Тема №7 Особенности рабочего процесса многоступенчатых влажнопаровых турбин

7.1. Особенности теплового процесса в области влажного пара.

a. Процесс расширения пара в i-s диаграмме протекает в областиниже пограничной кривой x=1

x- степень сухости пара, x=1-y, где - влажность пара

m_в – масса фазы водяной

m_г- масса фазы газовой

б. В зависимости от скорости расширения пара, удаления от пограничной кривой процесс расширения отклоняется от равновесного.

Равновесный процесс (идеальный процесс) – это процесс при котором состояние пара изменяется квазистатически, при равенстве скоростей и температур жидкой и газообразной фаз, может быть описан приближенно уравнением изоэнтропы:

Pv^k= const

Квазистатическое изменение – такое изменение состояния системы, при котором в каждый отдельный момент времени она рассматривается как равновесная ( т.е. параметры системы не меняются)

в. Процесс расширения пара после перехода линии насыщения до определенного давления происходит практически без конденсации. Пар становится переохлажденным, а его состояние хоть и неравновесным, но достаточно устойчивым по отношению к малым возмущениям ( метастабильное состояние).

Например, образование капелек воды в потоке может вывести систему из равновесия лишь в том случае, если их диаметр больше определенной величины

d > d_кр

г. Область метастабильных состояний пара на i-s диаграмме расположена между линией насыщения

x=1 и “линиями Вильсона.“

Линия Вильсона – геометрическое место точек начала конденсации переохдажденного влажного пара. Положение “линий Вильсона” на i-s диаграмме зависит от скорости падения энтальпии:

или от скорости падения давления:

рис.1 Показатель изоэнтропы влажного пара в зависимости от температуры

рис.2

“Линии Вильсона” на i-s диаграмме

7.2. Расширение влажного пара. Скачки конденсации.

рис.3

Рассмотрим более детально процесс расширения влажного пара на термодинамических диаграммах.

Пусть пар изоэнтропно расширяется от p_o в точке А до p₁ в точке В.При этом точка А находится в об-

ласти перегретого пара, а точка В - в области насыщения ( ниже кривой x=1).

При быстром переходе пограничной кривой ( точка С) пар не успевает сконденсироваться и расширяется практически с полным переохлаждением (процесс СВ).

В конце процесса расширения в точке В температура T₁ меньше температуры T_s насыщения при

данном давлении p₁ в точке Д. Величина ∆ T=T_s – T₁– степень переохлаждения.

Температуре T₁ соответствует давление насыщенного пара p_s в точке Е.

Величина отношения - степень перенасыщения

рис. 4

Процессы с полным переохлаждением и равновесный изображены за линией насыщения на диаг-

рамме p-v.

СВ - процесс переохлаждения, СВ^{’ –}равновесный процесс.

Удельный оббьем влажного пара при равновесном процессе больше, чем удельный обьем переохлаж-

денного пара.

Причина: при переохлаждении не выделяется скрытая теплота конденсации и температура пара ока-

Зывается ниже (рис.5).

При неполном переохлаждении пара влага выпадает лишь частично и линия процесса будет находится между кривыми СВ’ и СВ. Процессы СВ и СВ^’в p-v диаграмме дают представления о различии в располагаемой работе при расширении равновесном и с переохлаждением.

Площадь СВВ^’соответствует уменьшению располагаемой работы вследствие переохлаждения.

- располагаемая работа при расширении с переохлаждением ( площадь 1-С-В-2 ).

- располагаемая работа при равновесном расширении (площадь 1-С-В^’-2 ).

h^’_о> h_o следовательно - потери на переохлаждение.

= 2.5 + 5% при = 0.4 – 0.7

При увеличении температуры в области влажного пара происходит увеличение степени переохлаждения ∆ T=T_s – T₁

σ – критический диаметр капли, при котором возможен устойчивый зародыш конденсации.

T_s – температура насыщения, σ – коэффициент поверхностного натяжения

r – скрытая теплота фазового перехода, - плотность жидкости,

- степень переохлаждения.

При возрастании ∆ T критический диаметр уменьшается следовательно увеличивается скорость образования центров конденсации – возникает скачок конденсации.

7.3. Течение влажного пара в турбинных решетках. Влияние влаги на структуру потока и потери направляющих и рабочих лопатках.

Течение влажного пара в турбинных решетках имеет следующие особенности:

- расширение влажного пара происходит с запаздыванием конденсации, т.e. с переохлаждением ∆ T

которое может быть различным по потоку и по высоте решетки.

- на входе в решетку пар может включать капли влаги разного размера, которые имеют различные

по величине и направлению скорости.

- внутри канала могут образовываться новые капли, может происходить испарение капель, их разру-

шение, переход в водяную пленку.

-траектории капель в общем случае отклоняются от линии тока основного потока в канале.

- на поверхности профиля и на торцевых стенках каналов образуется водяная пленка, которая в зави-

симости от места и режима обтекания решетки имеет разную толщину и форму поверхности.

-с поверхности пленки срываются жидкие частицы, при ударе капель о пленку часть жидкости может

выбрасываться в поток.

-в канале происходит тепломассообмен, а так же трение между фазами.

При течении влажного пара в решетках возрастают потери. Это обусловлено:

-увеличением потерь на трение в водяной пленке и парокапельном пограничном слое;

-потерями энергии парового потока на разгон частиц 10 – 25 % от скорости потока;

- увеличением кромочного следа, дроблением пленки при сходе с кромки и дополнительным при этом

завихрении потока;

-изменением турбулентности потока в канале на стенках профиля;

- переохлаждением пара и потерями в “ скачках конденсации”;

- интенсификацией вторичного течения с участием жидкой фазы.

7.4. Способы уменьшения влаги в проточной части турбины.

Влагоудаление, применяемое в турбинных установках подразделяется на:

- внутреннее

- внешнее

7.4.1. Внутреннее влагоудаление

В его основу кладутся следующие принципы:

-удаление соприкасающейся с рабочими лопатками влаги, отбрасываемой к периферии под действием

инерционных сил, возникающих при вращении рабочего колеса;

-удаление отклоняющихся к периферии ступени капель, взвешенных во вращающемся потоке;

- отвод пленки со стенок корпуса и поверхностей направляющего аппарата;

-отсос влаги через влагоулавливающие устройства в местах повышенной ее (влаги) концентрации.

При проектировании систем влагоудаления турбин часто используется сочетание перечисленных методов.

а) Влагоудаление за направляющим аппаратом.

Влагоотводящий канал должен иметь такую конструкцию, чтобы обеспечивать достаточно свободный вход влаги и препятствовать ее обратному выпадению в поток. С этой целью ширина S₁ должна быть достаточно большой, а камера должна иметь влагозадерживающие выступы.

б) Внутриканальная сепарация.

Принцип – отвод влаги, текущей вблизи поверхности канала, через специальные щели на поверхности направляющих лопаток, образующих канал.

в) Влагоудаление за рабочим колесом.

Осуществляется за счет сепарационного действия вращающихся рабочих лопаток.

г) Внешнее влагоудаление.

Связано с отводом из турбины всего потока пара в специальные сепараторы и последующим его

возвращением в турбину.

Сепараторы делятся на:

а) местоположению:

выносные

встроенные

б) типу:

пленочные

циклонные

жалюзийные

⇐ Предыдущая 1 2 34