一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法与流程

1.本发明涉及一种预防汽轮机末级叶片发生水蚀损坏的方法，具体涉及一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法。


背景技术：

2.在火力发电厂和核电站中，绝大多数都是以汽轮机带动发电机来生产电能的。近年来新能源发电比例逐年提高，但新能源的能量供应受周边实际环境与气候影响较大，在不同时刻具有较大的波动情况，为了维持电网的稳定，汽轮机组深度调峰、低负荷运行已成新常态。汽轮机叶片的水蚀破坏是材料在许多液滴反复撞击下的侵蚀破坏行为，低负荷下汽轮机通流部分的湿度增大，叶片水蚀现象频发。汽轮机叶片的水蚀通常频繁且集中地发生在末级叶片上半部分靠近进气侧的区域，不仅会破坏叶型造成级效率下降，严重时还可能使叶片断裂，造成重大的运行事故。如能在该区域针对性地布置表面防水蚀结构，则能精准有效地减缓叶片水蚀问题的发生。
3.目前抗水蚀性能的研究普遍集中于材料性能和表面涂层。根据水蚀机理的研究结果，增设高强度涂层对叶片表面进行硬化处理，则材料在水滴撞击下不易产生裂纹。另外，如果在叶片表面形成适量厚度的液膜，也可以大大缓冲液滴的撞击，减缓叶片发生水蚀的风险，延长叶片的使用寿命。微结构方式的表面处理在工业中已经广泛应用，常见的微结构表面有沟槽型，条纹型，锯齿型，正弦型等，这些结构造型简单，加工方便，三角形。但形成的缓冲液膜不均匀，难以全面有效的预防水蚀问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，用以预防水蚀问题。
5.本发明采用如下技术方案来实现的：
6.一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，包括在末级动叶片可能发生液滴撞击的区域设置阵列微结构，并在阵列微结构表面增设涂层。
7.本发明进一步的改进在于，阵列微结构的底面直径和阵列间距和结构高度大于液滴的平均直径。
8.本发明进一步的改进在于，阵列微结构的底面直径和阵列间距和结构高度小于300μm。
9.本发明进一步的改进在于，涂层材料的拉伸强度和压缩强度为叶片母材强度的3倍以上。
10.本发明进一步的改进在于，涂层具有好的亲水性，涂层厚度1-5μm。
11.本发明进一步的改进在于，阵列微结构为圆锥型结构。
12.本发明进一步的改进在于，阵列微结构为多面体型结构。
13.本发明进一步的改进在于，阵列微结构为圆柱型结构。
14.本发明进一步的改进在于，阵列微结构为圆台型结构。
15.本发明至少具有如下有益的技术效果：
16.本发明提供的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，该方法在末级动叶片合适区域布置阵列微结构，结构简单易加工，在运行初期形成均匀稳定的液膜，液膜不但填充在微结构的间隙中，也可能在微结构之上的空间还有一定厚度的液膜层，有效缓冲液滴的冲击，同时使用涂层，有效保护微结构和母材，在节能减排上具有较好的优势。
附图说明
17.图1为圆锥型阵列微结构的示意图。
18.图2为四面体型阵列微结构的示意图。
19.图3为圆柱型阵列微结构的示意图。
具体实施方式
20.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
21.本发明提供的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，包括在末级动叶片可能发生液滴撞击的区域设置阵列微结构，并在阵列微结构表面增设涂层。
22.优选的，阵列微结构的底面直径和阵列间距和结构高度大于液滴的平均直径，且高度小于300μm。
23.优选的，涂层材料的拉伸强度和压缩强度为叶片母材强度的3倍以上，且涂层具有好的亲水性，涂层厚度1-5μm。
24.优选的，阵列微结构包括圆锥型结构、多面体型结构、圆柱型结构和圆台型结构。
25.实施例
26.(1)根据末级汽轮机前的蒸汽、液滴参数等检测装置，得到蒸汽中液滴的平均粒径。
27.(2)阵列微结构的设计和加工
28.如图1至图3所示，为3种阵列微结构，其中底面直径为d，阵列间距为l，该尺寸应大于撞击液滴的平均直径，可以有效破坏液滴；结构高度为h，为了更好捕捉液滴形成液膜，h≥d，同时建议h控制在300μm以内。
29.在捕捉液滴并减缓撞击的效果方面，圆锥型阵列微结构、四面体型阵列微结构两种优于圆柱型阵列微结构，可根据加工设备进行选择，但不限于示意的三种结构。
30.(3)微结构加工完毕后，同时在叶片使用超音速喷涂技术或者热喷涂工艺等在叶片表面沉积高强度合金涂层，如钴基碳化钨、镍铬碳化铬涂层(涂层硬度大于叶片母材)，提高微结构及基体的硬度。考虑强化效果、涂层结合强度以及经济性，涂层厚度可控制在1-5μm。
31.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在
本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。


技术特征：
1.一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，包括在末级动叶片可能发生液滴撞击的区域设置阵列微结构，并在阵列微结构表面增设涂层。2.根据权利要求1所述的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，阵列微结构的底面直径和阵列间距和结构高度大于液滴的平均直径。3.根据权利要求2所述的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，阵列微结构的底面直径和阵列间距和结构高度小于300μm。4.根据权利要求1所述的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，涂层材料的拉伸强度和压缩强度为叶片母材强度的3倍以上。5.根据权利要求4所述的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，涂层具有好的亲水性，涂层厚度1-5μm。6.根据权利要求1所述的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，阵列微结构为圆锥型结构。7.根据权利要求1所述的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，阵列微结构为多面体型结构。8.根据权利要求1所述的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，阵列微结构为圆柱型结构。9.根据权利要求1所述的一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，其特征在于，阵列微结构为圆台型结构。

技术总结
本发明公开了一种使用阵列微结构预防汽轮机末级叶片水蚀的方法，包括在末级动叶片可能发生液滴撞击的区域设置阵列微结构，并在阵列微结构表面增设涂层。该方法可以减缓汽轮机末级叶片发生水蚀，属于汽轮机技术领域。在汽轮机末级叶片可能发生液滴撞击的区域设置阵列微结构，在阵列微结构的作用下，叶片表面形成均匀稳定的液膜，缓冲了液滴的撞击，并在结构表面增设涂层，对微结构和母材形成保护，从而减轻汽轮机发生水蚀的风险，提高汽轮机运行的安全性和经济性。的安全性和经济性。的安全性和经济性。


技术研发人员：张永海 马汀山 居文平 高庆 谷伟伟 屈杰 高登攀 朱蓬勃 潘博 胡文帅 李娜
受保护的技术使用者：西安西热节能技术有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/6