Содержание к диссертации
Введение
1 Краткий обзор литературных данных по предмету проводимых исследований . 12
1.1 Предмет исследований 12
1.1.1 Влияние геометрических параметров проточной части паровпускного патрубка ЦНД на его экономичность 13
1.1.2 Влияние отборов на структуру потока и экономичность турбин с отбором пара из проточной части 36
1.2 Задачи исследований 58
2 Описание экспериментальных установок, методика испытаний, оценка погрешностей измерений 59
2.1 Описание экспериментальных установок 59
2.1.1 Описание экспериментальной установки для исследования входного патрубка совместно с сопловым аппаратом 62
2.1.2 Описание экспериментальной установки для исследования отбора пара из проточной части паровой турбины 72
2.2 Средства измерений, используемые при модельных исследованиях 75
2.3 Методики обработки результатов испытаний. Расходный метод оценки коэффициента потерь энергии 84
2.3.1 Методика обработки опытных данных, полученных при исследовании входного патрубка 84
2.3.2 Методика обработки опытных данных, полученных при исследовании влияния отбора пара на экономичность соплового аппарата 87
2.4 Оценка погрешности результатов исследований 88
2.4.1 Коэффициент суммарных потерь энергии в экспериментальной установке з
2.4.2 Коэффициент полных потерь в патрубке 90
3 Экспериментальное исследование входного патрубка совместно с сопловым аппаратом 92
4 Исследование влияния отборов на течение рабочего тела в околоотборном отсеке и отборном тракте 111
Заключение 125
Список использованных источников
- Влияние геометрических параметров проточной части паровпускного патрубка ЦНД на его экономичность
- Влияние отборов на структуру потока и экономичность турбин с отбором пара из проточной части
- Методики обработки результатов испытаний. Расходный метод оценки коэффициента потерь энергии
- Коэффициент суммарных потерь энергии в экспериментальной установке
Введение к работе
Актуальность работы. В условиях нарастающего дефицита электроэнергии при массовом старении установленного на электростанциях основного оборудования проблема повышения экономических показателей уже работающих турбоустановок приобретает особую актуальность.
Рассматривая возможность повышения внутреннего относительного КПД мощных энергетических турбин, в первую очередь следует обратить внимание на цилиндр низкого давления (ЦНД), поскольку именно здесь имеются ещё достаточно большие неиспользованные резервы повышения
Отличительной особенностью ЦНД являются очень большие объемные расходы пара, которые интенсивно нарастают вдоль проточной части. Следствием этого процесса является очень большое раскрытие проточной части в меридиональном сечении, что существенно затрудняет процесс оптимального проектирования лопаточного аппарата. Ситуация осложняется и тем обстоятельством, что оценить степень эффективности тех или иных изменений в проточной части ЦНД на основе прямых измерений практически невозможно, и такие оценки ведутся на основе косвенных измерений.
Наличие в проточной части турбины регенеративных отборов, осуществляемых при малых осевых расстояниях между ступенями, является причиной нарушения осевой симметрии течения пара. Изменение давления торможения пара в окружном направлении ведет к окружному изменению располагаемых перепадов энтальпий на ступени. В результате лопаточный аппарат такой ступени работает при неоптимальных локальных значениях основного кинематического параметра Ха=и/Сф. При больших нарушениях симметрии экономичность ступени может снизиться на несколько процентов. При этом возникают неуравновешенные поперечные силы, способные привести к развитию низкочастотной вибрации ротора.
Наряду с потерями в проточной части большие потери энергии
4 имеются во входном и выходном патрубках.
Если вопросам совершенствования выхлопных патрубков посвящено достаточного много работ, то исследованию входных патрубков ЦНД уделялось существенно меньше внимания, хотя сама проблема рациональной организации подвода пара к первым ступеням двухпоточных ЦНД с практической точки зрения не менее важна, чем совершенствования выхлопных патрубков.
