Периодической поляризации

При совместной работе двух или более решеток добавляются потери, вызванные их взаимодействием, т. е. потери из-за высокой турбулентности, неравномерности поля скоростей и периодической нестационарности потока.

В лаборатории турбомашин МЭИ используются различные стенды влажного-водяного пара, ориентированные на изучение: 1) условий подобия и моделирования двухфазных течений в различных каналах и в элементах проточной части турбин АЭС; 2) механизмов скачковой и вихревой конденсации пара в соплах» каналах и решетках турбин при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях; 3) влияния периодической нестационарности и турбулентности на процессы образования дискретной фазы, взаимодействия фаз и интегральные характеристики потоков; 4) двухфазного пограничного слоя и пленок в безградиентных и градиентных течениях; 5) механизма и скорости распространения возмущений в двухфазной среде, а также критических режимов в различных каналах в стационарных и нестационарных потоках; 6) основных свойств и характеристик дозвуковых и сверхзвуковых течений в соплах, диффузорах, трубах, отверстиях и щелях; 7) влияния тепло- и массообмена на характеристики потоков в различных каналах; 8) течений влажного пара в решетках турбин с подробным изучением структуры потока и газодинамических характеристик; 9) структуры потока, потерь энергии и эрозионного процесса в турбинных ступенях, работающих на влажном паре; 10) рабочего процесса двухфазных струйных аппаратов (эжекторов I и инжекторов).

на входе в канал и за ним, а следовательно, и интенсивность турбулентности и периодической нестационарности.

Применяемые в настоящее время сопловые и рабочие решетки, созданные около 30 лет тому назад, не отвечают этим требованиям и должны быть заменены. При профилировании и оптимизации влажнопаровых решеток необходимо добиваться не только минимальных дополнительных потерь кинетической энергии для заданных углов входа и выхода потока, чисел Rei, M^ t/0, p, dK. Следует также учитывать структурные особенности потока и обеспечивать наиболее эффективные способы влагоудаления с целью снижения эрозионного износа как сопловых, так и рабочих лопаток ступени. Необходимо, кроме того, предусматривать способы подавления периодической нестационарности, возникающей в процессе спон-

Формы профилей и каналов решеток для слабо перегретого и насыщенного пара, коэффициенты профильных потерь, а также средние диаметры капель за выходным сечением приведены на рис. 4.13. Результаты опытов подтвердили целесообразность специального профилирования решеток рассматриваемого типа. Можно полагать, что и в условиях ступени, когда реализуется процесс взаимодействия решеток и возникают дополнительные потери от периодической нестационарности, уменьшение шага сопловых решеток (увеличение их числа) будет способствовать снижению потерь, вызываемых периодической нестационарностью.

Каналы влажнопаровых решеток для околозвуковых скоростей до минимального сечения имеют также протяженный входной участок с'относительно малыми продольными градиентами давлений (малой кривизной спинки и вогнутой поверхности); профили выполняются с уменьшенным радиусом входных кромок и увеличенной толщиной плоскосрезанных выходных кромок. Дозвуковые обводы профилей очерчены лемнискатными или параболическими кривыми. Сверхзвуковая часть межлопаточных каналов профилируется короткой и несимметричной. Степень расширения выбирается малой (/=1,05ч-1,1), обеспечивающей заданную скорость l
Подчеркнем, что при профилировании длинных лопаток по высоте необходимо выбирать закон закрутки так, чтобы влияние жидкой фазы было минимальным. Этому условию отвечают далеко не все применяемые на практике способы профилирования. До настоящего времени такая задача не только не решалась, но и не ставилась. Вместе с тем, учитывая результаты исследования плоских решеток (см. гл. 3 и 4), можно сформулировать некоторые соображения по этому важному вопросу. Несомненно целесообразна повышенная реакция в корневых сечениях ступени, так как реактивные решетки менее чувствительны к влаге. При выборе значительной корневой реакции можно избежать сверхзвуковых скоростей на выходе из сопловой решетки, требующих применения расширяющихся межлопаточных каналов (см. § 4.6). Следует также обеспечивать умеренное изменение реакции по длине лопаток, что достигается соответствующим наклоном или применением саблевидных сопловых лопаток МЭИ. Относительные шаги, углы установки, толщину и форму выходных кромок следует выбирать •оптимальными по результатам статических исследований решеток (см. гл. 3). При этом необходимо учитывать влияние перечисленных геометрических параметров на эффективность используемых в^ступени способов влагоудаления (сепарация, обогрев и наддув). Учитывается необходимость уменьшить отрицательное влияние периодической нестационарности, что достигается при соотношении чисел сопловых и рабочих лопаток Zi/z2
Хорошо известно, что неравномерность полей /скоростей, давлений и других параметров потока перегретого пара в проточной части служит источником возмущающих сил, способных вызвать вибрацию ее элементов. Возмущающие силы возникают и по другим причинам, обусловленным нестационарными эффектами в результате воздействия волнового механизма периодической нестационарности; под влиянием волновой системы, генерируемой в процессе срыва дискретных вихрей за толстыми выходными кромками; под воздействием' пульсаций параметров, обусловленных появлением отрывных областей в решетках или зазорах (на расчетных и

Появление дискретной фазы (при конденсации) и ее развитие в полидисперсную капельную структуру приводит к количественному изменению неравномерности полей скоростей и давлений, известной в потоках перегретого пара (шаговая неравномерность, вторичные и отрывные течения и др.)- Меняются количественные характеристики периодической нестационарности и других нестационарных процессов, перечисленных выше. Экспериментальные и расчетно-теоретические исследования показывают, что в двухфазных потоках наряду с известными возникают дополнительные источники опасных возмущающих сил (см. гл. 3). Влияние нестационарности должно учитываться под углом зрения не только надежности, но и экономичности ступени и всей проточной части многоступенчатой турбины.

