Файл: Фаддеев И.П. Эрозия влажнопаровых турбин.pdf

входную часть сопловых лопаток турбинной ступени. При взаимо­ действии мелкодисперсной влаги с входной кромкой' сопловой лопатки наблюдается осаждение капель в виде пленки на про­ фильной поверхности. Эксперименты по эффективности осажде­ ния мелких капель, достаточно близко совпадающие с расче­ тами по (III. 12) для условий ЧНД влажнопаровых турбин, пока­ зывают, что в диапазоне скоростей пара 100—300 м/с за счет инерционного осаждения на обвод входной кромки садятся капли радиусом более 0,08—0,10 мкм. Коэффициент улавливания ка­ пель с увеличением их радиуса возрастает. После осаждения капель на профильных поверхностях входных кромок лопаток образуется тонкая пленка жидкости толщиной до 20—50 мкм [26]. На образование спектра капель, способного вызвать эрозию ра­ бочих лопаток ступени, большое влияние оказывает взаимодей­ ствие крупных капель с пленкой влаги на поверхности входной части сопловых лопаток.

На изменение почти прямолинейного возрастания степени влажности по высоте ступени оказывает наличие в рабочем колесе бандажных связей в виде проволок, арочных Z-образных связей и др. Опытами МЭИ, ХТГЗ и ЦКТИ по измерению степени влаж­ ности за ступенью было подтверждено увеличение степени влаж­ ности за ступенью в местах установки бандажных связей. Изме­ нение влажности на входе в следующую ступень зависит также от движения влаги по рабочим лопаткам впереди стоящей сту­ пени.

Кроме перечисленных факторов, влияющих на образование неравномерности поля влажности на входе в ступень, следует еще указать на влияние потока влаги, сбрасываемого с поверх­ ности диска РК впереди стоящей ступени. Этот поток влаги в зави­ симости от степени влажности и скорости пара на входе в ступень и дисперсности влаги может оказать заметное влияние на харак­ тер распределения влажности перед следующей ступенью.

При переходе турбины на режимы пониженных мощностей резко изменяются условия движения влаги на входе в ступень. Прикорневая отрывная зона, образующаяся на частичных нагруз­ ках со сложным вихревым движением пара, также оказывает значительное влияние на распределение влаги в меридиональ­ ном сечении перед входом в ступень.

20. ДВИЖЕНИЕ ВЛАГИ В КАНАЛАХ НАПРАВЛЯЮЩЕГО АППАРАТА

Сошедшая с впереди стоящего колеса влага поступает в ка­ налы НА следующей ступени. Ее можно разбить на две части: проходящую через каналы без соприкосновения с поверхностями каналов и соприкасающуюся с лопатками НА и его обводами. Эксперименты и расчеты по уравнениям движения влаги в сопло­ вых каналах показывают, что в основном траектории движения капель зависят от формы каналов НА, густоты решетки, условий входа влаги в НА, ее дисперсности, режима работы решетки.

80

Траектории капель различных радиусов в лопаточном канале могут быть найдены решением уравнений (III. 13). Для упроще­ ния задачи каждое сечение лопаточного канала НА по высоте ступени можно рассматривать плоским. Первоначально для ка­ нала строится сетка линий потенциала и тока с учетом сжимае­ мости по В. Траупелю или делается расчет поля скоростей в канале по методам А. Н. Шерстюка, М. И. Жуковского и др. Затем,

уравнений на ЭЦВМ делается переход к конечным разностям.

Задавшись малым перемещением капли Asz, определяем Ат — время прохождения этого пути; для первого участка с2 опреде­ лено начальными условиями. Из (III.19) по найденному Ат на­ ходим ACz, Ас'и и Asu. Последовательно по участкам рассчиты­ вается перемещение и скорость капли по каналу НА. Выбирая малые As, с помощью ЭЦВМ можно быстро получить траекторию любой капли. Начальные условия на входе в канал определяются из расчета траекторий влаги за рабочими лопатками впереди стоящей ступени.

В качестве примера расчета движения влаги в канале НА было выполнено определение траекторий капель радиусами от 0,5 до 40 мкм в сечении А —А (см. рис. 1.9) направляющего аппарата мо­ дели последней ступени ЧНД мощной турбины. Начальные усло­ вия по скоростям и траекториям движения капель были взяты из расчета рис. II 1.4, а.

