Эрозия лопаток в турбинах влажного пара

ГЛАВА СЕДЬМАЯ ЭРОЗИЯ ЛОПАТОК в ТУРБИНАХ ВЛАЖНОГО ПАРА [c.140]

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]

В турбинах с промежуточными перегревами пара конечная влажность может быть небольшой. В таком случае с точки зрения образования мелких капель и эрозии лопаток выгодно весь перепад в области влажного пара отнести на последнюю ступень. Тогда капли, образующиеся только в последнем направляющем аппарате в зоне большого градиента энтальпий, будут очень мелкими, не опасными в отношении эрозии лопаток. [c.132]

Пленочное или пористое охлаждение лопаток компрессора. Влажность отрицательно сказывается на работе компрессорной ступени, вызывая понижение к.п.д. и эрозию лопаток. Кроме того, в ступенях компрессора возникают дополнительные потерн вследствие увеличения работы сжатия из-за неравномерности испарения, ударного тормозящего воздействия капель воды на газ и затрат энергии на дробление и ускорение капель. Все эти потери в паровых турбинах, работающих на влажном паре, уже рассматривались Ц4]. Показано, что каждый процент влаги, присутствующий в паре, снижает к.п.д. ступени турбины примерно на 1%. При этом в зоне оптимальных (0,3—0,6) отношений окружной и осевой скоростей основную долю потерь составляют потери на разгон капель и их дробление. С целью повышения к.п.д. и умень-щения эрозии лопаток в ступенях паровых турбин применяются различные влагоулавливающие устройства, снижающие содержание капелек влаги в паре. Основываясь на этих данных, можно [c.51]

Из практики известны случаи разрыва труб пароперегревателей из-за утонения стенок в местах повышенного окалинообразования, а также случаи эрозионного износа лопаток турбин в связи с уносом частиц окалины паром. По данным Уральского отделения ВТИ [1.1, 1.2] эрозионный износ лопаток обнаруживался через 5—6 тыс. ч после пуска смонтированного блока. Кромки лопаток регулирующих ступеней турбин мощностью 160, 200 и 300 МВт изнашивались на глубину 3—4 мм, а у бандажа —на 1—2 мм. Выходные кромки были истончены до 0,1— 0,2 мм (исходная толщина 0,8 мм). Внешний вид поврежденных лопаток показан на рис. 2.3 и 2.4. На всех обследованных турбинах характер повреждений лопаток первых ступеней был одинаковым, но не похожим на эрозионный износ последних ступеней конденсационных турбин, находящихся в среде влажного пара. Эрозия лопаток первых ступеней наблюдалась только у турбин, работающих в блоке с котлами, у которых поверхности, омываемые перегретым паром, были подвержены внутреннему окалинообразованию. В перегретом паре прн этом обнаруживались твердые частицы окалины размером от 10 до 300 мкм. [c.54]

Помимо описанного выше выделения из воды растворенных в ней примесей в виде шлама и накипных отложений, вторым существенным для нарушения нормальной работы парового котла фактором является взаимодействие растворенных в воде веществ с омываемым ею металлом, в результате чего происходит разрушение металла, которое при известных размерах приводит к авариям и выходу из строя отдельных элементов котла. Такие разрушения металла окружающей средой называют коррозией. Коррозия всегда начинается с поверхности металла и постепенно распространяется вглубь. Не следует смешивать с коррозией механическое поверхностное разрушение металла, называемое эрозией, например разрушение лопаток турбин влажным паром, истирание наружной поверхности труб золой и др. [c.81]

На фиг. 185 показаны лопатки переменного профиля последних ступеней турбин ЛМЗ 3 ООО об/мин. На этой фигуре даны размеры лопаток и их сечения у ножек и в верхних частях. Лопатки связаны в пакеты только проволочными бандажами. Отказ от ленточного бандажа позволил упростить конструкцию лопаток и уменьшить напряжения в них. Так как лопатки этих ступеней работают в области влажного пара, то для предохранения входных кромок от разъедания (эрозии) к последним припаяны стеллитовые пластинки. [c.228]

Из табл. 10-1 следует, что при применении пара высокого давления влажность его в турбине в конце процесса расширения становится значительней даже при очень высокой начальной температуре. Между тем работа турбин на влажном паре недопустима, так как она вызывает увеличение потерь и износ (эрозию) турбинных лопаток в результате механического воздействия на них взвешенных в паре частиц влаги. [c.121]

