Образование влаги в элементах турбины

При переходе однофазной среды в двухфазную область состояния (в сопловых турбинных решётках) с большими скоростями c и соответственно с большим абсолютным градиентом давления dp изменение термодинамических параметров происходит очень быстро и равновесный процесс конденсации не успевает реализовываться.

Температура пара T в таких потоках оказывается ниже соответствующей температуры насыщения T_s, определяемой по термодинамическим таблицам по давлению за решёткой p (рис. 20).

Рис. 20

Разность температур называют переохлаждением.

На рис. 19 сплошными линиями показаны изобары p и изотермы T при равновесном состоянии; а пунктирные линии – изобары p _н и изотермы T _н при неравновесном состоянии пара.

При достижении максимального для этого случая переохлаждения пар спонтанно переходит в состояние, близкое к равновесному. Новая (жидкая) фаза возникает в виде мельчайших капель – ядер конденсации. Рост переохлаждения ∆ T _по приводит к уменьшению критического размера зародыша ядра, при котором образуется влага, и соответственно к интенсификации процесса парообразования. При этом происходит интенсивное выделение теплоты, местный рост давления и температуры.

На максимальное переохлаждение, место возникновения конденсации сильно влияет условный градиент давления в сопловой решётке:

, (50)

а также давление среды p.

Увеличение условного градиента приводит к запаздыванию конденсации, росту переохлаждения. Поскольку протяжённость зоны, где происходит спонтанная конденсация, невелика, она может условно рассматриваться как зона скачкообразного изменения параметров потока и процесс называется скачком конденсации, называемой линией Вильсона.

Положение этой линии зависит от условного градиента давления , который различен для различных струек тока в каналах решётки. Поэтому второе название этих линий стало зона Вильсона, как показано на рис. 21.

Рис. 21

Неравновесность процесса приводит к уменьшению располагаемого теплоперепада, которое видно из диаграммы на рис. 20, и необратимым потерям, обусловленным межфазовыми обменными процессами:

. (51)

Здесь - располагаемый диаграммный теплоперепад ниже линии насыщения;

- то же, но при неравновесном процессе;

;

Для расчётов можно пользоваться формулой:

. (52)

В реальных условиях работы турбины на входе в решётку жидкая фаза имеет разную дисперсность и разное распределение в объёме пара, а скорость капель отличается от скорости пара и по величине, и по направлению.

Траектория капель в канале решётки показана на рис. 22, где | - d_k = 2мкм; || - d_k= 20 мкм; - d_k = 200мкм (d_k – диаметр капли).

Рис. 22

Течение влажного пара в турбинной решётке имеет следующие особенности:

· расширение влажного пара происходит с запаздыванием (происходит переохлаждение пара);

· на входе в решётку пар содержит разного размера капли, скорость которых различна по величине и по направлению;

· внутри канала могут образовываться новые капли, могут они испаряться, разрушаться и переходить в водяную плёнку;

· траектории капель в общем случае отклоняются от линии тока пара;

· на поверхности профиля и стенках каналов образуется водяная плёнка, при ударе капель об эту плёнку часть жидкости может выбрасываться в поток;

· в канале между фазами происходит трение, тепло- и массообмен.

В результате этого сложного процесса меняются истинные параметры потока на выходе из решётки (скорость и угол выхода потока), что приводит к изменению характеристики обтекания решётки (угла выхода потока, коэффициента потерь энергии и расхода).

Траектории капель в канале показаны на рис. 23, где 1 – «кромочный» капельный поток; 2 и 3 – срывные капельные потоки; 4 – отражённый капельный поток.

Рис. 23

Основными факторами, определяющими рост потери энергии, являются потери на разгон капель и трение между фазами, а также увеличение кромочных потерь.

Приближённо коэффициент потери энергии для влажного пара можно определить по формуле:

, (53)

где - коэффициент потери энергии для перегретого пара,

(54)

для сопловой решётки и

(55)

для рабочей решётки.

Коэффициент расхода во влажном паре можно определить по формулам:

(56)

для сопловой решётки и

(57)

для рабочей решётки, где x ₁ и x ₂ – сухость пара соответственно за сопловой и рабочей решёткой.

Угол выход влажного пара из сопловой решётки приближённо можно определить по формуле:

, (58)

где y ₀ – влажность пара.

Дата добавления: 2014-01-04