高德偉

（中國(guó)石油遼陽(yáng)石化分公司熱電廠，遼陽(yáng) 111003）

汽輪機(jī)在工作時(shí)葉片主要受力包括：本身質(zhì)量和圍帶、拉筋所產(chǎn)生的離心力，汽流通過(guò)葉柵通道時(shí)產(chǎn)生的汽流力，在汽輪機(jī)啟動(dòng)、停機(jī)過(guò)程中由于葉片的溫差而引起的熱應(yīng)力.但是對(duì)于飽和蒸汽汽輪機(jī)的各級(jí)和普通多級(jí)凝汽式汽輪機(jī)的最后幾級(jí)，由于葉片在濕蒸汽區(qū)域內(nèi)工作，所以葉片還會(huì)受到一種特殊的作用力，即“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”.該力的存在直接影響汽輪機(jī)效率，是導(dǎo)致葉片斷裂和水蝕的主要因素.實(shí)踐表明，汽輪機(jī)發(fā)生的事故中葉片事故最多，高達(dá)40%［1］，因此應(yīng)引起高度重視.

目前，汽輪機(jī)末級(jí)葉片的水蝕問(wèn)題是全世界尚未解決的難題［2］，針對(duì)“彈珠”和“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”進(jìn)行深入研究，會(huì)為汽輪機(jī)在濕蒸汽區(qū)域內(nèi)工作級(jí)的狀態(tài)分析和研究開辟一條新的思路，同時(shí)對(duì)水蝕理論的研究也有重要的指導(dǎo)意義.

1 水滴簡(jiǎn)介

在汽輪機(jī)濕蒸汽區(qū)域內(nèi)，由于形成機(jī)理不同濕蒸汽中的液相可以分為一次水滴（凝結(jié)形成）和二次水滴.目前對(duì)一次水滴的研究較為深入，對(duì)二次水滴的形成過(guò)程雖然已有不少研究，但因二次水滴的形成過(guò)程極其復(fù)雜，暫時(shí)還沒(méi)有完善的理論可以對(duì)其進(jìn)行描述.一般來(lái)說(shuō)，在汽輪機(jī)中，濕蒸汽流過(guò)葉片時(shí)會(huì)聚集在葉片表面形成水膜，水膜在葉片出汽邊處被高速汽流撕裂和破碎，所形成的水滴直徑較大，可達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百微米，這種水滴稱為二次水滴［3］.二次水滴是引起低壓缸末幾級(jí)動(dòng)葉片水蝕的直接原因.隨著機(jī)組單機(jī)容量的增大及核電汽輪機(jī)的發(fā)展，低壓缸末幾級(jí)動(dòng)葉片的水蝕問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重.

在濕蒸汽研究的領(lǐng)域中，本文所涉及到的“彈珠”應(yīng)歸屬于二次水滴的范疇內(nèi).但是，由“彈珠”所形成的二次水滴與葉片出汽邊處的“水膜”被高速汽流撕裂和破碎所形成的二次水滴是有區(qū)別的.

1.1 “水膜”所形成的二次水滴

一次水滴在葉片表面凝結(jié)形成的水膜和彈珠沉積在葉片表面形成的水膜在汽流作用下流動(dòng)到葉片尾緣，被撕裂和破碎形成二次水滴.這些二次水滴大部分進(jìn)入流道，直接撞擊動(dòng)葉片背弧表面造成沖蝕，部分撞擊到汽缸內(nèi)表面.撞擊到汽缸內(nèi)表面的二次水滴部分在汽缸內(nèi)表面形成水膜，部分又飛濺出來(lái)重新撞擊到葉片上.

