Диссертация (1025751), страница 3
Текст из файла (страница 3)
а: 250МВт; б: 350 МВт13Рисунок 1.5.Распределение диаметров крупных капель по количеству за последней ступеньютурбины мощностью 350 МВт. а: периферийное сечение (830 мм); б: среднеесечение (550 мм); в: область в районе корня лопатки (50 мм)14Похожие результаты были получены в работе [138]. Авторы исследовалихарактер распределения крупной влаги перед и за последними ступенями двухпаровых турбин; некоторые результаты проведенных замеров представлены наРисунке 1.6. Здесь величина : =,(1.1)где – локальный массовый расход крупных капель в точке; - суммарныймассовый расход жидкой фазы.Рисунок 1.6.Распределение доли крупной влаги перед и за ступенью по отношению ксуммарному расходу дискретной фазы по высотеПолученные данные позволяют говорить о том, что практически по всейвысоте ступени доля крупной влаги находится в диапазоне 2-4%, и только напериферии (перед последней ступенью) наблюдается существенный ростмассовой составляющей крупнодисперсных частиц, который достигает 50%. Приэтом увеличение доли крупных капель в корневой области за последней ступеньюавторы считают ошибкой экспериментальной методики и объясняют погрешностьнизким расходом пара в этой области (имеет место вихревое течение вприкорневой области) .15Повышенная концентрация крупных капель в паровом потоке вблизипериферии ступени объясняется характером ее движения и возникновения впроточной части паровой турбины.
Как показано в [77] первичное образованиемелкодисперсного тумана в результате неравновесной конденсации парапроисходит либо в ядре потока в сопловом канале, либо в области кромочногоследа. Дальнейшая конденсация происходит преимущественно на образованныхкаплях. Передвижение жидкой фазы в межлопаточный канал рабочей решеткиприводит к тому, что на стенках профилей начинает формироваться водянаяпленка в силу воздействия на нее центробежных сил, начинает смещаться ближе кпериферии, и, срываясь, формирует крупнодисперсные частицы.
В работах [88,138] этот вопрос довольно подробно рассмотрен на натурных турбинах. Важнымрезультатом этих исследований оказалась картина траекторий крупнодисперснойвлаги в цилиндрах низкого давления паровых турбин. (см. Рисунок 1.7).Рисунок 1.7.Траектории капель в последней ступени паровой турбины [138]16Представленные данные описывают движение крупных капель среднегоразмера.
Однако необходимо учитывать полидисперсный характер распределениядиаметров дискретной среды, что является крайне затруднительным дляэкспериментальныхисследований.Развитиевычислительныхметодоввпоследние годы позволило производить расчеты как двухмерных цилиндрическихразверток ступеней, так и сквозное компьютерное моделирование влажнопаровыхпотоков в ЦНД паровых турбин [131, 139, 95, 130, 72]. На основе численногомоделирования были получены определенные представления о характередвижения крупных капель в межлопаточных зазорах последних ступеней. НаРисунке 1.8 представлены траектории крупнодисперсной влаги различныхразмеров.
Меридиональный угол движения более крупных капель (например, 200мкм) выше, чем для частиц, обладающих малыми размерами (например, 50 мкм),что вызвано воздействием центробежных сил. Подобное поведение крупной влагипридвижениивпоследнейступениявляетсяследствиемсложногополидисперсного состава жидкой фазы (см. Рисунок 1.5).Рисунок 1.8.Траектории крупных капель различных размеров в межлопаточном каналепоследней ступени [132]Необходимо отметить, что в приведенных работах исследование движениякрупных капель численным методом несет оценочный характер, так как17современные математические модели не могут в полной мере отражать процессыформирования крупных частиц в проточной части.Краткое описание характера распределения крупнодисперсной влаги впроточной части паровой турбины, проведенное в данном разделе, подтверждаетнеобходимость в подробном исследовании периферийных сечений сопловых ирабочих лопаток в условиях лабораторных испытаний, для выявления основныхособенностей движения крупных капель.
При этом важно поддерживатьрежимные параметры рабочей среды, близкие к реальным: числа Махаварьируются в диапазоне 0,5 – 2; числа Рейнольдса 2·105 – 106; степень влажности0 – 15%; размеры капель 0,1 мкм – 500 мкм. Автор данной работы считает, чтоактивные исследования движения крупных капель в потоке помогут вдальнейшем создавать эффективные методы борьбы с эрозионными процессами впроточных частях турбин.1.2.Краткийобзорэкспериментальныхметодовопределенияхарактеристик жидкой фазыЗавремяактивногоисследованиявлажнопаровыхпотоков,былоразработано большое количество методик экспериментального измеренияхарактеристик жидкой фазы.
