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

около 2%, т. е. характер изменения коэффициента улавливания от влажности аналогичен полученному на паровой турбине ЛПИ.

Иной характер изменения коэффициента влагоулавливания был получен для щели, расположенной на выходной кромке с во­ гнутой стороны лопатки первой диафрагмы полуторной ступени (кривая 5). Почти аналогичный характер изменения коэффициента влагоулавливания получен для щели II (кривая 9).

Сброшенная с впереди стоящей ступени влага попадает на вы­ пуклую сторону входной части профиля лопаток НА следующей ступени (см. рис. III.4; III. 17). В местах входной части лопатки вто­ рой диафрагмы полуторной ступени ЛПИ были выполнены четыре щели шириной 1,2 мм длиной ПО мм при высоте входной части канала 270 мм, которые во втором варианте были заменены одной щелью шириной 8 мм. Улавливание в четыре щели характери­ зуется кривой 7 с максимальным коэффициентом влагоулавлива­ ния 7% при влажности перед диафрагмой 5%. Одна широкая щель имела эффективность на 0,5% ниже.

Интересно предложение1 конструкции сопловой лопатки влаж­ нопаровой ступени с треугольными желобками на входной кромке с наклоном углублений желобков к оси турбины под углом 45°.

три вдоль сопловой лопатки. Желобки могут быть продолжены вдоль вогнутой и выпуклой поверхностей. Однако удар капель влаги об оребренную поверхность входной части лопатки может вызвать согласно опытам ЛПИ значительное разбрызгивание влаги перед ее поступлением в сопловой канал.

Улавливание влаги в более утолщенную выходную кромку (кривая 13), проведенное в ЛПИ на единичной полой лопатке с ши­ риной щели в выходной кромке 1 мм, показало ограниченные воз­ можности данного влагоулавливания в испытанном варианте. Однако по опытам 19], отсос влаги в щель задней кромки умень­ шил вдвое максимальный размер капель — от 150 до 75 мкм (ди­ сперсность в кромочном следе).

Варианты испытанных щелей для улавливания влаги с торцо­ вых стенок канала на внешней торцовой поверхности приведены на рис. V.3. Наибольшую эффективность показала щель VI, вы­ полненная по линии равного давления на входе в канал [19], но уровень сепарации был невысоким — от 5 до 4% при увеличе­ нии степени влажности перед решеткой—от 0,5 до 8%. Эффектив­ ность щелей VII и VIII при влажности 4—9% также была низ­ кой — 3,5— 1,8%. Известны конструктивные предложения по системе влагоулавливания на внутренней торцовой поверхности на входе в сопловые каналы диафрагмы2. Однако данных по испы­

139

Подводя итог рассмотренным данным по эффективности внутриканальной сепарации, можно сделать некоторые выводы.

1. Экспериментально и теоретически установлено, что коли­ чество сепарирующейся крупнодисперсной влаги определяется устройством, формой и геометрией ВП проточной части, окружной скоростью периферийной части рабочих лопаток, работающих во влажном паре, режимом работы и нагрузкой ступени.

2. Внутриканальная сепарация является одним из эффектив­ ных средств уменьшения количества крупнодисперсной влаги в проточной части, но из-за ограниченности места на профильных поверхностях и технологических трудностей выполнения отводя­ щих щелей и отверстий она не отводит всей влаги, текущей на по­ верхности сопловых каналов. Следовательно, внутриканальная сепарация не ликвидирует полностью источник крупнодисперс­ ной влаги за счет отвода пленок и капель, стекающих затем в кро­ мочный след. Не улавливаются капли,отскакивающие в поток при ударе влаги о поверхность сопловых лопаток, покрытую пленкой воды.

3. На эффективность отсоса в щели капельно-пленочной' влаги большое влияние оказывает конструктивное устройство, место расположения щелей и перепад давлений на щель (отсос).

