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

В опытах ХТГЗ была отмечена очень низкая эффективность периферийной ловушки (1—2%) в случае отрицательной перекрыши на рабочих лопатках и неуплотненного радиального за­ зора над РК. Причиной низкой эффективности являлась кольце­ вая струя пара, выходящая с высокими скоростями из радиаль­ ного зазора над рабочими лопатками. Только очень крупные

Рис. V.2. Влияние средней окружной скорости РК на коэффициент влагоулавливания:

капли, которых по измерениям ЦКТИ в модельной турбине ХТГЗ было не более 2% от расхода влаги через ступень, могли преодолеть эту струю. Отчасти этим можно объяснить низкую эффективность типов влагоулавливания (рис. V. 1, в, е, ж, з, к).

Текущую по внутренним обводам корпуса и ступени влагу стремятся снять пристенными отсекателями. Однако, по опытам ЛПИ, эффективность подобных устройств оказалась низкой — 1—2%. Низкую эффективность отсекателей можно объяснить на­ личием очень тонкой пленки влаги, текущей по поверхностям обвода проточной части, а также срывными явлениями на поверх­ ности пленки, возникающими под действием парового потока [52].

134

Большое влияние на эффективность влагоулавливания оказы­ вает отсос парокапельной среды из влагоулавливающей камеры. С отсосом из проточной части отводится работоспособный пар, поэтому следует оценивать целесообразность отсоса технико­ экономическими расчетами по сравнению стоимости недовыработки отведенным паром мощности и увеличения срока службы рабочих лопаток из-за снижения их эрозии.

В последнее время получил распространение отвод влаги, те­

улавливания играет скругление входной кромки во влагоулавли­ вающий канал (рис. V.2, IV). Выполнение выходной кромки подобно моделям II и V приводило к эрозии входной кромки пери­ ферийного сечения рабочей лопатки и обвода диафрагмы в районе закрытого зазора. Для устранения указанной эрозии применяется

на одной из турбин [47]. Однако при окружных скоростях больше 100 м/с эффективность вариантов по моделям IV и V оказалась невысокой и практически одинаковой, по-видимому, из-за высоко­ скоростной периферийной парокапельной струи, перекрывающей вход во влагоулавливающий канал.

Эффективность вариантов для I—III в зависимости от вели­ чины окружной скорости рабочего колеса по исследованиям ЛПИ [23] и МЭИ [8], показана на рис. V.2. Результаты опытов ЛПИ были получены на модельной двухступенчатой турбине с относи­ тельно длинными лопатками (dll = 2,6ч-4,8). Крупнодисперсная влага из авиационных форсунок, расположенных по кольцу на входе в направляющий аппарат первой ступени, подавалась в районе периферийных сечений. При работе поле крупнодис­ персной влаги создавалось рабочими лопатками первого колеса.

Опыты МЭИ проводились на одновальной турбине с более ко­ роткими лопатками (dll = 8), но с аналогичной системой подвода влаги к ступени.

Влага на входе в ступень также была крупнодисперсной. Крупнодисперсностью влаги можно объяснить достаточно близ­ кое совпадение полученных результатов для различных устройств в диапазоне окружных скоростей 60—ПО м/с. При дальнейшем увеличении окружных скоростей большее снижение эффективно­ сти влагоулавливания в опытах ЛПИ объясняется сильным дроб­ лением влаги при больших окружных скоростях и характером ее распределения по высоте относительно длинных лопаток [23].

Одним из эффективных способов уменьшения крупнодисперс­ ной влаги в проточной части турбины является влагоулавливание внутриканальной сепарацией, т. е. отводом капель и пленок влаги

135

в каналах направляющего аппарата с поверхности сопловых ло­ паток и торцовых поверхностей сопловых каналов.

Изучение следов воздействия влаги в проточной части турбины и наблюдение за движением капельной влаги в эксперименталь­ ных турбинных ступенях и решетках показывают, что на входные кромки направляющих лопаток следующей ступени крупнодис­ персная влага поступает с большими отрицательными углами атаки (см. рис. III. 17). Естественно стремление выполнить щели или отверстия для отвода капельной и пленочной влаги в местах встречи влаги с лопатками НА и по обводу сопловых лопаток. Известны патентные предложения [47 ] по организации внутриканальной сепарации (Швейцария — 1930 г., США — 1944 г.). Однако сравнительно низкий уровень окружных скоростей рабо­ чих лопаток последних ВП ступеней того времени позволял достаточно эффективно снижать уровень развития эрозии извест­ ными пассивными способами — выбором материала рабочих ло­ паток, закалкой, напайками [10].

Внутриканальная сепарация как одна из мер активной защиты от эрозии стала применяться позже, с начала 60-х годов, в связи с резким увеличением мощностей турбин, периферийных окружных скоростей последних ступеней ЧНД и наблюдавшейся в эксплуа­ тации повышенной эрозией рабочих лопаток влажнопаровых сту­ пеней ЧНД.

В СССР детальное исследование внутриканальной сепарации было начало (в БИТМ И. И. Кирилловым и Р. М. Яблоником) на плоских решетках и модельных воздушных турбинах. С 1962 г. под руководством И. И. Кириллова исследования были продол­ жены в Л ПИ на плоских решетках и паровой двухвальной тур­ бине [21, 23]. Немного позже были начаты исследования в МЭИ под руководством М. Е. Дейча и Г. А. Филиппова [8]. За рубежом, в ЧССР, одними из первых были опубликованы результаты иссле­ дования по внутриканальной сепарации Я. Шкопеком [59].

