ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные обозначения из "Основы теории влажнопаровых турбин " Черта над символом — безразмерная или осредненная величина. [c.6] Векторы набраны полужирным шрифтом. [c.6] В современных энергетических установках многие турбинные ступени работают на влажном паре. В таких условиях оказываются ступени части низкого давления конденсационных паровых турбин, ступени атомных, геотермических и других энергетических установок. К их числу относятся турбины, работающие на парах таких металлов как ртуть, натрий и калий. [c.7] Проблеме влажнопаровых турбин в течение последнего десятилетия посвящены широкие теоретические и экспериментальные исследования. Они позволяют поднять уровень теории и расчетов паровых турбин, работающих на влажном паре. [c.7] Проблема влажного пара возникла с момента появления паровых турбин. В значительной части они работали на влажном паре, который расширялся до глубокого вакуума. Расчет таких турбин производился в предположении протекания процессов в условиях термодинамического равновесия. В процессе дальнейшего развития турбостроения было обнаружено несоответствие между расчетами и результатами опытов. Так, в опытах Ф. Бендемана [88] расход влажного пара соплами оказался приблизительно на 2% выше, чем по расчету, даже без учета потерь на трение. Полученный результат не отвечал представлениям того времени. Были предприняты новые исследования А. Лошге [98] и др., и вновь был получен тот же результат. [c.7] В то время паровые турбины работали в основном на влажном паре, и неточности в определении расхода и потерь энергии приводили к существенным отклонениям от гарантий, а возросшие требования промышленности побуждали к уточнению расчетов. Проблема влажного пара привлекла внимание А. Стодолы [107]. Для разъяснения наблюдаемых явлений он выполнил теоретические исследования и поставил опыты. В соответствии с теорией Стодолы для сопел увеличение коэффициента расхода насыщенного пара объяснялось отклонением процесса расширения от равновесного. Процесс конденсации запаздывал, и температура пара оказывалась ниже равновесной, т. е. наступало переохлаждение пара. С этим явлением также были связаны дополнительные потери энергии, которые необходимо было учитывать в расчетах. [c.7] Вскоре инженеры-практики, следуя традициям, установившимся в теории паровых машин, стали применять поправки к расчетам на влажность пара. Одна из таких поправок, данная английским инженером К. Бауманом, — каждый процент влажности пара вызывает снижение к. п. д. ступени на 1% [86] — продержалась полстолетия и находит применение по сей день. Аналогичные рекомендации были даны рядом исследователей. [c.8] Эти поправки наравне с опытными коэффициентами истечения удовлетворяли турбостроительную промышленность на первом этапе ее развития. Но когда паровые турбины стали главным первичным двигателем на электростанциях и производство их сильно возросло, настоятельно потребовалось усовершенствование тепловых расчетов. [c.8] В 20-х годах максимальная мощность единичного агрегата резко возросла, увеличились окружные скорости рабочих колес и углубился вакуум. При сравнительно невысоких параметрах пара, применявшихся в то время, мощность, развиваемая ступенями, работающими в области влажного пара, достигала свыше одной трети общей мощности турбины. При этих условиях к. п. д. ступеней низкого давления стал играть большую роль в экономических показателях энергетических установок. В связи с большими окружными скоростями и значительной влажностью в последних ступенях конденсационных турбин возникла проблема эрозии лопаток. Все эти обстоятельства вновь пробудили интерес промышленности к проблеме влажного пара, и появился ряд крупных исследований в этой области. [c.8] Среди трудов того времени особо следует отметить.теоретическое исследование Г. М. Мартина [99] переохлаждения пара и образования капель. Он положил в основу своей теории уравнение Кельвина. Из него он определял степень перенасыщения, допустив, что капли имеют одинаковые радиусы в соответствии с формулой Каллендера. На основании этих расчетов и уравнения состояния Каллендера он установил параметры, при которых происходит конденсация. Результаты этих расчетов, нанесенные в виде кривой на is-диаграмму, Мартин назвал линией Вильсона . Многие положения его теории были впоследствии подтверждены опытами. [c.8] Несколько позднее был опубликован ряд исследований, трактовавших проблему влажного пара с различных точек зрения. [c.8] Гуденаф [94] для объяснения повышенного коэффициента расхода выдвинул гипотезу о разгоне влаги паром до меньшей скорости, чем в равновесном процессе. Опытные данные, однако, давали меньшие значения коэффициента расхода, чем полученные расчетом. Процесс истечения нельзя было объяснить, не допустив частичного переохлаждения пара. [c.8] Гипотеза о влиянии на расходные характеристики сопла сниженной скорости капель лишь частично объясняла наблюдаемые явления и не снимала вопроса о переохлаждении пара. [c.9] В то же время большое число трудов у нас и за границей [18, 1101 было посвяш,ено проблеме эрозии лопаток. На заводах начали применять покрытия и закалку входных кромок лопаток для уменьшения их износа. Стали глубже вникать в процессы образования капель и движения их в проточной части. [c.9] Тогда же стал проявляться повышенный интерес к потерям энергии от влажности. И. Фрейденрейх [91] эти потери объяснял главным образом тормозящим действием капель. Исследование потерь от движения влаги было выполнено также Церковицем [112]. В этих исследованиях потери от переохлаждения не принимались во внимание. [c.9] В результате своих исследований турбостроительные заводы внесли существенные уточнения в расчеты. Так, например, при проектировании турбин фирмы Дженерал Электрик коэффициент расхода для сопел определялся по опытным данным с учетом переохлаждения и влияния начальной влажности [75]. Были также уточнены расчеты потерь энергии от влажности [106]. Вместе с тем все еще оставалась неясной общая картина движения двухфазной среды в проточной части турбины. В связи с этим неудовлетворительно решались задачи сепарации влаги в турбине. Организация эффективного влагоудаления была необходима для снижения механических потерь и смягчения эрозии. Последняя ограничивала окружную скорость ступеней низкого давления и в известной мере препятствовала повышению мощности турбин. [c.9] Возросший интерес к работе турбинных ступеней на влажном паре был вызван не только развитием атомной энергетики, но также огромным масштабом производства конденсационных турбин большой мощности. При высоких окружных скоростях в последних ступенях турбин обострились последствия эрозии лопаток и возросла роль потерь энергии от влажности. Для борьбы с эрозией, улучшения сепарации влаги и снижения потерь энергии необходимо было иметь достаточно ясные представления о движении влаги в проточной части турбины. К тому же и мощность ступеней, работающих во влажном паре, по абсолютной величине была настолько велика, что даже небольшое увеличение их к. п. д. давало эффект, окупающий затраты на дорогие эксперименты. Все это способствовало развитию новых исследований по проблеме влажного пара. [c.10] Как в СССР, так и за границей в последнее время проблеме влажнопароБых турбин посвящено большое число трудов. Так, фирма Дженерал Электрик выполнила обширные опыты на специально созданном модельном стенде для ступеней низкого давления мощных паровых турбин. В результате усовершенствования этих ступеней было достигнуто улучшение к. п. д. части низкого давления приблизительно на 3% [90]. [c.10] Проблеме влажного пара уделялось также большое внимание в Англии. Подробные обзоры работ по влажнопаровым турбинам дали Б. Вуд [ПО] и В. Гарднер [92]. Из этих обзоров и особенно из дискуссий по их докладам ясно, что на решение задач, связанных с движением влажного пара в турбине, направлены усилия почти всех ведущих турбостроительных фирм. [c.10] Вернуться к основной статье