Сошедшая с впереди стоящего колеса влага поступает в каналы НА следующей ступени. Ее можно разбить на две части: проходящую через каналы без соприкосновения с поверхностями каналов и соприкасающуюся с лопатками НА и его обводами. Эксперименты и расчеты по уравнениям движения влаги в сопловых каналах показывают, что в основном траектории движения капель зависят от формы каналов НА, густоты решетки, условий входа влаги в НА, ее дисперсности, режима работы решетки.
В качестве примера расчета движения влаги в канале НА было выполнено определение траекторий капель радиусами от 0,5 до 40 мкм в сечении А—А (см. рис. 1.9) направляющего аппарата модели последней ступени ЧНД мощной турбины. Начальные условия по скоростям и траекториям движения капель были взяты из расчета рис. II 1.4, а.
Результаты расчета показывают, что через канал, не взаимодействуя с поверхностями лопаток могут пройти капли радиусом от 30—20 мкм до более мелких. Однако, если мелкие капли радиусом менее 2—3 мкм в узкой части канала сильно разворачиваются потоком, то капли радиусом 20—30 мкм проходят через канал, почти не искривляя своей траектории. На основе найденных траекторий можно приближенно оценить количество и место попадания капель на профильные поверхности лопаток НА в любом выбранном сечении. Сравнение мест воздействия капель на лопатки НА (рис. III.4, а, 1.9) с результатами расчетов дают хорошее подтверждение правильности заложенных в расчет положений. На рис. II 1.4, д более толстой линией на контуре профиля обозначены места, вычищенные каплями на поверхности лопатки. На выпуклой стороне профиля поверхность на глубину 16 мм по оси вычищена в основном каплями радиусом более 40—50 мкм, а также более мелкими каплями. Вогнутая поверхность лопатки вычищена каплями радиусом более 10 мкм. Если по измерениям известен спектр капель на входе в канал, то приведенным выше методом можно более точно оценить места попадания капель на лопатки НА. Однако при ударе о лопатки влага частично отражается в поток, поэтому количественная оценка осевшей на лопатки влаги будет приближенной.
После удара крупнодисперсной влаги о выпуклую входную часть кромки лопатки НА под большим отрицательным углом атаки значительная доля ударившейся влаги движется вдоль выпуклой поверхности лопатки, срывается с нее и движется искривленным по ходу пара потоком поперек канала НА. По опытам автора и инж. С. В. Радика, на пародинамическом стенде ЛПИ при скорости подхода к лопатке капель радиусом 100—150 мкм со скоростью около 100 м/с для режима работы решетки рх/р0 = 0,72, у0 = 3,5%, Mc1t = 0,74 размер отраженных капель в потоке поперек канала превосходил подлетающие капли и достигал 200— 250 мкм.
На выпуклой стороне входной кромки сопловой лопатки на пародинамическом стенде и экспериментальной паровой турбине ЛПИ было отмечено движение струек влаги по поверхности лопатки. На экспериментальной турбине [23] через смотровую трубу с диаметром торцовых застекленных окон 80 мм, сконструированную в ЛПИ им. М. И. Калинина, производилось фотографирование течения влаги по входной части лопатки НА при различных режимах работы турбины. Съемка производилась на диафрагме последней ступени при работающей подготовительной ступени первого ротора, причем торец оптической трубы, располагавшийся по высоте ступени на уровне периферийного сечения подготовительной ступени, отстоял по оси кромок сопловых лопаток на расстояние 50—70 мм, что позволяло фотографировать поток с подсветкой в плотном тумане.
