《汽轮机》课件八、级内损失和效率
汽轮机经济运行课件.
无边界层脱离 （a）无涡流
边界层脱离 （b）有涡流
叶栅损失
1. 叶型损失 3）尾迹损失 在强度和工艺条件许可的情况下，应尽量减小出口边 的厚度，以减小尾迹损失。
叶栅损失
①进汽角的影响： 定义： 冲角=叶型进口角－汽流进口角
喷嘴： 0 g 0 动叶： 1g 1 为正时，正冲角 为负时，负冲角 1）冲角等于零时，叶栅损失最小； 2）正冲角的叶栅损失大于负冲角的叶栅损失。 设计工况时，汽流进口角和叶型进口角相等，叶栅损失最小
hp
G p
G p G
v1t
hi'
p Ap
0 2hn
p Ap c1 p
v1t z p
式中：z p —汽封齿数； p —汽封流量系数； Ap —汽封间隙面积， Ap d p p v1t—喷嘴出口处比容。
hi' —不含漏汽损失时级的有效焓降
hi' ht0 hn hb hl h hc 2
ec 3 1 w Be (1 e ) xa e 2
zntn 工作喷嘴所占弧长度 e 整个圆周长度 dm
ec Be
—护罩所占弧长与整周弧长之比 —与级型有关的系数，单列级取0.15，复速级取0.55
部分进汽损失
2.斥汽损失 由于动叶经过不装喷嘴弧段时，已充满停滞的蒸汽。当进 入喷嘴段时，高速汽流要排斥并加速停滞在汽道内的蒸汽，产 生损失。
叶轮摩擦损失
叶轮以3000rpm旋转时，与两侧的蒸汽摩擦带来的损失。
hf
Pf G
f
hf
E0
Pf Pt
式中：Pf －摩擦损失所消耗功率
《汽轮机原理》
b 高速夹带消耗功；
c 水珠速度低，打击叶栅背弧 d 过冷现象，凝结滞后
17
（2）解决办法 ：
a 采用去湿装置; 捕水槽、捕水室等， 以减少蒸汽中的水分。 b 提高叶片本身的抗 湿能力. 在动叶片进汽边背弧
加焊硬质合金、电火
花处理等。
18
(3) 经 验 公 式 ：
' △hx (1 x m )hu
△ht
Gt
G
hu'
式 中 ， G ------ 级 流量； kg/s
hu ' ------ 级的 轮周有效比焓降，kJ/kg ；
hu '＝ht* (hnξ hbξ hc2 hl h )
16
6 .
湿 汽 损 失
（1）产 生 原 因 ：
a 凝结，减少作功；
3 k1dxa f 2.3 10 sin 1ls 3
△h f f P t
级的理想功率
Pt
7
4， 部 分 进 汽 损 失
采用部分进汽，就产生了部分
进 汽 损 失 ， 由 “ 鼓 风” 损 失 和
“斥汽”损失两部分所组成的。 “鼓 风” 损 失 发生在不装喷嘴的弧段上，有停滞的蒸汽。 “ 斥 汽 损 失 ” 发生在装有喷嘴的进汽弧段内，有停滞蒸汽的动叶转到进汽 弧段时，从喷嘴出来的汽流吹这部分蒸汽。 在喷嘴 出口端 的A点存 在着漏 汽；而 在B 点 又存在 着抽吸 作用 减少部分进汽损失：增加部分进汽度。要选择合适的部分进汽度。
30
（2）沿叶高相对节距不同所引起的损失：
偏 离最 佳 的 相 对 节 距 ，造 成 效 率 下 降 。
（3） 轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失：
蒸汽动力系统：级内损失和级的相对内效率
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减小动叶顶部漏汽损失δht的措施
➢在围带上安装径向汽封和轴向汽封，以减 少漏汽；
➢对无围带的动叶，可将动叶叶顶削尖以达 到汽封的作用；
➢尽量设法减小扭叶片顶部的反动度，使动 叶叶顶前后压差不致过大。
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华北电力大学校级核心课程加汽,轮ln机>原1理5mm
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2. 扇形损失δhθ
⑴形成原因
• 叶栅的相对节距t/b不是常数,而是从内径向外径 成正比例增加的，这样除了平均直径处的相对 节距为最佳外，其他各截面偏离最佳值，这就 带来了流动损失。