4. Исследование эффективности внутриканальной сепарации на плоских решетках и модельных турбинных ступенях следует рассматривать как один из удобных способов для изучения физи­ ческих явлений, возникающих при движении пленок и капель в сопловых каналах и за ними.

5. Выполнение щелей и отверстий на профильных поверхно­ стях может создать условия на переменных режимах работы тур­ бины для выбрасывания из щелей влаги, т. е. система внутрика­ нальной сепарации может превратиться в генератор крупноди­ сперсной влаги. Отрицательную роль играют щели, вызывая образование зон вихрей, возмущающих рабочие лопатки [72]. Поэтому следует тщательно исследовать работу системы внутри­ канальной сепарации в натурной турбине.

Конструктивное выполнение внутриканальной сепарации в тур­ бине AEG (ФРГ) показано на рис. V.4, а [75]. Влагоулавливание выполнено щелевым на выпуклой поверхности входной части направляющей лопатки и на вогнутой поверхности вблизи выход­ ной кромки. Отсос влаги осуществляется внутрь полой лопатки под действием разности давления в месте расположения щели и давления внутри лопатки. Отвод влаги за ступень выполнен над ограничивающей кольцевой торцовой полкой. Особенностью кон­ струкции полой диафрагмы AEG является выполнение однокамер­ ной пустотелой лопатки.

Аналогичная конструкция диафрагмы была испытана фирмой «Шкода» (рис. V.4, б) [59]. Кроме влагоулавливающих щелей на поверхности лопаток, в сопловом канале была выполнена торцовая сепарационная система на периферийном обводе сопловых каналов.

140

Однокамерной системой внутриканальной сепарации были ос­ нащены при модернизации диафрагмы последних ступеней ЧНД турбин ХТГЗ типа К-300-240, К-70-75 (рис. V. 1, н). Три влаго­ улавливающие щели были выполнены на удлиненной входной части профиля полых сопловых лопаток. Ширина щелей 3,5— 5 мм, длина 50—55 мм. Щели расположены у передней стороны пря­ моугольного трехмиллиметрового углубления на поверхности лопатки. Отвод влаги из полых лопаток осуществлен в выходной патрубок.

На рис. V.4, в представлен проект модернизации диафрагмы последней ступени ЧНД турбин ЛМЗ 1 с двухкамерной системой отвода влаги. Двухкамерная стальная сопловая лопатка может быть изготовлена из заготовки лопатки без системы сепарации. Входная полая часть лопатки со щелями приварена к основной несущей части и по внешнему обводу имеет сопловой профиль. Вторая камера образована продольной выфрезеровкой с приварен­ ной профильной листовой поверхностью со щелями. Предложен­ ная конструкция диафрагмы может быть выполнена сварной стальной.

Двухкамерная конструкция сварной диафрагмы с внутрика­ нальной сепарацией (патент Англии) показана на рис. V.4, г. Шели каждой камеры расположены в шахматном порядке для более полного улавливания влаги.

Наряду с рассмотренными конструкциями внутриканального влагоулавливания имеется ряд более сложных конструктивных

141

Улавливание влаги за последней ступенью ЧНД

Почти все предлагаемые и используемые конструкции отвода влаги из проточной части предусматривают сброс уловленной и отведенной влаги в выходной патрубок турбины. При этом сброс влаги осуществляется в периферийной части последней ступени. На частичных режимах сброшенная влага может вызвать эрозию выходных кромок рабочих лопаток последней ступени.

В эксплуатации наблюдается эрозия первого ряда трубок конденсатора каплями воды, сброшенными с задней кромки и пе­ риферийного сечения лопатки или выброшенными из зазора между НА и РК через влагоотводящие отверстия, соединяющие периферию осевого зазора последней ступени с выходным патрубком (системы влагоудаления ЧНД турбин ХТГЗ, AEI и др.).