Суть проблемы состоит в том, что при очень малых осевых размерах и дискретном подводе пара к входному патрубку ЦНД перед первой
неравномерность входных полей скоростей, которая сохраняется и на выходе из соплового аппарата. Указанное обстоятельство ведет к снижению экономичности не только первой, но и последующих ступеней ЦНД.
Поиску решения обозначенных проблем и посвящена настоящая работа.
Объект исследования. Объектами исследования являются:
входной патрубок ЦНД совместно с сопловым аппаратом первой ступени;
система отбора пара из проточной части ЦНД-
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является:
исследование влияния входной окружной неравномерности, обусловленной отбором рабочей среды через кольцевую щель, на потери энергии и неравномерность среды за последующим сопловым аппаратом;
исследование влияния неравномерности потока перед входом в сопловой аппарат первой ступени ЦНД, обусловленная дискретным подводом пара во входной патрубок, где поток разворачивается в обе стороны на 90;
исследование способов снижения потерь энергии в системе отбора
5 пара из проточной части ЦНД и подвода пара к первой ступени
ЦНД. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
определить степень влияния дискретного подвода рабочей среды к первой ступени ЦНД на характеристики соплового аппарата этой ступени турбины;
определить влияние регенеративных отборов пара на характер течения в сопловом аппарате послеотборной ступени;
UlWUUVUt UlU XX ll^VJi^UUUl^ \*LlWWX»l. ХІ1Л1.^/ІЛКЛХХХЧи.1ХЖІ/Х UJVpV/lVUVJl
неравномерности параметров потока и полей скоростей перед первой ступенью ЦНД и перед послеотборными ступенями:
- на основе проведенных исследований разработать конструктивную
схему входного патрубка ЦНД, позволяющую до минимума свести
отрицательное влияние дискретного подвода пара к первой ступени
рассматриваемого цилиндра.
Методы исследований и достоверность полученных результатов. При выполнении работы широко использовались общепризнанные и отработанные методы проведения экспериментов.
Достоверность полученных результатов обеспечивалась применением современной измерительной техники, повторяемостью опытных данных и хорошим совпадением результатов модельных исследований с опубликованными данными натурных исследований.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
предложены и исследованы модели входных патрубков ЦНД, использование которых позволило на 60% снизить окружную неравномерность потока и одновременно снизить потери энергии в сопловой решетке на 1.2% и пульсаций давления на 1248% от начального давления рабочей среды;
предложена и испытана новая схема организации нерегулируемых
отборов пара через диффузорную кольцевую щель, использование
которой позволяет снизить сопротивление в линии отбора рабочей
среды, до минимума сократить нарушение осевой симметрии
течения и, таким образом, исключить влияние нерегулируемых
отборов пара на КПД послеотборной ступени.
Практическая ценность работы. Полученные в работе результаты
имеют важное практическое значение, так как разработанные схемы
профилированного входного патрубка ЦНД и новая организация отбора
рабочей среды через осерадиальную кольцевую щель при миниматьных
чятпятяу Morvx быть использованы пля повышения экономичности и
надежности ЦНД.
Реализация и внедрение результатов работы. Предложенные схемы профилированного входного патрубка ЦНД и схема отбора пара из ЦНД через диффузорный кольцевой канал переданы на ЛМЗ для использования при проектировании новых турбин.
Личный вклад автора заключается в:
- проведении обзора и анализа литературных данных;
.- проведении экспериментальных исследований входного патрубка ЦНД и отбора среды из проточной части;
- проведении анализа полученных экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и
докладывались на:
і 5-ой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика". - М.: МЭИ, 26 - 27 февраля 2009 г.;
газодинамическом семинаре кафедры Паровых и газовых турбин МЭИ. - М.: МЭИ, 18 ноября 2009 г.;
заседании кафедры Паровых и газовых турбин МЭИ. -М.: МЭИ, 24 ноября 2009 г.