• 叶栅出口汽流在轴向间隙中存在着压力梯度，
即由内径向外径静压力逐渐增加，所以会产生
• 采用耐冲蚀性能强的叶片材料（如钛合金） • 在叶片进汽边背弧上镶焊硬质合金 • 对叶片表面镀铬，局部高频淬硬，电火花强化，
氮化等
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大功率汽轮机中水珠运动轨迹和去湿装置
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级内损失及其机理
级内损失
机理
动叶顶部汽封示意图
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⑸ 级的总漏汽损失δhδ
h hp ht
⑹ 反动级漏汽损失较冲动级大的原因
• 反动级内径汽封的漏汽量比冲动级的隔板漏汽 量大，主要是因为内径汽封的直径比隔板汽封 大，而汽封齿数又比较少；
• 反动级动叶前后的压差较大，其叶顶漏汽量相 当可观。
• 能保证获得级的最高相对内效率的速比是 设计时应考虑的速比，用(xa)’op表示
第一章 汽轮机级的工作原理-第五节 级内损失和级的相对内效率
第五节 级内损失和级的相对内效率一、级内损失除前面讨论的级内轮周损失即喷嘴损失n h δ、动叶损失b h δ和余速损失2c h δ之外，级内还有叶高损失l h δ、扇形损失h θδ、叶轮摩擦损失f h δ、部分进汽损失e h δ、漏汽损失h δδ和湿汽损失x h δ。
必须指出，并非各级都同时存在以上各项损失，如全周进汽的级中就没有部分进汽损失；采用转鼓的反动式汽轮机就不考虑叶轮摩擦损失；在过热蒸汽区域工作的级就没有湿汽损失；采用扭叶片的级就不存在扇形损失。
本节所讨论的各项级内损失，目前尚难以完全用分析法计算，多数是采用在静态和动态试验的基础上建立的经验公式计算。
随试验条件的不同，计算损失的公式也不同。
下面主要介绍国内计算级内损失的常用公式。
1．叶高损失l h δ叶高损失又称为端部损失，其产生的物理原因及影响因素在上节已经分析过。
它实质上是属于喷嘴和动叶的流动损失。
工程上为了方便．把它单独分出来计算。
叶高损失l h δ主要决定于叶高l 。
当叶片高度很高时，l h δ可以忽略不计。
叶高必须大于相对极限高度，否则l h δ将急剧增加。
叶高损失常用下列半经验公式计算：l h δ=u ah l ∆ （1.5.1）式中 a ——试验系数，单列级a =1.2（未包括扇形损失）或a =1.6（包括扇形损失），双列级a =2；u h ∆——不包括叶高损失的轮周有效比焓降，即u h ∆=0th ∆—n h δ—b h δ—2c h δ，/kJ kg ；l ——叶栅高度，单列级为喷嘴高度，双列级为各列叶栅的平均高度，mm 。
叶高损失也可以用以下半经验公式计算： l ξ=21ana x l （1.5.2）即 l h δ= l ξ0E （1.5.3） 式中 1a ——试验系数，单列级1a =9.9，双列级1a =27.6； n l ——喷嘴高度，mm 。
2．扇形损失h θδ汽轮机级中实际应用的是环列叶栅，如图1．5．1(a)所示。
《汽轮机》八、级内损失和效率
级的相对内效率 i
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
h-s图
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
（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
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
影响：均使级效率降低，影响汽轮机运行的经济性
（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 ）
（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；
