После укрупнения в потоке очень мелких и мелких капель, движение которых характеризуется свободномолекулярным и переходным течением, т. е. довольно большими числами К, часть капель оседает на поверхности рабочих лопаток. За счет воздействия инерционных сил распределение влаги по высоте ступени имеет характерную Г-образную форму (см. рис. 1.12) с повышенной концентрацией у периферийного сечения рабочей лопатки. Увеличение концентрации влаги к периферии ступени, по измерениям С. М. Базарова, на экспериментальной турбине ХТГЗ сопровождалось увеличением модального и максимального размера капель к периферийному концу рабочих лопаток с повторением Г-образной формы кривой изменения радиусов капель. Например, для одного из режимов с модельной проточной частью турбины Т-100-90 ХТГЗ модальный радиус капель был измерен по высоте за ступенью 7,8, 15 мкм в сечениях соответственно 0,49; 0,93; 1,02.
Под действием аэродинамических сил потока в зазоре между впередистоящим рабочим колесом и следующей диафрагмой сброшенная с рабочих лопаток капельно-пленочная влага, имеющая начальные скорости и направления движения, обусловленные местом схода с выходных кромок рабочих лопаток, движется по определенным траекториям. Расчет траекторий движения влаги можно произвести с помощью уравнений (III. 11) или (III. 13). Для экспериментальной турбины с масштабным выполнением потока проточной части ЦНД с помощью уравнений (III. 13) автором совместно с А. Л. Шубенко были вычислены траектории движения капель в межступенном зазоре (рис. III.4). Для сравнения траектории в натурной (сплошная линия) и модельной
Рис. III.4. Расчет траекторий движения капель влаги (а—г) в осевом зазоре между предпоследней и последней ступенью ЧНД турбины К-300-240-1 ЛМ3:
--------- натура, — модель.
Для а—г: 1—5 мкм; 2—10 мкм; 3 — 20 мкм; 4 — 40 мкм.
Движение крупнодисперсной влаги (д) на входе в сопловой канал и в сопловом канале модельной последней ступени (сечение А—А, см. рис. 1.9): 1 — 40 мкм; 2 — 20 мкм; 3—10 мкм; 4— 5 мкм; 5 — 3 мкм; 6—2 мкм; 7—1 мкм; 8 — 0,5 мкм
(пунктирная линия) ступенях нанесены в разных масштабах на одном рисунке. Как и следовало ожидать, траектория капель в модельной турбине в плоскости r, z поднимается более круто, а в плоскости и, z более сильно разворачивается по потоку [5]. В модельной турбине был принят масштаб 1 : 3 к натуре.
Расчеты показывают, что в сходственные точки модели и натуры на обводе проточной части на входе в ступень приходят разные по размеру капли, которые различным образом будут взаимодействовать с поверхностью обвода и с покрывающей его пленкой жидкости. Поэтому при изучении движения влаги в модельной и натурной проточной части следует учитывать это обстоятельство во время переноса на натуру опытных данных, связанных с траекториями движения влаги (расчет сепарации, расчет ступени на эрозию и т. д.).
Траектории движения капельной влаги в межступенном зазоре сильно зависят от угла схода капель с рабочих лопаток предыдущего колеса Θ и относительной скорости капель. Эти параметры зависят от режима работы ступени и могут меняться в широком диапазоне. Для трех сечений периферийного конца лопаток модельной предпоследней ступени ЧНД были рассчитаны траектории движения капель радиусом от 5 до 50 мкм. Капли радиусом более 40—50 мкм, сошедшие с периферийного конца лопатки почти все ударяются о внутреннюю поверхность периферийного обвода входной части обода диафрагмы и частично отражаются в поток пара, входящий в направляющий аппарат последней ступени. Воздействие влаги в виде эрозии периферийного обвода диафрагмы последней ступени ЧНД турбины К-100-90-5 ЛМЗ было показано на рис. 1.6. Во время обследования одной из турбин типа К-50-90-2 ЛМЗ в местах чугунного обвода входной части между точками fи g (см. рис. 1.3, а) была отмечена сильная кратерная эрозия обода, образовавшаяся при ударах сброшенной с предыдущей лопатки капельной влаги. Заметные следы воздействия от сброшенной влаги прослеживались в глубь периферийного обвода сопловых лопаток до точки h (см. рис. 1.3, а) на глубину по оси до 155 мм. При обследовании турбин типа К-50 ЛМЗ следы движения влаги, отраженной от внутреннего обвода входной части последней диафрагмы, прослеживались на выпуклой и вогнутой поверхностях сопловых лопаток почти без подъема в меридиональной плоскости.
Наряду с потоками капельной влаги, выходящими из кольцевого радиального зазора между рабочими лопатками и корпусом, отраженный поток влаги вызывает эрозию входных кромок лопаток (см. рис. 1.14, в). Причем следы эрозионного воздействия потока капель прослеживаются в нескольких ступенях по проточной части, особенно в тихоходных турбинах, где дробление влаги на рабочих лопатках менее интенсивное.
Большое значение для образования в турбинной ступени эрозионноопасных потоков влаги имеет осаждение капель на входную часть сопловых лопаток турбинной ступени. При взаимодействии мелкодисперсной влаги с входной кромкой сопловой лопатки наблюдается осаждение капель в виде пленки на профильной поверхности. Эксперименты по эффективности осаждения мелких капель, достаточно близко совпадающие с расчетами по (III. 12) для условий ЧНД влажнопаровых турбин, показывают, что в диапазоне скоростей пара 100—300 м/с за счет инерционного осаждения на обвод входной кромки садятся капли радиусом более 0,08—0,10 мкм. Коэффициент улавливания капель с увеличением их радиуса возрастает. После осаждения капель на профильных поверхностях входных кромок лопаток образуется тонкая пленка жидкости толщиной до 20—50 мкм [26]. На образование спектра капель, способного вызвать эрозию рабочих лопаток ступени, большое влияние оказывает взаимодействие крупных капель с пленкой влаги на поверхности входной части сопловых лопаток.
На изменение почти прямолинейного возрастания степени влажности по высоте ступени оказывает наличие в рабочем колесе бандажных связей в виде проволок, арочных Z-образных связей и др. Опытами МЭИ, ХТГЗ и ЦКТИ по измерению степени влажности за ступенью было подтверждено увеличение степени влажности за ступенью в местах установки бандажных связей. Изменение влажности на входе в следующую ступень зависит также от движения влаги по рабочим лопаткам впереди стоящей ступени.
Кроме перечисленных факторов, влияющих на образование неравномерности поля влажности на входе в ступень, следует еще указать на влияние потока влаги, сбрасываемого с поверхности диска РК впереди стоящей ступени. Этот поток влаги в зависимости от степени влажности и скорости пара на входе в ступень и дисперсности влаги может оказать заметное влияние на характер распределения влажности перед следующей ступенью.
При переходе турбины на режимы пониженных мощностей резко изменяются условия движения влаги на входе в ступень. Прикорневая отрывная зона, образующаяся на частичных нагрузках со сложным вихревым движением пара, также оказывает значительное влияние на распределение влаги в меридиональном сечении перед входом в ступень.
