Получение мелкодисперсной влаги с помощью поверхностного охлаждения

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОЛУЧЕНИЕ МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ВЛАГИ С ПОМОЩЬЮ ПОВЕРХНОСТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Людмила Дмитриевна Зубцова,

Николай Митрофанович Самохвалов

В конденсационных турбинах с высокими начальными параметрами пара последние ступени работают в области ниже линии насыщения, то есть рабочей средой в них является пар. В турбинах насыщенного и слабо перегретого пара практически все ступени работают на влажном паре, а в турбинах насыщенного пара без промперегрева во всех ступенях пар влажный [1]. Таким образом, решетки ступеней этих турбин обтекаются двухфазной средой, включающей как паровую, так и жидкую фазы. Жидкая фаза во влажном паре может находиться в мелкодисперсном, крупнодисперсном состояниях или в виде пленки, движущейся по поверхности лопаток и торцевых стенок, а также в виде струй. Уменьшение размера капель ведет к снижению переохлаждения, то есть к уменьшению потерь энергии.

Течение влажного пара крупнодисперсной структуры (при давлении Р>0, 5 МПа крупными считаются капли диаметром dk>100 мкм) существенным образом отличается от течения влажного пара мелкодисперсной структуры с dk<50 мкм. Поэтому нельзя дать какой-либо общей схемы движения влажного пара. Одним из важных вопросов при исследовании течений влажного пара является получение жидкой фазы в виде капель разного размера и разной дисперсности.

В работе А. И. Никольского [3] описывается способ получения мелкодисперсной влаги с dk<2 мкм на экспериментальной турбине с двухвенечной ступенью скорости. Однако он имеет ряд недостатков. Прежде всего, на выходе из соплового аппарата влажность потока больше, чем на выходе за двухвенечной ступенью. Поэтому при прохождении пара через направляющие и рабочие решетки возможно образование на поверхностях лопаток пленки. Срыв пленки приводит к образованию капель крупного размера.

Нами изучен метод получения мелкодисперсной влаги с помощью поверхностного охладителя. Метод основан на теплообмене между высокоскоростным паровым потоком и охлаждающей водой, протекающей через поверхностный охладитель.

Исследования проводились на стенде, который состоял из ресивера-увлажнителя, рабочей части в виде поверхностного охладителя, двух вакуумных дренажных бачков и выхлопной линии. В ресивере установлен форсуночный узел, включающий восемь пародутьевых форсунок, необходимых для увлажнения охлажденного пара до нужной степени влажности Y.

Поверхностный охладитель имел четыре холодильных элемента (Рис. 1), выполненных из медного листа толщиной 1 мм. Каждый элемент внутри делился перегородкой 1 на два канала - подводящий 2 и отводящий 3. Элементы в охладителе установлены параллельно движению потока и расположены попарно в два ряда по оси. Подводящие и отводящие линии элементов соединены между собой коллекторами, через которые подавалась и сливалась охлаждающая вода.

Тепловым расчетом, проведенным по известной методике [4], определена рабочая площадь охладителя, необходимая для получения парового потока со степенью сухости Х-0, 985-1, 0%.

Для приготовления мелкодисперсной влаги в тепловой схеме предусмотрено две ступени охлаждения. Перегретый водяной пар из отбора турбины с параметрами Р=0, 35-0, 40 МПа и /=250°С дросселировался в паропроводящих трубопроводах до рабочего давления Р=0, 098 МПа, проходил первую ступень увлажнения, после которой в ресивере устанавливалась температура насыщения. Перед второй ступенью увлажнения, которой являлся блок холодильников, водяной пар находился в сухом насыщенном состоянии. Варьируя расходом и температурой охлаждающей воды на входе в блок холодильников, было зафиксировано за блоком холодильников образование мелкодисперсной влаги (dk=10-20 мкм) в диапазон влажности 7=0-0, 15%.