1.2 “彈珠”所形成的二次水滴

由“彈珠”所形成的二次水滴最初來(lái)源主要有2個(gè)方面：一是由于高速蒸汽流在汽缸內(nèi)的流動(dòng)撞擊和干擾，使沉積在缸體內(nèi)各動(dòng)、靜部件表面上的水膜被部分濺起形成的反彈水珠；二是由于高速蒸汽流在汽缸內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程中，攜帶一次水滴（凝結(jié)形成）飛濺到缸體內(nèi)各動(dòng)、靜部件表面上而被彈起所形成的反彈水珠.由“彈珠”所形成的二次水滴被彈起后，與一次水滴相互吸附，形成更大的水滴，一部分直接撞擊到葉片表面上對(duì)葉片產(chǎn)生沖蝕，同時(shí)也會(huì)在葉片上再次形成水膜；另一部分飛濺到汽缸體內(nèi)各動(dòng)、靜部件表面上而被再次彈起形成新的反彈水珠，同時(shí)也會(huì)在缸體內(nèi)各動(dòng)、靜部件表面上再次形成新的水膜.這樣的情形將會(huì)不斷持續(xù)、反復(fù)出現(xiàn).在離心力作用下，水滴對(duì)隔板外緣的內(nèi)表面（特別是水滴直射區(qū)）撞擊力也很大，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)凹現(xiàn)象，遼陽(yáng)石化分公司熱電廠8號(hào)汽輪機(jī)末級(jí)隔板就有此現(xiàn)象產(chǎn)生.

由“彈珠”所形成的二次水滴量的多少直接影響“水膜”在葉片出汽邊處被高速汽流撕裂和破碎所形成的二次水滴量的多少.因?yàn)橛伞皬椫椤彼纬傻亩嗡螘?huì)持續(xù)不斷地在葉片表面上形成新的水膜，所以有效控制和降低彈珠的生成量十分必要.

2 “彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”存在的原因

以遼陽(yáng)石化分公司熱電廠8號(hào)汽輪機(jī)（CC50－8.8／1.47／0.245型）為例，從幾個(gè)方面來(lái)說(shuō)明“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”存在的原因.

2.1 葉片的水蝕

圖1和圖2為8號(hào)汽輪機(jī)末級(jí)葉片的水蝕圖.從圖1和圖2可以清楚地看到，在末級(jí)葉片頂部的進(jìn)汽側(cè)均發(fā)生“V”型缺口的水蝕現(xiàn)象，且缺口的深度約為30mm.從圖2也可以清楚地看到，在末級(jí)葉片進(jìn)汽側(cè)的邊緣和背弧面上均發(fā)生了嚴(yán)重的水蝕現(xiàn)象.該“V”型缺口的水蝕位置對(duì)應(yīng)靜葉隔板位置，表明該水蝕是由隔板產(chǎn)生的彈珠造成的.

圖1 末級(jí)葉片水蝕圖（內(nèi)弧面）Fig.1 Water erosion on last stage blade（concave surface）

圖2 末級(jí)葉片水蝕圖（背弧面）Fig.2 Water erosion on last stage blade（convex surface）

2.1.1 “水膜”形成的二次水滴引起的葉片水蝕

由于一次水滴在高速蒸汽流的攜帶下進(jìn)入汽流通道，在靜葉片表面上形成沉積水膜，水膜在汽流作用下流動(dòng)到葉片尾緣被撕裂和破碎形成二次水滴.二次水滴進(jìn)入動(dòng)葉區(qū)時(shí)，會(huì)撞擊到動(dòng)葉進(jìn)口處的背弧上，產(chǎn)生阻止葉輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力.這些二次水滴會(huì)對(duì)葉片產(chǎn)生水蝕作用，且很嚴(yán)重.

