Сниженным градиентом

Пароперегреватель установлен в конвективном газоходе близ выходного окна из топки и состоит из двух ступеней. Температура перегрева регулируется пароохладителем поверхностного типа, расположенным между ступенями. Такая компоновка пароперегревателя может обеспечить температуру перегретого пара только при сжигании высокореакционных топлив, значительная доля которых горит в надслоевом пространстве. При сниженных нагрузках трудно поддерживать температуру перегрева в расчетных пределах. Конвективный пучок состоит из труб 0 42x5 мм и расположен в опускной шахте, над воздухоподогревателем.

Со стороны амбразуры и кольце коробки имеются отверстия, размеры и число которых определяются принятой системой расчета. Обычно применяют диаметры от 4 до 8, реже 10 мм. В рассматриваемом случае сделано 216 расположенных в три ряда в шахматном порядке сопел диаметром 7 мм. В ходе эксплуатации внутренняя стенка кольца нагревается лучистым потоком тепла из топки, а также сгорающим непосредственно у выхода газом до 600° С и выше. Особенно часто это наблюдается при сниженных нагрузках. Между обогреваемой и внутренней сторонами кольца возникают разности температур в несколько сотен градусов, приводящие к образованию трещин по сварке или целому месту. Выходящий через трещины газ, загораясь, усиливает местный нагрев металла и стимулирует развитие повреждения.

Таким образом, при проектировании всех мощных ПТУ необходимо ставить как важнейшую задачу повышения их экономичности при сниженных нагрузках и улучшения их маневренных качеств. К последним относится также способность блока к быстрому набору нагрузки в соответствии с графиками утренней нагрузки. При имеющихся ограничениях в скорости набора нагрузки блоками приходится их нагружать с опережением по сравнению с требованиями потребителей за счет некоторой разгрузки других блоков или даже временного повышения частоты в сети. Работа блока при скользящем давлении пара — одна из возможностей повышения его экономичности и маневренности.

Все кривые на рис. 2-23—2-25 построены применительно к парогенераторам на закритические давления для нижней радиационной части при сниженных нагрузках.

Другие типы трубных поверхностей нагрева будут рассмотрены далее. Опыт эксплуатации прямоточных парогенераторов как у нас, так и за рубежом, показал, что не только при докритическом, но даже и при закритичес-ком давлении возможны нарушения устойчивости движения при возмущениях наружного теплового потока или расхода теплоносителя, особенно при сниженных нагрузках.

Арог уменьшаются примерно пропорционально иа (и даже меньше), а произведения WoiApoi и Шо2Аро2 уменьшаются значительно сильнее (почти пропорционально «2о). Поэтому при сниженных нагрузках сильнее сказывается общее уменьшение («oi—««оТ) и в Ряде случаев скорость может оказаться недостаточной для нормального теплоотвода от металла стенок труб. Тогда температура металла окажется слишком высокой и возникнет аварийная ситуация.

Относительные скорости потока в рабочем колесе при снижении расхода уменьшаются, но значительные искажения потока при входе на лопасти (угол между направлением относительного течения, определяемым потоком, вытекающим из направляющего аппарата, и направлением входного элемента лопасти) с явным отрывом от тыльной (выпуклой) стороны и развитием кавитационных явлений могут вызвать вредные последствия. Даже при отсутствии в воде взвешенных наносов эксплуатация радиально-осевых турбин при значительно сниженных нагрузках опасна, и таких режимов следует избегать.

Максимальное прохождение колебаний на вал двигателя имеет место при работе ГДТ на режиме гидромуфты (особенно при 1 = = *тах), где коэффициент усиления имеет наибольшее значение (йу=1). Но если учесть, что работа на режиме гидромуфты осуществляется при сниженных нагрузках на выходном звене, то прохождение колебаний не окажет заметного влияния на износостойкость деталей входного звена ГМП.

Для барабанных котлов высоких давлений промывку на сниженных параметрах можно успешно совмещать, при необходимости, с промывкой паровой турбины от отложений в ней. В этом убеждает успешный опыт химических очисток шаровых турбин «на ходу» с использованием комплексонов при сниженных нагрузках (см. гл. 14)'.

* Этим объясняется уменьшение к. п. д. брутто котла при сниженных нагрузках котла.

Горелки по воздуху выполнены двухпоточными, что позволяет осуществлять работу топки при сниженных нагрузках. В каждой горелке установлена паромеханиче-ская мазутная форсунка, оборудованная механизмом выдвижения, что позволяет дистанционно перемещать форсунку в рабочее положение.

Новые задачи паротурбиностроения требуют расширения кинематических схем ступеней. Например, решение проблемы повышения нагрузки на турбинную ступень — одной из важнейших проблем при проектировании сверхмощных, а также полупиковых и особенно пиковых турбин (см. гл. V) — облегчается, если управлять градиентом степени реактивности. Применение ступеней со сниженным градиентом степени реактивности может способствовать росту к. п. д. проточной части, весьма ощутимому при повышенных радиальных зазорах над РК (см. гл. XII), и снижению аэродинамических сил, в частности возбуждающих низкочастотную вибрацию роторов мощных паровых турбин (см. гл. XIV). Эти задачи не всегда решаются методами, основанными на расчете цилиндрических потоков.

Превалирующее влияние радиуса меридиональной кривизны на структуру потока проявляется в том, что, как это следует из рис. XI.5, при выборе малых величин п резко снижается градиент степени реактивности, который в расчетах на цилиндрических поверхностях тока изменялся мало. При этом значительно смягчаются жесткие ограничения, связанные с чрезмерно малыми углами а" и свойственные методу расчета без учета кривизны поверхностей тока. Необходимость учета меридиональной кривизны поверхностей1 тока в расчетах закруток потока, значительно отличающихся от условия cur = const, указывалась исследователями, посвятившими свои работы изучению характеристик ступеней со сниженным градиентом степени реактивности без ТННЛ. Экспериментальные характеристики таких ступеней [4, 18, 19] удовлетворительно согласуются с расчетными, если последние получены с помощью методов, учитывающих искривление линий тока.

