ЗБІЛЬШЕННЯ РЕСУРСУ І ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПОТУЖНОСТІ ОСТАННЬОГО СТУПЕНЮ ПАРОВОЇ ТУРБІНИ ПРИ СУПЕРГІДРОФОБНОМУ ПОКРИТТІ ЇЇ СОПЛОВИХ АПАРАТІВ
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
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.
Блок інформації про статтю
Посилання
Shubenko A. L., Koval'skiy A. E. Kapleudarnaya eroziya lopatochnykh apparatov parovykh turbin. Prognozirovanie i metody zashchity [Droplet impact erosion of steam turbine blades. Forecasting and methods of protection]. Visnyk Nats. tekhn. un-ta "KhPI". Seriya: Enerhetychni i teplotekhnichni protsesy i ustatkuvannya [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Energy and heat engineering processes and equipment]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2012, no. 7, pp. 76–87.
Shchedrolyubov V. L., Neuymin V. M., Dolzhanskiy P. R., Stepanov S. V. Erozionnyy iznos vkhodnykh kromok rabochikh lopatok TsND moshchnoy parovoy turbiny TES. Sopostavlenie sposobov uprochneniya [Erosive wear of the input edges of the LPC rotor blades of a powerful steam turbine at TPP. Comparison of hardening methods]. Energetik. 2017, no. 10, pp. 40–44.
Tishchenko V. A., Alekseev R. A. Modelirovanie protsessov obrazovaniya i dvizheniya vodyanoy plenki i erozionno-opasnykh kapel' v protochnykh chastyakh parovykh turbin [Modeling the processes of formation and movement of a water film and erosion-hazardous drops in the flow parts of steam turbines]. Teploenergetika, 2019, no. 11, pp. 72–81.
Plondke A. C. Droplet Characterization in the Wake of Steam Turbine Cascades. Graduate School, Master's Thesis. Knoxville, University of Tennessee Publ., 2012. 78 р.
Mednikov A. F. Opredelenie dlitel'nosti inkubatsionnogo perioda protsessa kapleudarnoy erozii rabochikh lopatok poslednikh stupeney proektiruemykh parovykh turbin bol'shoy moshchnosti: avtoref. dis. na soiskanie nauchn. stepeni kand. tekhn. nauk: spets. 05.04.12 "Turbomashiny i kombinirovannye ustanovki" [Determination of the duration of the incubation period of the droplet impact erosion of the working blades of the last stages of the designed high-power steam turbines. Abstract of a thesis candidate eng. sci. diss. (Ph. D.) 05.04.12 "Turbomachines and combined plants"]. Moscow, 2012. 20 p.
Cai X., Ning D., Yu J., Li J., Ma L., Tian C., Gao W. Coarse water in low-pressure steam turbines. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 2014, vol. 228, issue 2, pp. 153–167. doi: 10.1177%2F0957650913518767
Zhou W., Cai X., Ji X. Influence of blade surface super-hydrophilic and super-hydrophobic property on formation of secondary droplets. Journal of Chinese Society of Power Engineering. 2014, issue 4, pp. 292–297.
Mednikov A. F., Tkhabisimov A. B., Dasaev M. R., Burmistrov A. Zilova O. Metallographic studies results of 20kH13 steel samples with textured relief, modified surface and protective coating. EECE-2019. E3S Web of Conferences. Vol. 140. Article number 02009. doi: 10.1051/e3sconf/201914002009
Grinkrug L. S., Ermolovich S. K. Lopatka vlazhnoparovoy stupeni turbiny [Wet steam turbine blade]. Patent USSR, no. SU 1507991 A1, 1989.
Baumann T., Melas M., Grasso P. D., Stankowski A., Olliges S., Widmer T. Coating for turbine parts. Patent US, no. US 20140178699 A1, 2013.
Boynovich L. B., Emel'yanenko A. M. Gidrofobnye materialy i pokrytiya: printsipy sozdaniya, svoystva i primenenie [Hydrophobic materials and coatings: principles of design, properties and applications]. Uspekhi khimii, 2008, vol. 77, no. 7, pp. 619–638.
Terekhin V. V. Supergidrofobnaya samovostanavlivayushchayasya abrazivno-ustoychivaya kompozitsiya na osnove nanochastits so strukturoy "Polistirol'noe yadro-SiO2-obolochka" i sshitogo polimetilsiloksana [Superhydrophobic self-healing abrasive-resistant composition based on nanoparticles with the structure "Polystyrene core-SiO2-shell" and cross-linked polymethylsiloxane]. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Kazan Technological University]. Kazan, FGBOU VO "KNITU" Publ., 2016, vol. 19, no. 14, pp. 96–101.
Liu S., Zhang X., Seeger S. Solvent-Free Fabrication of Flexible and Robust Superhydrophobic Composite Films with Hierarchical Micro/Nanostructures and Durable Self-Cleaning Functionality. ACS applied materials & interfaces. 2019, no. 11 (47), pp. 44691–44699. doi: 10.1021/acsami.9b15318
Golovin K., Boban M., Mabry J. M., Tuteja A. Designing Self-Healing Superhydrophobic Surfaces with Exceptional Mechanical Durability. ACS applied materials & interfaces. 2017, no. 9 (12), pp. 11212–11223. doi: 10.1021/acsami.6b15491
GOST R ISO 17076-1-014 Kozha. Opredelenie soprotivlyaemosti istiraniyu. Chast' 1. Metod Tabera [State Standard 17076-1-014. Leather. Determination of abrasion resistance. Part 1. Taber method]. Moscow, Standartinform Publ., 2015. 8 p.
