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

При ограниченном числе типов рабочих лопаток последних сту­ пеней для каждого турбинного завода измерениями полей скоро­ стей пара за последней ступенью на натурных машинах при раз-

Рис. V.8. Результаты газодинамических измерений за последней ступенью турбины К-50-90-2 при различных нагрузках турбины (обработка опытов В. М. Боровкова)

личных режимах нагрузки можно установить область неблаго­ приятных частичных режимов разгрузки и по возможности не эксплуатировать на них турбину.

34. ЧАСТИЧНОЕ ИСПАРЕНИЕ ВЛАГИ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ

Существует большое количество различных патентных пред­ ложений по уменьшению влажности в последних ступенях за счет испарения влаги различными способами. Предлагается ис­ парение обогревом внутренней полости пустотелых лопаток про­ пуском через лопатки горячего пара1.

Имеется предложение по комбинированному — сепарационноиспарительному уменьшению количества влаги2, в котором часть влаги отводится в щели на пустотелой части носика направляющих лопаток, а оставшуюся влагу, текущую по выпуклой и вогнутой поверхностям остальной части лопатки, предполагается испарить за счет пропуска пара или горячей воды через пустотелую камеру

втеле лопатки.

1Фр. пат., кл. FOld, № 1340752; англ. пат. кл. FIT, № 995643; фр. пат. кл. FOld, № 1175169.

2 Авт. свид. СССР, кл. FOld, 14с, 12/02, № 273214, 1969 г.

150

Однако испарительные методы не были тщательно испытаны в лабораторных и эксплуатационных условиях. Визуальные наблюдения за поведением мелких капель на поверхности лопатки более нагретой, чем капля, проведенные на пародинамическом стенде [24], показывают, что нагретая поверхность лопатки для капель становится как бы несмачиваемой. Капли, приобретшие шаровую форму, скатываются под действием потока быстрее, чем-при течении по смачиваемой поверхности, например на одном из режимов работы решетки профилей на слегка перегретом паре подаваемые через капилляр отдельные капли двигались по вогну­ той поверхности лопатки со скоростью 25—40 м/с при скорости пара в ядре потока около 400 м/с. Пленки конденсата по поверх­ ности лопатки в том же районе лопатки при ее работе на влаж­ ном паре двигались со скоростью 0,5—0,7 м/с.

По-видимому, эффект подогрева профильных поверхностей лопатки направляющего аппарата следует рассматривать не как испарительный, а как превращающий подогретую поверхность в слабо или совсем несмачиваемую. Следовательно, нагревом до­ стигается не полное испарение (частичное испарение будет иметь место), а превращение поверхности лопатки в несмачиваемую и больший разгон капельной и пленочной влаги за счет этого эффекта.

Разновидностью испарительно-разгонного метода увеличения скорости капель является дробление, разгон и испарение влаги, стекающей с профильных поверхностей направляющей лопатки, вдуванием в кромочный след более нагретого, иногда перегретого пара.

Схемы устройства щелей и некоторые результаты исследо­ ваний показаны на рис. V.9. Выдув греющего пара может быть осуществлен с вогнутой, выпуклой стороны и в выходной кромке профиля.

Исследования в ЛПИ на воздухе аэродинамических потерь

воздуха Q от 0 до 3 —3,5% от расхода через решетку потери сни­ жаются с увеличением расхода выдуваемого воздуха для варианта д. Для выдува воздуха через щель в выходной кромке (вариант а) потери сначала снижаются, затем возрастают.

Исследование сверхзвуковой направляющей решетки с выдувом воздуха через щель в выходной кромке показало, что к. п. д. ступени с увеличением расхода продуваемого воздуха (рис. V.9, е) через щель увеличивается. В то же время экспериментальная проверка на турбине мощностью 60 МВт станции «Плимут» [65] способа снижения эрозии выдувом пара более высокого давления через щели в задних кромках сопловых лопаток показала, что этот способ менее эффективен, чем отсос пара и влаги через те же щели, и, по мнению исследователей [77 ], экономически не вы­ годен.

151

В качестве примера некоторых патентных предложений по выдуву пара через щели в выходных кромках лопаток НА можно указать патенты США1.

Близки к выдуву пара через щели в задней кромке лопаток НА предложения по отсосу влаги с поверхностей направляющих лопаток, испарение ее внутри полой лопатки и выдуву через щели

Рис. V.9. Испарительно-разгонное снижение влажности вдувом пара в щели выходных кромок лопаток НА (а— д). Изменение профильных потерь от коли­

в районе выходной кромки2. За выходной кромкой применен спе­ циальный профильный насадок. Указанные предложения сложны по конструктивному устройству и в изготовлении, поэтому ну­ ждаются в тщательной экспериментальной проверке их эффек­ тивности.

Подогрев и испарение влаги может производиться на торцо­ вых поверхностях проточной части. Имеются предложения по уста­ новке над периферийными концами рабочих лопаток специального пустотелого греющего элемента из материала с большой тепло­ проводностью. Обогрев производится паром, пропускаемым через

1 Пат. США, кл. 253—76, № 3306575, 1967 г. и № 3306576, 1967 г.

2 Авт. свид. СССР, кл. FOld, 14с, 11/05, № 194106, 1966 г. и № 261396,

1968 г.

152

внутреннюю полость. Предлагается также электроподогрев. Однако конструкция с электроподогревом требует применения мощных греющих элементов, создание, размещение и эксплуата­ ция которых представляет существенные трудности [47].