余（速3不）能两被级利之用间的级距离应尽可能小，而且在此间隙内汽流不发生扰动。
（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。
二、级的相对内效率和内功率
级的有效焓降 hi
采取的措施： 2 1
汽轮机原理-汽轮机级内损失和级效率
4. 部分进汽损失 he
（1） “鼓风”损失 发生在没有喷嘴叶片的 弧段内。动叶通过这一弧段时，要象鼓风机 一样把滞留在这一弧段内的蒸汽鼓到出汽边 而耗功。
（2）“斥汽损失” 发生在安装有喷嘴叶片的弧段内。动叶片由非工作 区进入工作区弧段时，动叶通道中滞留的蒸汽要靠工作区弧段中喷嘴喷 出的主流蒸汽将其吹出，要消耗轮周功。 另外，如图由于叶轮作高速旋转，这样，在喷嘴出口端的A点存在着漏 汽；而在B点又存在着抽吸作用，将一部分蒸汽吸入动叶通道，干扰主 流，同样会引起损失。这样就形成了斥汽损失 。
一 . 级内损失
2.扇形损失 h
（1）原因 环形叶片导致非平均直径处偏离设计工况 （2）计算式：
h E0 ( k J / k g )
பைடு நூலகம்
0.7( 1 )2
径高比 db / lb越 小 ，扇形损失越大
（3）办法 当 > 10 ~ 12 时 ， 级 应 该 采 用 等 截 面 直 叶 片 。等 截 面 直 叶 片 的 设 计 和 加 工 都 比 较 容 易 ， 但 存 在 着 扇 形 损 失 ； 当 <10的级， 则应采用扭 叶片 。
v1t
p Ap
2hn* v1t z p
（ 2）动叶顶漏汽量的计算
Gt
t AtCt
v2t
et (db
lb )t
v2t
2t ht*
11
2.6 汽轮机级内损失和级效率
一 . 级内损失
5.漏汽损失 h
（ 3）隔板损失计算
hp
Gp G
hi*
Ap An Z p
hn
（ 4 ）叶顶漏汽损失计算
1.5 汽轮机级内损失和级效率
3、叶轮摩擦损失 （1）叶轮两侧及围带表面的粗糙度引起的摩 擦损失 叶轮在汽室中作高速旋转时，由于蒸汽粘性， 由叶轮表面至汽缸壁的间距上蒸汽微团的圆周速 度是不同的，即存在速度梯度，因此产生叶轮轮
面与蒸汽及蒸汽之间的摩擦。
3、叶轮摩擦损失 （2）子午面内的涡流运动 引起的损失 靠近叶轮轮面侧的蒸汽质点 随叶轮一起转动时，受到离心力
作用，沿径向向外流动。
靠近隔板处的蒸汽质点的旋
转速度小，自然要向旋转中心处
流动以保持蒸汽的连续性。于是， 在叶轮两侧的汽室中就形成了涡：
a1 2 l xa ln 即hl l E0
a1 ——试验系数。单列级=9.9，为双列级为27.6.
l n ——喷嘴高度。
2、扇形损失 由于汽轮机的叶栅是安装在叶轮上的，呈环形。
汽流参数和叶片几何参数（节距、进汽角）沿叶高是
变化的。
环形叶栅，图1.5.1，与直叶栅相比的特点：
(a)叶栅的相对节距不是常数，从内径向外径 成比例的增加，平均直径处为最佳，其它都偏离最佳 值，叶型损失系数都大于最小值，带入额外的流动损 失。
t 1t d b lb t 0.6 Gn 1 m 2t d nln sin 1
t
t
——动叶顶部间隙的流量系数
t ——动叶顶部的反动度
——动叶顶部的当量间隙
（4）叶顶漏汽损失计算
Gt ' ht hi Gl
经验公式计算：
1 z t ' ht hi 2 sin 1
《汽轮机原理》讲稿第08章陈
二、暖管
冷态启动前，主蒸汽管道、再热蒸汽管道、自动主汽门到 调节汽门间的导汽管道、高中压缸的主汽门，调节汽门等 的温度相当于室温，在启动过程中为了减小温差引起的热 应力和管道水击，在冲转前利用锅炉点火后的低温蒸汽， 对上述设备和管道进行预热，称为暖管。暖管时要控制蒸 汽温升速度，蒸汽温升速度过小将延长启动时间，蒸汽温 升速度太大会使热应力增大和造成强烈的水击，使管道振 动以致损坏管道和设备。锅炉的点火、升压和汽机的暖管 与疏水是同时进行的。 暖管应和管道的疏水操作密切配合，当蒸汽进入冷的管道 时，必然会急剧凝结，蒸汽凝结成水时放出汽化潜热，使 管壁受热而温度升高。如果这些凝结水不及时的从疏水管 路排除，当高速汽流从管道中通过时，便会发生水冲击引 起管道振动。若这些水被蒸汽带入汽轮机内，将发生水冲 击事故。