Результаты расчета показывают, что через канал, не взаимо­ действуя с поверхностями лопаток могут пройти капли радиусом от 30—20 мкм до более мелких. Однако, если мелкие капли радиу­ сом менее 2—3 мкм в узкой части канала сильно разворачиваются потоком, то капли радиусом 20—30 мкм проходят через канал, почти не искривляя своей траектории. На основе найденных тра­ екторий можно приближенно оценить количество и место попада­ ния капель на профильные поверхности лопаток НА в любом вы­ бранном сечении. Сравнение мест воздействия капель на ло­ патки НА (рис. III.4, а, 1.9) с результатами расчетов дают хорошее подтверждение правильности заложенных в расчет положений. На рис. II 1.4, д более толстой линией на контуре профиля обозна­ чены места, вычищенные каплями на поверхности лопатки. На выпуклой стороне профиля поверхность на глубину 16 мм по оси

вычищена в основном каплями радиусом более 40—50 мкм, а также более мелкими каплями. Вогнутая поверхность лопатки вычи­ щена каплями радиусом более 10 мкм. Если по измерениям из­ вестен спектр капель на входе в канал, то приведенным выше методом можно более точно оценить места попадания капель на лопатки НА. Однако при ударе о лопатки влага частично отра­ жается в поток, поэтому количественная оценка осевшей на ло­ патки влаги будет приближенной.

После удара крупнодисперсной влаги о выпуклую входную часть кромки лопатки НА под большим отрицательным углом атаки значительная доля ударившейся влаги движется вдоль вы­ пуклой поверхности лопатки, срывается с нее и движется искрив­ ленным по ходу пара потоком поперек канала НА. По опытам ав­ тора и инж. С. В. Радика, на пародинамическом стенде ЛПИ при скорости подхода к лопатке капель радиусом 100—150 мкм со скоростью около 100 м/с для режима работы решетки р х!р0 = 0,72, у о = 3,5%, Mclt = 0,74 размер отраженных капель в потоке по­ перек канала превосходил подлетающие капли и достигал 200— 250 мкм.

На выпуклой стороне входной кромки сопловой лопатки на па­ родинамическом стенде и экспериментальной паровой турбине ЛПИ было отмечено движение струек влаги по поверхности ло­ патки. На экспериментальной турбине [23] через смотровую трубу с диаметром торцовых застекленных окон 80 мм, сконструирован­ ную в ЛПИ им. М. И. Калинина, производилось фотографиро­ вание течения влаги по входной части лопатки НА при различных режимах работы турбины. Съемка производилась на диафрагме последней ступени при работающей подготовительной ступени пер­ вого ротора, причем торец оптической трубы, располагавшийся по высоте ступени на уровне периферийного сечения подготови­ тельной ступени, отстоял по оси кромок сопловых лопаток на расстояние 50—70 мм, что позволяло фотографировать поток с под­ светкой в плотном тумане.

На рис. III.5 1 показан характер течения струек. Струйки при всех режимах формировались на передней смоченной кромке. Затем двигались в глубь канала по поверхности лопатки. На ре­

ную кромку лопатки происходило сильное дробление и отражение влаги. Длина струек 3 (рис. III.5, а) равнялась 2—3 мм. Поверх­ ность 2 была покрыта тонкой динамической парокапельной плен­ кой. На фрагменте а видны язычки схода влаги 4 с выходной кромки лопатки 1. При режиме работы подготовляющей ступени

При дальнейшем снижении влажности перед исследуемой диафраг-

1 В. Н. А м е л ю ш к и н . Канд. дисс. ЛПИ, 1967 г.

82

зуальной оценке скорость струек была невелика. Некоторые

в виде отложений следы характерных отрывных зон. Отложения на диафрагмах натурных турбин повторяют общую картину отло­ жений по выпуклой поверхности модельной лопатки. У периферий­ ного обвода в углах между лопаткой и обводом замечены струи влаги, сходящие в осевой зазор. Течение струек неустойчивое, пульсирующее, со срывами влаги. В опытах [65] при наблюдении за сходом влаги через перископ было отмечено скопление влаги в области вторичных течений у периферии ступени. Направление течения струек отклонялось в сторону центра диафрагмы. По вы-

Были получены общие количественные закономерности измене­ ния фазовой скорости волн, средней скорости течения жидкости в пленке, длины и протяженности капиллярных волн для различ­ ных режимов работы решетки. Проведенные эксперименты объяс­ нили срывную природу тонкого парокапельного слоя над поверх­

от друга. Многократными измерениями нами были определены средняя скорость течения пленки и расход жидкости в пленке на вогнутой поверхности лопатки НА при сходе пленки с задней кромки. Расчетом определялись толщины пленки для различных режимов работы решетки. В широком диапазоне влажности у =

86