《汽轮机》课件八、级内损失和效率

汽流冲角 （叶型进口角与汽流进口角之差）
0 0g 0
1 1g 1
0 正冲角 0 负冲角
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反动叶栅 State Grid of China Technology College
冲动叶栅
1.叶型损失 平面气流绕流叶栅产生的能量损失 叶栅内的压力分布不均匀，内弧的压力大于背弧的压力（离心力的原因） 进口段的压力下降较快，而后放慢。 斜切部分背弧的压力下降较快，可能低于出口压力，因此后面跟随扩压段， 将使附面层增厚，气流脱离，损失增加。 (1)附面层中的摩擦损失： 叶面粗糙，压力分布不均匀，附面层，加速较小的气流，附面层厚，摩擦大， 冲动叶栅损失大于反动叶栅损失。
顶部盖度 根部盖度
凝汽式汽轮机末几级，反动度较大
lb
l
' b
12 ~ 15
结论：
1.无径向汽封：盖度增加，叶顶漏汽损 失减少，效率增加显著 2.有径向汽封：盖度对效率影响不显著 3.盖度存在最佳值
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有径向汽封 无径向汽封
4.平衡孔
作用：主要是为了减少轴向推力 但是反动度不合适的话，会漏汽或吸汽
隔板漏汽量较小时，无平衡孔的级效率高 隔板漏汽量较大时，有平衡孔的级效率高
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有平衡孔 无平衡孔
5.窄喷嘴
高压部分，蒸汽压差较大，隔板很 厚，静叶高度很短，导致端部流动 损失增加，喷嘴效率降低。为此， 可以采用宽度较小的窄喷嘴焊接隔 板。
喷嘴布置在某个弧段内，这种进汽方式称为部分进汽 装有喷嘴的弧长与整个圆周之比，称为部分进汽度
e zntn
d n
调节级：最大的部分进汽度一般也只能达到0.8
部分进汽方式
ln
Gn v1t
nednc1t sin1g
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1.鼓风损失
2.动叶顶部漏汽损失：可在围带 上安装径向汽封和轴向汽封,
无围带的动叶顶部削薄。
ht
h p
隔板漏汽
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叶顶损失
汽封节流原理 State Grid of China Technology College
选择合适的反动度 根部反动度较大根部漏汽
2.轴向间隙
1 2 z
闭式轴向间隙 开式轴向间隙
z 1.5 ~ 2.0mm
闭式轴向间隙：过大，减少尾迹损失， 但是增加摩擦损失，存在最佳值
3.径向间隙 r 小：减少叶顶漏汽损失；
但不利于振动和热膨胀
r 0.5 ~ 1.5mm
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三、级的某些结构对效率的影响
1.盖度
动叶进口高度超过喷嘴出口高度的那部分叶高
l
' b
ln
t
r
有利影响：减少叶顶漏汽损失 满足汽流径向扩散的要求 减少流动损失
不利影响：顶部和根部产生漩涡
t r
最佳盖度：叶顶漏汽损失和端部漩涡损失之和最小 State Grid of China Technology College
级内损失和效率
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回顾 u
ht* hn hb ht*
hc2
1 n
b
c2
0*
1 2
c02
t0*
0
p0 t0 h0 c0
△h1t*
Wu
△ht*
△h1t 1t
△h2t
1
p1
△hn 2 ' p2
2
△hc2
△hb
2t WU ht* hn hb hc2
采取的措施： 2 1
(2)附面层分离时的涡流损失：
(3)尾迹损失：出口边有一定的厚度，形成两股气流拉扯现象，内耗 采取的措施：尽量减少出口边的厚度
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无涡流
有涡流
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3.冲波损失：超音速气流，产生冲波，表现为叶型 损失。
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hn (1 2 )hn*
hb (1 2 )hb*
hl
1.6 lb
hu
（二）扇形损失
径高比
动叶平均直径与叶片高度之比称为径高比
db
lb
8 ~ 12 短叶片，该叶片多为等截面叶片 高压级
200MW 静叶宽度仅为25mm
窄喷嘴焊接隔板为了增加强度，加 装导流筋
窄喷嘴焊接隔板的优点是喷嘴损失小。 导流筋增加汽流的阻力。
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级的有效焓降与级的理想能量之比
i
hi E0
E0
hn
hb
h
hvf
hp E0
ht
hx
(1 2 )hc2
级的内功率
Pi
Gh
*
ti
Dh *t i
3600
不考虑余速利用
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h-s图
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漏汽
斥汽
无喷嘴 停滞蒸汽
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（五）漏汽损失 冲动级：
1.隔板漏气损失：加隔板汽封,在 喷嘴和动叶根部设轴向汽封, 在叶轮开平衡孔，选择合适的 反动度。
