ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Капельная эрозия рабочих лопаток из "Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки " Капельной эрозией называется износ поверхности рабочих лопаток под действием капель жидкости, натекающих на поверхность с большой скоростью. [c.455] На рис. 16.30 показана эрозия выходных кромок лопаток. Она характерна только для рабочих лопаток последних ступеней. [c.455] Характер эродированной поверхности после достаточно продолжительного времени во всех случаях одинаков и показан на рис. 16.30. Четко видно, что она сформирована под действием хаотического отрыва частиц металла от поверхности, в результате чего образуется горная структура с многочисленными острыми выступами ( хребтами ) и впадинами ( долинами ), имеющими, однако, определенную направленность (примерно вдоль линий тока капель). [c.455] Последствия капельной эрозии весьма значительны. [c.455] Год эксплуатации Снижение КПД турбины, % Ориентировочный убыток, отн. ед. [c.456] Дополнительным последствием капельной эрозии является снижение экономичности ступени с эродированными рабочими лопатками, происходящее вследствие роста профильных потерь в рабочей решетке из-за увеличения шероховатости, утечки через периферийный зазор и по другим причинам. Особенно сильно на снижение экономичности турбины сказывается эрозионный износ лопаток последней ступени, доля выработки мощности которой в общем балансе мощности турбины максимальна. В табл. 16.3 приведены оценки влияния эрозии на снижение экономичности, выполненные в предположении линейной зависимости износа от времени. [c.456] что ущерб удваивается практически с каждым годом, что требует замены облопачивания после каждых 4—5 лет эксплуатации. [c.456] НИЦ профиля и т.д. в результате на поверхности возникают трещины усталости, являющиеся началом эрозионного разрушения. [c.457] Капельная эрозия — это процесс, протекающий во времени. Если некоторую поверхность тщательно отшлифовать и отполировать, а затем подвергнуть бомбардировке одинаковыми каплями диаметра d , имеющими скорость w , то характер поверхности будет непрерывно изменяться. Длительное время никаких изменений замечаться не будет, а затем на поверхности появятся следы наклепа (поверхностного упрочнения) поверхность приобретет как бы пятнистую структуру, похожую на ту, которая возникает на металлической поверхности под многочисленными сравнительно несильными ударами молотка. Затем на поверхности начнут появляться многочисленные трещины увеличивающегося размера и отрыв частиц металла. По современным представлениям этому во многом будет способствовать растекание капли с большой скоростью, после ее удара о поверхность и прилипания. Со временем поверхность приобретает стабильную горную структуру. [c.457] Эрозия материала обычно измеряется массой металла т, унесенного с единицы поверхности за время т. В качестве аргумента могут использоваться и другие величины, пропорциональные времени количество капель жидкости, вступившей в соударение с поверхностью ко времени т и т.д. Если эрозия протекает при неизменных внешних условиях (диаметр капель и скорость соударения с поверхностью постоянны, постоянен угол встречи с поверхностью, плотность жидкости и т.д.), то можно получить кривую эрозии, показанную на рис. 16.31. [c.457] Если процесс расширения начнется в точке О, то аналогичным образом можно получить точку начала конденсации 2. Геометрическое место точек начала конденсации называют линией Вильсона. Положение линии Вильсона зависит от скорости расширения пара чем больше скорость, тем дальше линия Вильсона отстоит от нижней пограничной кривой. [c.458] Возникающие начальные капли конденсата являются следствием случайного скопления молекул воды вследствие флуктуаций. Возможность их существования зависит от их размера маленькая капля обречена на испарение и исчезновение, а большая способна к росту. [c.458] Расчеты и эксперименты показывают, что в результате описанной конденсации и роста размер образующихся капель составляет десятые доли микрометра. Такие капли легко увлекаются потоком пара, проносятся сквозь проточную часть, не вызывая каких-либо эрозионных повреждений. Однако, к сожалению, в результате столкновений отдельных мелких капель и их слияния, вихревого движения потока за кромками сопловых лопаток за демпферными связями и в других зонах, возникают капли и более крупного размера. Обладая большей инерцией, они отклоняются от траектории частиц пара, попадают на поверхность сопловых и рабочих лопаток и, сливаясь, образуют водяные пленки толщиной 20—50 мкм. Срывающиеся и дробящиеся водяные пленки являются источниками крупно дисперсной влаги с радиусом капель, достигающим 100 мкм. Такие капли часто являются неустойчивыми и под действием парового потока дробятся. [c.458] Другим источником капельной влаги в проточной части являются нестационарные обратные токи, возникающие в последних ступенях при уменьшении объемного расхода пара и подсасывающие влагу из конденсатора. Эти явления подробно рассмотрены в гл. 11. [c.458] Таким образом, самые крупные капли, имея малые абсолютные скорости выхода, имеют максимальные скорости соударения с рабочими лопатками. По существу рабочая лопатка, движущаяся с большой окружной скоростью, как бы ударяет по медленно движущимся каплям. Если проанализировать окружные скорости периферийных сечений рабочих лопаток последних ступеней различных турбин, то можно получить, что она достигает 600 м/с. Далее, разворот вектора с уменьшением коэффициента скольжения хорошо объясняет, почему эрозия возникает на входных кромках рабочих лопаток со стороны выпуклой поверхности именно в эту зону попадают капли, имеющие максимальный диаметр и движущиеся с относительной максимальной скоростью. [c.459] Таким образом, рассмотрение процесса воздействия капли на поверхность рабочей лопатки показывает следующее. Если зафиксировать на спине рабочей лопатки некоторую точку А (рис. 16.34), то в эту точку (а лучше сказать в окружность некоторого малого радиуса) попадают капли и реализуется так называемый дискретный случайный процесс. В этом процессе, как сам факт столкновения капли с поверхностью, так и диаметр капли ее скорость, и угол Y между вектором скорости и нормалью АВ к поверхности являются случайными величинами. [c.459] Наконец, необходимо обратить внимание и на то, что реально турбина работает при различных нагрузках и начальных параметрах пара, отличающихся от номинальных. Это предопределяет изменение режима работы рабочей лопатки конкретной ступени, и, следовательно, условий образования и воздействия на лопатку капельной влаги. [c.459] Таким образом, процесс воздействия капельной влаги на поверхность рабочей лопатки является чрезвычайно сложным. Хотя имеются многочисленные попытки рассчитать процессы образования капель, пленок, их срывы и траектории движения в каналах сопловых и рабочих решеток, характеристики воздействия капель на металл в настоящее время изучены недостаточно. [c.459] Все эти обстоятельства чрезвычайно затрудняют постановку исследований и создание методов расчета процесса эрозии. Этим объясняется, что даже общепринятой методики проведения экспериментов не существует. Имеющиеся методы оценки эрозионной надежности рабочих лопаток являются не столько количественными, сколько качественными. [c.460] Тогда более наглядными параметрами эрозии являются инкубационный период Отд, скорость максимальной эрозии, период максимальной эрозии и скорость установившейся эрозии Vy. Инкубационный период Отд уменьшается с увеличением диаметра капель и скорости соударения и в первом приближении от каждого из них зависит степенным образом. К сожалению, экспериментальных данных для описания процесса эрозии турбинных лопаточных материалов недостаточно. [c.460] Вернуться к основной статье