При внутриканальной сепарации щели или отверстия различ­ ной конфигурации располагаются на входной кромке профиля, выпуклой и вогнутой поверхностях, и в выходной кромке. Имеются предложения о размещении влагоулавливающих щелей на тор­ цовых поверхностях сопловых каналов Е Эффективность щелей на торцовых поверхностях соплового канала,по опытам МЭИ ] 19], показана на рис. V.3. Отводящие щели располагались по линиям равных давлений.

Основные результаты исследований эффективности внутрика­ нальной сепарации, по данным различных авторов, приведены на рис. V.3. Результаты исследований были получены на плоских

(кривые 1, 2, И, 12, 14, 15) и кольцевых (кривые 3—10, 13, 16)

решетках при подготовке влажного пара впрыском воды в пере­ гретый пар, т. е. с крупнодисперсной влагой. Основные участки

1 Пат. ЧССР, кл. 14с, Ю.'ОЗ, № 125365, 1967 г.

136

расположения щелей по обводу профиля показаны на рис. V.3, / — V и на торцовой поверхности — рис. V.3, VI—V I I I .

Результаты, полученные на плоских и кольцевых решетках, показывают, что уровень и характер протекания коэффициента сепарации в зависимости от влажности в сравниваемых решетках различны. Отличаются также данные, полученные на одиночной кольцевой решетке и на кольцевой решетке, стоящей за подготови­ тельной ступенью (полуторная ступень).

Рис. V.3. Коэффициент влагоулавливания внутриканальной сепарацией в за­ висимости от влажности перед НА для плоских решеток и турбинных ступеней:

В приведенных экспериментальных данных следует отметить полученную очень высокую эффективность сепарирующей способ­ ности канала с отводом влаги шестью рядами круглых отверстий диаметром 2 мм на вогнутой поверхности полой лопатки НА по 10—12 отверстий в ряду (кривая 2, рис. V.3). Для второго вари­ анта со второго по четвертый и затем по шестой ряд отверстия были заменены щелями шириной 2 мм (кривая 1). Данные [59] были получены на установке, питающейся паром из регенеративного отбора подогревателя низкого давления. По-видимому, отобран­ ный в установку пар имел на входе в исследуемый канал более высокую влажность, чем указывается Я. Шкопеком — 9,6% и 19% благодаря повышенной сепарации в регенеративный отбор (см. рис. V.6). Этим можно объяснить результаты, резко отличаю­ щиеся от данных других авторов. Однако при проверке рекомен­ даций Я- Шкопека в натурной турбине мощностью 55 МВт на

137

диафрагме с внутриканальной сепарацией был получен также вы­ сокий коэффициент влагоулавливания — 28,4%.

Величины коэффициентов влагоулавливания на плоской ре­ шетке профилей с мелкодисперсной влагой на входе в решетку, по данным ЛПИ, при высоких степенях влажности [кривые 11,

БИТМ на полуторной ступени (точки 10), полученные при низких окружных скоростях перед исследуемой кольцевой решеткой, для степеней влажности увлажненного воздушного потока около

5 и 12% [63].

По данным МЭИ (кривые 14, 15 — щели IV, /), полученным на плоской решетке профилей с размерами профиля, углами установки и высоты канала, близкими к испытанному профилю ЛПИ, в диапазоне начальной влажности у0 = 1^-10% коэффи­ циент влагоулавливания, особенно для щели I, сравнительно низок.

Особенностью опытов МЭИ на полуторной ступени и плоской решетке являлось выполнение улавливающих щелей по всей вы­ соте лопатки в отличие от опытов ЛПИ и БИТМ, где щели вы­ полнялись на части высоты лопатки. В плоской решетке ЛПИ щели были выполнены в средней части по высоте лопатки в ме­ стах, не затронутых возмущением вторичных вихрей.

Более близкими между собой по количественным величинам являются данные, полученные на полуторных ступенях. Опытные данные [16] в полулогарифмической системе координат (рис. V.3) имеют параболический характер с явно выраженным максимумом при определенной степени влажности. Сравнительно высокие данные (7—10%) получены для коэффициентов влагоулавлива­ ния в щели, расположенной на носике профиля (кривые 4, 7), при влажности 5—9%. Для щелевой системы влагоулавливания, расположенной на вогнутой и выпуклой сторонах профиля (кри­ вые 3, 6), при окружной скорости на среднем диаметре предыду­ щего колеса 320 м/с максимальные значения коэффициента влаго­ улавливания соответственно 14 и 9% были получены при степени влажности 4—6%.

Существует мнение, что улавливающие щели следует распола­ гать на вогнутой поверхности лопаток НА возможно ближе к вы­ ходной кромке. Однако эксперименты (кривая 8) [16] с размеще­ нием щели в тонкой модельной выходной кромке, где в натурной сопловой лопатке отвод выполнить технологически затруднительно, показывают, что максимальный отвод влаги составляет около 5,5% (относительных) при влажности перед решеткой 6%. Ана­ логичные данные получены на другой кольцевой решетке в полу­ торной ступени МЭИ. При влажности перед решеткой 8,2% коэф­ фициент влагоулавливания составил 6,5 %, а при влажности 2,1%—

138