Публикации. По результатам диссертационной работы было опубликовано 2 научных статьи и 1 доклад на международной конференции. Автор защищает:
результаты экспериментального исследования входного патрубка ЦНД;
результаты экспериментального исследования новой организации регенеративного отбора из проточной части ЦНД.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения по работе, списка используемой литературы, включаюшей 43 наименования. Работа изложена на 130 страницах машинописного текста, иллюстрируется 61 рисунком на 55 страницах, список литературы, изложенный на 5 страницах, и содержит 5 таблиц.
Влияние геометрических параметров проточной части паровпускного патрубка ЦНД на его экономичность
Скорости течения рабочего тела во входных патрубках паровых турбин сравнительно малы и, соответственно, считается, что малы и потери энергии. Вместе с тем структура потока в патрубке сильно влияет на эффективность и надежность работы последующих элементов проточной части турбомашины. В этой связи при аэродинамических исследованиях и совершенствовании конструкции входных патрубков основное внимание уделялось изучению и улучшению сложной пространственной структуры потока. Определяющими ее факторами являются: форма поверхностей, ограничивающих проточную часть, закон изменения площади проходного сечения по ходу потока, характер распределения рабочего тела перед первым сопловым аппаратом ЦНД. Для оценки степени неравномерности распределения параметров в выходном сечении вводятся различные коэффициенты неравномерности потока.
Эффективность входного патрубка определяется его гидравлическим сопротивлением и способностью обеспечивать равномерную структуру потока в выходном сечении, так как от ее уровня зависит экономичность и надежность работы последующих ступеней.
Теоретическое исследование течений в проточных частях патрубков связано с решением трехмерных уравнений Навье-Стокса, которое затруднено ассиметричностью пространственного потока со значительной кривизной линий тока, отрывными явлениями, неравномерностью, нестационарностью и турбулентностью потока. В этой связи расчетные модели течения часто сильно упрощаются. До развития численных методов расчета с использованием специальных программ широко использовались приближенные методы расчета, среди которых наибольшее распространение получил метод Г.С. Самойловича и А.Н Шерстюка, подробно изложенный в [43], а также метод конечных разностей, рассмотренный в работах Д. Джепикса [49], и др. Ряд авторов предпочитает использовать метод конечных элементов [41]. Результаты теоретических исследований, как и попытки использовать метод ЭГДА [47], позволяют получить лишь некоторую качественную оценку потока (например, найти положение локальных конфузорно-диффузорных зон в канале и т.п.). Однако на основе этих работ трудно получить достоверные количественные показатели, характеризующие величину гидравлического сопротивления патрубков, в силу сложного трехмерного течения, и для определения потерь и сопротивления патрубков приходится использовать чисто опытные данные с последующим выводом полуэмпирических зависимостей, аппроксимирующих опытные данные.
Экспериментальные исследования входных патрубков выполнялись преимущественно на статических стендах. Одни авторы считают, что последующие лопаточные решетки мало влияют на структуру потока и потери энергии в патрубке, и опыты возможно выполнять со свободным выходом воздуха в атмосферу [32, 44], другие же, наоборот, отмечают весьма значительное благоприятное обратное влияние решеток профилей [37]. Так, например, по данным [29] коэффициент сопротивления входного патрубка с установленным за ним НА оказался в 2,7 раза меньше, чем без НА.
В качестве основной характеристики входного патрубка в [25] предлагается считать степень неравномерности параметров потока перед первым сопловым аппаратом, профиль лопаток соплового аппарата при этом должен быть малочувствительным к углу атаки, а подводящий канал к нему следует выполнять со значительной степенью конфузорности.
Важной характеристикой входного патрубка является также коэффициент сопротивления, который зависит от характера изменения площади, проходного сечения [45]. При увеличении отношения Fa / Fo (Fa — площадь входного сечения и F0 — площадь выходного сечения) от 1,5 до 2,5 получено снижение коэффициента сопротивления в 2 раза, а дальнейшее увеличение этого отношения не вызывало изменения потерь энергии. Опыты иллюстрируют преимущества профилирования канала по закону примерного постоянства скорости потока по окружности при выполнении условий безотрывного течения по сравнению с законом приблизительного постоянства площадей проходного сечения.