2.1.2 “彈珠”形成的二次水滴引起的葉片水蝕

在離心力和蒸汽流的作用下，濕蒸汽在流動(dòng)過(guò)程中攜帶的水滴（水珠）一部分被濺到缸體內(nèi)各動(dòng)、靜部件的表面上，由于慣性的作用，水滴被反彈后形成水珠，稱為“反彈水珠”；在蒸汽濕度較大區(qū)域內(nèi)，缸體內(nèi)各動(dòng)、靜部件（特別是隔板外緣）的內(nèi)表面將會(huì)形成凝結(jié)水膜，由于汽流及水滴的干擾和沖擊，也會(huì)形成大量的“反彈水珠”.“反彈水珠”簡(jiǎn)稱“彈珠”，又稱由“彈珠”所形成的“二次水滴”.“彈珠”在蒸汽流的攜帶下進(jìn)入動(dòng)葉區(qū)時(shí)，也正好撞擊在動(dòng)葉進(jìn)口處的背弧上，產(chǎn)生了阻止葉輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力，該制動(dòng)力會(huì)對(duì)動(dòng)葉片進(jìn)汽側(cè)的邊緣和背弧面造成水蝕現(xiàn)象，而且非常嚴(yán)重.

由彈珠產(chǎn)生的阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由蒸汽在膨脹過(guò)程中析出的一次水滴所產(chǎn)生的阻止葉輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力.同時(shí)，彈珠也增大了“水膜”被撕裂和破碎后形成的二次水滴對(duì)葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的制動(dòng)力.因?yàn)椋?）彈珠的質(zhì)量（或直徑）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一次水滴的質(zhì)量（或直徑）；（2）彈珠進(jìn)入動(dòng)葉區(qū)時(shí)的周向速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一次水滴進(jìn)入動(dòng)葉區(qū)時(shí)的周向速度；（3）彈珠進(jìn)入靜葉區(qū)時(shí)能使葉片表面上的水膜量增加，同時(shí)也能使“水膜”被撕裂和破碎后形成的二次水滴的數(shù)量增加；（4）在離心力的作用下，彈珠多數(shù)在缸體的內(nèi)表面上被彈起，在缸體的內(nèi)表面附近形成的二次水滴（彈珠）直徑大、密度大，對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的制動(dòng)力很大.因此從圖1和圖2可以看到，在葉片頂部的進(jìn)汽側(cè)出現(xiàn)“V”型缺口的水蝕現(xiàn)象.

2.1.3 蒸汽品質(zhì)對(duì)葉片水蝕的影響

當(dāng)蒸汽中含有雜質(zhì)時(shí)，會(huì)形成有核凝結(jié)，有核凝結(jié)產(chǎn)生水滴的直徑大于自發(fā)凝結(jié)產(chǎn)生水滴的直徑［4］，且凝結(jié)會(huì)提前發(fā)生.蒸汽品質(zhì)較差會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生更多有核凝結(jié)水滴，加重葉片的水蝕.應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)蒸汽品質(zhì)的管理，嚴(yán)格控制除鹽水、爐水、蒸汽、除氧水及凝結(jié)水的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)爐水的連續(xù)排污和定期排污，提高蒸汽品質(zhì)，從而減輕對(duì)葉片的水蝕.

2.2 拉筋的斷裂現(xiàn)象及分析

2.2.1 實(shí)例分析

圖3為遼陽(yáng)石化分公司熱電廠8號(hào)汽輪機(jī)次末級(jí)葉片拉筋的斷裂實(shí)例圖.

圖3 次末級(jí)拉筋斷裂Fig.3 Photos of fractured brace for second last stage blade

機(jī)組次末級(jí)葉片的連接方式為拉筋式連接，共分為16組，對(duì)拉筋檢查后發(fā)現(xiàn)：在16組中，有9組存在拉筋斷裂現(xiàn)象，占總組數(shù)的56%；斷裂拉筋組中，邊緣葉片處拉筋均斷裂，且發(fā)生在斷裂組的同一側(cè)，如圖3所示.從斷裂拉筋中發(fā)現(xiàn)，處于每組邊緣的葉片（尾片）拉筋先斷裂，說(shuō)明每組邊緣葉片（尾片）的承載力較大.

