Збільшення ресурсу і електричної потужності останнього ступеню парової турбіни при супергідрофобному покритті її соплових апаратів

Abstract

Проведено аналіз структури руху і утворення крупних крапель в міжлопатковому каналі парової турбіни. Отримано, що попадання крапель на поверхню лопаткового апарату призводить до виникнення плівки з наступним зривом потоку з вихідної кромки у вигляді крупних ерозійнонебезпечних крапель. Саме тому виникає задача оцінки можливості впровадження нанотехнологій на основі супергідрофобних покриттів для підвищення ефективності та надійності проточних частин парових турбін. Досліджувалась можливість використання супергідрофобних покриттів поверхонь напрямних апаратів вологопарових ступенів для підвищення якості проточної частини потужної парової турбіни. Проаналізовано сучасні підходи до нанесення супергідрофобних покриттів на металеві поверхні. Наведено загальну структуру ерозійно-стійкого покриття, що включає металеву матрицю, полімерний полісилоксановий наповнювач з активованих рівномірно розподілених по товщині гідрофобних частинок різної форми, в тому числі лускатих, і внутрішній ерозійно-стійкий шар. Розглянуто особливості фізичних процесів: змочуваності твердих поверхонь, течії вологої пари в турбіні, стан проблеми. Виконано оцінки з визначення впливу супергідрофобних покриттів, при нанесенні їх на сопловий апарат вологопарового ступеня, на втрати енергії та витрати пари у ступені турбіни. Уперше показано, що реалізація цієї пропозиції повинна привести до суттєвого зменшення розміру крапель вологи в проточній частині та, як наслідок, до збільшення ресурсу робочих лопаток і електричної генерації. Останнє відбувається за рахунок зменшення втрат енергії на тертя на соплових лопатках, при ударах крапель вологи та обтіканні робочих лопаток, а також падіння витрати пари при сепарації. Експертним оцінюванням параметрів, що визначають це зменшення втрат, прогнозовано обсяг додаткової генерації від впровадження супергідрофобних покриттів на соплах останнього ступеня турбіни К-325-23,5.

The analysis of the structure of motion and the formation of large drops in the interblade channel of a steam turbine is carried out. It was found that the hit of drops on the surface of the blade apparatus leads to the formation of a film with the subsequent stalling of the flow from the trailing edge in the form of large erosion-hazardous drops. That is why the problem of assessing the possibility of introducing nanotechnologies based on superhydrophobic coatings to increase the efficiency and reliability of the flow paths of steam turbines is arised. The possibility of using superhydrophobic coatings of the surfaces of the guide vanes of wet steam stages to improve the quality of the flow path of a powerful steam turbine was investigated. Modern approaches to the application of superhydrophobic coatings on metal surfaces are analyzed. The general structure of an erosion-resistant coating is presented, which includes a metal matrix, a polymeric polysiloxane filler of activated hydrophobic particles of various shapes, evenly distributed over the thickness, including flaky ones, and an internal erosion-resistant layer. The features of physical processes associated with surface wettability and wet steam flow in a turbine, and the state of the problem are considered. Estimates were made to determine the effect of superhydrophobic coatings, when applied to the nozzle apparatus of a wet-steam stage, on energy losses and steam consumption in the degree of the turbine. It is shown for the first time that the implementation of this proposal should lead to: a significant reduction in the size of moisture droplets in the flow path and, as a consequence, an increase in the resource of the rotor blades and electrical generation. The latter occurs due to a decrease in energy losses: for friction on the nozzle blades, with impacts of moisture drops and flow around the rotor blades, as well as a drop in steam consumption for internal separation. An expert assessment of the parameters determining this reduction in losses predicted the volume of additional generation from the introduction of superhydrophobic coatings on the nozzles of the last stage of the K-325-23,5 turbine.