Файл: Абрамов, В. И. Тепловой расчет турбин.pdf

Рис. 93. Зависимость исходного коэффициента сепарации влаги г|/ из простран­ ства над рабочими лопатками от давления насыщения за ступенью рг

к

0,8

0,9

1,0

1,1

V

137

Иногда на рабочих лопатках выполняют шлицы, способствую­ щие повышению эффективности отвода влаги в камеры / и II (см. рис. 92). Поправка &шл, учитывающая рост сепарации, дана на рис. 96. Для ступеней малой веерности эта поправка сравнительно невелика, так как в таких ступенях пленка с поверхности лопаток и без шлицев интенсивно сбрасывается под действием кориолисо­ вых сил, направленных против движения потока. Шлицы имеют большое значение в ступенях большой веерности, там, где раз­ брызгивание и унос влаги велики. В некоторых частных случаях,

Рис. 96. Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние веерности на коэффициент сепарации

например в специальных ступенях-сепараторах с бандажом при малых шагах решеток, эффективность сепарации от применения шлицев может вырасти более чем в 2 раза.

Если камера / вообще отсутствует, коэффициент ф будет меньше на величину поправки k{. Чем меньше веерность ступени (больше 0), тем более существенно уменьшается суммарный коэффициент сепарации. Это объясняется тем, что в ступенях с большими 0 более значительная доля влаги сбрасывается с вращающихся лопаток в зазор (в камеру /, см. рис. 92).

Существенное влияние на коэффициент сепарации оказывают геометрические размеры влагоулавливающей камеры: ширина влагоотводящих каналов ASXи AS2, открытие торцовой поверх­ ности лопаток АВ г и АВ2, радиальная перекрыта Аг за ступенью и перекрыта Др между сопловой и рабочей решетками.

Влияние геометрических размеров ступеней и влагоотводящих камер (AS; ДВ; Аг\ 0 ; 6р и т. п.) изучено недостаточно подробно, поэтому будем говорить о качественной зависимости ф от перечис-

138

ленных выше параметров. Для повышения коэффициента сепара­ ции ф целесообразно увеличивать радиальную перекрышу Др и уменьшать перекрышу Аг между рабочими лопатками и последую­ щими сопловыми решетками. Для повышения эффективности се­ парации из пространства над рабочими лопатками необходимо особое внимание уделять радиальным уплотнениям. С уменьше­ нием протечек пара значительно снижается унос капелек жидко­ сти: растет коэффициент ф. Влияние открытия входных и выходных кромок рабочих лопаток оценивается поправочными коэффициен­

V

iff

Q9

Ofi

Рис. 97. Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние открытия входной и выходной кромок лопаток рабочей решетки

ность сепарации оказывает величина отсоса пара из влагоотводя­ щих каналов. Однако пропорционально отбираемому пару сни­ жается экономичность ступени. Поэтому рекомендуется мини­ мальная, не превышающая 0,5% величина отсоса пара из каналов I и II. Относительную величину отсоса определяют как отношение отводимого пара AGj к суммарному расходу G. Влияние этого от­ соса на коэффициент ф не учитывают. В ступенях, где предусмо­ трен регенеративный отбор, следует принимать во внимание увели­ чение коэффициента сепарации ф, вводя поправку k&e (рис. 98, а). Увеличение коэффициента сепарации с ростом AGIG объясняется тем, что поток отбираемого пара препятствует возврату влаги из сепарационных камер обратно в проточную часть турбины, а также тем, что отбираемый с периферии лопаток пар содержит сущест­ венно больше влаги, чем остальная часть потока. Эффективность работы влагоотводящих камер при наличии отсоса зависит от размеров каналов AS2. С уменьшением AS 2 возрастает скорость отсасываемого пара, что до определенных размеров канала спо­ собствует повышению коэффициентов ф.

Весьма сильное влияние на коэффициент сепарации оказывает начальная влажность потока перед ступенью. При постоянной

139

дисперсности двухфазной среды рост начальной влажности у0 обычно уменьшает коэффициент сепарации. Однако в реальных многоступенчатых турбинах дисперсность среды зависит от места возникновения влаги и, следовательно, от у 0. С ростом у 0 растет размер капель, увеличивается доля крупнодисперсной влаги % (см. рис. 87), что и приводит к росту коэффициента ф. Поправку k%, учитывающую долю крупнодисперсной влаги, принимают по

Рис. 98. Поправочные коэффициенты, учитывающие влияние величины отсасываемого во влагоотводящие каналы пара и доли крупнодисперсной влаги на коэффициент сеперации ф

рис. 98, б. Таким образом, суммарный коэффициент сепарации ф влагоотводящих камер, расположенных над рабочими лопатками, находят по рис. 93 с учетом поправок кшл; ki\ k\Bl\ kAв2] и kx, указанных на рис. 96—98, т. е.

ф = ф kmnkA(}k^ [(l -- ki) kABl -)-

Если камера / отсутствует, то

ф ~ Ф кщ л &AG & А Б г•

Кроме сепарационных устройств, расположенных в простран­ стве над рабочими лопатками, широкое применение в проточных частях турбин находит отсос влаги через отверстия в полых сопло­ вых лопатках (внутриканальная сепарация). Предполагается, что

140

влагоотводящие камеры с шириной щели бх = 0 ,6 ч-0,9 ммг б2 6 3 = 1 ,0 ч-2,0 мм располагаются для коротких лопаток по всей длине, а для длинных занимают лишь 0,3—0,5 высоты (в пери­ ферийной части, см. рис. 92).

