汽轮机除湿结构专利技术综述

朱云　龙翁益

摘 要：蒸汽在汽轮机的末级部分会转变为湿蒸汽，蒸汽中的水分会对汽轮机的部件造成水蚀和磨损，同时其与转子叶片碰撞也会降低汽轮机的效率，本文对汽轮机末级除湿结构的专利申请进行分析，从中国和全球的专利申请量、申请人以及技术分类等多方面进行统计分析，阐述了汽轮机末级除湿结构的专利申请的地域分布和发展趋势。

关键词：汽轮机；末级；静叶；除湿；去湿

中图分类号：TK262 文献标识码：A

一、汽轮机末级除湿结构概述

汽轮机是将热能转化为机械能的主要动力设备，广泛应用在电力、航海、化工等工业领域。随着社会需要和技术发展，越来越多的大功率汽轮机将投入，而汽轮机的末几级是在湿蒸汽状态下工作，汽轮机中的湿蒸汽问题更需要得到关注。蒸汽在汽轮机的低压部分膨胀到一定程度会自发凝结形成凝结核，形成湿蒸汽。汽轮机的末级组件在湿蒸汽环境下工作，要同时承受化学和机械的共同作用，会出现侵蚀腐蚀，通俗的称之为水蚀。

为了消除湿蒸汽中水分的侵蚀影响，一般采用静叶除湿、动叶除湿以及隔板设置分离装置的方法。

1.静叶除湿

将静叶内制成空腔，通过空腔借助抽吸、加热的方法将附着在静叶表面的液膜去掉，以降低蒸汽湿度，防止或减轻对下一级动叶的水蚀。根据工作方式的不同，可以将静叶除湿分为以下几种：静叶缝隙抽吸除湿法、向静叶空腔内引进热量。

2.动叶除湿

在动叶表面的进汽边一侧的背部刻若干道小槽，用来收集和输送叶片表面的水膜，减少水滴反弹；并在动叶顶部设计带有引射型水分收集装置的特殊屋形围带，可以收集水分并使之通过围带上的小孔排出，并抛入设在静子上的排水槽，从而保证水分收集效率的提高。

3.隔板设置分离装置

利用离心力作用使沉积在动叶片表面的水膜沿径向甩入疏水孔（或疏水环）并排出，或者在加长的动、静叶栅轴向间隙中设置隔板分离装置，利用蒸汽气流按出口角偏转而引起水滴向外缘移动。

二、汽轮机除湿结构技术专利分析

1.中国专利数据分析

总体的申请量都比较小，都是个位数；而在2010年前，该类专利的申请量都偏少，而2011年和2013年的申请量相对较多，其中2014年的申请量较低，可能是由于未公开的原因。2011年以来，该类申请量相对较多，可以看出是国内申请人对于科技创新的重视以及专利制度的重视相比以前提高许多。

申请量较多的前三名依次是东芝、通用电气和西屋电气，均是国外知名汽轮机厂商，这也表明了国外著名企业在该领域的领先和主导地位，且对中国市场的重视。国内申请人对此领域申请量较少，也体现了国内申请人对此领域的关注度不高，国内的著名汽轮机厂商哈尔滨汽轮机和上海汽轮机对该领域只有少量的申请。

“叶片收集槽”，即在静叶片表面开设缝隙通过抽吸方式将蒸汽中的水分去除，申请量最大；而“叶片导流槽”，即在叶片表面开设槽用以提高水分收集效率，和“叶片收集槽”是在华申请中申请量最大的两类，這两类也是汽轮机末级除湿结构中最常用的技术手段，而在隔板上设置水分收集腔或导出缝隙以及导流槽，这三类的申请量相对较少。每种手段都有其相应的效果和弊端，应当根据汽轮机末级的湿蒸汽状况，选择合适的技术手段或组合。