Б. Пассивные способы

35. ПРИМЕНЕНИЕ ЭРОЗИОННОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ

Наиболее подверженные капельной эрозии рабочие лопатки влажнопаровых ступеней изготовляются из сталей довольно уз­ кого наименования. Для рабочих лопаток последних ступеней мощных паровых турбин отечественные заводы применяют нержа­ веющие стали 1X13, 2X13, 15Х12ВМФ (ЭИ802), 15Х11МФ или их упрочненные варианты.

Эрозионная стойкость применяемых марок сталей хорошо известна в процессе длительной эксплуатации рабочих лопаток. Известна также необходимость защиты всех лопаточных сталей от эрозии. Поэтому в настоящее время продолжаются поиски новых сплавов для ВП ступеней, более эрозионностойких в эксплуа­ тации.

Известно применение титанового сплава, содержащего 4% - алюминия, для лопаток последней ступени. На одной из электро­ станций длительное время проходили испытания в процессе эксплуатации два пакета лопаток длиной 665 мм из титанового сплава.

Установленные в 1959 г. лопатки к моменту обследования в 1971 г., проработав в турбине более 73 000 ч, ниже стеллитовой защиты имели меньший эрозионный износ, чем лопатки из стали 2X13. Однако стальные лопатки до установки новых титановых уже были в эксплуатации, поэтому сравнение не является чистым. Стеллитовые пластинки и входная кромка периферийного сечения на стальных и титановых лопатках изношены одинаково (рис. V. 10). Кроме турбины 50 МВт, опытные титановые лопатки были уста­ новлены на турбинах 200 и 300 МВт [35, 36]. За состоянием ло­ паток велось наблюдение при очередных ревизиях. Лопатки по­ казали вполне удовлетворительную эксплуатационную надеж­ ность. Однако промышленный эксперимент на мощных турбинах показал, что титановый сплав с 4% алюминия из-за недоста­ точно высокой прочности не может быть использован для рабочих лопаток последних ступеней более высокой мощности без противоэрозионной защиты входных кромок периферийной части. Сравни­ тельные лабораторные исследования усталостной прочности ти­ тановых сплавов ВТЗ-1, ВТ-5 и стали 2X13 показали, что уста­ лостная прочность титановых сплавов ниже, чем у стали 2X13. Припаиваемые к входным кромкам стеллитовые пластинки резко снижают усталостную прочность титановых лопаток. В настоящее время продолжаются поиски более прочного титанового сплава.

153

деталей проточной части, работающей в области влажного пара, может значительно снизить эрозионный износ деталей, подвер­ женных воздействию гидро-, пароабразивного потока.

Рассмотрим некоторые конструктивные мероприятия по умень­ шению эрозионного износа рабочих лопаток. Большое значение для эрозии периферийного конца рабочей лопатки последней ступени имеет форма меридионального обвода диафрагмы. Стремление повысить экономичность последних ступеней путем организации рационального с аэродинамической точки зрения меридионального обвода в периферийной части каналов диафрагмы привело к выполнению наклонного под большим углом, высту­ пающего в поток массивного литого козырька (см. рис. 1.2, 1.14). Как показало обследование ряда турбин, от указанного козырька отражается влага, сброшенная с рабочей лопатки впередистоящей ступени. Отраженная влага вызывает эрозию рабо­ чих лопаток ступени. Поэтому следует отказаться от литого ко­ зырька, выступающего в поток, заменив его легким коротким козырьком, с влагоулавливающим буртиком. С противоэрозионной точки зрения форма меридионального обвода должна быть

например турбин К-300-240-1 ХТГЗ с литыми чугунными диафраг­ мами старого образца, эрозия периферийного конца рабочей лопатки пятой ступени ЧНД была гораздо выше, чем в турбинах со сварной диафрагмой новой модификации, имеющей прямоли­ нейный — конический обвод. Правда, эрозия последней пятой ступени в турбине К-300-240 ХТГЗ была уменьшена за счет двух мероприятий — выполнения конического прямолинейного об­ вода проточной части диафрагмы и выполнения внутриканальной сепарации. В турбинах для АЭС ХТГЗ осевое расстояние между предпоследней ступенью и входными кромками лопаток последней ступени выполнено большим. Отсутствует выступаю­ щий козырек влагоулавливающего выступа (см. рис. V.1, «). С противоэрозионной точки зрения такая конструкция меридиональ­ ного обвода является предпочтительной.

Впоследних ступенях турбин ЛМЗ на базе рабочей лопатки длиной 665 мм в турбинах типа К-50-90-1 (2) и К -100-90-2 был при­ менен прямолинейный конический обвод. В турбинах типа К-50-90-3 (4). Т-50-90, К-Ю0-90-5 (6) обвод диафрагмы был изме­ нен на коническо-цилиндрический. Как следствие этой модерни­ зации стала наблюдаться повышенная эрозия периферийных кон­ цов лопаток турбин К-50-90-3 (4) и К-100-90-5 (6).

Вместах горизонтальных разъемов корпусов, обойм, диафрагм создается возможность щелевого течения пара в местах неплот­ ностей. При расширении пара в щели, как и в сопле, происходит вымывание металла. Наблюдается щелевой износ. Шелевой поток пара появляется не только в местах горизонтальных разъемов, но и в кольцевых пазах соединения деталей обтекателя перед

155