专利名称：地热汽轮机用喷嘴及其防止结垢的方法
技术领域：
本发明涉及到喷嘴，具体地说涉及到地热汽轮机用喷嘴，更具体地说涉及到防止在喷嘴表面上有水锈析出、成垢的地热汽轮机用喷嘴及其防止结垢的方法。
地热发电厂的蒸汽纯度是对发电厂的可靠性有极大影响的因素。蒸汽中所含的SiO2、Fe、Na与Cl等，为图3所示，通常主要以水锈4的形式析出并附着于汽轮机初始段之喷嘴1的背面2及腹面3的后边缘附近，附着于此初始段喷嘴上的水垢，不仅会使喷嘴面积减小进而降低输出，还由于水垢与转子(动叶或转盘)接触而能导致转子破损事故。
因而，防止喷嘴内的结垢是地热发电厂整个工作过程中举足轻重的因素。
由此看来，在喷嘴内建立防止结垢的技术，从确保地热发电厂的可靠性和提高它的工作效率两方面考虑，都是必不可少的。
作为当前实用化的防止结垢的技术有图4所示的方法。在这一方法中，从通过入口蒸汽管11供给于地热汽轮机12之蒸汽13中，抽出一部分由冷凝管14冷凝，由泵16压送此冷凝的水15，注入沿入口蒸汽管11内流动的蒸汽13之内，由此来对汽轮机12中附着于喷嘴内的水锈进行水洗。图中的17、18则是阀。
上面这种先有技术，是把地热的冷凝水15注入地热汽轮机12的入口蒸汽管11中，利用水洗来清除附着于喷嘴上之水锈的方法。此种方法一般称作水洗法，从它对实际设备的适用情形考察，对某些发电厂未必有效。
分析此种方法所以未必普遍有效的理由，看来在于仅仅以除去附着的水锈为目的，而没有采取根本性的对策，本发明的申请人首先研究了“水锈附着”的机理。调查了混入电热发电厂蒸汽中的湿份组成，结果为
作为NaCl，0.55ppmSiO20.066ppm并就此种成分附着的形式考察了喷嘴的背面与腹面。
喷嘴背面如图5所示，在距喷嘴前边缘端约0.55之
点的下游部分处，金属表面温度比叶片表面的蒸汽温度高。
因此，从金属(叶片)表面排出的蒸汽会被再次蒸发，浓缩成NaCl及SiO2，以水锈形式析出。
在此，NaCl的含量为0.55ppm，而SiO2含量少，为0.066ppm，于是，根据这种特性所反映出的分配率，SiO2易移向蒸汽一侧，容易飞散到蒸汽流中，因而水锈中的主要成分是NaCl。
由以上事实可知(1)距前边缘端约55%位置处的下游侧，有水锈析出。
(2)水锈的主要成分为NaCl。
喷嘴腹面如图5所示，由于基本上在全部范围内，金属(叶片)表面温度都比叶片表面蒸汽温度低，因而，虽然在叶片表面有蒸汽排出，也不会引起排出物的再次蒸发。
由于NaCl的溶解度大，要是存在有排出物，NaCl也不会以水锈形式析出。从而在不会引起排出物再次蒸发的腹面上，NaCl是不会作为水锈析出的。
另一方面，SiO2从排出物缓慢开始浓缩的
点(距前边缘端约95%的位置处)以下，则限于超过溶解度的那部分才作为水锈析出。
从以上事实可知(1)在后边缘端附近有水锈析出。
(2)水锈的主要成分是SiO2。
此外，Fe成分则作为蒸汽排出物的部分析出。
本发明为了解决先有技术中的课题，终止了那种除去附着到喷嘴上之水锈的方法，而以防止水锈析出并附着到喷嘴上为目的，提出一种具有直接防止水锈析出之结构的喷嘴。
为了解决以上课题，本发明的地热汽轮机用喷嘴，于喷嘴内部形成了使喷嘴表面冷却用的冷却水通路。
同时，为了有效地冷却喷嘴的表面，将入口一侧的上述冷却水通路配置于喷嘴宽向的上游侧，使冷却水通路的孔径约为喷嘴厚度的1/3，并将此冷却水通路的孔径由形成环形腔的冷却水通路与冷却水供给源相接。
此外，本发明的地热汽轮机用喷嘴的防止水锈附着的方法，是把冷却水通入喷嘴内部，使喷嘴表面温度低于喷嘴表面蒸汽温度，由此来防止水锈析出于喷嘴表面上的。
喷嘴背面上NaCl的析出与附着是由于叶片表面上排出物的再次蒸发而引起;而喷嘴腹面上SiO2的析出与附着。则是因为在叶片后边缘附近的排出物浓缩，超过了SiO2的溶解度而引起。
因此，如能阻止这类排出物的再次蒸发与浓缩，就能防止NaCl及SiO2的析出与附着，为此，从外部将冷却水通入设于喷嘴内的冷却水通路中，使喷嘴的表面温度下降，这样就能阻止叶片表面上排出物的再次蒸发与浓缩，而得以防止水锈之类的析出。
下面参照附