2.全球专利申请分析

最早在1904年就有申请人提交了有关该领域的专利申请，从其发展过程看，有两个高速发展时期，第一个阶段：1984年～2000年，在该阶段专利申请量保持在较高的水平，说明此时汽轮机末级除湿的问题得到人们越来越多的关注，并对该问题投入大量的研发，并且形成了大量的技术产出，但是该阶段后期的申请量已经开始下降，这说明技术急速发展后进入了相对饱和阶段；第二个阶段：2011年至今，该阶段中专利申请量呈现大幅增加的趋势，考虑到专利申请到公开需要一定的时间以及专利数据库的更新需要一段时间，2013年之后的部分专利还无法统计，因而在该阶段中，专利申请相对之前出现了大幅增加，这是基于现在全球范围内对于能源利用效率提升的广泛需求，通过进行新的技术研发，对原有技术手段进行升级优化，技术产出保持了较高的速度。

对于排名前六位的申请人，其中排名前三位的依次是东芝（TOSHIBA）、日立（HITACHI）和三菱（MITSUBISHI），且其申请量相比其他公司有较大优势，三位申请人都是日本公司，这体现了日本公司对于该领域的重视，也表明其领先的技术优势和竞争实力；第四至六位分别是苏联的LENGD、西屋电气和通用电气，三者的申请量比较接近，在该领域中技术实力相对均衡。

“叶片收集槽”申请量最大；而在隔板上设置“隔板收集腔”次之，此后依次是“叶片导流槽”、叶片上设置“叶片导流板”、隔板上设置出口孔的“隔板缝隙”、在隔板上设置导流作用的“隔板导流槽”以及其他。其中的“其他”，主要是包括向静叶空腔中通加热蒸汽、电加热静叶、超声波消除水滴、使用静电场控制二次水珠大小以及在叶片表面使用多孔金属等。对于除湿结构，主要的技术手段还是在静叶上设置抽吸缝隙、隔板上设置水分收集腔以及在动叶上设置导流槽这3个技术手段，这也表明了这3个技术手段在除湿效率、成本和总体效率方面是相对较优的，而另外的技术手段申请量相对较少，其在总体上并不是最优的选择。

三、主要申请人主要专利介绍

全球专利申请量最多的前两位申请人是日本的东芝（TOSHIBA）和日立（HITACHI），东芝和日立是汽轮机领域全球知名厂商，在汽轮机末级除湿结构领域，两者的申请量相对于其他申请人有较大的优势。现在对上述两者的技术进行简要分析。

东芝公司涉及到汽轮机末级除湿结构的绝大多数技术分类，这也体现东芝公司在该领域的重视以及领先的研发实力。其早期的申请主要是在日本本国，而后期各个技术分类的申请开始进入国际上主要的国家，这也充分说明了该公司对于其技术成果的保护在加强，其专利布局和策略都在进步。

日立公司主要专注于传统的汽轮机末级除湿结构，即在隔板和叶片上开设收集或抽吸缝槽，而对于其他的除湿手段，比如：向静叶中引入热量（蒸汽加热或电加热）、静叶部分设置多孔金属、超声波消除水滴、使用静电场控制二次水珠大小等技术手段，日立公司并没有涉及到。同时，其申请绝大多数是在日本申请，进入其他国家的申请较少，这表明日立公司专注于日本市场。

结语

对于汽轮机中末级叶片的除湿问题，很早就有申请人意识到该问题，并相继提出不同的除湿手段。在专利申请方面，国外申请人占统治性优势，这跟汽轮机领域国外发展早、技术和研发实力强有关；而国内的汽轮机领域，之前一直通过引进美欧苏日等国的技术，进行消化吸收之后，对相关部分进行改进和优化，整体起步晚，技术上相对落后，研发和创新能力较差，因而在该领域中专利申请量少。

对于除湿结构，传统的除湿设置已经很成熟，对于新的除湿技术，国际山申请量较少，国外的主要申请人还没有进行系统性的专利布局；国内申请人应该发挥创造性思维，通过引入新的技术手段，并进行相关的专利布局和保护策略，提高技术成果转化能力。

通过以上专利技术综述，审查员了解了汽轮机末级除湿结构的发展脉络和技术分布，在以后的审查中可以更好的技术定位，把握发明实质，提高检索和审查质量。

参考文献

[1]刘建成，林志鸿，等.汽轮机内部除湿技术的发展[J].热能动力工程，2005，20（1）：1-5.

[2]张银勇.汽轮机内部除湿级除湿特性研究[D].哈尔滨工程大学，2006：3-8.endprint