Напомним основные физические причины возникновения периодической нестационарности в турбинной ступени. В промежуточной ступени система волн сжатия и разрежения возникает при обтекании входных и выходных кромок сопловых и рабочих лопаток, создающих зоны повышенного и пониженного давления, распространяющиеся против потока и по потоку (в межлопаточные каналы). В результате на входе и выходе из сопловой и рабочей решеток и в каналах создаются периодические изменения давления и температур, т. е. пульсации параметров потока, частота которых определяется частотой вращения рабочей решетки и соотношением числа сопловых и рабочих лопаток в ступени zjzz.

обоих явлений. Если явления стационарны, то к этому условию добавить больше нечего. Если же они нестационарны, то кроме геометрической сходственности необходимо обеспечить сходствен-ность моментов времени, так называемую гомохронность. При периодической нестационарности условие гомохронности превращается в хорошо понятное требование сопоставления таких промежутков времени, которые отвечают равным долям одного периода. В случаях апериодических явлений вопрос о способе исчисления гомохронных моментов решается каждый раз особо.

При стационарном режиме работы установки величина тока поляризации, требуемого для поддержания устойчивого пассивного состояния, постоянно меняется вследствие изменения эксплуатационных параметров коррозионной среды (температуры, химического состава, условий перемешивания, скорости движения раствора и др.). Поддерживать потенциал металлоконструкции в заданных границах можно путем постоянной или периодической поляризации. В случае периодической поляризации включение и выключение тока производят либо при достижении определенного значения потенциала, либо при его отклонении на определенную величину. В обоих случаях параметры анодной защиты определяют опытным способом в лабораторных условиях.

4.5. Поведение катода из стали 06ХН28МДТ при периодической поляризации в растворе гидроксиламинсульфата ..... 86

Таким образом, число и конструкция вспомогательных электродов — катодов определя-/ ется в каждом конкретном случае в соответствии с конструктивными особенностями технологических аппаратов, подлежащих анодной защите. Материал катода выбирают в зависимости от его коррозионно-электро-химического поведения в определенной среде. Так как пассивное состояние конструкции можно поддерживать непрерывной и периодической поляризацией, определяющей должна быть скорость коррозии при двух условиях: плотности тока на катоде, соответствующей поддержанию пассивного состояния защищаемого объекта, и в отсутствие защитного тока при периодической поляризации во время паузы. Эти условия были определяющими при исследовании и подборе материалов в качестве катодов для систем анодной защиты в аммонийно-аммиачных, сернокислотных и других средах.

Пассивное состояние поверхности аппарата можно поддерживать непрерывной или периодической поляризацией. При периодической поляризации в качестве катода можно исполь-

Стали 12Х18Н10Т, 06ХН28МДТ в 50%-ной аммиачной селитре также способны пассивироваться. В условиях применения их в качестве катода при периодической поляризации током плотностью 2 А/м2 они показывают высокую коррозионную УСТОЙЧИВОСТЬ (/Cl2X18H10T = 8 МГ/(М2-Ч), /СобХН28МДТ =

= 1 мг/(м2-ч). Таким образом, при применении регуляторов потенциала периодического действия коррозионно-устойчивыми и надежными в эксплуатации являются катоды из самопассивирующихся в данной среде материалов. Однако имеются ограничения для применения самопассивирующихся материалов в качестве катодов при периодической поляризации.

Цательных значений скорость коррозии увеличивается. Такая же зависимость наблюдается для этой стали в 50%-ной H2SO4 с добавлением 2 г/л сульфита натрия. На поверхности стали появляется рыхлая пленка темно-серого цвета. В чистой 50%-ной H2S04 подобные пленки на стали при катодной поляризации не образуются. В отличие от производственного раствора гидроксиламинсульфата, где наряду с сульфитами имеются другие пассивирующие элементы (гидроксиламин, сульфат аммония), в лабораторных растворах при периодической поляризации во время паузы после катодного импульса сталь не возвращается в область устойчивой пассивности, поэтому скорость коррозии ее отличается при разных режимах поляризации.

В пульпе сложных удобрений высокохромистые стали Х28Н4М2Т, 06ХН28МДТ, 15Х25Т самопассивируются. При периодической поляризации катодным током (tK = 2 А/м2, Тполяр = 3 с, Тпаузы = 3 мин) в момент паузы на исследуемых материалах образуются защитные оксидные пленки, на что указывает смещение потенциала в положительную область. Но процесс пассивирования высокохромистых сталей может привести к точечной коррозии, которая наблюдается в пульпе сложных удобрений в области потенциалов, ограниченной значениями фпо и фин. Поэтому в данном случае целесообразнее применять непрерывную поляризацию при условии катодной защиты материала. В табл. 4.1 представлены результаты коррозионных испытаний сталей при непрерывной поляризации катодным током. Плотность тока на катоде определялась по формуле

ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ В РАСТВОРЕ

возможно их участие в питтингообразовании совместно с SO2.-ионами. Так как потенциал катода из стали 06ХН28МДТ при периодической поляризации в растворе гидроксиламинсульфата может находиться как в области устойчивой пассивности, так и переходить в область активного растворения, в процессе активирования катодным током при потенциалах фп. п > ф > фп на поверхности катода образуются питтинги.

4.5.3. Анодная защита катода при периодической поляризации