СО СНИЖЕННЫМ ГРАДИЕНТОМ

Внедрению в практику конструирования ступеней со сниженным градиентом степени реактивности должны предшествовать широко поставленные экспериментальные исследования. Такие исследования призваны продемонстрировать соответствие результатов расчетов опытным данным, показать возможность получения высокого к. п. д. этих ступеней, несмотря на имеющиеся в них часто значительные радиальные течения, и решить задачу использования кинетической энергии покидающего ступень потока, который имеет переменный вдоль радиуса угол а.2. Необходимо также располагать экспериментальными данными о влиянии на характеристики этих ступеней таких важных конструктивных факторов, как межвенцевое расстояние и радиальный зазор над РК.

Таким образом, экспериментальные характеристики семейства ступеней с ТННЛ показали, что вполне возможно отработать ступень с существенно сниженным градиентом степени реактивности, уровень необратимых потерь энергии в которой не выше, а даже ниже, чем в ступени обычного типа. При этом значительные радиальные перетекания рабочего тела (особенно большие в ступени 3,

Изложенная выше качественная оценка картины течения в области НА ступеней со сниженным градиентом степени реактивности подтверждается (рис. XII.4) расчетами пространственного потока1 на базе решения прямой задачи конечно-разностными методами (см. п. XI.5). Для расчетного анализа были выбраны четыре решетки (А—Г)

Для ступеней с ТННЛ характерны сниженные по сравнению со ступенью обычного типа потери энергии в корневых сечениях НА (рис. XII.6). Потери в периферийных сечениях несколько повышаются. Этот результат тесно связан с особенностями пространственного обтекания решетки НА с ТННЛ (см. рис. XII.4). Уменьшение конфузорно-сти в выходной части межлопаточного канала у периферии НА ступеней со сниженным градиентом степени реактивности вследствие отклонения меридиональных линий тока к корню ступени вызывает дополнительные потери энергии. Увеличение же конфузорности выходной части межлопаточного канала у корня НА способствует снижению потерь энергии.

уменьшает градиент степени реактивности по сравнению с расчетным, что неоднократно отмечалось многими исследователями. В ступенях со сниженным градиентом степени реактивности, уже имеющих отклонение линий тока к корню на выходе из НА, под влиянием РК они резко поворачивают к периферии (рис. XII.7) и их меридиональная кривизна существенно увеличивается. Поэтому влияние РК на структуру потока в межвенцевом зазоре ступени со сниженным градиентом степени реактивности оказывается большим, чем в ступени обычного типа.

Результаты опытов со ступенями /, 4 и 5 подтверждают представленную картину течения. При увеличении осевого зазора измеренная по показаниям дренажей, расположенных на расстоянии 1,5 мм за выходными кромками НЛ, степень реактивности у корня ступеней снижается, а у периферии возрастает. Чем больше осевой зазор, т. е. чем слабее влияние РК на меридиональную кривизну линий тока за выходными кромками НЛ, тем больше градиент степени реактивности. Аналогичное влияние осевого зазора на характеристики ступеней со сниженным градиентом степени реактивности было обнаружено также в опытах БИТМ [17 гл. XI] и ХПИ [6], причем, чем значительнее структура потока отличается от условия cur = const, тем больше это влияние.

Пространственная перестройка потока в осевом зазоре сказывается на условиях обтекания лопаток РК и на к. п. д. ступеней с ТННЛ. С увеличением зазора 6г к. п. д. снижается (рис. XII.8). Вместе с тем, учитывая весьма существенную раскрутку потока в осевом зазоре ступени со сниженным градиентом степени реактивности (см. рис. XII.5 и XII.6), можно было бы ожидать более резкого падения к. п. д. с ростом осевого зазора. Этого, однако, не происходит вследствие одновременного изменения в распределении расходной составляющей скорости Ciz, которая увеличивается у корня и уменьшается у периферии ступени. Даже при относительно больших осевых зазорах при входе потока на РК возникают умеренные углы атаки, отрицательные у корня и положительные у периферии.

~0,3. При больших величинах 6Z влияние РК ослабевает, поток за НА интенсивно перестраивается и появляются углы атаки при входе потока на РК, снижающие к. п. д. ступени. Эти углы атаки можно рассчитать, выполнив проверочный расчет пространственного потока в ступени. Если углы атаки окажутся недопустимо большими, следует исправить геометрические характеристики профилей РЛ. Выполненные экспериментальные исследования ступеней с существенно сниженным градиентом степени реактивности показали, что применение ТННЛ как при «1 = const, так и при ai = varia, не препятствует достижению высокого к. п. д. ступени, если РК спроектировано по предлагаемой приближенной методике, хорошо согласованы расходы через НА и РК, а также правильно оценено влияьие осевого зазора. В таких ступенях выигрыш от улучшения структуры потока в корневой зоне ступени перекрывает небольшое увеличение потерь у периферии. Радиальные течения в ступени, если они не ведут к нерасчетным углам натекания на РЛ, не вызывают ощутимых дополнительных потерь энергии. Ступени с ТННЛ обладают лучшими, чем ступени обычного типа, характеристиками при повышенных радиальных зазорах. Полученный результат позволяет рассмотреть вопрос о применении ступеней с умеренным ТННЛ в проточных частях паровых турбин с целью их оптимизации.