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

щей пластины в потоке пара. Результаты измерений влажности по шагу решетки (рис. II 1.11, а, 4, 5) качественно совпадают с опы­ тами ЛПИ только в области кромочных следов. Вдоль канала по

ление размеров капель в ядре потока над парокапельным слоем у вогнутой поверхности решетки и 15 — в парокапельном потоке; 16, 17 — дисперсность в кромочном следе на рас­

стоянии 5 мм от кромки по оси'турбины,^ у о — 5%; ''М-^ — 0,65 — 0,73

шагу в опытах МЭИ было измерено пиковое возрастание степени влажности. Авторами опытов полученное местное возрастание влаги объяснено сложным взаимодействием капельных ' потоков

крупнодисперсной влаги. Измерение дисперсности влаги позво­ лило оценить крупность капель вдоль шага канала (рис. III.11, а, 6—8). Отраженные и исходные капли радиусом 25 мкм были обна­ ружены в потоке на дозвуковых режимах по всему шагу почти до выпуклой поверхности. Существование более крупных капель радиусами 50—80 мкм, образованных за счет срыва с поверхности пленки, покрытой капиллярными волнами, было измерено по

шагу на длине t = 0,65 от вогнутой поверхности. В кромочных следах были измерены капли радиусом до 150—155 мкм. Измене­ ние модального радиуса по шагу (рис. II 1.11, а, 9) выявило пик на расстоянии 0,6 шага от вогнутой поверхности с наибольшим радиусом 65 мкм. Вероятная причина появления пика—наложение на поток капель, образовавшихся из пленки на вогнутой поверх­ ности, потока капель, сорванных с выпуклой поверхности.

В экспериментальной турбине ЛПИ с полуторной ступенью (НА плюс РК плюс НА следующей ступени) методом рассеяния под ма­ лыми углами было измерено распределение дисперсности влаги в потоке за НА на расстоянии хорды сопловой лопатки от выходных кромок по оси турбины. Результаты измерений определили кри­ вые дисперсности капель на расчетном режиме работы НА, близ­ кие к кривым нормального закона Гаусса (рис. III.11, б, 10) [15]. Размеры капель в потоке, полученные в опытах ЛПИ на полутор­ ной ступени и в плоской решетке, того же порядка, что и в опытах ЦКТИ, ХПИ, ХТГЗ и «Эшер—Висс».

Опытами МЭИ были определены кривые дисперсности капель в ядре потока над парокапельным слоем на вогнутой поверхности лопатки (рис. III.11, б, 12). При модальном радиусе 20 мкм макси­ мальный радиус капель для дозвуковых режимов работы решетки составлял около 50 мкм. Распределение радиусов капель в паро­ капельном слое при переходе к дозвуковым режимам работы ре­ шетки (рис. Ш Л1, б, 11, 13, 14) выявило двухпиковый характер изменения дисперсности влаги. С уменьшением Mclt модальный размер капель увеличивался, например, при = 0,29 состав­ лял 40 мкм, против 20 мкм и одинаковом характере изменения дисперсности при M.clt = 0,66. В то же время измерения на гра­ нице кромочного следа и парокапельного потока (рис. II 1.11, б, 15) при M clt = 0,72 показали, многопиковую кривую распределения дисперсности с ярко выраженным модальным радиусом 67 мкм. Измерения производились на расстоянии от кромки по потоку

22 мм и от вогнутой поверхности на 7 = 0,14, при этом испытан­ ная решетка была выполнена с половинным шагом.

Кромочный след лопаток НА по исследованиям многих авторов является носителем крупных капель. Дисперсность капель в на­ чальном участке кромочного следа была исследована в опытах ЛПИ. На расстоянии вдоль следа до 7 мм наблюдались капли ра­ диусом 150—200 мкм, которые далее распадались. В опытах МЭИ (рис. III. 11, б, 16, 17) было получено распределение радиусов-

98

капель на расстоянии 22 мм по следу с максимальным размером капель более 140—160 мкм при числах M.clt = 0,65—0,73.