В выходном сечении патрубка, изображенного на рисунке 1.1 а, параметры потока распределяются крайне неравномерно [12]. Вход в направляющий аппарат характеризуется значительными углами атаки вследствие сильного обратного влияния направляющего аппарата (НА) на течение в патрубке, обусловленного различным гидравлическим сопротивлением конструктивно одинаковых частей НА, примыкающих к каналам-полуулиткам «А» и «Б» патрубка, вследствие различных условий натекания на НА (рисунок 1.2).
Влияние отборов на структуру потока и экономичность турбин с отбором пара из проточной части
Все исследования были выполнены на воздушном стенде кафедры Паровых и газовых турбин Московского энергетического института, обеспечивающем возможность проведения исследований на экспериментальных установках во всем дозвуковом диапазоне скоростей в статических условиях.
Экспериментальный стенд ВАТ-1 представляет собой аэродинамическую трубу открытого типа, работающую в режиме нагнетания, схема которой приведена на рисунке 2.1. В зависимости от требуемого режима работы подача воздуха осуществляется или от воздуходувки ТВ-42-1,4 (1) с максимальным избыточным давлением в баке ресивере 0,04 МПа, или от компрессора "Eger" (2) с расходом воздуха до 3 м /с при максимальном давлении 0,2 МПа, или от воздуходувки ТВ-80 (3), обеспечивающей избыточное давление до 0,08 МПа.
Все эти воздуходувки подают воздух в общий коллектор, связанный с напорной магистралью. На этой магистрали установлено мерное сопло Вентури (4), обеспечивающее измерение расхода воздуха подводимого к исследуемому объекту. Для этих измерений в трубопровод врезан специальный штуцер, в котором установлен ртутный термометр с ценой деления 1С, а перепад давления АРС между входным и минимальным сечениями сопла измеряется с помощью U-образного водяного манометра, миллиметровая шкала которого позволяет) снимать показания с высокой точностью.
Далее воздух по трубопроводу подводится непосредственно к аэродинамической трубе (5), представляющей собой бак-ресивер. Ресивер выполнен в виде цилиндра диаметром 550 мм. В его выходном сечении располагается гаситель пульсаций, состоящий из нескольких перфорированных листов с разными диаметрами отверстий. Расход и давление воздуха в ресивере регулируются вентилем А на подводящем трубопроводе. Исследуемые модели (6) устанавливались на фланец ресивера (5). При использовании воздуходувки
ТВ-42-1,4 избыточное давление полного торможения ДРо/ в ресивере измеряется с помощью U-образного водяного манометра, а при подаче воздуха от компрессора " Eger" для этих целей используется образцовый манометр, класса точности 0,15.
Открытый выхлоп в атмосферу значительно облегчает не только смену моделей, но и позволяет легко траверсировать выходное поле давлений. Это траверсирование осуществляется зондом, закрепленном на координатнике, который позволяет перемещать зонд в продольном и поперечном направлениях. При больших скоростях избыточное давление полного торможения в выходном сечении АРо целесообразно измерять, включая зонд дифференциально с линией полного давления на входе, так как в этом случае полнее используется шкала U-образного водяного манометра. АРй?
Разработанная установка предназначена для исследования характера течения в паровпускном патрубке ЦНД мощной паровой турбины и оценки его влияния на потери энергии и степень окружной неравномерности в последующем сопловом аппарате. Чертеж экспериментальной установки представлен на рисунке 2.2, а внешний вид и компоновка показаны на рисунке 2.3 и 2.4. Масштаб моделирования определялся размерами существующего соплового аппарата и был равен 1:9. , Экспериментальная установка состоит из корпуса (1) с двумя подводящими патрубками (2), по которым сжатый воздух подводится в кольцевую камеру (3), ограниченную центральным цилиндром (4), торцевой стенкой (5) и корпусом установки. Из кольцевой камеры воздух подается в сопловой аппарат (6) и далее в атмосферу.
