一种汽轮机静叶加热除湿试验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种汽轮机静叶加热除湿试验系统，包括锅炉、水箱、温度传感器、水泵、雾化喷头、流量计、减温减压器、蒸汽湿度计、整流段、流量计、试验段、试验测试装置、凝汽器、循环冷却系统、凝结水泵、凝结水箱、增压泵及相应各调节阀和抽真空装置。此试验系统是针对汽轮机静叶加热除湿研究中的整体性方案，通过切换相应阀门连通状态可进行静态及动态两组试验。本发明专利技术能够模拟真实汽轮机运行工况下的湿蒸汽条件及加热蒸汽供给条件，通过静态及动态两组试验研究对比不同内部加热蒸汽通道结构及加热蒸汽参数下的除湿特性差异，为实际汽轮机静叶加热除湿应用中关于内部加热通道设计及加热蒸汽参数的选取等关键性问题提供相应依据及数据参考。

【技术实现步骤摘要】
一种汽轮机静叶加热除湿试验系统
本专利技术属于动力工程
，具体涉及一种汽轮机静叶加热除湿试验系统。
技术介绍
水蚀问题普遍存在于大功率汽轮机组低压末几级中，也是制约汽轮机发展的关键因素之一。当蒸汽温度降至其饱和温度以下时，会逐渐凝结产生大量水滴，部分水滴会沉积在静叶表面形成水膜，同时在静叶出口受气流剪切力的作用最终被撕裂形成尺寸较大的二次水滴，对动叶表面产生侵蚀。水蚀问题不仅会导致汽轮机组整体效率的降低，甚至可能导致叶片的断裂，严重威胁机组的安全运行，尤其是近年来，随着火电及核电汽轮机组功率的不断增大以及机组的大范围调峰灵活运行，汽轮机水蚀问题也显得愈发突出和棘手。通流部分除湿是目前一种较为有效的叶片除湿方法，抽吸、吹扫及加热是应用于汽轮机静叶中的三种主要除湿方法，但其中前两种方法均需在静叶表面开设缝隙，通过抽吸水膜或热气流吹扫等作用达到除湿的目的，这一方面会破坏静叶表面原有的结构设计，削弱叶片的强度，另一方面通过缝隙实现蒸汽抽吸和吹扫作用不可避免的会对主流蒸汽造成干扰，影响气动效率，尤其是吹扫出来的高温蒸汽还将进入凝汽器对机组背压产生影响，从而导致机组整体效率的降低。而对于加热除湿方法，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，从而减少二次水滴的形成，削弱水蚀的影响，其无需在叶片表面开设缝隙，对静叶结构强度影响较小，同时内部加热蒸汽可以利用汽轮机汽封排气或者热力系统中的一些漏气，其供给和回收也均采用独立的二次通路，不会对主流蒸汽造成干扰。综上所述，静叶加热除湿方法相比于静叶抽吸或吹扫除湿方法有更加显著的优势，其应用前景十分广阔。但对目前的公开资料中，有关静叶抽吸及吹扫除湿方法的研究较多，主要围绕开设缝隙的位置、尺寸及角度等影响，而对静叶加热除湿方法的研究较少，且多难以与工程实际相结合。在实际情况下静叶加热除湿涉及复杂的相变换热过程，在加热蒸汽侧蒸汽降温放热，并且凝结放出潜热，而在主流蒸汽侧静叶表面的水膜吸热蒸发为水蒸气，且实际应用中影响两个相变换热过程的因素众多，主要涉及到内部加热蒸汽通道结构设计、加热蒸汽参数选取等复杂因素。因而，有必要设计建立一套相应的静叶加热除湿试验系统，对实际汽轮机静叶加热除湿方法中涉及的关键问题进行研究，为后续静叶加热除湿方法在实际工程应用中关于内部加热蒸汽通道设计及加热蒸汽参数的选取等问题提供相应依据及数据参考。
技术实现思路