二、冲转蒸汽参数的选择
高压大容量汽轮机热态启动冲转时，应根据高压缸调速级 汽室和中压缸进汽室的金属温度选择适当的的主蒸汽温度 和再热蒸汽温度。一般都采用正温差启动，即蒸汽温度高 于金属温度。尽量不采用负温差启动。因为负温差启动时 蒸汽温度是低于金属温度的，转子和汽缸先被冷却，而后 又被加热，使转子和汽缸经受一次交变应力循环，从而增 加了机组的疲劳寿命损耗。因此一般都尽量不采用负温差 启动。 一般规定热态启动时新蒸汽温度应高于调节级上缸内壁 50～l00℃。为防止凝结放热，要求蒸汽过热度不低于 50℃，这样可以保证新蒸汽经调速汽门节流和喷嘴膨胀后 蒸汽温度仍不低于调节级的金属温度。
中压缸启动特点：
缩短启动时间 进汽时经过热器、
再热器两次加热，缩短了加热到预 定参数的时间
汽缸加热均匀 中压缸进汽，同
样冲转功率下焓降小，因此进汽量 大 转子提前越过低温脆性转变温度 有利于控制低压缸尾部温度水平， 有利于在空负荷或极低负荷下长时 间运行 不受高压缸热应力和胀差控制
汽轮机级内损失及级效率
v • 影响叶轮摩擦损失的因素：圆周速度u、蒸汽的比容、 v 级的平均直径dm及流量等。其中 沿流动方向变化 p f p f v 大；低压级 v 小； 最大，高压级 小， 大， • 反动级无叶轮，没有叶轮摩擦损失。 • 减小叶轮摩擦损失的措施： • （1）尽量减小叶轮与隔板间腔室的容积，即减小叶 轮与隔板间的轴向距离； • （2）尽可能提高叶轮表面的光洁度。
hl
l
hu
式中 a－试验系数，单列级a＝1.2（不包括扇形损失）或 a ＝1.6（包括扇形损失），双列级a＝2； 为 叶栅高度，对单列级为喷嘴高度，对双列级为各级叶栅 l 平均高度，mm。 a 2 l 1 xa 叶高损失也可用下列半经验公式计算： ln hl l E0 式中 a１－试验系数，单列级a１＝9.9，双列级a１＝27.6;
lb 0 .7 d b h E0
2
由此可见，扇形损失与径高比 比。 θ越小，ζθ越大，扇形损失越大。
db l
b
平方成反
一般当θ >8~12时，采用等截面直叶片，存在着扇 形损失，但加工方便；当θ <8~12时，为适应汽流参数 沿叶高的变化，采用扭叶片，虽加工复杂，但避免了 扇形损失。
• （二）扇形损失
• 1、产生原因： • ①环形叶栅的节距、圆周速度及蒸汽参数均沿叶高发生变化。 即这些数值均偏离了平均直径处的设计值，蒸汽流过时会增 加流动损失。 • ②在等截面直叶片级的轴向间隙中，汽流还会径向流动引起 损失。这些损失统称为扇形损失。
（a）环形叶栅的节距变化；（b）平面叶栅
2、计算扇形损失的经验公式：
G p
p Ap c1 p
v1t
G p G
p Ap
汽轮机的级内损失及减少措施
汽轮机的级内损失及减少措施汽轮机是一种重要的能源转换设备，广泛应用于发电、轮船、飞机等领域。
其中，汽轮机的级内损失是汽轮机的重要性能指标之一，对汽轮机的效率和寿命都有很大的影响。
因此，减少汽轮机的级内损失是提高汽轮机效率的关键之一。
本文介绍了汽轮机级内损失的原因和减少措施，希望能对汽轮机的设计、运行和维护提供一些参考。
一、汽轮机级内损失的原因汽轮机的级内损失是指能量在压缩机和透平的各个级别中转化成热能的过程，主要包括：1. 漏损：即由于密封不良、通道不平等或机械磨损等原因造成的热力学效率下降。
2. 摩擦损失：即由于磨损或表面不平滑等原因造成的动摩擦、涡旋损失等。
3. 湍流损失：即由于流体在弯曲、分支、波动等地方发生涡旋，能量转化为热能的过程。
4. 白皮书损失：即由于气体的引导部分具有类似于流线固有的曲率，这使得气流直接撞击翼叶而发生的涡流导致气流热升。
二、汽轮机级内损失的减少措施汽轮机级内损失减少是提高汽轮机效率和降低能耗的重要手段之一。
针对汽轮机的级内损失原因，我们可以从以下几个方面进行改进：1. 设计优化在设计上，应根据汽轮机的实际工作条件，合理设计叶片的形状、大小、角度和转速等参数，以提高热力学效率。
