Комплексні дослідження електрофізичних процесів у парових турбінах

Аннотация

У статті розглядаються комплексні дослідження в галузі електризації вологопарового потоку в турбіні. Представлено аналіз, узагальнено досвід проведених досліджень на лабораторних стендах і натурних об'єктах (ТЕЦ і ТЕС) України, США. Показано, що в процесі електризації пари щільність зарядів у потоці може досягати дуже високих значень (на порядок вищих, ніж у грозовій хмарі), доведено, що це явище негативно впливає на роботу турбіни. Наведено статистичні дані зарядоутворення парового потоку в циліндрі низького тиску турбіни. Представлено результати дослідження зі встановлення таких основних електрофізичних чинників впливу на поверхневу міцність лопатки, як електричні поля, густина зарядів і їхня полярність. Спираючись на це підкреслено, що такі фактори, як наявність позитивно зарядженого потоку пари, постійних і змінних електричних полів, що найчастіше реєструвалися на діючих турбінах ТЕС і ТЕЦ, значно (у два і більше разів) інтенсифікують ерозійно-корозійні процеси на металевих поверхнях лопаток, знижуючи тим самим їхній робочий ресурс. Термодинамічні процеси вивчаються як в умовах природної електризації високошвидкісного потоку, що знижують показники ефективності приблизно на 0,3-0,35%, так і під час впливу штучно створених електричних зарядів, які дають змогу підвищити ефективність процесу розширення пари в турбіні на 2 і більше відсотки. Розглядаються різні варіанти локального введення електричної енергії для іонізації пари в турбіні. При цьому наголошується, що для практичної реалізації цих пропозицій у подальшому потрібні ретельне конструкторське доопрацювання і випробування на модельних і натурних установках. Досліджуються також водно-хімічні режими у контексті їхнього впливу на процес зарядоутворення потоку, показники надійності й економічності турбіни. Експериментально на турбоустановці 800 МВт у США було показано, що зміна рН середовища впливає на інтенсивність і полярність зарядоутворення потоку пари. У статті увагу приділено фізичним особливостям цього явища і наголошено на важливості й впливі цих процесів на характеристики міцності лопаток. Наводиться інформація про такі нові методи і технології, що забезпечують збільшення експлуатаційної ефективності й надійності вологопарових турбін, як способи введення і відведення електричної енергії в потік; раціональний вибір водно-хімічних режимів; нейтралізація об'ємного заряду та ін. Комплексні електрофізичні дослідження, що розглядаються разом із тепловими процесами, можна охарактеризувати як новий науковий напрям у теорії парових турбін – теплоелектрофізика.