Влияние влажности пара на характеристики турбоагрегатов

С развитием АЭС с водоохлаждаемыми реакторами, в парогенераторах которых вырабатывается насыщенный пар, приобрел особое значение вопрос о влиянии влажности на характеристики паротурбинных установок.

Для турбин на насыщенном паре большая часть ступеней работает на влажном паре. Влага может присутствовать в потоке пара в виде тумана, капель или пленок, движущихся по поверхностям подвижных и неподвижных элементов проточной части и срывающихся в виде струй и капель.

Термодинамическим параметром такого двухфазного потока является степень сухости пара х.

Влажность пара снижает внутренний относительный КПД турбины и вызывает эрозионный износ проточной части.

Влияние влажности на КПД. Влияние влажности на КПД обусловлено неизбежными затратами энергии на разгон и отбрасывание капель влаги, на трение потока пара о капли и пленки влаги, а также увеличением концевых потерь и тормозящим воздействием ударов капель, срывающихся пленок и т.д.

Влияние влажности пара на надежность турбоагрегата. Влияние влажности пара на надежность турбоагрегата обусловлено интенсификацией процессов коррозии и эрозии. В процессе расширения насыщенного пара в турбине его влажность непрерывно увеличивается и достигает значений, недопустимых по условиям эрозионного износа проточной части. В потоке пара образуются капли влаги разных размеров, обладающих различными траекториями и скоростями. На входной кромке профиля лопаток повреждения возникают в виде мелких вмятин и постепенно к середине профиля переходят в нерегулярные шероховатости.

В такой же последовательности происходит развитие эрозии: образование мелких оспин появление шероховатости, выламывание отдельных зазубрин и образование крупных оспин с рваными кромками, выкрашивание все более крупных частиц металла.

Выкрашивания на поверхности разрушаемого эрозией металла определенным образом ориентированы по отношению к направлению движения капель размером до нескольких десятков микрометров.

Причины эрозии:

- остронаправленные импульсные воздействия капель;

- накопление деформаций;

- импульсные всплески давления при конденсации пузырьков пара на поверхности;

- возникновение и захлопывание кавитационных пузырьков на поверхностях и шероховатостях поверхностей лопаток.

Все эти явления дополняют друг друга и все более развиваются по мере увеличения неравномерности геометрических характеристик поверхности. То есть начавшийся процесс эрозии стимулирует его дальнейшее развитие.

Возникает целый комплекс взаимодействия механических, тепловых, химических и электрических явлений. Например, пик давления, возникающий при разрыве парового пузырька на поверхности, в течение долей миллисекунды вызывает резкий скачок температуры, вследствие чего возникают электростатические процессы, которые оказывают влияние на протекание химической реакции на поверхности лопатки.

Полное устранение или частичное снижение нежелательных последствий влияния влаги в проточной части турбоагрегата возможно активными и пассивными методами.

Среди пассивных методов (не изменяющих содержание влаги в проточной части) наиболее распространено упрочнение поверхностей лопаток, подверженных эрозии, с применением различных способов: местная закалка кромок, хромирование, электроискровая обработка и др. Совершенно обязательно упрочнение поверхностного слоя лопаток для последних ступеней. Для этих целей используется бескобальтовый стеллит.

Эффективность защитных мероприятий в решающей степени зависит от качества их выполнения, причем при плохом выполнении эрозия идет в еще большей мере, чем в отсутствие защитных мероприятий.

К числу активных методов защиты от эрозии относятся:

- разные способы отсоса влаги из проточной части вместе с отборами пара на регенеративный подогрев;

- внутриканальная сепарация - разные способы отсоса влаги с поверхностей направляющих лопаток;

- сбор влаги, отбрасываемой центробежными силами в щелях и каналах;

- использование выносных сепараторов;

- применение промежуточного перегрева.

Таким образом, эффективность промежуточной сепарации и перегрева пара, как и других способов снижения влажности пара в проточной части, определяется, прежде всего, повышением надежности (уменьшением эрозионного износа) и экономичности (увеличением КПД турбоагрегата).

При расширении пара в турбине предельно допустимая влажность достигается достаточно быстро, и для современных турбин применение промежуточной сепарации является обязательным. Наряду с сепарацией обязательным является также промежуточный перегрев пара, так как он позволяет сократить число ступеней сепарации и повысить КПД цикла.

Дата добавления: 2015-07-11