Рис. 1. Элемент поверхностного охладителя: 1 - перегородка; 2 - подводящий патрубок; 3 - отводящий патрубок

При проведении эксперимента фиксировались следующие параметры: давление и температура пара на входе в ресивер, расходы пара и воды через охладитель, температура воды на входе и выходе охладителя, диаметр капель. Температура пара определялась термопарой ТХК-450 и регистрировалась компенсационным потенциометром КСП-4. Температура охлаждающей воды на входе и выходе блока холодильников измерялась ртутными термометрами ТП-21 с ценой деления шкалы 0, 2°С. Расход пара определялся по времени наполнения дренажного бачка под конденсатором. Расход охлаждающей воды определялся также объемным методом.

Для определения размеров мелких капель был использован оптический метод асимметрии индикатрисы рассеяния [2]. Все измерения выполнялись с монохроматическим источником света ОКГ (оптическим квантовым генератором), включающим фотоэлектрический умножитель ФЭУ-51. Определение размера крупных капель dk>50 мкм за блоком холодильников проводилось широко известным методом отпечатков при помощи специального зонда, конструкция и принцип действия которого описан в [3].

Анализ зависимостей изменения диаметра капель по длине и сечению канала при различных расходах охлаждающей воды GB в зависимости от коэффициента отбора тепла qt показал, что при небольших значениях коэффициента отбора (qt=0, 3%) и влажности пара (Y=0, 35%) образуются капли от 1, 25 до 4, 0 мкм. Дисперсность капель по длине и сечению канала колебалась в незначительных пределах, что можно объяснить термодинамической неравновесностью между паровой и жидкой фазами.

Увеличение отбора тепла до 0, 84% незначительно изменила дисперсность потока. Дальнейшее увеличение коэффициента qt до 1, 34%, что соответствует влажности Y=1, 58%, привело к увеличению размеров капель, примерно, в 1, 5 раза. Экспериментально установлено, что при дальнейшем увеличении коэффициента отбора тепла зонд отпечатков начинает фиксировать сначала незначительное количество капель размером более 50 мкм, а при еще большем увеличении qt (при Y=3, 5-4, 0%) приводит влажнонапорный поток к полностью полидисперсной структуре, где наряду с мелкими каплями менее 0, 5 мкм присутствуют капли более 50 мкм.

На Рис. 2 представлены кривые изменения среднего размера капель за блоком холодильников в зависимости от коэффициента отбора тепла.

Изменение коэффициента отбора тепла осуществлялось варьированием расхода и температуры охлаждающей воды в блоке холодильников, а также варьированием расхода пара несущего потока.

Эксперименты показали, что микроскопическая жидкая частица образуется, в первую очередь, в пристеночном пограничном слое стенки охладителя и в вихревых следах за блоком холодильников. Установлено, что на характеристики пристеночного пограничного слоя, как генератора мелкодисперсной влаги, большое влияние оказывают температура и расход охлаждающей воды, то есть тепловой поток через стенку охладителя.

Исследования показали, что использование поверхностного охладителя способствует дроблению крупных капель с уменьшением их среднего размера в 0, 2-2, 5 раза и позволяет получить в диапазоне степеней влажности Y=0-2% влажный пар мелкодисперсной структуры с размером капель менее 5 мкм. Это способствует уменьшению расходных и энергетических характеристик турбинных решеток, снижает потери кинетической энергии и коэффициента расхода парового потока при дозвуковой скорости.

Рис. 2. Средний размер капель за блоком холодильников: - по оси рабочей части; о - на расстоянии 20 мм от оси; - на расстоянии 40 мм от оси

теплообмен охладитель мелкодисперсный влага

Список литературы

1.Дейч М. Е. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергоиздат, 1981. 472 с.

2.Дейч М. Е. Исследование фазовых превращений в вихревых течениях перенасыщенного пара // Известия АН ССР. 1972. № 2. С. 50-53.

3.Никольский А. И. Исследование влияния дисперсности влажного пара на энергетические и расходные характеристики турбинных решеток. М.: Энергоиздат, 1980. 138 с.

4.Теплотехнический справочник / под ред. Н. Б. Варгафтик. М.: Энергия, 1976. Т. 1. 480 с.; Т. 2. 334 с.

Размещено на Allbest.ru