294 (35)

470

reakcyjności palisada wirnikowa jest mniej wrażliwa na zmienne warunki ruchu. W rezultacie zmienia się rozkład gęstości masowego strumienia pary dm/dr wzdłuż wysokości łopatki, wielkość ta maleje przy stopie, zaś rośnie w kierunku głowy łopatki. Zjawisko to stwierdzono doświadczalnie [6, 44].

Gdy strumień objętościowy w stopniu V = mv maleje, spada gęstość masowa przepływu u stopy i przy pewnej określonej wartości V< V₀ przepływ u stopy zostaje całkowicie zahamowany. Występuje oderwanie strumienia w kierunku promieniowym. W miarę dalszego zmniejszenia się przepływu V obszar oderwania, tj. długości tej części łopatki, gdzie para nie wypływa, rośnie.

Na rysunku XI 1.15 [44] przedstawiono zjawisko oderwania i wystąpienia przepływów zwrotnych w ostatnim stopniu. Przy bardzo małych przepływach objętościowych V_a = (mv)_u przepływ zwrotny obejmuje większą część ostatniego stopnia i może się rozszerzyć na stopień przedostatni.

Zmiana warunków przepływu zaczynająca się u stopy łopatki powoduje zmianę opływu wzdłuż całej jej długości. Oderwanie i przepływy zwrotne mogą wystąpić również u głowy łopatki (rys. XII.15)¹. Sytuacja ta prowadzi do wzrostu strat przepływu w stopniu.

Oderwanie u stopy i przepływy zwrotne mające charakter zawirowań są, jak wynika z badań eksperymentalnych, niestacjonarne. Prowadzą one do pulsacji przepływu i mają istotne znaczenie w generacji sił wymuszających drgania łopatek ostatniego stopnia. Badania doświadczalne wykazują, że przy niewielkim strumieniu objętościowym V_a = (mv)₍₀ siły wymuszające drgania są większe niż przy dużych wartościach V_a. Z tego między innymi powodu w wielu przypadkach nie zezwala się na długotrwałą eksploatację turbiny przy

Rys. XII. 15. Oderwanie i przepływy zwrotne w ostatnim i przedostatnim stopniu turbiny

kondensacyjnej według [44]

bardzo malej mocy (np. biegu jałowym), a także przy znacznym wzroście ciśnienia w kondensatorze.

Szczególnie niebezpieczny dla dynamicznego obciążenia łopatek okazuje się nagły wzrost ciśnienia końcowego p_w („zerwanie próżni w kondensatorze”).

W przypadku nawet krótkotrwałego zerwania próżni zaobserwowano zjawisko pękania łopatek wirnikowych ostatniego stopnia.

W turbinach kondensacyjnych dużej mocy konieczne jest szczególnie staranne projektowanie łopatek ostatniego stopnia z punktu widzenia wibracyjnego. Gdy długość łopatki przekracza 800 — 900 mm w turbinach normal-noobrotowych, częstość drgań własnych giętnych pierwszego rzędu winna przekraczać dwukrotną wartość prędkości kątowej wirnika. v₀ > 2oj_t.

Oddzielny problem wiąże się z olbrzymią stratą wentylacji w warunkach biegu jałowego, związaną z dużymi długościami łopatek. Praca wentylacji kilku ostatnich stopni, głównie stopnia ostatniego, w warunkach biegu jałowego powoduje nagrzewanie pary przepływającej przez część NP do temperatury rzędu 200 — 250°C. Rośnie temperatura korpusu NP, a także łopatek i tarcz, wirnikowych ostatniego stopnia i kilku stopni sąsiednich.

Taki wzrost temperatury jest niebezpieczny dla wirnika - może powodować osłabienie połączenia skurcznego tarcz na wale, nagrzewanie korpusu NP, wywołuje oprócz naprężeń termicznych paczcnie i rozosiowanie układu korpus—łożysko. Ponadto zmieniać się mogą nadmiernie luzy w układzie łopatkowym. Wysoka temperatura pary odlotowej jest szkodliwa dla kondensatora. Dlatego w turbinach kondensacyjnych bardzo dużej mocy przewiduje się niekiedy chłodzenie części wylotowej metodą wtrysku kondensatu.

Kondensat wtryskiwany dyszami rozbryzgowymi, umieszczonymi zgodnie z kierunkiem przepływu pary w części szczytowej za łopatkami ostatniego stopnia, zostaje przechwycony przez parę i ulega częściowemu odparowaniu, dzięki czemu para ochładza się. Nawilgocona para omywa ścianki korpusu, którego temperatura przy biegu jałowym nie powinna przekraczać znacznie temperatury nasycenia.

Ten system chłodzenia może mieć niekorzystne skutki. Wspomniane uprzednio przepływy wsteczne w obszarze koło stopy łopatki powodują bowiem podsysanic nawilżonej pary zawierającej kropelki wtryskiwanego kondensatu. Ta wilgotna para omywa łopatki wirnikowe, powodując erozję krawędzi wylotowych. Erozja ta może być przyczyną ciężkich uszkodzeń maszyny zainicjowanych pękaniem łopatek ostatniego stopnia². Nawilżona para chłodzi krawędzie wylotowe łopatki, podczas gdy pozostała jej część znajduje się w opływie wentylacyjnym o podwyższonej temperaturze. Nierównomierne pole temperatury prowadzi do naprężeń termicznych, szczególnie dużych na krawędzi spływu. Sumując się z naprężeniami od siły odśrodkowej i naprężeniami od drgań mogą one doprowadzić do uszkodzenia łopatki

1

Samojlowicz G. S., Trojanovskij B. M., Pieremiennyje i pierechodnyjc reżimy w parowych turbinach, Energoizdat, Moskwa 1982.

2

Kosjak Ju. E. (ogólna redakcja), Parowyja turbina K-300-240 ChTGZ, Encrgi/dal, Moskwa 1982.