Разработка научно-обоснованных технических решений по аэродинамическому совершенствованию влажнопаровых отсеков турбин ТЭС и АЭС

Применение систем борьбы с эрозионно-опасной влагой является критически важным аспектом проектирования и эксплуатации влажнопаровых отсеков турбин ТЭС и АЭС. В частности в настоящее время активно используется внутриканальная сепарация жидкой пленки с поверхностей сопловых лопаток ЦНД. Несмотря на выполнение своих основных задач (удаление из проточной части водяной пленки, являющейся источником крупных эрозионно-опасных капель) остается актуальным вопрос эффективности их применения. Применение системы удаления жидкой фазы через сепарационные щели приводит к выводу из проточной части рабочего тела, что негативно сказывается на КПД последних ступеней паровых турбин. В настоящее время стоит задача оптимизации геометрии сепарационных щелей с целью повышения эффективности их работы. Для решения данной проблемы необходимы экспериментальные и расчетные данные о характере движения жидкой фазы в межлопаточных сопловых каналах. Проведенные в рамках Проекта 2016 исследования позволили накопить существенный объем данных, необходимых для решения задачи оптимизации систем влагоудаления. Представление о структуре капельных потоков, их влиянии на формирование водяной пленки позволяют сформулировать необходимые граничные условия для детального исследования процессов сепарации. В настоящей работе планируется провести комплекс расчетно-экспериментальных исследований, направленных на решение задачи выбора оптимальной геометрии и режимов работы сепарационных щелей в проточных частях паровых турбин. Основным критерием эффективности является обеспечение полного удаления пленки на участке щели при минимальном воздействии на основной поток. Кроме того в работе рассматривается вопрос о возможности применения вдува струй пара в межлопаточном канале для контроля области "паро-капельного" слоя, выявленного при исследованиях в рамках Проекта 2016. Вторичные капли, движущиеся в этой области практически не удаляются системой сепарации и являются постоянным, источником эрозионного износа рабочих лопаток турбин. Предлагается использовать направленные потоки пара для прижатия "паро-капельного" слоя к поверхности лопатки для его последующего удаления из проточной части. Подобное подход ранее никем не предлагался, но видится одним из возможных эффективных элементов комплексной системы вдува-сепарации, применимых в турбинах на энергоблоках с супер сверхкритическими параметрами пара. Разрабатываемые подходы (система сепарации и вдув пара) будут отрабатываться для влажнопарового профиля, разработанного в рамках Проекта 2016. Таким образом, планируется в итоге проверить комплексный подход по повышению надежности лопаточных аппаратов последних ступеней турбин - управление потоками капель посредством геометрии профиля и удаление влаги с поверхности лопаток с учетом выявленных мест интенсивного формирования водяной пленки.