Книга рассчитана на широкий круг читателей. Она может служить пособием для студентов старших курсов соответствующих энергетических специальностей, поскольку в ней дано подробное систематическое описание явления эрозии. Книга будет полезна для работников конструкторских бюро и заводов, поскольку в ней дана сводка результатов опубликованных в последние годы работ по методике защиты лопаток от эрозий и приведены обширные сведения о сравнительной эрозионной стойкости различных металлов, применяемых не только в турбостроении. Наконец, книга может оказаться полезной как для лиц, занимающихся исследованиями турбин, работающих на влажном паре, так и для лиц, исследующих разрушения деталей под действием движущейся жидкости (эрозию) в других машинах. Для этой группы читателей книга будет представлять [c.4]

Потери от влажности пара. У конденсационных турбин несколько последних ступеней обычно работают влажным паром, содержащим капельки воды, которые под действием центробежной силы отбрасываются к периферии. Капельки воды, поступающие с паром на рабочие лопатки, ударяются о входные кромки и спинки лопаток, создавая тормозящее действие вращению дисков, на преодоление которого затрачивается некоторое количество механической работы турбины. Кроме того, капельки воды вызывают преждевременный износ лопаток в результате эрозии (механического разрушения поверхности). [c.51]

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]

Работа последних ступеней на влажном паре при очень больших окружных скоростях выдвигает в число важнейших также проблему эрозии рабочих лопаток. От решения этой проблемы зависят не только предельно допустимые размеры последней ступени и, следовательно, число цилиндров и предельная мощность турбины, но даже выбор частоты вращения. Большую роль также играет долговечность ЦНД к%к наиболее дорогой части турбины. [c.44]

Сепарация влаги и промперегрев. Для низкой температуры пара, поступающего из парогенератора, применяются влажнопаровые турбины (ВПТ), в которых ЧВД полностью или в значительной части работает на влажном паре. При этом в конце расширения до глубокого вакуума пар имел бы степень влажности более 20%, но ее стремятся ограничить 12—15% с целью уменьшения эрозии лопаток и потерь энергии. Для этого влага отводится непосредственно в ступенях турбины (внутренняя сепарация) и во внешних сепараторах (С), устанавливаемых между цилиндрами. Во внешних сепараторах степень влажности пара может быть уменьшена до 1% - Такой сепаратор обычно объединяют с промежуточным перегревателем (СПП), когда он требуется. В перегревателе пар высушивается и перегревается, благодаря чему снижается его степень влажности в последних ступенях ЧНД. [c.112]

Методики расчета течения влажного пара в турбинных ступенях достаточно освещены в литературе [2, 13, 24]. Здесь рассмотрим лишь наиболее важные вопросы, имеющие прямое отношение к эрозии лопаток. [c.230]

Стенки проточной части компрессора выполняют весьма важную роль эффективного устройства дополнительного дробления капелек воды в потоке сжимающегося газа, хотя это связано с потерей энергии и эрозией лопаток. Кроме того, капельки воды в проточной части хорошо перемешиваются с газом вследствие различных направлений векторов скорости капелек и газа. Все эти процессы способствуют улучшению теплообмена капель с окружающим газом и их испарению. Однако в результате действия центробежных сил некоторая часть крупных капель все же может попадать на корпус компрессора и образовывать на нем жидкую пленку, которая будет частично испаряться и стекать вниз. Для удаления воды из ступеней корпус компрессора в нижней части должен иметь дренажи. Как показали экспериментальные исследования [18], при работе мощных паровых турбин с высокими окружными скоростями рабочих колес (300—350 м/с) коэффициент влагоудаления из влажного пара под действием центробежных сил в последних ступенях турбин оказывается очень низким 2— 3% — за рабочими лопатками и 0,5—1% — за направляющим аппаратом. Такие же значения коэффициента влагоудаления, по-видимому, будут и в первых ступенях осевого (или центробеж- [c.47]

Большое внимание уделено вопросам движения влажного пара в проточной части ступеней турбин, характеристикам турбинных решеток и ступеней на влажном паре (гл. 11 —13). Здесь рассмотрено влияние влажности на основные характеристики решеток, на к. п. д., реакцию и коэффициенты расхода турбинных ступеней с различными геометрическими и газодинамическими параметрами. Сюда примыкают материалы о сепарации влаги из проточных частей и эрозии лопаток. [c.7]

Работа турбин в конце процесса расширения на влажном паре недопустима, так как она вызывает увеличение потерь и износ (эрозию) турбинных лопаток в результате механического воздействия на них взвешенных в паре частиц влаги. Повышение начальной температуры пара, как в этом можно легко убедиться, воспользовавшись диаграммой s — i, приводит к существенному сокращению влажности пара в конце процесса расширения его в турбине. [c.146]

