Существующие системы влагоудаления из проточной части низкого давления как конденсационных, так и теплофикационных турбин базируются в настоящее время на ряде традиционных принципов. В частности, используются специальные конструктивные элементы для улавливания отсепарированной ступенью влаги и камеры ее сбора. Влага из указанных камер направляется в область с пониженным давлением (в сборную камеру последующей ступени, камеру отбора пара, конденсатор и т.п.) через влагоотводящие каналы. Обычно проходные сечения таких каналов выбираются исходя из оценки количества отводимой влаги в номинальном конденсационном режиме. Такой подход, если учесть все вышеприведенные данные, не может быть признан правомерным для теплофикационных турбин. Это обусловлено прежде всего тем, что степень влажности пара и количество процессной влаги в ступенях низкого давления теплофикационных турбин оказываются мало зависящими от расхода пара в ЦНД, который определяет перепады давления в ступенях, а значит, и пропускную способность влагоотводящих каналов.
Для оценки эффективности работы существующих систем влагоудаления рассмотрим результаты расчетных исследований переменных режимов работы ЦНД теплофикационной турбины. В первом приближении можно считать, что количество влаги, которое необходимо отвести из данного сечения проточной части ЦНД, пропорционально количеству процессной влаги.
Рис. 13.10. Относительное количество процессной влаги за направляющими (а) и рабочими (б) лопатками ступеней ЦНД в реальных режимах:
----------- конденсационные режимы; --------------- -теплофикационные режимы; QT = 0,6; рн = 0,75 МПа
Если исходить из этого, то получаем, что в реальных режимах с включенными теплофикационными отборами относительный расход процессной влаги в ступенях ЦНД (а значит, и отводимой через систему влагоудаления) оказывается (при идентичных
) выше, чем в конденсационных режимах (рис. 13.10). Это свидетельствует о том, что влагоотводящие каналы по расходу воды в теплофикационных режимах работают в более напряженных условиях, чем в конденсационных.
Количество воды, которое может быть отведено через канал заданного сечения, пропорционально
, где Δρ - разность давлений на входе и выходе этого канала. В этой связи необходимо отметить, что величины Δρ на отдельных элементах проточной части ЦНД определяются (при неизменном давлении в конденсаторе рк) практически только расходом пара в ЦНД (рис. 13.11), независимо от того, в теплофикационном или конденсационном режиме работает турбина. Таким образом, величина возможного количества отводимой влаги через существующий канал зависит практически только от расхода пара в ЦНД. В то же время, количество образующейся влаги в теплофикационных режимах не связано однозначно с расходом пара через ЦНД. При достаточно малых расходах пара перепады давления на ступенях (рис. 13.11) становятся нулевыми и даже отрицательными.
Рис. 13.11. Относительный перепад давлений пара на ступенях ЦНД (а) и их рабочих лопатках (б) в периферийной области (рк = 0,06 МПа )
Очевидно, в этих условиях отвод влаги невозможен даже теоретически. Вместе с тем, в указанных условиях процессная влага в ЦНД присутствует.
Выполненные исследования свидетельствуют о том, что существующие системы влагоудаления из ЦНД теплофикационных турбин не могут быть признанными эффективными во всем возможном диапазоне реальных режимов работы турбоустановок. Прежде всего следует отметить необходимость организации отвода влаги не только из последней, но и из промежуточных (в том числе регулирующей) ступени ЦНД теплофикационных турбин. В общем случае при выборе сечений каналов необходимо учитывать влияние степени открытия РД и режимных факторов на степень влажности пара, массовое количество влаги (в том числе долю крупно дисперсной и пленочной), структуру течения и распределения параметров пара в проточной части. Кроме того, следует иметь ввиду возможность снижения пропускной способности каналов в результате вскипания отводимой влаги, находящейся в состоянии насыщения перед каналом, при поступлении ее в область пониженного давления. Оценочные расчеты показали, например, что при возникновении критического течения вскипающей воды пропускная способность влагоотводящего канала в области давлений 5...30 кПа снижается в несколько раз. Это может привести на ряде режимов к частичному возврату крупнодисперсной влаги в проточную часть и повысить, тем самым, интенсивность эрозионных повреждений лопаток.
Наиболее простым решением, исключающим указанное явление, является, очевидно, значительное увеличение площади проходных сечений влагоотводящих каналов. Однако, при этом будет иметь место и существенное снижение экономичности ЦНД за счет повышенных протечек рабочей среды. Другой путь, на наш взгляд более эффективный, выполнение каналов специальной конфигурации, предотвращающее вероятность вскипания воды внутри него [49]. Выходное сечение таких каналов образовано ограничивающим элементом, имеющим, например отверстие или щель с острой кромкой, и проходным сечением, выбранным из условия пропуска необходимого количества отводимой влаги. Площадь любого промежуточного сечения канала должна в несколько раз превышать площадь выходного сечения, а сам канал не должен иметь сужений. При таком решении скорости течения жидкости внутри каналов невелики, что исключает сколько-нибудь значительное снижение давления. Вместе с тем, в условиях отвода малого количества влаги протечки пара оказываются ограниченными и не превышают величин для каналов традиционного исполнения.
В настоящее время широко применяется внутриканальная сепарация влаги соплового аппарата последних ступеней, являющаяся эффективным средством снижения интенсивности эрозионных процессов. Как отмечалось выше, в теплофикационных турбинах без промежуточного перегрева пара уже в первой (регулирующей) ступени ЧНД степень влажности пара может достигать значительных величин. Кроме того, создаются условия для интенсивного осаждения влаги на стенках сопловых каналов.
В этой связи представляется целесообразным организация внутриканального влагоудаления также и в этой ступени.
Еще одним из весьма эффективных технических решений является организация глубокой сепарации влаги из пара перед поступлением его в ЧНД. Это можно осуществить за счет применения сепарирующего устройства [50], размещенного в поворотной части пароперепускных труб, соединяющих цилиндры среднего и низкого давления. Рабочими элементами такого сепаратора служат специально спрофилированные полые лопатки, обеспечивающие эффективный сбор и отвод влаги из пара, поступающего в ЧНД.