從宏觀上看，上述情況說(shuō)明拉筋強(qiáng)度不足.但是從微觀上看，有以下問(wèn)題值得探討和研究：（1）致使拉筋斷裂的力是什么力？是怎樣產(chǎn)生的？（2）為什么拉筋斷裂的點(diǎn)多數(shù)發(fā)生在靠近葉片的背弧側(cè)？（3）為什么在斷裂拉筋中邊緣葉片拉筋均斷裂，且在各斷裂組中均發(fā)生在尾片的同一側(cè)？

2.2.2 相關(guān)資料的論述

在以往的汽輪機(jī)相關(guān)資料中，也有關(guān)于拉筋葉片組的彎曲應(yīng)力的相應(yīng)論述.當(dāng)葉片用拉筋連接成組，葉片受到汽流作用力而發(fā)生彎曲變形時(shí)，拉筋也隨之彎轉(zhuǎn)而產(chǎn)生彎曲變形.這時(shí)拉筋對(duì)葉片有一反彎矩，將部分抵消汽流引起的彎矩，使彎曲應(yīng)力減小.葉片受汽流作用力產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，會(huì)在最大慣性軸方向產(chǎn)生彎曲.由于葉片在軸向的撓度，使拉筋隨同葉頂在軸向移動(dòng)一距離，然而并不能使拉筋彎曲，只有葉片在輪周方向上的彎曲才會(huì)引起拉筋的彎曲，產(chǎn)生反彎矩.當(dāng)葉片上的拉筋產(chǎn)生彎曲變形后（如圖4所示），在兩葉片間的拉筋上有一反向點(diǎn)A，在此點(diǎn)兩邊的彎矩大小相等，方向相反，亦即在此點(diǎn)的彎矩等于零，只有剪切力S.

圖4 葉片與拉筋在汽流作用下的彎曲變形Fig.4 Distortion of blade and brace caused by high－speed steam flow

葉片用拉筋連接常常并不是連接成整圈，而是分成多組的，這時(shí)每組中的各葉片所受到的拉筋反彎矩并不相等，因?yàn)樵诜侄翁幚钣幸粋?cè)并不受剪切力S作用，故在同一組內(nèi)兩端的葉片所受到的反彎矩較小，中間葉片所受到的反彎矩較大，相差可達(dá)10%～12%.另外，在拉筋以上的葉片段只承受汽流作用彎矩，在拉筋處及拉筋以下的葉片才受拉筋反彎矩［5］.

2.2.3 實(shí)例分析與相關(guān)資料論述的差異

根據(jù)上述相關(guān)資料的觀點(diǎn)來(lái)分析，各組葉片的拉筋最容易發(fā)生斷裂的部位應(yīng)該是葉片受汽流作用力最大的內(nèi)弧側(cè)B點(diǎn)處，而不應(yīng)該是葉片受汽流作用力較小的背弧側(cè)C點(diǎn)處.因?yàn)槔钤贐點(diǎn)處所受的力是拉應(yīng)力，C點(diǎn)處所受的力是壓應(yīng)力.但是，從遼陽(yáng)石化分公司熱電廠8號(hào)汽輪機(jī)次末級(jí)葉片拉筋斷裂的實(shí)際情況看，正與上述結(jié)果相反.筆者認(rèn)為其原因?yàn)椋涸跐裾羝麉^(qū)域內(nèi)工作的級(jí)，拉筋以上的葉片段不僅會(huì)受到汽流的作用力，同時(shí)還會(huì)受到一種特殊的作用力，即“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”，且該力為高頻激振力.

2.2.4 “彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”存在的理由

在濕蒸汽區(qū)域內(nèi)工作的級(jí)，由于葉片用拉筋連接成組，在葉片的頂部，葉片同時(shí)受到汽流作用力FQL和彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力FTZ而發(fā)生彎曲變形，如圖5所示.當(dāng)作用在葉片頂部△L段的汽流作用力△FQL小于作用在葉片頂部△L段彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力△FTZ時(shí)，拉筋在D點(diǎn)處的拉應(yīng)力大于E點(diǎn)處的拉應(yīng)力.所以，拉筋在D點(diǎn)（尾片）處最容易斷裂.從遼陽(yáng)石化分公司熱電廠8號(hào)汽輪機(jī)次末級(jí)葉片拉筋的斷裂情況證明“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”是確實(shí)存在的.

