Электронный учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Проектирование и эксплуатация турбин АЭС» для специальности 1-43 01 08 «Проектирование и эксплуатация атомных электрических станций»

2.14 Влияние влажности на энергетические характеристики решеток

При течении пара в турбине, в том числе в турбинных решетках, зазорах между ними, патрубках, различных каналах, скорости пара могут быть небольшими, дозвуковыми, так и сверхзвуковыми, градиенты давления как отрицательными – при ускорении потока, так и положительными – при его замедлении. Одной из наиболее характерных особенностей расширения пара в некоторых элементах турбин является то, что при переходе из одно- в двухфазную область состояния в конфузорных (ускоряющихся) потоках с большими скоростями и большими абсолютными градиентами давления изменение термодинамических параметров происходит настолько быстро, что при этом не реализуется равновесный процесс конденсации. Температура пара оказывается в таких потоках ниже соответствующей температуры насыщения.

Разность между местной температурой насыщения Ts и истинной температурой T принято называть переохлаждением Tпо = Ts – T (рис. 2.11).

Рис. 2.11 Переохлаждение в тепловой диаграмме

На рисунке сплошными линиями представлены изобары в равновесной диаграмме, штриховыми – изобара рн и изотерма Tн при неравновесном переохлажденном состоянии. Состояние переохлаждения является нестабильным, т. е. относительно устойчивым только до определенного предела. При достижении максимального для данного случая переохлаждения пар спонтанно переходит в состояние, близкое к равновесному. Новая (жидкая) фаза возникает в виде мельчайших капелек — ядер конденсации. Характер и места возникновения влаги в элементах паровых турбин весьма разнообразны: это бурная спонтанная конденсация в ядре потока, конденсация в вихрях, в частности в кромочных следах за выходными кромками лопаток, конденсация

84

продольном направлении (по потоку), но и в поперечных сечениях каналах, а также по высоте решетке.

б) на входе в решетку пар может включать разного размера капли влаги, имеющие скорости, разные по величине и направлению; внутри канала могут образовываться новые капли, может происходить испарение капель, их разрушение, переход в водяную пленку;

в) траектории капель в общем случае отклоняются от линий тока паровой среды;

г) на поверхности профиля и на торцевых стенках каналов образуется водяная пленка, которая в зависимости от места и режима обтекания решетки имеет разные толщину и форму поверхности. С поверхности пленки срываются жидкие частицы, при ударе капель о пленку часть жидкости может выбрасываться в поток;

д) в канале происходят трения, тепло- и массообмен между фазами. Стоит отметить, что по сравнению с течением перегретого пара меня-

ются истинные параметры потока на выходе из решетки, в частности, меняются скорости и углы потока, распределения давления по обводу профиля и по высоте. Иными оказываются такие интегральные характеристики обтекания решеток, как коэффициенты потерь энергии и расхода, углы выхода.

При обтекании решетки очень мелкие капли диаметром (в зависимости от давления) dм = 1 – 5 мкм практически следуют линиям тока основного потока и вместе с ним проходят через решетку, не соприкасаясь с поверхностью профиля. Капли большого размера отклоняются от линий тока, причем сильнее, чем больше d. Очень крупные капли (d > 50 – 100 мкм) движутся через сопловой канал почти независимо от направления потока. Размеры и форма большинства решеток таковы, что канал или вообще не имеет просвета, т.е. осевая линия, проведенная от входного участка спинки профиля, пересекает соседний профиль, или этот просвет невелик. В первом случае практически все крупные капли будут попадать на вогнутую поверхность; во втором случае это касается только части крупных капель.

Коэффициент потерь энергии возрастает вследствие:

а) увеличения потерь на трение в водяной пленке и прокапельном пограничном слое;

б) потерь энергии парового потока на разгон частиц жидкости; в) трения между фазами;

г) увелечения кромочного следа, дробления пленки при сходе с выходных кромок и дополнительного при это завихрения потока;

87