Расчет внутриканальной сепарации вызывает значительные трудности, связанные с кризисными явлениями течения пленки. Кроме того, в настоящее время накоплено недостаточно экспери­ ментальных данных, полученных в натурных условиях, поэтому

Рис. 99. Зависимость сепарации влаги в сопловых решетках турбин от скорости пара:

а —4>' = f (ci); б — kp = f (р s )

можно рекомендовать приближенный графический метод расчета. Коэффициент сепарации ф' для трех щелей, расположенных в вы­ ходной кромке 1, на спинке 2 профиля и на вогнутой поверхности 3 в зависимости от скорости с±пара дан на рис. 99. Изменение давле­

где ф/ — коэффициент сепарации для i-ой щели.

Если применяют одновременно две или три щели с отводом влаги через отдельные каналы, то суммарный коэффициент сепа­ рации

ф = 0,75 £ ф ikpkx. i

141

Влияние влажности на к* пе д,; и реакцию ступени

Анализ экспериментальных исследований групп ступеней натур­ ных и модельных турбин (рис. 100, б), а также двухвенечных сту­ пеней, рассчитанных на сверхкритические теплоперепады (рис. 100, а), показывает значительное влияние конструкции тур­ бин и режимов их работы на снижение экономичности от конечной

Рис. 100. Влияние конечной приведенной влажности у г на снижение Дт)0<- двухвенечных ступеней скорости и отсеков турбин:

a — КС-IB; б — натурных'.турбин; 1 — при е = 0,067 и ч/с, = 0,22; 2 — при е = = 0,0035; и и/Сф = 0,20; 3 — ВКТ-100, п = 9000 об/мин; 4 — OK; 5 — ВПТ-25;

6 — семиступенчатая турбина; 7 — ВКТ-100, п = 7000 об/мин; 8 — ВК 25; 9 —

ВК-100-5, Е = 0,025

-h{

приведенной влажности//2 = ^2 —^ - (рис. 101). Опыты показы­

вают, что так же различно влияние на Дг]о/ крупной и мелкой влаги, спонтанно возникшей в соплах сверхзвуковых ступеней. Поэтому в приближенных расчетах снижение экономичности от присут­ ствия влаги будем учитывать прежде всего по различному влиянию начальной влажности у 0 и приращения влажности Ау в самой турбинной ступени:

где йовл — доля теплоперепада, срабатываемого в двухфазной об­ ласти состояний.

Коэффициент k 2 можно принять постоянным, т. е. k 2 = 0,35,

акоэффициент k x будет зависеть от доли крупнодисперсной влаги К

иреактивности ступени р. Приближенные зависимости k x от %и р даны на рис. 102.

142

Двухфазность рабочей среды сказывается не только на эконо­ мичности, но и на реактивности ступеней. В том случае, если сту­ пень рассчитана для работы на перегретом паре, а используется в двухфазной области состояний, необходимо учесть изменение

реакции ступени. С увеличением начальной влажности реакция ступени, как правило, растет, что

гДе рпп — степень реакции ступени на перегретом паре.

Влияние двухфазности среды на экономичность и степень реак­ тивности ступеней с длинными лопатками (большой веерности) учитывают по отдельным сечениям (струйкам). Предварительно ступень рассчитывают по параметрам равновесной is-диаграммы для нескольких сечений вдоль высоты лопатки (см. гл. V). Затем находят распределение влажности за предыдущей ступенью в за-

143

Рис. 104. Зависимость ke от отношения давлений е на ступень

Рис. 105. Распределе­ ние концентрации вла-

ги у = yjycp за ступенью вдоль высоты лопатки для различ­ ных значений доли к крупнодисперсной влаги

144

висимости от доли крупнодисперсной влаги К и средней влажности г/ср перед рассчитываемой ступенью по рис. 105. Начальная влаж­ ность г/ог в каждом сечении определится как произведение y0i =

= У(Уср-1 Пропорционально изменению влажности меняется доля

перед ступенью, по формулам (70) и (71) рассчитывают снижение экономичности Лт]0!-вл и изменение реактивности Ар сечений тур­ бинной ступени.

Выбор оптимального располагаемого теплоперепада ступени, работающей на влажном паре

Предположим, что выполнен предварительный расчет ступени по равновесной is-диаграмме (определены основные геометрические размеры ступени, выбран оптимальный теплоперепад h0 и соответ­ ственно и/Сф без учета потерь на влажность). Если учесть потери на влажность, то. к. п. д. ступени и оптимальное отношение ско­ ростей и1сф будут меньше, чем без учета влажности. При больших степенях влажности это отклонение может быть существенным. Особенно важно учитывать влияние влажности на оптимальное значение и/сф для последних ступеней турбин.

Снижение к. п. д. от влажности для произвольной ступени

полученной на базе опытных данных для ступеней большой и сред­

ней веерности.

При выводе формулы (73) использована параболическая аппрок­ симация зависимости к. п. д. от и/сф (где (м/сф)0ПХп — оптималь­

ное значение и/сф при максимальном значении к. п. д. (т]01)Мп сту­

пени на перегретом паре.

Используя формулы (72) и (73), получим значение к. п. д. ступени с учетом потерь на влажность при текущем значении м/сф:

%/вл = СчоЛмп — 2 t a + К . (74)

145