Общая физическая картина движения капельной влаги, попадающей на выходные кромки рабочих лопаток последней ступени ЧНД и основные потоки капель, вызывающие эрозию выходных кромок, приведены в гл. I. Там же рассмотрены примеры расположения износа выходных кромок (см. рис. 1.22, 1.23), резко отличающегося по виду от эрозионного износа выпуклой поверхности входной кромки. Такой вид износа выходных кромок определяется характером встречи выпуклой поверхности выходной кромки с медленно летящими крупными каплями.
Для определения поведения капель после схода со стороны диска последнего РК, обращенной к выходному патрубку, были рассчитаны траектории движения капель радиусами 5—75 мкм в пространстве выходного патрубка турбины К-50-90-2. При расчете траекторий согласно опытам В. М. Боровкова, установившего существование в прикорневой зоне за последней ступенью на длине от корня 0,65Д7 обратного парового потока, было принято c2z= w2z = —100 м/с. Расчет был выполнен для трех вариантов направления абсолютной скорости пара в прикорневой зоне, для которых треугольники скоростей входа пара на выходные кромки были построены на основе экспериментов Ю. И. Шальмана. Угол закрутки обратного потока за колесом а2 при осевой составляющей — 100 м/с выбран 0; 30; 45°. Начальная скорость схода капельной влаги с обода диска, равная 130 м/с, была принята из расчета скоростей и траекторий капель по диску, выполненного по формулам (III. 11) (см. рис. 1.19). При определении разгона капель в выходном патрубке давление соответствовало опытному и равнялось 7 кПа.
Нормальная составляющая взаимодействия капель с поверхностью лопатки определялась по уравнению
Для различных сечений по радиусу ступени нормальные по (VI.4) и осевые составляющие скорости капель по (VI.5) сведены в табл. VI.2. Расчет проводился для третьего варианта парового треугольника скоростей (при а2 = 45°), т. к. он дал лучшее совпадение результатов расчета скоростей по (VI.5) и по уравнениям движения для крупнодисперсной части спектра сброшенных капель.
Таблица VI.2
Скорости и перемещения капель, взаимодействующих с выходной кромкой рабочих лопаток последней ступени ЧНД
Проверку величины скорости w'z можно также провести по формуле, полученной из условия равенства времени прохождения пути капли по осям и и z
(VI.6)
Расчеты по (VI.5) и (VI.6) дают близкие величины для капель радиусом более 40 мкм. Однако и для более мелких капель, кроме капель радиусом 5 мкм, получаются величины скоростей по расчету траекторий и по (VI.5), (VI.6) одного порядка, что доказывает правильность заложенных в расчет предпосылок.
Приведенные в табл. VI.2 величины нормальных составляющих удара капель для выходных кромок лежат ниже пороговых. На обследованных нами турбинах ЛМЗ типа К-50 с лопаткой последней ступени длиной 665 мм не было обнаружено эрозии выходных кромок в прикорневой зоне. Только на одном роторе турбины К-100-90-2, длительное время находившемся в эксплуатации, была отмечена бороздчатая эрозия выходной кромки лопатки, выступавшей на 1,5—2 мм за плоскость, ометаемую выходными кромками. Зоны эрозии были расположены между скрепляющими проволоками. Ширина зоны эрозии равнялась 2,5— 3 мм. На соседних лопатках эрозии выходных кромок не было.
