汽輪機除濕結(jié)構(gòu)專利技術(shù)綜述

朱云　龍翁益

摘 要：蒸汽在汽輪機的末級部分會轉(zhuǎn)變?yōu)闈裾羝羝械乃謺ζ啓C的部件造成水蝕和磨損，同時其與轉(zhuǎn)子葉片碰撞也會降低汽輪機的效率，本文對汽輪機末級除濕結(jié)構(gòu)的專利申請進行分析，從中國和全球的專利申請量、申請人以及技術(shù)分類等多方面進行統(tǒng)計分析，闡述了汽輪機末級除濕結(jié)構(gòu)的專利申請的地域分布和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：汽輪機；末級；靜葉；除濕；去濕

中圖分類號：TK262 文獻標識碼：A

一、汽輪機末級除濕結(jié)構(gòu)概述

汽輪機是將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的主要動力設備，廣泛應用在電力、航海、化工等工業(yè)領(lǐng)域。隨著社會需要和技術(shù)發(fā)展，越來越多的大功率汽輪機將投入，而汽輪機的末幾級是在濕蒸汽狀態(tài)下工作，汽輪機中的濕蒸汽問題更需要得到關(guān)注。蒸汽在汽輪機的低壓部分膨脹到一定程度會自發(fā)凝結(jié)形成凝結(jié)核，形成濕蒸汽。汽輪機的末級組件在濕蒸汽環(huán)境下工作，要同時承受化學和機械的共同作用，會出現(xiàn)侵蝕腐蝕，通俗的稱之為水蝕。

為了消除濕蒸汽中水分的侵蝕影響，一般采用靜葉除濕、動葉除濕以及隔板設置分離裝置的方法。

1.靜葉除濕

將靜葉內(nèi)制成空腔，通過空腔借助抽吸、加熱的方法將附著在靜葉表面的液膜去掉，以降低蒸汽濕度，防止或減輕對下一級動葉的水蝕。根據(jù)工作方式的不同，可以將靜葉除濕分為以下幾種：靜葉縫隙抽吸除濕法、向靜葉空腔內(nèi)引進熱量。

2.動葉除濕

在動葉表面的進汽邊一側(cè)的背部刻若干道小槽，用來收集和輸送葉片表面的水膜，減少水滴反彈；并在動葉頂部設計帶有引射型水分收集裝置的特殊屋形圍帶，可以收集水分并使之通過圍帶上的小孔排出，并拋入設在靜子上的排水槽，從而保證水分收集效率的提高。

3.隔板設置分離裝置

利用離心力作用使沉積在動葉片表面的水膜沿徑向甩入疏水孔（或疏水環(huán)）并排出，或者在加長的動、靜葉柵軸向間隙中設置隔板分離裝置，利用蒸汽氣流按出口角偏轉(zhuǎn)而引起水滴向外緣移動。

二、汽輪機除濕結(jié)構(gòu)技術(shù)專利分析

1.中國專利數(shù)據(jù)分析

總體的申請量都比較小，都是個位數(shù)；而在2010年前，該類專利的申請量都偏少，而2011年和2013年的申請量相對較多，其中2014年的申請量較低，可能是由于未公開的原因。2011年以來，該類申請量相對較多，可以看出是國內(nèi)申請人對于科技創(chuàng)新的重視以及專利制度的重視相比以前提高許多。

申請量較多的前三名依次是東芝、通用電氣和西屋電氣，均是國外知名汽輪機廠商，這也表明了國外著名企業(yè)在該領(lǐng)域的領(lǐng)先和主導地位，且對中國市場的重視。國內(nèi)申請人對此領(lǐng)域申請量較少，也體現(xiàn)了國內(nèi)申請人對此領(lǐng)域的關(guān)注度不高，國內(nèi)的著名汽輪機廠商哈爾濱汽輪機和上海汽輪機對該領(lǐng)域只有少量的申請。

“葉片收集槽”，即在靜葉片表面開設縫隙通過抽吸方式將蒸汽中的水分去除，申請量最大；而“葉片導流槽”，即在葉片表面開設槽用以提高水分收集效率，和“葉片收集槽”是在華申請中申請量最大的兩類，這兩類也是汽輪機末級除濕結(jié)構(gòu)中最常用的技術(shù)手段，而在隔板上設置水分收集腔或?qū)С隹p隙以及導流槽，這三類的申請量相對較少。每種手段都有其相應的效果和弊端，應當根據(jù)汽輪機末級的濕蒸汽狀況，選擇合適的技術(shù)手段或組合。