Для устранения вредного влияния влаги в выходном патрубке его конструкция должна учитывать возможности движения и улав­ ливания влаги. Однако это условие при конструировании выходрых патрубков обычно не рассматривается. Выходной патрубок должен снабжаться системой влагоулавливания и отвода уловлен­ ной влаги.

При обследовании выходных патрубков турбин, находившихся в эксплуатации, была отмечена эрозия ребер и аэродинамических вставок, расположенных вблизи от задних кромок лопаток послед­ ней ступени. Во время работы на частичных режимах с таких близко расположенных от выходных кромок поверхностей возмо­ жен срыв влаги и затягивание ее в прикорневую зону последней ступени обратными токами (см. рис. 1.18, 1.19). Стекающая влага по поверхности внутреннего конического обвода в верхней половине патрубка может попасть на вращающийся диск последней ступени и вызвать эрозию диска, балансировочных грузов и послужить одной из причин эрозии выходных кромок рабочих лопаток послед­ ней ступени [28].

На рис. V.5 показан вариант размещения влагоулавливаю­ щего устройства за последней ступенью ЧНД. Улавливающее устройство образовано кольцевой камерой 1, периферийная стенка которой 10 с влагоулавливающими щелями 4 является продол­ жением стенки внутреннего обвода патрубка. Внутри камеры поддерживается разрежение за счет соединения камеры в нижней точке отводной трубкой 7 с пространством конденсатора с более

дусмотрено уплотнение 2. Поступающая из концевого уплотнения 8 влага может вызвать эрозию торцовой поверхности балансиро­

142

зывают, что эрозия поверхности детали из обычной стали без упрочнения происходит при нормальной составляющей взаимодей­ ствия капель с поверхностью более 150 м/с. Если принять, что капли в плоскости колеса движутся с окружной скоростью колеса в районе балансировочного груза, то угол наклона поверхности 6 должен быть равен а ^ arcsin 150/urp.

Одной из причин широкого применения английской фирмой AEI двухъярусных ступеней в ЧНД является, по утверждению

Рис. V.5. Влагоулавливающие устройства за по­ следней ступенью ЧНД

фирмы, повышенный отвод влаги в конденсатор потоком верхнего яруса. Однако обследование турбин ЛМЗ типа К-200-130-1, про­ веденное в Польше под руководством д-ра Е. Кржижановского [73, 74], не подтверждает данного положения. Высокоэкономич­ ная двухъярусная ступень может служить в качестве сепаратора влаги перед последней ступенью. Особенно большое значение будет играть отвод влаги верхним ярусом в последней ступени ЧНД крупных конденсационных турбин с лопатками предельной длины и окружными скоростями на периферии лопаток более 600 м/с, но система сепарации должна быть тщательно отработана.

Для снижения эрозии в многоступенчатой проточной части ВП турбины большую роль может сыграть организация межступенного влагоулавливания. К нему можно отнести широко при­ меняемое уменьшение влажности в проточной части выполнением

143

в отборы довольно высока — по приведенным источникам — 15— 24%, т. е. улавливание и отвод влаги значительно выше, чем для тех же давлений в периферийной системе сепарации турбинной

грузкой в ночные часы до малой мощности. В результате такой эксплуатации появилась прогрессирующая эрозия входных кро­ мок рабочих лопаток предпоследней 21 и последней 22-й сту­ пеней.

Кафедрой турбиностроения ЛПИ была предложена рекон­ струкция системы влагоулавливания для турбин типа К-50 ЛМЗ с применением пластинчатых обводов — уловителей на входе в диафрагму последней и предпоследней ступеней, периферийных влагоулавливателей и кольцевой улавливающей системы с до­ полнительными полыми лопатками1.

Использование эффекта отбрасывания влаги к периферии про­ точной части и отвод влаги во влагоулавливающую камеру предложены в патенте фирмы «Паметрада» (Англия)2. В предло­ женном устройстве за ступенью установлено кольцо с пазами или зубцами, отбрасывающее парокапельный поток к периферии на

144