同时，应该尽量减少流道的长度、弯曲和分支，降低湍流、纹波、涡旋等因素的影响。
此外，还应采用合适的材料和表面处理技术来降低摩擦和磨损。
2. 变频技术变频技术是通过改变气流的速度和流量来控制汽轮机的转速和负载。
这样可以将汽轮机的运行与实际负载相匹配，避免过度加速或减速，从而减少涡流和摩擦损失。
同时，变频技术还可以优化汽轮机的运行状态，使汽轮机的效率最大化。
3. 清洗维护由于汽轮机内部存在许多细小的孔隙、管道和叶片等，容易积累微小颗粒和沉积物，从而影响气体的流通和工作效率。
因此，在汽轮机使用一段时间后，应定期进行清洗和维护，以消除积累的污垢和沉积物，保证汽轮机顺畅运转。
结论汽轮机级内损失是影响汽轮机效率和寿命的重要因素。
汽轮机级内损失
汽轮机有哪些主要的级内损失，损失的原因是什么？汽轮机级内主要有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、部分进汽损失、摩擦鼓风损失、漏汽损失、湿汽损失。
1）喷嘴损失和动叶损失是由蒸汽流过喷嘴和动叶时汽流之间的相互摩擦及汽流与叶片表面之间的摩擦形成的。
2）余速损失是指蒸汽在离开动叶时仍具有一定的速度，这部分速度能量在本级未被利用，所以是本级的损失。
但是当汽流流入下一级的时候，汽流动能可以部分地被下一级所利用。
3）叶高损失是指汽流在喷嘴和动叶栅的根部和顶部形成涡流所造成的损失。
所谓叶高损失又称为叶片端部损失，这个损失是喷嘴动叶流动损失的一种。
叶高损失一般在短叶片中比较大，当叶片高度小于12--15mm时，端部漩涡就十分大了，损失也就非常大。
所以在设计汽轮机时，叶片的高度必须大于这个值。
由上可知，当汽轮机容积流量很小时，也就是通流量很小时（特别是小汽轮机），为了防止叶高损失的影响，一般设计成部分进汽方式，以减少喷嘴数量，增大叶片高度。
4）扇形损失是指由于叶片沿轮缘成环形布置，使流道截面成扇形，因而，沿叶高方向各处的节距、圆周速度、进汽角是变化的，这样会引起汽流撞击叶片产生能量损失，汽流还将产生半径方向的流动，消耗汽流能量。
5）部分进汽损失是由于动叶经过不安装喷嘴的弧段时发生“鼓风”损失，以及动叶由非工作弧段进入喷嘴的工作弧段时发生斥气损失。
6）摩擦鼓风损失是指高速转动的叶轮与其周围的蒸汽相互摩擦并带动这些蒸汽旋转，要消耗一部分叶轮的有用功，隔板与喷嘴间的汽流在离心力作用下形成涡流也要消耗叶轮的有用功。
7）漏汽损失是指在汽轮机内由于存在压差，一部分蒸汽会不经过喷嘴和动叶的流道，而经过各种动静间隙漏走，不参与主流做功，从而形成损失。
8）湿汽损失是指在汽轮机的低压区蒸汽处于湿蒸汽状态，湿汽中的水不仅能膨胀加速做功，还要消耗汽流动能，还要对叶片的运动产生制动作用消耗有用功，并且冲蚀叶片。
汽轮机级内损失(steam turbine stage 10sses) 蒸汽在级内流动产生的能量损失，主要包括叶栅损失、余速损失、叶轮摩擦损失、鼓风损失、斥汽损失、漏气损失、湿气损失等项。
s25汽轮机级内损失及级效率解析知识讲解
图１.５.３ 部分进汽时采用护罩的示意图 １－动叶片；２－护罩；３－叶轮；４－汽缸
（2）斥汽损失 发生在装有喷管的进汽弧段内。
hs
s
ce
1 e
Sn dn
xa
斥汽损失的计算：
s
ce
1 Sn e dn
xa
hs sE0
S -n-喷管组数；c e --与级型有关的系数，单列级 ce 0.012;
双列级 ce 0.01;6
• 反动级无叶轮，没有叶轮摩擦损失。
• 减小叶轮摩擦损失的措施： • （1）尽量减小叶轮与隔板间腔室的容积，即
减小叶轮与隔板间的轴向距离； • （2）尽可能提高叶轮表面的光洁度。
• （四） 部分进汽损失 h e
部分进汽：将喷管布置在隔板的部分圆周上，使蒸汽沿部分圆 弧进汽的方式。 采用部分进汽的原因：使叶栅高度不小于15mm。 部分进汽度：安装喷管的弧段长度与整个圆周长的比值，即
• 2、叶高损失计算：叶高损失常用下列半经验公式
计算。
hl
a l
hu
式中 a－试验系数，单列级a＝1.2（不包括扇形损失）或