2.全球?qū)＠暾埛治?/p>

最早在1904年就有申請人提交了有關(guān)該領(lǐng)域的專利申請，從其發(fā)展過程看，有兩個高速發(fā)展時期，第一個階段：1984年～2000年，在該階段專利申請量保持在較高的水平，說明此時汽輪機末級除濕的問題得到人們越來越多的關(guān)注，并對該問題投入大量的研發(fā)，并且形成了大量的技術(shù)產(chǎn)出，但是該階段后期的申請量已經(jīng)開始下降，這說明技術(shù)急速發(fā)展后進入了相對飽和階段；第二個階段：2011年至今，該階段中專利申請量呈現(xiàn)大幅增加的趨勢，考慮到專利申請到公開需要一定的時間以及專利數(shù)據(jù)庫的更新需要一段時間，2013年之后的部分專利還無法統(tǒng)計，因而在該階段中，專利申請相對之前出現(xiàn)了大幅增加，這是基于現(xiàn)在全球范圍內(nèi)對于能源利用效率提升的廣泛需求，通過進行新的技術(shù)研發(fā)，對原有技術(shù)手段進行升級優(yōu)化，技術(shù)產(chǎn)出保持了較高的速度。

對于排名前六位的申請人，其中排名前三位的依次是東芝（TOSHIBA）、日立（HITACHI）和三菱（MITSUBISHI），且其申請量相比其他公司有較大優(yōu)勢，三位申請人都是日本公司，這體現(xiàn)了日本公司對于該領(lǐng)域的重視，也表明其領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢和競爭實力；第四至六位分別是蘇聯(lián)的LENGD、西屋電氣和通用電氣，三者的申請量比較接近，在該領(lǐng)域中技術(shù)實力相對均衡。

“葉片收集槽”申請量最大；而在隔板上設置“隔板收集腔”次之，此后依次是“葉片導流槽”、葉片上設置“葉片導流板”、隔板上設置出口孔的“隔板縫隙”、在隔板上設置導流作用的“隔板導流槽”以及其他。其中的“其他”，主要是包括向靜葉空腔中通加熱蒸汽、電加熱靜葉、超聲波消除水滴、使用靜電場控制二次水珠大小以及在葉片表面使用多孔金屬等。對于除濕結(jié)構(gòu)，主要的技術(shù)手段還是在靜葉上設置抽吸縫隙、隔板上設置水分收集腔以及在動葉上設置導流槽這3個技術(shù)手段，這也表明了這3個技術(shù)手段在除濕效率、成本和總體效率方面是相對較優(yōu)的，而另外的技術(shù)手段申請量相對較少，其在總體上并不是最優(yōu)的選擇。

三、主要申請人主要專利介紹

全球?qū)＠暾埩孔疃嗟那皟晌簧暾埲耸侨毡镜臇|芝（TOSHIBA）和日立（HITACHI），東芝和日立是汽輪機領(lǐng)域全球知名廠商，在汽輪機末級除濕結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，兩者的申請量相對于其他申請人有較大的優(yōu)勢?，F(xiàn)在對上述兩者的技術(shù)進行簡要分析。

東芝公司涉及到汽輪機末級除濕結(jié)構(gòu)的絕大多數(shù)技術(shù)分類，這也體現(xiàn)東芝公司在該領(lǐng)域的重視以及領(lǐng)先的研發(fā)實力。其早期的申請主要是在日本本國，而后期各個技術(shù)分類的申請開始進入國際上主要的國家，這也充分說明了該公司對于其技術(shù)成果的保護在加強，其專利布局和策略都在進步。

日立公司主要專注于傳統(tǒng)的汽輪機末級除濕結(jié)構(gòu)，即在隔板和葉片上開設收集或抽吸縫槽，而對于其他的除濕手段，比如：向靜葉中引入熱量（蒸汽加熱或電加熱）、靜葉部分設置多孔金屬、超聲波消除水滴、使用靜電場控制二次水珠大小等技術(shù)手段，日立公司并沒有涉及到。同時，其申請絕大多數(shù)是在日本申請，進入其他國家的申請較少，這表明日立公司專注于日本市場。

結(jié)語

對于汽輪機中末級葉片的除濕問題，很早就有申請人意識到該問題，并相繼提出不同的除濕手段。在專利申請方面，國外申請人占統(tǒng)治性優(yōu)勢，這跟汽輪機領(lǐng)域國外發(fā)展早、技術(shù)和研發(fā)實力強有關(guān)；而國內(nèi)的汽輪機領(lǐng)域，之前一直通過引進美歐蘇日等國的技術(shù)，進行消化吸收之后，對相關(guān)部分進行改進和優(yōu)化，整體起步晚，技術(shù)上相對落后，研發(fā)和創(chuàng)新能力較差，因而在該領(lǐng)域中專利申請量少。

對于除濕結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的除濕設置已經(jīng)很成熟，對于新的除濕技術(shù)，國際山申請量較少，國外的主要申請人還沒有進行系統(tǒng)性的專利布局；國內(nèi)申請人應該發(fā)揮創(chuàng)造性思維，通過引入新的技術(shù)手段，并進行相關(guān)的專利布局和保護策略，提高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化能力。

通過以上專利技術(shù)綜述，審查員了解了汽輪機末級除濕結(jié)構(gòu)的發(fā)展脈絡和技術(shù)分布，在以后的審查中可以更好的技術(shù)定位，把握發(fā)明實質(zhì)，提高檢索和審查質(zhì)量。

參考文獻

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