Образование влаги в элементах турбины

При переходе однофазной среды в двухфазную область состояния ( в сопловых турбинных решётках) с большими скоростями c и соответственно с большим абсолютным градиентом давления dp изменение термодинамических параметров происходит очень быстро и равновесный процесс конденсации не успевает реализовываться.

Температура пара T в таких потоках оказывается ниже соответствующей температуры насыщения T_s, определяемой по термодинамическим таблицам по давлению за решёткой p (рис. 20).

 

Рис. 20

 

Разность температур называют переохлаждением.

На рис. 19 сплошными линиями показаны изобары p и изотермы T при равновесном состоянии; а пунктирные линии – изобары p_н и изотермы T_н при неравновесном состоянии пара.

При достижении максимального для этого случая переохлаждения пар спонтанно переходит в состояние, близкое к равновесному. Новая (жидкая) фаза возникает в виде мельчайших капель – ядер конденсации. Рост переохлаждения ∆T_по приводит к уменьшению критического размера зародыша ядра, при котором образуется влага, и соответственно к интенсификации процесса парообразования. При этом происходит интенсивное выделение теплоты, местный рост давления и температуры.

На максимальное переохлаждение, место возникновения конденсации сильно влияет условный градиент давления в сопловой решётке:

, (50)

а также давление среды p.

Увеличение условного градиента приводит к запаздыванию конденсации, росту переохлаждения. Поскольку протяжённость зоны, где происходит спонтанная конденсация, невелика, она может условно рассматриваться как зона скачкообразного изменения параметров потока и процесс называется скачком конденсации, называемой линией Вильсона.

Положение этой линии зависит от условного градиента давления , который различен для различных струек тока в каналах решётки. Поэтому второе название этих линий стало зона Вильсона, как показано на рис. 21.

 

Рис. 21

 

Неравновесность процесса приводит к уменьшению располагаемого теплоперепада, которое видно из диаграммы на рис. 20, и необратимым потерям, обусловленным межфазовыми обменными процессами:

 

. (51)

Здесь - располагаемый диаграммный теплоперепад ниже линии насыщения;

- то же, но при неравновесном процессе;

;

Для расчётов можно пользоваться формулой:

 

. (52)

 

В реальных условиях работы турбины на входе в решётку жидкая фаза имеет разную дисперсность и разное распределение в объёме пара, а скорость капель отличается от скорости пара и по величине, и по направлению.

Траектория капель в канале решётки показана на рис. 22, где | - d_k = 2мкм; || - d_k= 20 мкм;