a ＝1.6（包括扇形损失），双列级a＝2；
l为 叶栅高度，对单列级为喷嘴高度，对双列级为各级叶栅
平均高度，mm。 叶高损失也可用下列半经验公式计算：
l
a1 ln
x
2 a
hl lE 0
• 1、隔板漏汽损失
• （1） 产生原因：隔板中心孔与主轴之间存在间隙， 且间隙前后的蒸汽存在压差，产生漏汽,引起损失。
• （2）计算公式
Gp
pApc1p
v1t
pAp
2hn* v1t Zp
hp
Gp G
汽轮机-级
汽轮机级的工作原理z蒸汽在喷嘴叶栅内的流动和能量转换z蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换z级的分类和轮周效率z级内损失、效率和功率蒸汽在喷嘴叶栅中的流动和能量转换z一、喷嘴叶栅的结构z二、蒸汽在喷嘴叶栅内的流动z三、蒸汽在喷嘴叶栅内的能量转换一、喷嘴叶栅的结构叶栅演示三、蒸汽在喷嘴内的能量转换基本假设（1）蒸汽在级内的流动是绝热汽流通过叶栅时间极短（2）蒸汽在级内的流动是一元用叶栅流道截面的平均值（3）蒸汽在级内的流动是稳定胀过程。
t t h h c c 102021)(21−=−20101)(2c h h c t t +−=喷嘴损失：t c c 11ϕ=2122121111(21)(21t t t n c c c h h h ）ϕδ−=−=−=蒸汽在动叶栅内的流动和能量转换z一、蒸汽在叶栅内的流动特性z二、蒸汽在动叶内的能量转换z三、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率，α22w *2α*2β2c uu1c 1w 1α1βu——动叶的圆周速度11111122121sin arcsincos 2w c u c u c w αβα=−+=22222222222sin arcsincos 2c w u w u w c βαβ=−+=速度三角形符号说明zα1 ，α2：动叶的汽流绝对进、出汽角z w1,β1w2 ,β2zβ1 ,β2：动叶的汽流相对进、出汽角z动叶的几何进、出汽角：叶栅型线决定z良好的流动要求：β1 ,β2基本等于动叶的几何进、出汽角h 1+w 1/2= h 2+w 22/2静止坐标上的能量方程：h 1+c 12/2= h 2+c 22/2+W W =（h 1-h 2）+（c 12/2-c 22/2）22222211w h w h +=+)22()(22222121222211c c h h W W c h c h −+−=++=+动叶内的损失z由于摩擦等损失，动叶内的汽流速度会降低－动叶损失tw w 22ψ=)1(21)(212222222ψδ−=−=t t b w w w h 余速损失2221c h c =δ动叶损失三、蒸汽作用在动叶栅上的力和轮周功率z 分析对象：⊿m 蒸汽z分析过程：在⊿t 时间内从叶栅进口流入，从叶栅出口流出z分析内容：蒸汽轮周方向上的速度变化和受力之间的关系。
(汽轮机原理)第四讲级内损失与级相对内效率
什么会影响级内损失？
1
淤积和腐蚀
在引导喷嘴和叶片中，容易有沉积物和腐蚀产生，导致能量散失。
2
运行温度和压力
在高温高压的状况下，机械能易发生热和氧化损伤，这可能导致更频繁的故障和 更高的损失。
3
设计和制造质量
级部件制造过程中的偏差和不完美将导致级内摩擦和更高的损失。
什么会影响级相对内效率？
叶片的状态
叶片在精度、强度和硬度方面的变化可能使效率 下降。
气流流速
该因素会影响热量和动力的流动，从而影响级内 工作情况。
转子系统的设计和制造质量
这些因素对于维持精度和减少积碳是关键的。
明确的调节策略
指定和实施适当的维护和调整策略可以帮助最大 化效率。
小结与建议
理解级内损失和级相对内效率的基本概念是确保减少能耗的关键因素之一。在操作中，定期检查机器以查 找与级损失和效率相关的问题，并及时修复故障或更改操作策略。为了最大化效率，应考虑采用新技术和 更好的维护实践。
(汽轮机原理)级内损失与 级相对内效率