Для траверсирования выходного поля полных напоров на внешней стороне соплового аппарата располагалось поворотное кольцо (7) с зондом полных напоров (8), располагаемым от решетки на расстоянии 0,2b (Ь - хорда сопловой лопатки). Кольцо было снабжено лимбом, обеспечивающим отсчет углов поворота с угловым шагом, равным 5. Для поворота кольца использовалась рукоятка (9).
Для траверсирования поля скоростей во входном сечении соплового аппарата установлен зонд полных напоров (10), имеющий возможность поворачиваться вокруг продольной оси установки. Угол поворота отсчитывался по лимбу (11), закрепленному на торцевой стенке (5).
Кроме исходного варианта, представленного на рисунке 2.2, исследовались модели, изображенные на рисунках 2.5 — 2.9.
Для снижения потерь энергии в патрубке и уменьшения окружной неравномерности испытывалась модель с цилиндрической профилированной поверхностью кольцевой камеры улиточного типа, изображенная на рисунке 2.5. Данная мера предполагает повысить экономичность патрубка путем организации направления течения потока в кольцевой камере.
Для снижения окружной неравномерности также исследовалась модель с цилиндрической перфорированной сеткой, установленной в кольцевой камере (рисунок 2.6). Сетка представляет собой цилиндрическую трубу с внешним диаметром D = 286 мм, толщиной стенки А = 5 мм, степенью перфорации 0,5 и отверстиями диаметром d = 5 мм.
Поток сжатого воздуха, поступающий через подводящие трубопроводы, проходит через перфорированную цилиндрическую решетку и далее поступает в кольцевую камеру. Использование данного решения предполагает сгладить окружную неравномерность во входном патрубке с целью организации подвода к сопловому аппарату потока рабочего тела с равномерным полем скоростей.
В случае двустороннего подвода пара в цилиндр низкого давления во входной камере наблюдается высокая неравномерность в результате столкновения двух противоположных потоков пара, следствием чего являются большие потери энергии. В качестве меры, позволяющей повысить экономическую эффективность патрубка, исследовались две модели, представленные на рисунках 2.7, 2.8.
В первом случае установлено одно вертикальное ребро в верхней половине кольцевой камеры, представляющее собой металлическую пластину толщиной А = 4 мм и исключающее взаимодействие двух противоположных потоков в верхней части патрубка (рисунок 2.7).
Во втором случае установлены два поперечных вертикальных ребра, разделяющие кольцевую камеру на две части, в каждую из которой поступает сжатый воздух из подводящего трубопровода. В итоге каждый поток протекает в своей камере, не нарушая структуру друг друга (рисунок 2.8).
Исследовался еще один вариант с двумя профилированными ребрами, которые делили поток, поступающий в патрубок по двум трубам, на две части (рисунок 2.9). Данные ребра предполагают разделение и направление потока к сопловому аппарату с минимальной окружной неравномерностью.
Методики обработки результатов испытаний. Расходный метод оценки коэффициента потерь энергии
Также пробор позволяет работать с различными видами первичных измерительных преобразователей (пьезоэлектрические, индуктивные, тензометрические, емкостные датчики, термометры сопротивления, термоэлектрические термометры и т.д.).
Прибор комплектуется внешними модулями усилителей заряда типа МР-07 (одноканальный), МЕ-908 и МЕ-908-1 (8-ми канальные).
Значения нормируемых метрологических характеристик приводятся в таблицах 2.2 (без усилителя заряда) и 2.3 (с усилителем заряда). Нормируемые метрологические характеристики (без усилителя заряда) при включенном аналоговом ФВЧ (0,16 Гц) соответствующий частотный диапазон измерений 10... 14000 Гц. Для измерения пульсаций давления использовались комплекты датчиков давления типа ДПС 011 (поз.5, рис.2.13), производства Научно-Исследовательского Института Физических Измерений (НИИФИ), г. Пенза, и вибропреобразователи типа МВ-43 (поз.б, рис.2.13).