圖5 葉片與拉筋在汽流力和彈珠制動(dòng)力作用下的彎曲變形Fig.5 Distortion of blade and brace caused by both steam flow and braking force of water marbles

2.3 葉片斷裂原因分析

遼陽(yáng)石化分公司熱電廠8號(hào)汽輪機(jī)在1996—2008年運(yùn)行期間，先后發(fā)生過(guò)3次由于葉片斷裂而造成的事故停機(jī).圖6和圖7是8號(hào)汽輪機(jī)組次末級(jí)葉片斷裂的斷口實(shí)例圖.

在正常情況下，葉片裂紋延展區(qū)應(yīng)在60%以上時(shí)葉片才會(huì)斷裂.而由圖7可看出，其斷裂截面積延展區(qū)不到50%、瞬斷區(qū)在50%以上就發(fā)生了斷裂.

圖6 次末級(jí)葉片斷裂圖Fig.6 The photo of a fractured blade at second last stage

圖7 次末級(jí)葉片斷裂的斷口Fig.7 Fracture appearance of the second last stage blade

從機(jī)組次末級(jí)葉片拉筋的斷裂情況看，每組邊緣葉片（尾片）的拉筋先斷裂，說(shuō)明葉片受到彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力很大，使得每組邊緣葉片（尾片）的拉筋承載力較大，拉筋強(qiáng)度不足.由于拉筋斷裂后，改變了葉片振動(dòng)頻率，最終導(dǎo)致葉片斷裂.因此推斷，該葉片（尾片）產(chǎn)生斷裂的順序應(yīng)為拉筋先斷，然后葉片發(fā)生顫動(dòng)而產(chǎn)生裂紋，最終整個(gè)葉片發(fā)生斷裂.

觀察葉片斷口和裂紋的宏觀低倍形貌可知，葉片斷口表面具有疲勞斷裂的典型特征.由于疲勞裂紋起源于葉片根部附近的出汽邊，即葉片在交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生微小裂紋，繼而擴(kuò)展成宏觀裂紋，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度時(shí)，最終導(dǎo)致葉片斷裂，整個(gè)過(guò)程是一個(gè)疲勞斷裂過(guò)程.

根據(jù)以往相關(guān)資料，葉片截面形狀沿葉高變化不大時(shí)，葉片斷裂的源點(diǎn)一般在出汽邊.圖8為汽流力作用于葉片的應(yīng)力分析圖［6］.其中，DG為葉片截面最小慣性軸，IH為葉片截面最大慣性軸，蒸汽在葉片上產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，葉片上A、B、C點(diǎn)是切向最大彎曲應(yīng)力點(diǎn)，E、F是軸向最大彎曲應(yīng)力點(diǎn).葉片出汽邊所承受的彎曲應(yīng)力最大，且均為拉應(yīng)力.因此，在汽流力作用下，葉片的斷裂源點(diǎn)位于出汽邊.相應(yīng)在A、B、C點(diǎn)所受到的彎曲應(yīng)力分別用σA1、σB1、σC1表示.

圖8 汽流力作用于葉片的應(yīng)力分析Fig.8 Stress analysis of a blade under the action of steam flow

圖9為彈珠力作用于葉片的應(yīng)力分析圖，其中MN為葉片截面扭轉(zhuǎn)的垂直慣性軸.“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”FTZ主要作用在動(dòng)葉進(jìn)口處的背弧上，且在葉片頂部更為嚴(yán)重.“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”FTZ對(duì)葉片的出汽邊B點(diǎn)所產(chǎn)生的力為

式中：e1為FTZ到MN的垂直距離；e2為FB到MN的垂直距離.

圖9 彈珠力作用于葉片的應(yīng)力分析Fig.9 Stress analysis of a blade under the action of water marbles

相應(yīng)B點(diǎn)所受到的彎曲應(yīng)力為σB2，同理，相應(yīng)A點(diǎn)、C點(diǎn)所受到的彎曲應(yīng)力分別用σA2、σC2表示.