Hoshian S., Jokinena V., Franssila S. Robust hybrid elastomer/metal-oxide superhydrophobic surfaces. Soft Matter. 2016, issue 31, pp. 6526–6535. doi: 10.1039/c6sm01095d
Zykova A., Safonov V., Yakovin S., Dudin S., Melnikova G., Petrovskaya A., Tolstaya T., Kuznetsova T., Chizhik S. A., Donkov N. Comparative analysis of platelets adhesion to the surface of Тa-based ceramic coatings deposited by magnetron sputtering. Journal of Physics: Conference Series. 2020, vol. 1492. doi: 10.1088/1742-6596/1492/1/012038
Li J., Li C. X., Chen Q. Y., Gao J. T., Wang J., Yang G. J., Li C. J. Super-Hydrophobic Surface Prepared by Lanthanide Oxide Ceramic Deposition Through PS-PVD Process. Journal of Thermal Spray Technology. 2017, issue 26, pp. 398–408. doi: 10.1007/s11666-016-0499-0
Krokhmal' S. A., Shirokov B. M. O vozmozhnosti ispol'zovaniya metalloorganicheskikh soedineniy khroma dlya zashchity detaley i tekhnologicheskoy osnastki, ispol'zuemoy dlya raboty v agressivnykh sredakh [On the possibility of using organometallic chromium compounds for the protection of parts and technological equipment used for work in aggressive environments]. Visnyk Nats. tekhn. un-ta "KhPI". Seriya: Khimiya, khimichna tekhnolohiya ta ekolohiya [Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Chemistry, chemical technology and ecology]. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2007, no. 32, pp. 48–55.
Safonov V. Plasma activated EB-deposition: different modes of arc discharge and plasma characteristics. Voprosy atomnoy nauki i tekhniki. 2017, no. 5 (111), pp. 65–71.
Shubenko A. L., Koval'skiy A. E., Vorob'ev Yu. S., Kartmazov G. N., Romanenko V. N. Vliyanie erozii na osnovnye ekspluatatsionnye kharakteristiki rabochey lopatki posledney stupeni tsilindra nizkogo davleniya moshchnoy parovoy turbiny. Chast' 2. Prognozirovanie izmenyayushchikhsya vsledstvie erozionnogo iznosa vibratsionnykh kharakteristik rabochey lopatki posledney stupeni i vybor sposoba ee passivnoy zashchity ot erozii [Influence of erosion on the main operational characteristics of the last stage rotor blade of a low-pressure cylinder of a powerful steam turbine. Part 2. Prediction of the vibration characteristics of the last stage rotor blade changing due to erosion wear and the choice of the method of its passive protection against erosion.]. Problemy mashinostroeniya. 2010, vol. 13, no. 1, pp. 3–11.
Shcheglyaev A. V. Parovye turbiny. Teoriya teplovogo protsessa i konstruktsii turbin. Kn. 2 [Steam turbines. Theory of the thermal process and turbine design. Book 2]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 1993. 416 p.
Belyaev A. V. Gidrodinamicheskie i elektrokineticheskie techeniya vblizi supergidrofobnykh poverkhnostey: dis. … kand. fiz.-mat. nauk 01.04.07 [Hydrodynamic and electrokinetic flows near superhydrophobic surfaces. Candidate phys.-math. sci. diss. (Ph. D.)]. Moscow, 2012. 125 p.
Alekseeva R. N., Boytsova E. A. Priblizhennaya metodika opredeleniya aerodinamicheskikh poter' v veernykh reshetkakh turbinnykh lopatok [Approximate method for determining aerodynamic losses in fan-shaped cascades of turbine blades]. Teploenergetika. 1973, no. 12, pp. 21–24.
Gose J. W., Golovin K., Boban M., Mabry J. M., Tuteja A., Perlin M., Ceccio S. L. Characterization of superhydrophobic surfaces for drag reduction in turbulent flow. Journal Fluid Mechanics. 2018, vol. 845, pp. 560–580.
Usachev K. M. Razrabotka i issledovanie sistemy udaleniya i drobleniya erozionno-opasnoy vlagi v stupenyakh parovykh turbin: dis. … kand. tekhn. nauk 05.04.12 [Development and research of a system for the removal and crushing of erosive moisture in the stages of steam turbines. Candidate eng. sci. diss. (Ph. D.)]. Moscow, 2019. 255 p.
.Shubenko A. L., Goloshchapov V. N., Strel'nikov I. S., Reshit'ko I. V. Vliyanie krupnodispersnoy vlagi na rabochie protsessy vlazhnoparovykh stupeney turbin [Influence of coarse moisture on the working processes of humid steam stages of turbines]. Energosberezhenie. Energetika. Energoaudit. 2014, no. 11 (130), pp. 28–39.