Диссертация (781919), страница 35
Текст из файла (страница 35)
На основе результатов моделирования длядвухъярусного ЦНД предложена конструкция диффузорного патрубка с установкой диффузорас отрицательной перекрышей и с разделением внутреннего пространства специальными вставками на выхлопные отсеки верхнего и нижнего ярусов проточной части турбины, откуда отработавший пар независимо поступает в отсеки конденсатора [302]. Такой патрубок позволяетобеспечить коэффициент полных потерь энергии на уровне ζп = 0,99, что на 40 % ниже по сравнению с бездиффузорным вариантом (ζп = 1,68).Конструкция двухъярусного ЦНД с новым выхлопным патрубком представлена на рисунке3.66 а. Произведенное сравнение основных габаритных размеров ЦНД современных мощныхтурбомашин и двухъярусного цилиндра показало, что переход к двухъярусной проточной частине ведет к увеличению высоты и ширины патрубка, а увеличение пропускной способности патрубка достигается за счет расширения патрубка верхнего яруса, который располагается в пределах длины нижнего яруса проточной части, что обеспечивает осевые размеры ЦНД при увеличении его пропускной способности, а, соответственно, и мощности, аналогичные ЦНД традиционной конструкции (рисунок 3.66 а).Для выхлопного патрубка осерадиальной конструкции характерно развитое вихревое движение рабочей среды в корпусе, что влечет за собой уменьшение эффективной проходной площади (рисунок 3.66 б).
Для гашения вихревого течения и выравнивания поля скоростей в выходном сечении патрубка предложена установка в проточную часть ниже горизонтальногоразъема различно ориентированных противовихревых решеток, влияние которых на характертечения пара в корпусе патрубка было исследовано с применением методов математическогомоделирования. Наилучшие результаты продемонстрировала конструкция, состоящая из пластинчатой решетки, расположенной в зоне выхода потока из диффузора, и квадратной решетки,расположенной со стороны входа пара в патрубок за внешним обводом диффузора. В результате за решеткой сохранились только небольшие области вихревого течения (рисунок 3.67), а коэффициент полных потерь снизился до ζп = 0,984.225а) продольный разрез двухъярусного ЦНД с выхлопнымпатрубкомб) поле скоростей в плоскости горизонтального разъемаРисунок 3.66 – Конструкция выхлопного патрубка и поле скоростей в сечении горизонтальногоразъемаа) поле скоростей на выходе из противовихревых решетокб) линии тока в корпусе выхлопного патрубкаРисунок 3.67 – Результаты моделирования течения в патрубке с вихревыми решеткамиЗадача любых вихрогасителей сводится к выравниваю поля скоростей в потоке с цельюприближения значений локальных скоростей к среднерасходным.
Установка различных элементов по ходу движения потока всегда сопровождается ростом потерь энергии. Однако приустранении неравномерности распределения аэродинамических параметров суммарный эффектможет оказаться положительным. Причем чем выше исходная неравномерность, тем выше эффект от установки правильно подобного вихрегасителя. В то же время при малых исходных не-226равномерностях возможен случай, когда весь выигрыш от установки решетки «съедается» сопротивлением, которое вносит эта решетка.
В итоге установка решетки может снизить эффективность всего устройства. Таким образом, при использовании подобных устройств в трубопроводах, патрубках, клапанах, задвижках и других узлах необходима тщательная экспериментальная проверка таких решений.Экспериментальное исследование влияния противовихревых решеток различной конструкции (рисунок 3.68) на потери энергии производилось для наиболее эффективного патрубка сдиффузором, установленным с отрицательной перекрышей. Рациональная конструкция решетки была определена в результате комплекса численных исследований.а) решетка основнаяб) решетка дополнительнаяРисунок 3.68 – Модели противовихревых решетокЗависимости коэффициента полных потерь ζп от безразмерной скорости λ на входе в патрубок представлена на рисунке 3.69.При расположении обвода диффузора относительно входного сечения с отрицательной перекрышей при равномерном профиле скорости во входном сечении патрубка установка решеток привела к уменьшению потерь энергии на 15-20 %.
Однако при неравномерном входномпрофиле скоростей на входе в патрубок установка решеток привела к добавочному снижениюпотерь на 7-10 %.Полученные опытные данные оказываются вполне закономерными и тесно связанными смеханизмом возникновения вихревых шнуров в корпусе патрубков. При фиксированной геометрии канала формирование в нем парных шнуров зависит в первую очередь от уровня скоростей в области движения потока по криволинейным траекториям.