2.叶端损失：（叶高损失） 汽流通道由内弧，背弧和上下端面组成，叶型损失 是内弧和背弧的损失。上下端面由于蒸汽的粘性形 成附面层。上下两端面的速度较小，产生的离心力 不能抵消压差，产生二次流动，产生漩涡。 二次流损失与叶片高度密切相关，当叶片较长时， 二次流在上下两端面产生的漩涡对主流的影响较弱。 反之漩涡汇合并充满整个汽道，二次流剧增。二次 流损失又称为叶高损失。减小叶栅的平均直径增加 叶片高度，减小叶高损失。
基本能力
轮周效率是衡量级内蒸汽流动过程中能量转换程度的重要指标。 但不是最终指标。
一、级内损失
定义：直接影响蒸汽状态的各种损失 种类：喷嘴损失、动叶损失、余速损失、扇形损失、 摩擦 损失、部分进汽损失、漏汽损失和湿汽损失。 影响：均使级效率降低，影响汽轮机运行的经济性
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根部反动度很小，根部吸汽 根部反动度合适，不吸不漏
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根部反动度为0.03~0.05
反动级：
漏汽损失大于冲动级：内径汽封直径大， 汽封齿数少
动叶前后压差大：叶顶漏汽量大
措施：径向轴向汽封 动叶顶部削薄 减小叶顶反动度
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Pf
Ad 2 ( u )3 1
100 v2
h f
Pf G
摩擦损失与 G成v 反比 ，高压级的摩擦损失大 低压级的小
摩擦损失与蒸汽流量成反比 ，小机组摩擦损失大
低负荷或空负荷，应监视排汽温度
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（四）部分进汽损失
喷嘴连续部满整个圆周，这种进汽方式称为全周进汽
8 ~ 12 长叶片 低压级
1．圆周速度不同引起的损失：汽流冲击背弧或内弧 2．相对栅距不同引起的损失：最佳相对节距（平均直径处） 3．汽流径向流动引起的损失： c1较c0、c2要大得多，
受c1u离心力产生径向压力梯度的 影响，p1沿叶高是增加的，径向流动产生损失
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总结
•级内损失产生的原因及采取的措施 •级的相对内效率 •级的有效焓降 •级的内功率
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任务训练
Pi
Gh
*
ti
Dh *t i
3600
如何改变级的内功率？
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余速不能被利用的级
（1）调节级； （2）级后有抽汽口的级； （3）部分进汽度和平均直径突然变化的级； （4）最末一级。
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二、级的相对内效率和内功率
级的有效焓降 hi
考虑了级内的各项损失之后，真正转变为轴功的焓降
级的相对内效率 i
（一）叶栅损失 喷嘴损失和动叶损失统称为叶栅损失 叶栅的几何参数
叶片的横截面形状称为叶型。其周线称为型线。
平均直径dm 、 叶片高度l 、 叶栅节距t、叶型宽度B、叶型弦长b
出口边厚度Δ、安装角s、s(叶栅额线与弦长之间的夹角)
叶型进口角0g 、1g（叶型中弧线在前缘点的切线与叶栅前额线之间的夹角）
切线 State Grid of China Technology College
扭曲叶片
叶片作成沿叶高变化的变截面叶片， 以适应圆周速度和汽流参数沿叶高变化的规律
h
0.7( lb db
)2
Байду номын сангаасE0
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（三）摩擦损失
产生的原因：粘滞性，速度梯度 径向涡流
限制末级叶片排汽 湿度<12%~15% • 4 提高叶片抗冲蚀 能力
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（七）余速动能损失
hc2
c22 2
余速利用的条件： （1）两个级的平均直径接近相等； （2）下一级的喷嘴进汽方向应与上一级的动叶排汽方向一致； （3）两级之间的距离应尽可能小，而且在此间隙内汽流不发生扰动。
动叶就像鼓风机的叶片一样，将非工作区域的蒸汽从叶轮一侧鼓向另一侧， 从而消耗一部分有用功，造成损失
护罩装置:非进汽弧
2.斥汽损失：喷嘴排斥并加速停滞的蒸汽（进汽弧段内）
he hw hs
应尽量减少喷嘴组数
护罩
hw
0.41
edl1.5 u 3
100
hs
0.11 Bblb An
xa opu mht*
（六）湿汽损失---湿蒸汽区
水珠的膨胀速度大约是蒸汽膨胀速度的十分之一。
撞击动叶进口的背弧
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对喷嘴进口避免产生撞击， 扰乱主汽流
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降低排汽湿度措施 • 1 捕水装置 • 2 吸水缝空心喷嘴 • 3 采用中间再热，
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告知
1.级内损失产生的原 因及采取的措施 2.相对内效率的计算 3.内功率的计算 4.h-s图的表示
基本知识
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1.相对内效率的计算 2.内功率的计算 3.减少损失的措施 4.了解叶片的结构