[发明专利]一种消除叶片水蚀的小容室真空排汽系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种消除叶片水蚀的小容室真空排汽系统及其工作方法，所述系统包括：若干扩压段导流环真空抽吸支管、若干去湿环真空抽吸支管、真空抽吸母管和真空抽吸装置。本发明在末级叶片末端扩压段导流环及去湿环两处抽吸排汽，以增大级间前后压差及消除叶片根部倒涡流区，使乏汽及其凝结水滴向级后排放强制抽吸排出，同时将叶顶区乏汽及水滴强制抽吸排出，系统在≤35％额定负荷的低负荷工况投运，以达到消除汽轮机末级、次末级叶片水蚀的成效，因真空抽吸可在末级叶片做功小容室空间提高真空，故在更高负荷工况下投运本系统可提高汽轮机效率，且仅需维持凝汽器大容室内较低真空，故同步达到降低循环水泵电耗及厂用电率的效果。

技术领域

本发明涉及发电厂汽轮机运行涉及汽轮机叶片水蚀技术领域，具体涉及一种消除叶片水蚀的小容室真空排汽系统及其工作方法。

背景技术

汽轮机叶片水蚀问题是行业内疑难问题。分析汽轮机叶片水蚀原因如下：1、汽轮机低负荷运行，经过各压力级做功后，蒸汽湿度逐级增加；2、后几级动叶片排汽湿度增加的同时，在凝汽器冷却作用下，出现排汽乏汽凝结水滴的情况；3、研究证实，汽轮机低负荷运行时，动叶片根部会出现负反动度情况，也即此时动叶片后的静压力将大于动叶片前的静压力，在此压差条件下将使叶型表面的汽水附着层逐步增厚乃至发生迅速脱离的情况，在动叶片根部区域形成一个倒涡流区，汽流中夹带排汽凝结的水滴在涡流区短暂滞留的同时，随排汽倒流冲击叶栅，旋转的动叶片与排汽中凝结的水滴发生剧烈碰撞而产生水蚀；4、动叶片高速旋转的作用，使其做功蒸汽中凝结的水滴在离心力作用下，必然更多的聚集在叶顶区域，这也是叶顶区域叶片水蚀严重的原因。次末级、末级叶片直径大，其叶顶附近圆周线速度最高，与乏汽中凝结的水滴碰撞程度最强，故次末级、末级叶片叶顶部位进汽边水蚀更严重，所以有末级叶片叶顶部位钎焊司太立合金片的被动防护措施；5、研究证实，在小容积流量工况，动叶根部区域由于气流脱离所造成的涡流和叶顶处的气流偏转易激发叶片的颤振，也即自激振动，小容积流量工况时的气动特性汽流不均是激发叶片自激振动乃至引起动应力突增的根源。汽轮机叶片动应力突增易损伤叶片的同时，颤振也加大了水滴与叶片碰撞力度与频次进而加剧叶片水蚀。

综上所述，叶片水蚀区域一般情况发生在叶片叶顶区域进汽边和根部出汽边两部位，常规情况下次末级、末级叶片会发生水蚀，特别是末级叶片水蚀严重。叶片排汽凝结水滴在离心力作用下聚集叶顶区域，不能及时沿径向排出也无法及时向后排出，水滴与叶片碰撞引起叶片水蚀，是叶顶区域叶片水蚀主要原因；而动叶片根部出现负反动度情况带来动叶片后的静压力大于动叶片前的静压力，也即维持做功蒸汽向叶片后部流动膨胀做功的级间压差减小甚至出现反方向压差，导致动叶片根部区域形成一个倒涡流区，凝结水滴在涡流区短暂滞留的同时倒流冲击叶片是根部叶片水蚀主要原因。

因叶片水蚀导致汽轮机末级和次末级叶片损坏数约占叶片损坏故障总数的70％，而其中末级叶片水蚀故障占比高达95％以上。水蚀会导致叶片损伤部位出现蜂窝状麻点，甚至会使叶片进出汽边缘呈现锯齿状或产生很多细小的裂纹。水蚀叶片流道粗糙则级效率下降，水蚀叶片抗疲劳强度降低，叶片水蚀引起叶片振动特性变化易诱发机组振动等故障，水蚀部位应力集中甚至引发叶片断裂导致飞车恶性事故。

机组运行方面除了依靠调整参数减轻叶片水蚀问题外，尚无其它有效措施；汽轮机设计制造方面，现有减缓叶片水蚀的主要措施，一是增大末级叶片根部反动度的措施，即由过去设计值约10％提高至约25％±10％，确保低负荷小流量工况时汽流通过叶片弯曲扭转的汽道时，减小叶根部位形成的负反动度，更好的避免排汽缸及凝汽器喉部的湿蒸汽回流，减轻汽道内存在脱流、漩涡流产生激振，从而达到避免更高的叶片振动应力，以便一定程度的改善低负荷下叶片根部出汽边及背弧侧的水蚀；二是末级叶片去湿环构造，也即末级叶片做功腔室圆周径向开小孔，被动的让乏汽及其凝结的水滴通过小孔排除；三是采用叶片叶顶钎焊司太立合金片的被动式防护措施，不能完全防护叶片的水蚀部位，也不能持久防护，往往1-2个A修周期(约5-10年)就需要重新钎焊司太立合金片；四是低压缸低负荷喷水减温系统喷水位置及喷水方向的调整，确保减轻水蚀，显然，喷水减温本身就是引起水蚀的另一个重要根源，所以即便喷水方向改变达到效果，也无法解决汽轮机动叶本身的气动特性及乏汽自身湿度增加带来的水蚀问题。