Возникающий при такомдвижении поперечный градиент давления, определяющий интенсивность вторичных течений,пропорционален квадрату скорости; и чем больше скорость в области поворота, тем интенсивнее вторичные течения. Соответственно, чем выше диффузорный эффект в патрубках, тем227меньшую интенсивность имеют возникающие в корпусе патрубка вихревые шнуры. Таким образом, эффективность противовихревых решеток прямо зависит от степени торможения потокав осерадиальном диффузоре. В патрубке с более высокими потерями энергии установка противовихревых решеток дает более сильное снижение потерь энергии, чем в патрубках с низкимипотерями (высоким коэффициентом восстановления энергии).1,1ζп10,90,80,70,20,250,30,35λ0,40,450,5Равномерное поле скоростейНеравномерное поле скоростейУстановлены противовихревые решетки, неравномерное поле скоростейРисунок 3.69 – Влияние противовихревых решеток на эффективность патрубка нижнего яруса сдиффузором с отрицательной перекрышейРезультаты эксперимента наглядно подтверждают эффективность разработанной конструкции выхлопного патрубка нижнего яруса двухъярусного ЦНД, для которой коэффициент полных потерь на всех режимах работы находится в диапазоне 0.75-0.83.
Однако полностью оценить влияние противовихревых решеток на структуру потока в патрубке позволит поле скоростей на выходе из патрубка.На рисунке 3.70 представлено выходное сечение масштабной модели выхлопного патрубка.На рисунке 3.71 приведены результаты траверсирования исходного варианта выхлопногопатрубка без противовихревых решеток при различных перепадах давлений εi на модель патрубка. Ввиду отсутствия входной закрутки потока траверсирование во всех случаях проводилось для одной из половин патрубка.228Рисунок 3.70 – Выходное сечение выхлопного патрубка нижнего яруса двухъярусного ЦНДx170160150140130120110100908070605040302010мм00000,070,840,720,640,50,460,790,750,831,000,770,650,74100,010,090,080,080,450,520,420,280,190,260,360,220,210,280,220,250,34200,040,110,090,070,320,620,140,080,030,040,030,080,060,020,040,040,15300,360,180,070,050,220,340,08−−−−−−−−−0,05400,390,300,160,040,150,05−−−−−−−−−−0,08500,350,430,210,02−−−−−−−−−−−−0,09600,150,110,090,04−−−−−−−−−−−−0,08700,090,110,0700−−−−−−−−−−−0,04800,090,110,0700−−−−−−−−−−−0,05900,090,110,0700−−−−−−−−−−−0,051000,320,360,2900−−−−−−−−−−−0,081100,2700,390,180,040,060,050,10,050,040,090,080,150,090,080,040,17120yРисунок 3.71 – Распределение относительных динамических напоров в выходном сечении патрубка без противовихревых решетокВ качестве нормирующего множителя использовался максимальный динамический напорΔpimax, т.е.
значения в матрицах напоров рассчитывалось по формуле (3.1).∆отнатматм,(3.1)где pi – значение полного давление в конкретной точке измерения, Па;pатм – значение атмосферного давления, Па;pimax – значение максимального полного давления в выходном сечении выхлопного патрубка, Па.Знаком «–» в матрице напоров обозначены области обратного течения потока, т.е. областигде Δpiотн < 0 (pi < pатм).229Приведенные относительные напоры в модели патрубка без противовихревых решеток (рисунок 3.71) свидетельствуют о том, что основная доля потока движется вдоль задней стенкивыхлопного патрубка. На всех режимах в центре имеется обширная область обратных токов,занимающая почти 45-50 % выходного сечения патрубка.
Наличие столь большой области неравномерности выходного поля и вихревого движения потока ведет как к снижению интенсивности теплообмена в конденсаторе паровой турбины, так и к увеличению возможности забросавлаги из конденсатора к последней ступени, что интенсифицирует ее эрозионный износ.При установке в патрубок противовихревых решеток картина течения в значительной меременяется (рисунки 3.72).
Матрицы полных напоров в выходном сечении модели патрубка длякаждого из режимов свидетельствуют о резком сокращении до 30-35 % области, занятой обратными токами.x170160150140130120110100908070605040302010мм00000,071,000,790,500,460,190,750,680,850,640,650,740,681000000,450,520,620,490,510,520,890,820,710,680,550,520,66200,040,110,090,070,320,620,480,390,450,420,320,500,460,420,440,450,51300,360,180,070,050,220,340,440,280,350,240,080,060,180,330,220,180,41400,390,300,160,040,150,250,230,250,290,130,04−−−−−−500,390,430,210,020,10,150,190,180,120,040,05−−−−−−600,150,110,090,040,040,080,140,220,08−−−−−−−−700,090,110,120,140,150,340,080,08−−−−−−−−−800,090,110,10,230,240,140,04−−−−−−−−−−900,090,110,110,180,220,08−−−−−−−−−−−1000,320,360,290,250,240,05−−−−−−−−−0,040,081100,270,250,390,180,040,80,060,100,050,040,090,080,150,090,080,040,17120yРисунок 3.72– Распределение относительных динамических напоров в выходном сечении патрубка с противовихревыми решеткамиТаким образом, экспериментально подтверждены результаты математического моделирования.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
