端与试验件垂直固定连接。