基于上述原因，本专利技术提供了一种汽轮机静叶加热除湿试验系统，尽可能模拟实际汽轮机湿蒸汽级蒸汽条件，研究对比不同内部加热蒸汽通道结构及加热蒸汽参数对叶片除湿特性的影响，从而选出较优的内部加热蒸汽通道结构及加热蒸汽参数，同时为实际汽轮机静叶加热除湿应用中静叶内部加热蒸汽通道设计以及加热蒸汽参数的选取等提供相应依据及关键数据参考。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种汽轮机静叶加热除湿试验系统，该试验系统用于汽轮机静叶加热除湿研究，通过切换相应的阀门连通状态进行静态及动态两组试验；其中，整个试验系统在锅炉出口共分为三路蒸汽通路，一路通过水箱加热蒸汽调节阀与水箱相连，水箱底部出口经水泵连接至雾化喷头，用于产生雾化水滴；另一路通过主流蒸汽调节阀连接至整流段，整流段出口与试验段主流通道相连，用于提供主流蒸汽；第三路则自锅炉出口依次通过静叶加热蒸汽调节阀、流量计与试验段内部加热通道相连，用于提供静叶内部加热蒸汽；而经试验段后主流蒸汽及静叶内部加热蒸汽均进入凝汽器中凝结，且两路蒸汽的热量通过循环冷却系统最终排至室外大气，凝汽器配有相应的抽真空装置A，凝结水经凝汽器出口及凝结水泵送至凝结水箱，此后经增压泵加压后返回锅炉中；此外，在试验段处还设有相应的试验测试装置。本专利技术进一步的改进在于，当关闭主流蒸汽调节阀，开通水箱加热蒸汽调节阀和静叶加热蒸汽调节阀时，该试验系统能够进行静态试验研究；当关闭水箱加热蒸汽调节阀，开通主流蒸汽调节阀和静叶加热蒸汽调节阀时，该试验系统能够进行动态试验研究。本专利技术进一步的改进在于，在水箱的底部设置相应的温度传感器，以实时获取水箱内部的水温情况，保证在静态试验时，喷洒至试验静叶片表面的水滴过冷度不至于过低，以模拟汽轮机静叶片的实际工作状态，保证试验结果的可靠性。本专利技术进一步的改进在于，静态试验时，试验段的腔室连有抽真空装置B，以模拟实际汽轮机运行时湿蒸汽级静叶所处的负压环境，进一步提高试验结果的准确性。本专利技术进一步的改进在于，在主流蒸汽调节阀与整流段之间还设有减温减压器，用于将锅炉出来的饱和蒸汽的压力和湿度调整到实际汽轮机运行时的蒸汽参数，保证动态实验中的主流蒸汽接近实际情况下湿蒸汽级的蒸汽条件，并在减温减压器与整流段之间的管道设有蒸汽湿度计，以便实时监测相应的蒸汽湿度。本专利技术进一步的改进在于，考虑到动态试验过程中减温减压器需要进行补水及疏水，因而在增压泵后方另引出一条通路用于减温减压器的补水，流量由补水阀控制，而相应的疏水经减温减压器后送至凝汽器放热。本专利技术进一步的改进在于，在提供静叶内部加热蒸汽通路的试验段后方设有调节阀，其与静叶加热蒸汽调节阀共同作用，实现对蒸汽在加热通道中流量、压力的组合调节，且根据流量计的测量进行流速计算，以便试验研究对比不同加热蒸汽参数下叶片除湿特性差异。本专利技术进一步的改进在于，试验测试装置在静态试验过程中用于测量和记录静叶表面不同区域水膜的蒸发/除湿过程、蒸发/除湿速度以及温度分布情况，在动态试验过程中，用于测量和记录静叶出口段叶片表面的水膜状态，以及静叶出口的二次水滴大小和数量。本专利技术至少具有以下有益的技术效果：1、本专利技术所采用的静叶加热除湿试验系统，通过切换相应的阀门连通状态即可进行静态及动态两组试验，研究对比不同内部加热蒸汽通道及加热蒸汽参数对除湿效果的影响，为实际汽轮机静叶内部加热蒸汽通道设计以及加热蒸汽参数的选取等提供相应依据及数据参考。其中静态试验部分主要借助喷雾方式在试验静叶片表面形成水膜，通过对比带有不同内部加热蒸汽通道结构的静叶以及在不同加热蒸汽参数下叶片表面的水膜蒸发过程、蒸发速度及温度分布等初步筛选出除湿特性较好的几组内部加热蒸汽通道结构及加热蒸汽参数，为动态试验提供基础研究数据；动态试验在此基础上，模拟真实汽轮机运行工况下的主流蒸汽条件，通过测量和对比试验静叶栅通道出口段叶片表面的水膜状态，以及静叶出口的二次水滴大小和数量等进一步对比检测自静态试验筛选出来较优的内部加热蒸汽通道结构及加热蒸汽参数在实际情况下的除湿效果，并从中选出整体除湿特性较好的内部加热蒸汽通道结构及加热蒸汽参数。