Для построения картины движения дискретныхчастицвпотокенаибольшийинтереспредставляютсобойскоростныехарактеристики капель (скорость и направление движения), а также их размеры.Представленные в настоящем разделе методы исследования использовались длявыявления особенностей течения двухфазных потоков, которые будут описаны вразделе 1.3. Их основной особенностью является то, что они определяютпараметры жидкой фазы в узкой пространственной области, что позволяетговорить о характеристиках капель в точке.1.2.1. Определение размеров капельПо принципу действия методы измерения параметров жидкой фазы можноразделить на 3 группы: механические, оптические и электрические.
Наиболеепростымисчитаютсямеханическиеметоды,принципработыкоторыхзаключается в улавливании самих капель или отпечатков. В первом случае18происходит консервация частиц жидкой фазы в слое масла, после чегораспределение диаметров определяется в оптическом поле микроскопа. Методотпечатков с использованием, например, сажевого покрытия также применяетсядля измерений среднего размера капель. Этот метод требует отбора проб напробное стекло, покрытое слоем сажи. Внедрение капель в слой сажи, какизвестно, приводит к появлению отпечатка, размер которого связан с размеромкапли Механические методы измерения размеров капель позволяют достаточноточно изучать дисперсный состав жидкой фазы во влажнопаровом потоке.
Однакоданные методики применимы только до определенного значения скоростейтечения. При величинах чисел Маха M1t > 0,7 происходит сдувание слоя маслаили сажи с поверхности площадки щупа, что не позволяет применять эти методыв подобных условиях. Кроме того, необходимость в непосредственном введениизонда отпечатков в поток, приводит к аэродинамическому воздействию натечениеосновнойфазы,чтонеобходимоучитыватьприобработкеэкспериментальных данных.Наибольшее распространение при исследовании характеристик жидкойфазы получили оптические методы. На данный момент они являются наиболееперспективными, так как их газодинамическое воздействие на поток минимально,а развитие цифрового оптического оборудования позволяет адаптировать их кразличным условиям. На кафедре ПГТ в МЭИ широкое распространениеполучили следующие оптические методы измерения дисперсного состава капель:1.Метод асимметрии индикатрисы рассеивания.
Применяется дляизмерения частиц жидкости, размеры которых лежат в диапазоне: 1,2·10 -8 м 0,8·10-6 м.2.Метод малых углов. Применяется для измерения частиц жидкости,размеры которых лежат в диапазоне: 5·10-6 м - 10-4 м.3.Метод полной индикатрисы. Применяется для измерения частицжидкости, размеры которых лежат в диапазоне: 10-6 м - 10-5 м.Эти методы основаны на эффекте рассеивания и ослабления света,проходящего через мутную среду. При падении светового луча на отдельную19частицу или элементарный объем среды с взвешенными в нем частицами, каждаячастица становится вторичным источником света, посылая рассеянный свет повсем направлениям пространства.
Кривая, характеризующая распределение светапо всем направлениям, называется индикатрисой рассеяния света (см. Рисунок1.9). Степень асимметрии индикатрисы может служить для определения размеракапель.На Рисунке 1.10 представлена схема оптического зонда, применяемого дляреализации метода асимметрии индикатрисы рассеивания (для определениямодальных размеров мелкодисперсных капель). Подобная конструкция быларазработана в МЭИ Куршаковым А. В., Никольским А. И. [31].Рисунок 1.9.Индикатрисы рассеяния для капель воды различных размеров20Рисунок 1.10.Схема оптического зонда для измерения мелких частиц методом асимметриииндикатрисы рассеиванияЛазерЛГ-56даетпучоксветасдлиннойволны0,6328мкм.Фотометрирование интенсивности излучения рассеянного света под углом 20 оосуществляется фотоэлектронным умножителем.Для определения дисперсного состава крупных капель используется методмалых углов, разработанный Шифриным К.С.
и Голиковым В. И. [30].Принципиальная схема оптического зонда, разработанного Куршаковым А. В.,отображена на Рисунке 1.11. Световой поток (показан стрелкой) от источникасвета (лазера) попадает в просвечиваемый объем. Рассеянный в этом объеме светпопадает на зеркало (1). Индикатриса рассеяния регистрируется с помощьюсветовода (3), который направляет его на фотоумножитель. Преимущество зондасостоит в том, что он обеспечивает достоверную информацию о крупныхчастицах при работе в широком диапазоне давлений [31].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