图1与2来详述本发明的一实施例。图1为采用了此实施例之喷嘴的地热汽轮机初始段部分的剖面图，图2为沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的剖面图。
在上述图中，21表示初始段的喷嘴，喷嘴21内形成有冷却水通路22，此冷却水通路22的入口侧的冷却水通路22a，则与分别形成外环形腔23与内环形腔24的冷却水入口通路25与26通连;而冷却水通路22的出口侧冷却水通路22b则同样地和分别同形成外环形腔23与内环形腔24的冷却水出口通路27与28通连。另外，图1中的29为动叶。
在以上的结构中，通过设于内外环形腔23、24的冷却水入口通路25、26与冷却水出口通路27、28，从图中未示明的外部的冷却水供给源，把冷却水30通入设在喷嘴21内的冷却水通路22(22a、22b)中，由此得以为图2所示的，阻止喷嘴21表面上排出物的再次蒸发或浓缩。
同时，在喷嘴21的腹面21b中，于喷嘴表面的下游侧，由于金属温度较喷嘴表面的蒸汽温度低，喷嘴表面上有蒸汽排出，而在后边缘21c附近，金属温度比喷嘴表面的蒸汽温度高，排出物则发生浓缩。结果使SiO2等杂质超过其溶解度的部分显示出析出与附着的倾向。
这样，根据本发明，由于冷却喷嘴而使金属的表面温度下降，就能阻止表面排出物的再次蒸发与浓缩，由此就能防止水锈一类物质的析出与附着。在常规的喷嘴中，短期间内便有可能附着大量的水锈而致喷嘴的槽缝堵塞，与此相反，在本发明的喷嘴中，则基本上不会有水锈附着，作为防止水锈附着的对策，使喷嘴冷却是一种非常有效的方法，这已经由试验获得确证。
为了充分发挥防止水锈附着的效果，最好是把设于喷嘴21内的冷却水通路，以其入口侧冷却水通路22a及出口侧冷却水通路22b分别设置到叶片厚度方向的中央部分(平均弧形线上)，同时根据图5所示的金属(翼片)表面温度与金属表面蒸汽温度的关系，将入口侧的冷却水通路22a设置到在翼片宽度50%以上的上游侧，而冷却水通路22的孔径则最好约相当于叶片厚度的1/3。
如上所述，根据本发明，通过从外部将冷却供给设于喷嘴内的冷却水通路而使喷嘴的表面温度下降，就能阻止叶片表面上排出物的再次蒸发与浓缩，从而得以防止水锈的析出，不会发生水锈的附着。于是可以起到防止随着喷嘴出口面积减少使输出效率下降，导致水垢与转子接触而使转子破损的作用。
在本发明的附图中图1是采用本发明一实施例的喷嘴之地热汽轮机初始段部分的剖面图;
图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的剖面图;
图3示明喷嘴上有水锈附着的状况;
图4是示明先有技术中除去水锈方法的系统图;而图5是示明喷嘴叶片表面温度差分布的曲线图。
权利要求
1.一种地热汽轮机用的喷嘴(21)，特征在于在此喷嘴内部形成有冷却此喷嘴表面的冷却水通路(22)。
2.如权利要求1所述的地热汽轮机用的喷嘴，特征在于将上述冷却水通路分为入口侧冷却水通路(22a)与出口侧冷却水通路(22b)，而将入口侧冷却水通路(22a)配置于此喷嘴宽向上的上游侧。
3.如权利要求1或2所述地热汽轮机用的喷嘴，特征在于上述冷却水通路(22)的孔径取定为约等于喷嘴(21)厚度的1/3。
4.如权利要求1、2或3所述的地热汽轮机用的喷嘴，特征在于将前述的冷却水通路(22)经由形成环形腔的冷却水通路与冷却水供给源通连。
5.一种防止地热汽轮机用喷嘴有水锈附着的方法，特征在于把冷却水通入喷嘴内部，把喷嘴表面温度降至较喷嘴表面蒸汽温度为低，由此来防止在喷嘴表面上有水锈析出。
全文摘要
本发明涉及到地热汽轮机用喷嘴及防贮附着水锈的方法。在地热用汽轮机初始段喷嘴中设有冷却水通路，使后者的入口侧通路与设在内外环形腔的冷却水入口通路通连，同时使它的出口侧通路与冷却水出口通路通连。利用这种结构，将冷却水从冷却水供给源输给喷嘴内的冷却水通路，导致喷嘴的表面温度下降，由此来阻止叶片表面上排出物的再次蒸发和浓缩，而得以防止水锈的析出。
文档编号F01D9/02GK1065901SQ92102220
公开日1992年11月4日 申请日期1992年4月8日 优先权日1991年4月9日
发明者吉田幸一 申请人:三菱重工业株式会社