253 (38)

406

obejmujących stopniowo większą powierzchnię¹. Problem erozji wodnej ostatnich stopni turbin kondensacyjnych interesował konstruktorów i eksploatatorów od samego początku budowy turbin, gdyż wiązał się z wieloma kłopotami. Opracowano uproszczoną teorię zjawiska oraz wprowadzono wiele zabiegów ochronnych, jak odwadnianie wewnętrzne i pancerzenie łopatek.

Zagadnienie erozji zyskało po wielu latach znowu na aktualności, w związku z budową jednostek o coraz większej mocy i rozwojem siłowni nuklearnych zasilanych parą mokrą.

Zagrożenie erozyjne przyjęto oceniać na podstawie wskaźników konfrontowanych z doświadczeniami ruchowymi. Będące do niedawna w powszechnym użyciu wskaźniki mają na ogół postać:

e — k/¹tf

lub według KWU [14]

u¹

e== kyo—,    (X.16)

Po

y₀ — zawilgocenie statyczne przed stopniem, u — prędkość obwodowa, p₀ — ciśnienie pary przed stopniem. Współczynnik k uwzględnia właściwości materiału i szczegóły konstrukcyjne, wykładniki m, n wynikają z badań doświadczalnych, częściowo zaś z rozważań nad modelem zjawiska erozji.

Z postaci wzoru (X. 16) wynika, że zagrożenie erozyjne zależy głównie od zawartości fazy ciekłej w rozważanym stopniu oraz od prędkości obwodowej. Obie te wielkości są największe w ostatnim stopniu turbiny kondensacyjnej, dlatego też najbardziej narażone na erozję są łopatki wirnikowe ostatniego stopnia turbiny kondensacyjnej. Wzór (X.16) informuje, że zagrożenie erozyjne maleje ze wzrostem ciśnienia w stopniu (por. rys. 11.38.).

Ze wzrostem mocy maszyny rosną jej wymiary, rośnie prędkość obwodowa ostatniego stopnia. Z kryterium (X. 16) wynikałoby, że zagrożenie erozyjne może stanowić ograniczenie wymiarów ostatniego stopnia maszyny i tym samym limitować największą moc osiągalną w turbinie.

Takie było do niedawna przekonanie. Poglądy te uległy ostatnio znacznym przeobrażeniom, zwłaszcza w związku z publikacją Somma [42]. Podał on bardziej szczegółową analizę zjawiska erozji i wskazał, że kryteria dotychczasowe nie są w pełni miarodajne, gdyż pomijają wiele istotnych czynników. Zrelacjonujemy tu tę pracę w pewnym skrócie i z niewielkimi zmianami.

Przyczyną erozji wodnej w układzie łopatkowym turbiny parowej jest bombardowanie powierzchni łopatki przez kropelki wody. Zakładając czysto mechaniczny model tego zjawiska przyjmujemy, że w chwili uderzenia kropli o powierzchnię łopatki powstaje krótkotrwały wzrost ciśnienia w miejscu trafionym kroplą. Jeżeli to ciśnienie przekracza granicę plastyczności materiału, ulega on plastycznej deformacji. Wielokrotnie powtarzające się takie

>

odkształcenia prowadzą po pewnym czasie do powstania mikropęknięć i wykruszenia materiału.

Z opisu tego wynika, że na erozję ma istotny wpływ*.

—    ogólna ilość wody w przepływie,

—    prędkość kropli w chwili uderzenia,

—    kąt uderzenia,

—    liczba uderzeń,

—    wielkość kropli,

—    czas trwania działania erozyjnego.

7.1. Powstanie, ruch i działanie erodujących kropel

Powstanie kropli cieczy w parze wilgotnej omówiliśmy poprzednio. Najważniejsze formy występowania wody to:

—    mgła,

—    duże krople,

—    woda odwirowana.

Za kierownicami ostatniego stopnia turbiny kondensacyjnej większa część wody (60 — 90%) występuje w postaci mgły. Krople wody tworzące mgłę mają niewielkie wymiary i nie powodują erozji.

Udział dużych kropli zrywających się z krawędzi wylotowych łopatek kierowniczych wynosi 10—30%, a pochodzących od wody odwirowanej 0-10%.

Nas interesują duże krople, gdyż to one powodują erozję. Woda osiadająca na powierzchni łopatki kierowniczej jest przesuwana przez strumień pary i gromadzi się na krawędzi wylotowej (rys. X.12).

Rysunek X.12 podaje typowe przemieszczenie się wody na powierzchni łopatki kierowniczej, stwierdzone doświadczalnie. Gdy woda zbierze się

§3 fS	1 1	j ^
Xi
O	> |

0°*

₀«o*°

Rys. X.I2. Mechanizm zrywania się kropli wody gromadzącej się na krawędzi wylotowej według

[42]

1

Bliżej patrz np.: Pris K. (red.), Erozija, Wyd. Mir, Moskwa 1982.