Лопатки турбин работают в очень тяжелых условиях. Они подвергаются сильному воздействию центробежной силы, изгибающему и пульсирующему воздействию рабочей среды, вызы-вающ-ему вибрации лопаток, в которых легко могут быть возбуждены резонансные колебания. Все это происходит в первых ступенях турбины при высоких температурах рабочей среды, воздействующей на лопатки как химически, так и механически в последних ступенях имеет место разъедание (эрозия) входных кромок лопаток частицами воды, содержащейся во влажном паре. [c.63]

Разрушение поверхностных слоев металла частицами влаги, называемое эрозией, возникает при более или менее продолжительной работе турбины на влажном паре. В результате эрозии поверхность лопаток и других элементов разрушается, становится неровной (выступы, раковины). Эрозионные повреждения резко ухудшают газодинамические характеристики турбины, что, естественно, снижает ее экономичность. При значительных эрозионных разрушениях нарушаются вибрационные и прочностные характеристики лопаток, что может привести к их поломкам. [c.58]

Повреждение рабочих лопаток не всегда сопровождается их поломкой. Последние ступени мощных турбин, работающие на влажном паре, подвергаются интенсивной эрозии. Прежде всего разрушаются вершины рабочих и сопловых лопаток, где велики содержание влаги в потоке пара и его скорость. Как правило, рабочие лопатки подвергаются эрозии со стороны входной кромки, а сопловые — со стороны выходной. Лопатки, поврежденные эрозией, легко обнаруживают при очередном ремонте и заменяют. [c.185]

Облака над вершинами гор с правой стороны рис. В-1 напоминают о том, что при охлаждении влажного воздуха (в данном случае за счет адиабатического расширения) водяной пар способен к изменению фазы. В этих условиях происходит его конденсация на мельчайших частичках пыли или других ядрах, неизбежно присутствующих в атмосфере, и образуются капельки или кристаллы. Процесс конденсации протекает настолько быстро по сравнению с движением воздуха, что скорость ветра не представляет большого интереса для метеорологов. Однако в других условиях знание скорости перемещения среды приобретает важное значение для расчета роста капель. К примеру, при проектировании турбины, работающей на парах металла, необходимо знать размеры капель, образующихся в ступени низкого давления. Такие сведения требуются как для расчета термодинамических характеристик, так и для оценки опасности эрозии турбинных лопаток. Поскольку конденсация есть процесс переноса массы, ее скорость входит в круг объектов нашего исследования. [c.16]

При адиабатном расширении перегретого пара в цилиндре машины или турбины до противодавления пар обычрго в конечном состоянии становится влажным. Конечное паросодержание влажного насыщенного пара тем меньше, чем выше началь юе давление (начальная точка процесса сдвигается влево на диаграммах pv, Ts и is). Паросодержание Xj не должно быть ниже 0,87. .. 0,88 во избежание эрозии лопаток паровых турбин. Поэтому при переходе к болёе высокому начальному давлению р необходимо одновременно повышать и начальную температуру перегрева, так как при этом увеличивается х , [c.249]

При работе ступени турбины на влажном паре конденсат образует на поверхности лопаток соплового аппарата волнистую пленку, которая с малой скоростью стекает с задних кромок сопловых лопаток в виде капель и струек, разбрызгиваемых на капли в осевом зазоре между сопловым аппаратом и рабочим колесом. Многократные удары этих капель о поверхность лопаток рабочего колеса и являются причиной своеобразных разрушений, которые принято называть эрозией. Наиболее подвержены эрозии передние кромки лопаток рабочих колес ступеней низкого давления. Удар капли о поверхность рабочей лопатки тем сильнее, чем больше окружная скорость и, угол входа в колесо pi и масса капли. Увеличение скорости пара i, его плотности и величины осевого зазора между сопловым аппаратом и рабочим колесом дает обратный эффект, так как приводит к уменьшению скорости соударения капли с лопаткой и, следовательно, к уменьшению эрозии. Эрозия лопаток в паровых турбинах определяется комплексным влиянием указанных факторов. Попытка количественной оценки эрозионной стойкости турбинных лопаток была предпринята в 30-х годах Л. И. Дехтяревым. В свете современных воззрений и новых фактов теория Л. И. Дехтя-рева требует дальнейшего развития и уточнения. [c.85]

