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

Одновременно с экспериментальными исследованиями были проведены теоретические разработки по определению среднерас­ ходной скорости пленки и толщины пленки. Течение тонкой пленки жидкости можно охарактеризовать уравнениями, записанными в виде уравнений пограничного слоя. Для медленного, стацио­ нарного движения пленки постоянной толщины на горизонтальном участке лопатки решение уравнений пограничного слоя не пред­

Ось х (рис. III.8, а) направлена вдоль вогнутой поверхности ло­ патки по потоку; ось у перпендикулярна оси х и направлена по­ перек канала.

Анализ незатухающего волнового режима течения тонкой пленки, проведенный в [20], показал, что для рассмотренного

случая средняя толщина пленки б„ и соответствующая ей средне­

расходная скорость со мало отличаются от значений толщины и скорости пленки при гладкой поверхности раздела. Если прене­ бречь влиянием градиента давления паровой составляющей по­

с необходимостью определения касательного напряжения т и рас­ хода конденсата в пленке G'. Касательное напряжение склады­ вается из составляющей от силы трения потока пара о поверхность пленки т„ и составляющей от силы, передаваемой пленке кап­ лями тк. Напряжение тк рассчитывается как произведение массы капель, приходящейся на единицу поверхности пленки, на проек­ цию скорости капель на ось х.

Величину хп можно получить исходя из следующих рассужде­ ний. Направляющую лопатку, покрытую волнообразной пленкой, будем рассматривать как твердую шероховатую поверхность. Ско­ ростью пленки по сравнению со скоростью пара пренебрегаем. Разность между высотой гребня и впадины примем за высоту бу­ горков R z. Поверхность пластины считается гладкой при

87

Re Rzl 1 <Z 102, где / — ширина пластины; Re = Zcrav R Рас­ пространим это соотношение на профиль с хордой Ь.

В зоне Re < l02bRJi поверхность лопатки считается гладкой. При толщинах пленки в пределах до 15—20 мкм предположим, что высота бугорков не превышает 10 мкм. В интересующей нас области чисел Re, характерной для влажнопаровых ступеней, поверхность лопатки, покрытую волнообразной пленкой, можно считать глад­ кой. Например, для испытанного листового соплового профиля

[24] при указанном значении Rz — 10 мкм имеем 100bRJ1 =

=1,27-10е.

Поток пара вблизи вогнутой поверхности лопатки находится

под непрерывным турбулизирующим воздействием капель. В сильно турбулизированном потоке переход ламинарного погра­ ничного слоя в турбулентный удается предупредить только путем интенсивного снижения давления. Оно происходит не на вогну­ той, а на выпуклой стороне лопатки. Поэтому на вогнутой поверх­ ности будем считать пограничный слой турбулентным, начиная с передней кромки лопатки. Тогда значение т„ можно определить одним из методов приближенного расчета пограничного слоя.

скорость пара на поверхности профиля вне пограничного слоя. Величину £ принимаем постоянной и равной ее значению при обтекании плоской пластины при течении без градиента давле­ ния (£ = 0,0256). Число Ree«* подсчитаем по местной (контурной) скорости пара и толщине-потер и импульса 6**. Значение 6** опре­

делим по формуле Шлихтинга:

где I, х — расстояние соответственно от носика лопатки до выход­ ной кромки по вогнутой части профиля и до рассматриваемого сечения. Зная распределение скоростей на профиле, с помощью графического интегрирования можно получить значение толщины потери импульса по (III.25) и определить местный коэффициент трения. При выполнении расчетов для р принималось среднее по каналу значение. Распределение давления и скорости пара вдоль вогнутой поверхности лопатки может быть определено рас­ четом или экспериментально с помощью дренированной лопатки.

В результате проведенных расчетов были получены значения £т на вогнутой поверхности лопатки. В интересующей нас области

88

профиля, где на лопатке производилась киносъемка, коэффициент трения равнялся —0,075. Используя полученное значение £т> по (III.24) можно рассчитать касательное напряжение т„.

Вторым параметром, необходимым для расчета средней ско­ рости и толщины пленки, является расход конденсата в пленке. Для его определения производилось улавливание пленки специаль­ ными отборниками-отсекателями, установленными на выходных кромках лопаток. Режим работы решетки характеризовался чис­

соударении с пленкой. Для мелких капель в первом приближении можно принять скорость соударения равной скорости пара. Од­ нако, как показали расчеты, приближенный учет составляющей скорости капли не вносит значительной погрешности в определе­ ние толщины пленки.

Результаты расчетов толщины и средней скорости пленки пред­ ставлены на рис. III.8, б. На рисунке нанесены точки непосред­ ственного измерения фазовой скорости волн и средней скорости течения пленки, определенные обработкой кинофильмов.

Как видно из рис. II 1.8, б, даже при больших значениях на­ чальной влажности перед решеткой толщина пленки на вогнутой поверхности лопатки не превышает 16 мкм. Следует отметить, что учет влияния градиента давления пара cLpidx при вычислении

толщины пленки привел бы к некоторому уменьшению 80Рас­

четы показывают, что при указанных значениях 60 и скоростях пара больше 200 м/с пренебрежение влиянием градиента давления

приводит к ошибке в определении сх и 60 не более чем на 10%.. Поэтому сделанное допущение можно считать оправданным.

Оценка влияния сил тяжести на величину скорости течения пленки показала, что под действием силы тяжести на наклонных поверхностях лопатки для найденных толщин пленки увеличение скорости пленки составляет около 0,2% от скорости, полученной под действием касательных напряжений от парового и капельногопотоков.

При изучении улавливания пленки в щели, расположенные по обводу вогнутой поверхности лопатки [26 ] в ЛПИ R МЭИ 12 и другими исследователями был установлен факт существования определенного критического расхода жидкости в пленке, после достижения которого начинаются срывы влаги с поверхности пленки в поток. Критический расход определяется режимом, при котором величина dG'Idy для кривой G' = / (у) становится пере­ менной, т. е. кривая расхода начинает отклоняться к оси у.

Улавливание влаги отсекателем, установленным у вогнутой стороны лопатки на выходной кромке, при разной величине от-

89