由于实际情况下静叶内部加热蒸汽通道可设计为诸多结构，且加热蒸汽参数的调节也有相当范围，若全部通过模拟实际汽轮机运行情况下的蒸汽条件进行试验对比，相应的主流蒸汽参数的调节等会耗费大量的时间且试验成本也会大大提高，实际情况中难以实现，而本试验系统不仅可分别进行静态及动态两组试验，且通过先静态试验后动态试验的方式可更加高效的研究对比多种内部加热蒸汽通道结构及加热蒸汽参数下的静叶加热除湿效果，进而为实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种汽轮机静叶加热除湿试验系统，其特征在于，该试验系统用于汽轮机静叶加热除湿研究，通过切换相应的阀门连通状态进行静态及动态两组试验；其中，/n整个试验系统在锅炉(1)出口共分为三路蒸汽通路，一路通过水箱加热蒸汽调节阀(2a)与水箱(3)相连，水箱(3)底部出口经水泵(5)连接至雾化喷头(6)，用于产生雾化水滴；另一路通过主流蒸汽调节阀(2b)连接至整流段(9)，整流段(9)出口与试验段(11)主流通道相连，用于提供主流蒸汽；第三路则自锅炉(1)出口依次通过静叶加热蒸汽调节阀(2c)、流量计(10)与试验段(11)内部加热通道相连，用于提供静叶内部加热蒸汽；而经试验段(11)后主流蒸汽及静叶内部加热蒸汽均进入凝汽器(13)中凝结，且两路蒸汽的热量通过循环冷却系统(14)最终排至室外大气，凝汽器(13)配有相应的抽真空装置A(15a)，凝结水经凝汽器(13)出口及凝结水泵(16)送至凝结水箱(17)，此后经增压泵(18)加压后返回锅炉(1)中；此外，在试验段(11)处还设有相应的试验测试装置(12)。/n

【技术特征摘要】
1.一种汽轮机静叶加热除湿试验系统，其特征在于，该试验系统用于汽轮机静叶加热除湿研究，通过切换相应的阀门连通状态进行静态及动态两组试验；其中，
整个试验系统在锅炉(1)出口共分为三路蒸汽通路，一路通过水箱加热蒸汽调节阀(2a)与水箱(3)相连，水箱(3)底部出口经水泵(5)连接至雾化喷头(6)，用于产生雾化水滴；另一路通过主流蒸汽调节阀(2b)连接至整流段(9)，整流段(9)出口与试验段(11)主流通道相连，用于提供主流蒸汽；第三路则自锅炉(1)出口依次通过静叶加热蒸汽调节阀(2c)、流量计(10)与试验段(11)内部加热通道相连，用于提供静叶内部加热蒸汽；而经试验段(11)后主流蒸汽及静叶内部加热蒸汽均进入凝汽器(13)中凝结，且两路蒸汽的热量通过循环冷却系统(14)最终排至室外大气，凝汽器(13)配有相应的抽真空装置A(15a)，凝结水经凝汽器(13)出口及凝结水泵(16)送至凝结水箱(17)，此后经增压泵(18)加压后返回锅炉(1)中；此外，在试验段(11)处还设有相应的试验测试装置(12)。


2.根据权利要求1所述的一种汽轮机静叶加热除湿试验系统，其特征在于，当关闭主流蒸汽调节阀(2b)，开通水箱加热蒸汽调节阀(2a)和静叶加热蒸汽调节阀(2c)时，该试验系统能够进行静态试验研究；当关闭水箱加热蒸汽调节阀(2a)，开通主流蒸汽调节阀(2b)和静叶加热蒸汽调节阀(2c)时，该试验系统能够进行动态试验研究。


3.根据权利要求2所述的一种汽轮机静叶加热除湿试验系统，其特征在于，在水箱(3)的底部设置相应的温度传感器(4)，以实时获取水箱内部的水温情况，保证在静态试验时，喷洒至试验静叶片表面的水滴过冷度不至于过低，以模拟汽轮机静叶片的实际工作状态，保证试验结果的可靠性。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢永慧，张鑫磊，王顺森，张荻，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61