結(jié)合上述分析，葉片在A、B、C點(diǎn)所受到的彎曲應(yīng)力（負(fù)號(hào)表示壓應(yīng)力）之和分別為σA、σB、σC，則

從式（2）可以看出，葉片出汽邊B點(diǎn)處所承受的彎曲應(yīng)力均為拉應(yīng)力.該B點(diǎn)位于出汽邊，幾何尺寸又很小，所以一般來(lái)說(shuō)葉片斷裂首先發(fā)生在出汽邊；如果葉片出汽邊的某點(diǎn)存在缺陷，則更易發(fā)生斷裂現(xiàn)象，且葉片根部所受力矩較大，發(fā)生斷裂現(xiàn)象較多.

8號(hào)汽輪機(jī)次末級(jí)葉片拉筋的材質(zhì)為1Gr13，直徑d＝6.5mm，由文獻(xiàn)［7］查得：1Gr13材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度σb＝588.4MPa，設(shè)計(jì)時(shí)疲勞極限（循環(huán)次數(shù)N＝1×107）σ—1＝372.65MPa，即使這樣拉筋還發(fā)生斷裂，說(shuō)明該拉筋承受了相當(dāng)大的拉力.這個(gè)拉力應(yīng)該是由于彈珠的存在產(chǎn)生的，至少應(yīng)該克服以下3種力（周向力）的作用：（1）蒸汽對(duì)葉片頂端△L段產(chǎn)生的汽流力；（2）由彈珠所導(dǎo)致的使葉片產(chǎn)生變形的恢復(fù)力（彈力）；（3）拉筋束縛葉片產(chǎn)生變形的束縛力.

根據(jù)上述對(duì)葉片的水蝕、葉片拉筋的斷裂現(xiàn)象以及葉片斷裂原因的分析均可以看出，葉片受到的“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”是造成葉片斷裂的主要原因.從式（2）也可以證明，葉片的斷裂與“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”的大小密切相關(guān).

3 解決問(wèn)題的方法

利用一定的科學(xué)技術(shù)手段改變隔板的結(jié)構(gòu)形式，從而減小“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”或抑制其產(chǎn)生，即有效地減少?gòu)椫榈男纬蓴?shù)量，減小損耗，從而達(dá)到提高機(jī)組效率、延長(zhǎng)葉片使用壽命的目的.

以 N50－90－535型汽輪機(jī)［5］為例說(shuō)明彈珠對(duì)汽輪機(jī)效率的影響.表1給出了N50－90－535型汽輪機(jī)17～22級(jí)的參數(shù).

表1 N50－90－535型汽輪機(jī)部分級(jí)的參數(shù)Tab.1 Parameters of the N50－90－535steam turbine at several stages

從表1可以看出，汽輪機(jī)的末幾級(jí)在每毫秒的時(shí)間內(nèi)就可析出水珠10.88g.若在析出水珠總量∑Q＝10.88g／ms中，有10%的量是以彈珠的形式存在的，那么QTZ＝1.09g／ms，如果上述彈珠量能減少30%，機(jī)組的效率就會(huì)有較大的提高.在蒸汽流和一次水滴的高速流動(dòng)影響下，由“彈珠”所形成的二次水滴會(huì)連續(xù)不斷地重復(fù)生成新的二次水滴.在離心力的作用下，這種二次水滴多數(shù)集中在隔板外緣的內(nèi)表面附近，且越靠近隔板外緣內(nèi)表面附近的水滴，其直徑越大，密度也越大.據(jù)有關(guān)資料介紹，一滴直徑為4mm的水滴在高速下可產(chǎn)生相當(dāng)于15kN 的沖擊力［6］；同樣，根據(jù) Rochester和Brunton的試驗(yàn)結(jié)果［8］，在固液撞觸邊緣上撞擊壓力峰值高達(dá)260MPa，所用的液滴直徑為5mm，撞擊速度為100m／s，撞擊壓力峰值出現(xiàn)在固液撞觸邊緣.所以彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力對(duì)汽輪機(jī)做負(fù)功，定性地講其數(shù)值應(yīng)當(dāng)很大.