Диапазон измерения давлений датчика полностью охватывает все возможные величины давлений рабочей среды во всех частях экспериментального стенда.
Датчик типа ДПС 011 представляет собой пьезоэлектрический датчик, состоящий из чувствительного элемента, установленного в корпусе, и гибкого кабеля. Основное назначение датчика — измерение быстропеременных давлений малых уровней жидких и газообразных агрессивных и неагрессивных сред. Датчик имеет достаточно высокую точность измерений.
Программное обеспечение прибора представлено программой MR-300, которая выполняет прием и запись на жесткий диск прибора входных аналоговых сигналов с отображением их в виде осциллограмм на встроенный ЖК-дисплей (24 канала), воспроизведение записанных сигналов, спектральную обработку регистрируемого сигнала, экспресс-обработку, программное однократное и двукратное интегрирование сигнала, контроль значений измеряемых величин, расчет частоты сигнала и построение графика ее зависимости от времени, расчет амплитудных и фазовых характеристик сигнала и ряд других функций.
Для измерения вибраций использовался специализированный прибор "Агат", компании "DUAMEX" (Российская Федерация). В набор первичных датчиков прибора входят контактные датчики пьезоэлектрического типа с встроенным предусилителем. Измеряемый частотный диапазон составляет 5- -5000 Гц. Непосредственно в приборе производится обработка полученной информации и вывод ее на дисплей. Все управление прибором выведено на центральную панель. Его питание осуществляется как от внутренней батареи, так и от внешнего источника питания.
Оценивать потери энергии в любой сложной системе при неравномерном выходном поле скоростей путем траверсирования всего выходного поля скоростей крайне сложно, а достоверность конечного результата сравнительно низкая.
В этой связи более достоверным и существенно более простым является расходный метод оценки средней скорости потока за решеткой, определяющей по существу коэффициент потерь энергии. Этот коэффициент определяется по известному соотношению Г = 1 V2 (2.1) где Л - действительная безразмерная скорость потока за сопловой решеткой, а К — теоретическая скорость, оцениваемая по всему перепаду давлений на установку
При использовании расходного метода безразмерная среднерасходная скорость находится по найденному опытным путем удельному приведенному расходу Я, равному отношению действительного расхода среды через установку т к критическому расходу через узкое сечение сопловой решетки т к-\ k + l к-\ к + \ т к-] т JTn ч2 (2.3) Л- 1 /и. 0,0404-Р0- і 2 . Здесь F\ - площадь узкого сечения решетки. Количественное представление о степени неравномерности параметров потока за сопловой решеткой дает распределение давлений полного торможения в зависимости от углового коэффициента ср. Траверсирование потока по среднему диаметру сопловой решетки проводилось с угловым шагом А =5, что давало достаточно точное представление о степени неравномерности потока, покидающего сопловую решетку. Эти первичные данные измерений АРО2І выражались в долях от максимального значения избыточного давления ЛРо2тах и по этим локальным относительным давлениям полного торможения АЛ)2; строились зависимости ДРт.= ,=ад. 02, На основе полученных зависимостей находилось среднее относительное избыточное давление полного торможения АРоср по следующему соотношению
Коэффициент суммарных потерь энергии в экспериментальной установке
В конечном счете, указанная неравномерность давления в отборе пара из проточной части турбины ведет к значительному изменению всех параметров потока и скорости рабочей среды по всему входному сечению послеотборного соплового аппарата. Результаты исследований при сниженных до 90, 80 и 70% против номинального расходах воздуха приведены на рисунке 4.4 в виде зависимости / i GOIG =f(G, /Gmax) гДе Go -rr1 Gi - текущий общий расход среды, Gma4 — G, расчетный расход через ступень. Если при номинальном отборе, равном 12%, снижение общего расхода рабочего тела через ступень на 30 % увеличивает отбор на 16% относительных, то при меньшем номинальном отборе, равном 6%, его величина возрастает на 33%.
