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

Оригинальное предложение для сепарации влаги и твердых частиц из осевой турбинной проточной части заключается в исполь­ зовании в качестве сепаратора вращающегося статора с диафраг­ мами1. Аналогичным предложением является биротативная турбина с вращающимся статором2. По мнению В. Д. Венедиктова, вра­ щающийся с окружной скоростью 30—50 м/с статор обеспечит достаточно полную сепарацию даже при очень высокой диаграмм­ ной влажности пара. Однако предусмотренная им передача, синхронизирующая вращение статора относительно ротора биротативной турбины, делает конструкцию с передачей сложной и ненадежной. По сути работы турбинной ступени с вращающимся статором или диафрагмой обеспечение необходимой для высоко­ эффективной сепарации окружной скорости может быть выпол­ нено выбором кинематики облопачивания ступени [23], т. е. син­ хронизирующая передача в биротативной турбине не нужна.

Межступенчатая и межкорпусная сепарация включает вынос­ ную сепарацию отводом в выносные сепараторы части пара с наи­ большим содержанием влаги. Однако этот вид влагоудаления для отдельных ступеней используется редко из-за громоздкости вынос­ ных сепарирующих устройств и сравнительно высокой влажности в оставшейся части потока.

Выносная сепарация получила распространение в АПТУ с от­ водом всего влажного пара в сепараторы, расположенные рядом с турбиной, для осушки пара до влажности 0,5—1%. Как уже указывалось, включение выносных сепараторов в тракт пара АПТУ тесно связано с выбором разделительного давления.

В настоящее время применяются три типа выносных сепарато­ ров: циклонные, поверхностные, пленочные [57]. В зарубежной практике применяются все три типа.

В СССР ХТГЗ на АПТУ К-70-29 применил выносной сепаратор поверхностного типа. Пар подается в сепаратор после ЦВД давле­ нием 0,196 МПа и влажностью 12,1%. После осушки пар с давле­ нием 0,182 МПа и степенью сухости 0,99 поступает в ЦНД [43].

Для турбины К-220-44 применены сепараторы-перегреватели. Параметры пара на входе в сепаратор-перегреватель 0,295 МПа влажность 13,1%. После перегрева до температуры 240° С давле­ ние падает до 0,255 МПа.

Турбина К-500-65 на 3000 об/мин (выпуска 1970 г.) оснащена четырьмя сепараторами-перегревателями, установленными по бокам ЦВД ниже отметки обслуживания [33, 43]. Пар на осушку и промперегрев подается давлением 0,345 МПа, с влажностью 16%. После промперегрева до 265° С пар с давлением 0,295 МПа

146

трубы-ресиверы между цилиндрами турбины АПТУ. Такую ком­ поновку сепараторов применяют фирмы AEI и «Вестингауз». Однако применяемые сепараторы циклонного типа недостаточно эффективны — влажность пара на выходе из них иногда превы­ шала 2,5%. Потеря давления в циклонных сепараторах была выше, чем в поверхностных.

Фирма «Дженерал электрик» (США) применила в ресивере между ЦВД и ЦНД турбины АПТУ встроенный поверхностный сепаратор [57].

Фирма «Вестингауз» на турбинах АЭС применяет поверхност­ ный сепаратор, совмещенный в одном корпусе с пароперегре­ вателем. Сепарация осуществляется до влажности 1%.

Поверхностные сепараторы обладают высокой сепарационной способностью при низком гидравлическом сопротивлении. Однако они обладают сравнительно малой удельной нагрузкой, вследствие этого для мощных турбин имеют большие габариты. Сепараторы изготовляются из дорогих нержавеющих сталей. По стоимости для мощной АПТУ поверхностные сепараторы-перегре­ ватели приближаются к стоимости собственно турбины, поэтому необходима разработка более компактных и дешевых устройств осушки пара.

Одним из предложений является использование в ресиверных трубах между ЦВД и ЦНД турбин АЭС комбинированных сепа­ рирующих ротационных устройств со свободновращающимися ступенями-сепараторами. В комбинированных устройствах реси­ веров должны быть широко использованы пристеночные кольце­ вые пленкосниматели. Для устройства пленкоснимателя в трубе выполняется кольцевой разрыв шириной 1—1,5 мм. Для лучшего влагоотвода стенку трубы за разрывом следует приподнять на ве­ личину бх = 0,5и-1 мм. Сборную кольцевую камеру следует соединить с зоной пониженного давления для лучшего отвода влаги. При критическом перепаде давления на влагоотводящую щель расход пара через щель, например, для турбины К-500-65 ХТГЗ составит не более 0,3% от расхода через последнюю ступень. Пристеночные кольцевые пленкосниматели в ресиверных трубах можно применять в нескольких местах по ее длине.