Книга посвящена вопросам возникновения, движения и воздействия жидкой фазы на характеристики проточных частей турбин, работающих на двухфазных средах, а частности на влажном водяном паре. Приводятся результаты детальных исследований движения пленок, структуры двухфазной среды и характеристик турбинных решеток, характеристики и методы расчета проточных частей ступеней, рассчитанных на дозвуковые и большие сверхзвуковые скорости. Большое внималие уделяется проблемам внутритурбинной сепарации влаги н эрозии лопаток. В заключение даются примерь( конструктивного выполнения влажнопаровых турбнн. [c.2]

Эффективность влагоудаления за сопловым аппаратом существенно зависит от осевого расстояния между сопловой и рабочей решетками (рис. 8-7). Увеличение зазора 2i также снижает эрозию лопаток. По этой причине многие зарубежные фирмы выполняют увеличенные осевые зазоры в ступенях, работающих в области влажного пара. Так, наири-мер, фирма AEI (Англия) заиатен-товала рекомендации по выбору осевого зазора между сопловыми и рабочими лопатками в зависимости от их длины. Согласно этим рекомендациям для ступеней с высотой лоиат-ки более 685 мм зазор выбирается не менее 100 мм, а в турбинах на [c.165]

Лопатки последних ступеней конденсационных турбин работают в области влажного пара. Наличие влаги в паре прийодит к поверхностному разрущению — эрозии лопаток. НаИболь-щему разрущению подвергается верхняя часть входной кромки лопатки. Для предохранения лопаток от эрозии применяются различные способы лопатки изготовляются из твердого материала производится их поверхностная закалка поверхность лопаток покрывается износоустойчивым материалом с помощью электроискрового аппарата верхняя часть входных кромок лопаток защищается специальными накладками из особо твердого сплава, например стеллита. [c.190]

В связи с большой влажностью пара в последних ступенях копденсационных турбин часто имеет место эрозия лопаток — постепенное разрушение металла под влиянием ударов капель влаги, находящихся в паре. Защита лопаток от вредного влияния влаги частично осуществляется с помощью специальных каналов для улавливания и удаления влаги. Однако, устройства для отвода влаги из пара, как показали опыты, не в состоянии отвести более 20--ь-25% общего количества влаги, имеющейся в паре. Поэтому лопатки последних ступеней, работающие в области влажного пара, для защиты от эрозии выполняют из бо- [c.309]

И К. п. д. установки из-за дополнительных необратимых потерь влажного пара на лопатках. Под воздействием капельной влаги пара происходит эрозия лопаток. Поэтому в установках с высокими начальными параметрами пара применяют промежуточный перегрев пара, что снижает влажность пара в процессе расширения и ведет к повышению к. п.д. установки. Рассмотрим схему установки с промежуточным перегревом пара. (рис. 11.9) и цикл этой установки в Т — 5-диаграмме (рис. 11.10). Из парового котла пар поступает в основной пароперегреватель 2 и далее в турбину высокого давления 4, после расширения в которой пар отводится в дополнительный пароперегреватель 3, где вторично перегревается при давлении р р до температуры Ts. Перегретый пар поступает в турбину низкого давления 5, расширяется в ней до конечного давления р2 и направляется в конденсатор 7. Влажность пара после турбины при наличии дополнительного перегрева его значительно меньше, чем без дополнительного перегрева хд>Х2. Применение промежуточного перегрева пара повышает к. п.д. реальных установок примерно на 4%. Этот выигрыш получают как за счет повышения относительного к. п.д. турбины низкого давления, так и за счет некоторого повышения суммарной работы изо-энтропного расширения на участках цикла 1—7 и 8—9 (см. рис. 11.10) по отношению к изоэнтропной работе расширения на участке 1—2 в силу того, что разность энтальпий процесса 8—9 больше разности энтальпий процесса 7—2, так как изобары в к — 5-диаграммах несколько расходятся слева направо (см. рис. 8.11). [c.172]

Известно, что даже в случае применения промежуточного перегрева влажность пара в последних ступе-. нях может доходить до 5—8%. В сочетании с высокими окружными скоростями лопаток последних ступеней, которые у современных турбин достигают Идер = = 565 Mj eK, этого вполне достаточно, чтобы вызвать эрозионное разрушение лучших материалов, идущих на изготовление лопаток, если не принять специальных мер защиты лопаток от эрозии [Л. 20, 107 и 108]. Особенно важное значение защитные мероприятия могут иметь для турбин атомных и геотермических электростанций. В этих турбинах иногда не только последние ступени, но и ступени высокого давления работают на влажном паре. [c.66]