На рис. III.5 1 показан характер течения струек. Струйки при всех режимах формировались на передней смоченной кромке. Затем двигались в глубь канала по поверхности лопатки. На режиме работы ступени у0 = 8,9%, MeU = 1 ,4, рх = 10 кПа (и1 = 395 м/с; и1ном= 417 м/с) при ударе крупных капель о входную кромку лопатки происходило сильное дробление и отражение влаги. Длина струек 3 (рис. III.5, а) равнялась 2—3 мм. Поверхность 2 была покрыта тонкой динамической парокапельной пленкой. На фрагменте а видны язычки схода влаги 4 с выходной кромки лопатки 1. При режиме работы подготовляющей ступени с п = 6000 об/мин (ипер = 278 м/с; у0 = 4,5%; Мc1t = 1,1; рх = 10 кПа длина струек 3, рис. III.5, б) возросла до 25—35 мм.
Рис. III.5. Движение струек влаги по выпуклой поверхности сопловой лопатки последней ступени модельной турбины ЛПИ:
1 — выходная кромка сопловой лопатки; 2 — выпуклая поверхность; 3 — струйки влаги; 4 — язычки влаги за кромкой
При дальнейшем снижении влажности перед исследуемой диафрагмой до 3,5% и оборотов до 3300 об/мин (uпеp = 153 м/с; Mс1i = 0,95; р1 = 10 кПа) картина течения струек 3 изменилась, в поле кадра их стало больше (рис. III.5, в) при большей длине. По визуальной оценке скорость струек была невелика. Некоторые струйки имели пульсирующий характер движения. В местах срыва конец струйки иногда останавливался на месте, затем наблюдалось колебательное движение до места срыва с выпуклой части профиля.
О струйном характере течения влаги по выпуклой поверхности направляющей лопатки можно судить по картине отложений на модельных и натурных лопатках (рис. III.6). На выпуклой стороне сопловой модельной лопатки при исследованиях безударного течения влажного пара через решетку телесных профилей в косом срезе канала (рис. III.6, а) наблюдались отдельные струйки бегущей влаги шириной 0,2—0,5мм. Расстояние между струйками составляло 0,8—1,5 мм. Движение и срыв струек по результатам покадровой обработки фильмов скоростей киносъемки были пульсирующими с частотой 250—400 Гц. Скорость движения струйки в местах формирования вторичных шнуров 2 на выпуклой поверхности равнялась 12—15 м/с. По обводу профильной части выпуклой поверхности протяженность струек была различной. В области косого среза (зоны 3, 4) все струйки исчезали, оставляя в виде отложений следы характерных отрывных зон. Отложения на диафрагмах натурных турбин повторяют общую картину отложений по выпуклой поверхности модельной лопатки. У периферийного обвода в углах между лопаткой и обводом замечены струи влаги, сходящие в осевой зазор. Течение струек неустойчивое, пульсирующее, со срывами влаги. В опытах [65] при наблюдении за сходом влаги через перископ было отмечено скопление влаги в области вторичных течений у периферии ступени. Направление течения струек отклонялось в сторону центра диафрагмы.
По высоте лопатки наблюдались струйные намывы 1. Вблизи выходной кромки в районе косого среза наблюдались характерные отрывные зоны 3. Все перечисленные зоны имелись на обследованной диафрагме последней ступени турбины К-100-90-6 ЛМЗ, находившейся в эксплуатации более 50 000 ч.
Рис. III.6. Следы отложений: а — на модельной; б — натурных сопловых лопатках:
1 — струйные намывы; 2 — отложения в зонах вторичных течений; 3 — отрывные зоны; 4 — зоны сплошных отложений; 5 — зоны малых отложений
На вогнутой поверхности направляющих лопаток, покрытой динамической тонкой пленкой влаги с капельным слоем над пленкой, наблюдалась более сложная картина течения влаги, вызванная, во-первых, волновым движением пленки, во-вторых, срывами с пленки влаги, в-третьих, разбрыгиванием пленки под действием падающих капель. Волновое движение пленки изменяет аэродинамическое качество профиля и при определенных условиях течения делает пленку неустойчивой. В результате сложного механизма взаимодействия влажнопарового потока с волновой пленкой часть влаги срывается с ее поверхности и уносится в канал НА. При срыве влаги с пленки образуется поток довольно крупных капель, поэтому изучение пленочного режима течения представляет с эрозионной точки зрения определенный интерес.