Более эффективным и компактным видом влагоулавливания являются свободновращающиеся ступени-сепараторы, размещен­ ные в ресиверных трубах. Отдельно скомпонованный узел сту­ пени-сепаратора может быть установлен между фланцами реси­ вера. С влагоулавливанием неразрывно связано влагоудаление. К системам влагоудаления отнесем все конструктивные мероприя­ тия по организации отвода влаги в систему влагоулавливания, т. е. системы организации движения влаги в отводящие уст­ ройства.

Имеются предложения по различным влагоудаляющим уст­ ройствам на рабочих лопатках ВП ступеней. Часть из них уже нашла применение в выпускаемых турбинах.

Наиболее широко применяемым во влажнопаровых ступенях турбин ПТУ и АПТУ является открытие периферийного сечения рабочей лопатки, имеющей ленточный бандаж. Экспериментами БИТМ [23] было установлено, что открытие канала периферий­ ного сечения до горла на входной и выходной стороне не приводит к ощутимому снижению экономичности ступени. Между тем эф­

влаги имеет большое значение соответствующий наклон по­ верхностей, образующих канавки.

Для увеличения стойкости выпуклых ребер, образующих ка­ навки, фирма «Альстом» [18] применяет закалку и специальные покрытия.

Имеются патентные предложения, комбинирующие влаго­ удаляющие и влагоулавливающие устройства на рабочих лопатках ВП ступеней21. Предложены пустотелые рабочие лопатки со щелями или отверстиями на выпуклой поверхности профиля, а также ра­ бочая лопатка с выступами в виде козырьков на выпуклой и вогнутой поверхностях лопатки3. В выходной кромке рабочей лопатки выполнен радиальный канал, в который из-под козырь­

148

ное устройство. Кроме того, известна рабочая лопатка с сепара­ тором влаги на входной кромке на периферийном конце лопатки1. Сепаратор выполнен в виде нескольких изогнутых пластин, уста­ новленных одна перед другой. В авторском свидетельстве СССР

«Турбинная ступень для работы во влажном паре»2 предложена установка предвключенных профильных лопаток с улавливающими устройствами для отвода влаги в обвод защищаемой ступени.

33. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ КОНДЕНСАЦИИ, ВЫБОР РЕЖИМА РАБОТЫ ТУРБИНЫ

Интенсивное развитие теоретических и экспериментальных исследований работы проточной части в области фазовых перехо­ дов обусловило появление различных рекомендаций по управле­ нию процессом конденсации в проточной части. Естественно стремление получить мелкодисперсную влагу в ступенях низ­ кого давления, наиболее подверженных эрозии. Известны пред­ ложения по конструктивному оформлению ступени влажного пара с управлением процесса конденсации3. Перечисляются меро­ приятия, улучшающие противоэрозионные свойства ступени путем выполнения турбинной ступени с определенными соотно­ шениями размеров проточной части. Однако, как показано в ра­ ботах [23, 45], состояние исследований по управлению фазовыми переходами в элементах проточной части в настоящее время не дает возможности сформулировать четкие рекомендации по ис­ пользованию возможности управления процессом конденсации в целях повышения эрозионной стойкости ступени.

Существенным фактором, влияющим на развитие эрозии тур­ бинных ступеней, является режим эксплуатации турбины в пре­ делах суточного, месячного, годового графиков нагрузки. Иссле­ дования по измерению полей скоростей в эксплуатируемых тур­ бинах типа К-50-90-2 и К-50-29-1, проведенные на. одной из стан­ ций [3, 54], показали, что для развития эрозии рабочих лопаток существенную роль играет режим разгрузки ступени при суточ­ ном графике работы турбины. На изменение составляющих ско­ рости потока пара с2ц, c2z и соответственно с1и, си при умень­ шении нагрузки существенно влияет длина по высоте заполненной потоком пара зоны лопатки. По измерениям, проведенным на ре­ жимах нагрузки 5 МВт, 10, 15, 23, 35 и 50 МВт (рис. V.8), для турбины К-50-90-2 наиболее неблагоприятными с эрозионной точки зрения из-за малых значений с1г, c2z является режим на­ грузки 23 МВт, т. е. режим 50% разгрузки. Этот режим наиболее часто применялся на ТЭЦ для разгрузки турбины.

Вероятно, для каждого типа турбины существует своя область режимов наиболее неблагоприятных с эрозионной точки зрения.

149