由于大部分水滴（珠）集中在缸體內(nèi)圓周附近的區(qū)域，被持續(xù)不斷地彈起，而隔板外緣的軸向尺寸比動(dòng)葉區(qū)的軸向尺寸大很多，所以改變隔板外緣內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)可以有效地控制和減少?gòu)椫榈纳闪?，從而提高汽輪機(jī)的效率，估計(jì)可提高2.5%～5%左右，甚至更高.當(dāng)然，此數(shù)值應(yīng)當(dāng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證.

近年來(lái)，由于科技的進(jìn)步、機(jī)組容量的增大、葉片型線的完善及尺寸的增大、材質(zhì)及加工工藝的不斷提高，葉片斷裂現(xiàn)象得到了控制，但是，“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”對(duì)汽輪機(jī)效率產(chǎn)生的影響至今尚未得到解決.而且葉片越長(zhǎng)，制動(dòng)力矩越大，對(duì)汽輪機(jī)效率產(chǎn)生的影響也就越大.

針對(duì)葉片的水蝕沖刷現(xiàn)象，一般采取的措施是在葉片進(jìn)汽邊的上部背弧側(cè)進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，即局部高頻淬硬、電火花強(qiáng)化、氮化、焊硬質(zhì)合金、激光強(qiáng)化處理等.這些措施對(duì)延長(zhǎng)葉片的使用壽命雖然能起到一定的作用，但是這只是被動(dòng)式的解決方法.如果能夠由被動(dòng)式的解決方法轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)式，從源頭著手，使用汽輪機(jī)外緣內(nèi)表面去濕隔板，在減小和控制“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”上下功夫，將會(huì)產(chǎn)生更好的效果.

當(dāng)彈珠與轉(zhuǎn)子葉片相撞擊時(shí)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸向推力增大.由于水滴的沖蝕現(xiàn)象，在末幾級(jí)葉片進(jìn)汽側(cè)的邊緣和背弧面上已經(jīng)形成了蜂窩式或鋸齒式的水蝕坑痕，當(dāng)蒸汽和水滴與葉片表面接觸時(shí)，蒸汽和水滴就不能很順利地沿著葉片原設(shè)計(jì)的光滑流線曲面通過(guò)，而會(huì)形成一定的阻力，使轉(zhuǎn)子的軸向力增大，導(dǎo)致推力軸承的工作溫度升高.這點(diǎn)在遼陽(yáng)石化分公司熱電廠7號(hào)、8號(hào)汽輪機(jī)中已經(jīng)得到了證實(shí).所以，減小“彈珠阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)力”能夠減小轉(zhuǎn)子的軸向推力，降低推力軸承的工作溫度.

4 結(jié) 論

（1）二次水滴包括由“彈珠”所形成的二次水滴和由葉片出汽邊處的“水膜”被高速汽流撕裂和破碎所形成的二次水滴.彈珠量的多少會(huì)影響二次水滴的總量，同時(shí)也影響汽缸內(nèi)動(dòng)、靜部件表面的水膜生成量.

（2）二次水滴的多少直接影響汽輪機(jī)的效率和葉片水蝕的程度.

（3）汽缸內(nèi)動(dòng)、靜部件的表面形狀和結(jié)構(gòu)形式直接影響彈珠的生成量，改變隔板外緣內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)可以控制反彈水珠的形成，有效減少二次水滴的總量，從而提高汽輪機(jī)效率，延長(zhǎng)葉片使用壽命.

（4）蒸汽品質(zhì)對(duì)汽輪機(jī)的效率和葉片的水蝕也有一定影響，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)蒸汽品質(zhì)的監(jiān)督和管理，以減少?gòu)椫榈纳闪?

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