При поступлении в турбину сухого или маловлажного свежего пара степень влажности в конце ЧВД может достигнуть большой величины (12% и выше). Движения влаги в ЧВД и ЧНД существенно между собой различаются из-за разных плотностей и скоростей пара, окружных скоростей, профилей лопаток и меридиональных обводов. Поэтому находят применение и различные конструктивные устройства для уменьшения эрозии. Во всей турбине, где течет влажный пар, предусматривается периферийное влагоулавливание за рабочими колесами, хотя в ЧВД оно менее эффективно, чем в ЧНД. При большой концентрации влаги у периферии предусматривается ее отвод за НА. Очень эффективен отсос пара с большой концентрацией в нем влаги у периферии за РК в камеры отбора пара и затем — в систему РППВ. В активных ступенях могут применяться небольшие раскрытия лопаток за счет устранения части бандажа у входных кромок РЛ для повышенного сброса влаги в камеры. [c.115]

Работа компрессорных стуненей с влажным газом принципиально отличается от работы паротурбинных ступеней с влажным паром. В паротурбинной ступени в пограничном слое у поверхности лопаток происходит интенсивная конденсация пара, что приводит к налипанию капель и образованию пленки жидкости на поверхности лопаток и в конечном счете к увеличению потерь энергии на дробление и ускорение капель [15]. В компрессорной же ступени из-за перегрева пограничного слоя у поверхности лопаток капли эффективно испаряются, что уменьшает вероятность их налипания и образования пленки жидкости на поверхности лопаток и, следовательно, потери энергии на ускорение и дробление капель, а также снижает износ лопаток вследствие эрозии. Так как удельный объем влажного водяного пара на выходе паровой турбины приблизительно в 35 раз больше удельного объема влажного газа на входе компрессора, то при одном и том же весовом расходе рабочего тела длина первых ступеней осевого компрессора значительно меньше длины лопаток последних ступеней паровой турбины. [c.43]

В последнее десятилетие ввиду интенсивного развития многих существующих отраслей техники и возникновения новых, рабочие процессы в которых сопровождаются образованием иарожлдкостных систем и систсхм с твердыми включениями, наблюдается повышенный интерес к проблемам двухфазных сред. Особенно остро vГ poблeмы влажного пара стали, прр вляться в атомной энергетике, развитие которой во многих странах, в том числе и в СССР, идет в настоящее время на базе водо-водяных и кипящих реакторов. Процессы расширения пара в турбинах такого типа электростанций, как правило, начинаются с линии насыщения и при отсутствии промежуточного перегрева целиком лежат в двухфазной области состояний. Высокая конечная влажность пара приводит к необходимости использования выносных сепараторов, развитой системы сепарации внутри проточной части турбины и специальных мер защиты проточной части от эрозии. Рост единичных мощностей турбин, увеличение длин рабочих лопаток и их окружных скоростей приводит к дополнительным трудностям при ре- [c.3]

До настоящего времени накоплено мало экспериментального материала по исследованию неподвижных и вращающихся решеток на влажном паре. Отсутствуют надежные данные, характеризующие структуру потока двухфазной среды, механизм образования потерь энергии, а также изменение основных аэродинамических характеристик решеток в достаточно широком диапазоне режимных и геометрических параметров. Особый недостаток ощущается в опытных и теоретическях исследованиях дисперсности и скоростей жидкой фазы в решетках турбинных ступеней. Для расчета экономичности проточных частей турбин, эрозии лопаток и сепарации влаги необходимо знать траектории движения капель, их взаимодействие с неподвижными и вращающимися лопаткамц, долю влаги, остающуюся на поверхностях в виде пленок, характер двил ения этих пленок под воздействием парового потока, центробежных и кориолисовых сил. Естественно, что отсутствие пе речис-лениых данных не позволяет решать задачи выбора оптимальных профилей сопловых и рабочих решеток, работающих на влажном паре. Следовательно, накопление опытных материалов, полученных методами дифференцированного изучения физических особенностей процесса, представляет большой теоретический и практический интерес. [c.50]

В действительном процессе работы пара в турбине конечная влажность пара не должна превышать примерно 12% такое ограничение обусловливается эрозией последних лопаток каплями влаги, выделяюц имися из общего парового потока, а также снижением КПД последних ступеней, работающих на влажном паре. Это снижение КПД на каждый дополнительный процент влажности пара составляет 0,5—17о- Имея это в виду, нужно считать не все точки кривых = / (Po)t реально достижимыми. [c.38]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...