Несомненно, что кромочный след является источником эро­ зионноопасных капель. Однако, как видно из измерений дисперс­ ности влаги за сопловым каналом, в рабочие лопатки, кроме кро­ мочного следа, выносится из канала НА еще несколько эрозион­ ноопасных потоков крупных капель (рис. III. 17).

Расчетные уравнения движения капли в кромочном следе на участке As вдоль оси следа, если ее скорости в начале и конце

■Рис. Ш .12. Скорость пара в кромочном следе по (III.31) и скорость мо­

1, 2— средняя и минималь­ ная относительные скорости

(сслIе) паРа в слеДе» 3 — изменение спектра скорости пара в следе на различных расстояниях вдоль следа; 4,

5 — разгон (с') модальной капли вдоль следа мини­ мальной и средней скоро­ стями пара

участка равны с{ и можно получить интегрированием уравнения движения капли (ШЛО) в предположении совпадения на­ правления векторов скоростей капли и пара и постоянства ско­ рости пара на малом выбранном участке следа. Для крупных ка­

При расчете разгона капли в кромочном следе выбираются ма­ лые участки Astвдоль следа. Для учета переменности скорости пара в следе и по его ширине можно воспользоваться формулой

[12, 53]:

Расчет скорости пара в следе вдоль его оси и- изменение ско­ рости по оси и поперек следа на различном удалении от выходной

в следе и минимальной скоростью при параметрах пара за решет­

следа. По кривой скорости пара в следе для каждой абсциссы и ординаты следа определялась скорость пара в следе по (III.31). Затем по (III.30) находилась скорость капли в конце участка As;. Найденная скорость являлась начальной скоростью капли на сле­ дующем i + 1 участке. Последовательный расчет вдоль следа дает возможность получить абсолютную скорость капли вдоль осевого зазора между НА и РК-

24. ДВИЖЕНИЕ КАПЕЛЬНЫХ ПОТОКОВ У ВХОДНЫХ КРОМОК РАБОЧИХ ЛОПАТОК И ПОТОКИ ОТРАЖЕННЫХ КАПЕЛЬ

По опыту эксплуатации влажнопаровых ступеней ЧНД наи­ большей эрозии подвержены входные кромки рабочих лопаток. Поэтому представляют большой практический интерес изучение физической картины движения капельных потоков у входных кро­ мок лопаток РК, их взаимодействие с поверхностями рабочих ло­ паток и образование отраженных потоков влаги.

На выпуклую поверхность входной кромки влага из кана­ лов НА поступает под различными отрицательными углами атаки. По топографии эрозии многочисленных обследованных эродиро­ ванных лопаток можно выделить несколько концентрированных капельных потоков, поступающих на рабочие лопатки. Крупно­ дисперсная влага кромочного следа поступает в относительном движении на сравнительно узком участке по ширине входной кромки, так как каждая лопатка экранирует сзади стоящую ло­ патку. Можно предположить, что кромочная влага вызывает эро­ зию входной кромки на небольшой ширине, например, у лопаток турбин К-50-90 она равна 2,5—3 мм (см. рис. 1.16), у лопаток мощной паровой турбины (см. рис. VI.5) в зоне 3 — на ширине 8—10 мм, у лопаток тихоходной турбины К-50-29-1 (см. рис. VI.8, а) — на ширине 3—5 мм.

Часть капельной влаги, разогнанной до минимальной скорости в осевом зазоре, ударяется об обвод входной части кромки ло­ патки РК и далее движется почти в плоскбсти вращения входных кромок. Этот поток влаги вызывает очень узкий, более глубокий эрозионный след по входной кромке лопатки (см. рис. 1.16, 1.17).

Поверхность входных кромок рабочих лопаток влажнопаровой турбины покрыта тонкой пленкой влаги. После образования крате­ ров, бороздок и других следов эрозионного износа они запол­ няются влагой. Удар капель о пленку, в углубления, заполненные

100