Полученный результат является вполне закономерным и является следствием используемой схемы организации отбора рабочей среды (пара) из проточной части турбины. В этой схеме отборная щель располагается почти перпендикулярно к направлению движения пара в турбине. При создании в отборной щели более низкого давления, чем давление в основном потоке, часть пара засасывается в систему отбора. Количество пара, идущего в отбор, определяется не только действующим перепадом давления, но и скоростью осевого движения пара в зазоре между ступенями. Чем выше эта скорость, тем выше входное сопротивление для той части пара, которая идет в отбор, разворачиваясь на 90 относительно направления движения основного потока.
При снижении расхода пара через турбину падает его осевая скорость в межступенчатом зазоре, и разворот рабочей среды из осевого в радиальное направление происходит при существенно меньшем сопротивлении. Соответственно, при снижении нагрузки турбины (снижении расхода пара) относительное количество пара, идущего в отбор, увеличивается.
Сказанное подтверждается данными по коэффициентам сопротивления всего отборного тракта, приведенными на рисунке 4.5, где показано, как меняются, эти коэффициенты при снижении расхода среды через сопловой аппарат модельной установки.
Видно, что при снижении расхода воздуха через сопловую решетку на 30% коэффициент сопротивления С, снизился с =5,3 до =3,7, то есть сопротивление уменьшилось на 43%) абсолютных, причем указанные достаточно высокие коэффициенты сопротивления определяются главным образом сопротивлением отборной щели. На долю камеры отбора и отводящего трубопровода приходится не более 6- 7 % от общего сопротивления тракта.
Увеличение относительного расхода рабочей среды в отбор при снижении ее расхода через исследуемую сопловую решетку ведет к дальнейшему росту окружной неравномерности как до, так и после соплового аппарата послеотборной ступени.
При этом следует отметить, что большая часть потери давления в отборном тракте приходится именно на кольцевую щель.
Для снижения сопротивления в линии отбора пара целесообразно входной участок кольцевой отборной щели выполнить в виде плавного конфузорного канала с последующим его расширением. Образованный таким образом конфузорно-диффузорный канал при условии равномерного входного поля скоростей позволяет не только существенно сократить гидравлическое сопротивление в линии отбора пара из проточной части турбины, но и обеспечивает минимальное нарушение окружной неравномерности потока перед сопловым аппаратом послеотборной ступени.
К сожалению, как уже отмечалось, отвод потока в камеру отбора происходит под углом 90 относительно направления движения рабочей среды в проточной части турбины. В этом случае возникает аэродинамическая блокировка линии отвода пара с неизбежным ростом гидравлического сопротивления.
Для получения конкретных данных о степени влияния указанной блокировки на отбор рабочей среды из проточной части турбины были проведены специальные исследования на плоской модели, имитирующей отборную конфузорно-диффузорную щель и пространство межступенчатого зазора. Схема этой простейшей модели приведена на рисунке 4.6. Изменение осевой скорости среды и перепада давления на отборной щели осуществлялось с помощью входной задвижки 1 и выходного шибера 2. При полном закрытии шибера 2 входное поле скоростей перед отборным каналом 3 было практически равномерным. При открытии шибера 2 осевая скорость увеличивалась от нуля до і 70 м/с, и условия подвода среды в линию отбора существенно менялись в худшую сторону. Для количественной оценки степени влияния указанных изменений использовался обычный при оценке эффективности диффузоров коэффициент полных потерь энергии п, равный отношению располагаемой кинетической энергии между входным и выходным сечениями рассматриваемого канала к кинетической энергии в узком сечении этого канала. Выражая соответствующие скорости через давления, получаем
Здесь Р0 - давление полного торможения в плоском канале 4 (рисунок 4.6), Р[ - давление в «горле» диффузорной отборной щели З, В -барометрическое давление (поскольку в рассматриваемой модели рабочая среда (воздух) отводилась в атмосферу, то давление за щелью Р2 равнялось барометрическому), к - показатель изоэнтропы.