在汽轮机性能参数中，级内损失和级相对内效率是其中一些关键指标。本次 演示将探讨这些主题并介绍有用的应用建议。
什么是级内损失？
1 定义
简而言之，级内损失指的是在汽轮机引导喷 咀和移动叶片等部件中发生的能量损失。这 些损失会减少总体输出功率，降低汽轮机效 率。
2 分类
级内损失可以分为静止和运动两种。静止级 内损失是指能量损失由固定部件引起，而运 动级内损失则由移动部件引起。
什ห้องสมุดไป่ตู้是级相对内效率？
定义
简单来说，级相对内效率是汽轮机性能的另一个关 键指标。它是级效率和理想效率之比，其中级效率 是级输出功率和输入功率之比。
汽轮机级内损失
汽轮机有哪些主要的级内损失，损失的原因是什么？汽轮机级内主要有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、部分进汽损失、摩擦鼓风损失、漏汽损失、湿汽损失。
1）喷嘴损失和动叶损失是由蒸汽流过喷嘴和动叶时汽流之间的相互摩擦及汽流与叶片表面之间的摩擦形成的。
2）余速损失是指蒸汽在离开动叶时仍具有一定的速度，这部分速度能量在本级未被利用，所以是本级的损失。
但是当汽流流入下一级的时候，汽流动能可以部分地被下一级所利用。
3）叶高损失是指汽流在喷嘴和动叶栅的根部和顶部形成涡流所造成的损失。
所谓叶高损失又称为叶片端部损失，这个损失是喷嘴动叶流动损失的一种。
叶高损失一般在短叶片中比较大，当叶片高度小于12--15mm时，端部漩涡就十分大了，损失也就非常大。
所以在设计汽轮机时，叶片的高度必须大于这个值。
由上可知，当汽轮机容积流量很小时，也就是通流量很小时（特别是小汽轮机），为了防止叶高损失的影响，一般设计成部分进汽方式，以减少喷嘴数量，增大叶片高度。
4）扇形损失是指由于叶片沿轮缘成环形布置，使流道截面成扇形，因而，沿叶高方向各处的节距、圆周速度、进汽角是变化的，这样会引起汽流撞击叶片产生能量损失，汽流还将产生半径方向的流动，消耗汽流能量。
5）部分进汽损失是由于动叶经过不安装喷嘴的弧段时发生“鼓风”损失，以及动叶由非工作弧段进入喷嘴的工作弧段时发生斥气损失。
6）摩擦鼓风损失是指高速转动的叶轮与其周围的蒸汽相互摩擦并带动这些蒸汽旋转，要消耗一部分叶轮的有用功，隔板与喷嘴间的汽流在离心力作用下形成涡流也要消耗叶轮的有用功。
7）漏汽损失是指在汽轮机内由于存在压差，一部分蒸汽会不经过喷嘴和动叶的流道，而经过各种动静间隙漏走，不参与主流做功，从而形成损失。
8）湿汽损失是指在汽轮机的低压区蒸汽处于湿蒸汽状态，湿汽中的水不仅能膨胀加速做功，还要消耗汽流动能，还要对叶片的运动产生制动作用消耗有用功，并且冲蚀叶片。
汽轮机级内损失(steam turbine stage 10sses) 蒸汽在级内流动产生的能量损失，主要包括叶栅损失、余速损失、叶轮摩擦损失、鼓风损失、斥汽损失、漏气损失、湿气损失等项。
《汽轮机》课件八、级内损失和效率
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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*
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
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
E0
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（三）摩擦损失
汽轮机经济运行课件.
1 zr (
δz
δr
z 2 ) r
db
漏汽损失
2. 反动级的漏汽损失 反动级漏汽量要比冲动级漏汽量大。 一是内径汽封直径比隔板汽封直径大， 使内径处漏汽量大；二是动叶前后压差 较大，使叶顶漏汽量大。
ห้องสมุดไป่ตู้
ht 1.72
r1.4
lb
E0
湿汽损失
hx (1 xm )h
级内损失项和相对内效率
级内各项损失： 1. 叶栅损失 2. 余速损失 hc 2 3. 叶高损失 hl 4. 扇形损失 h 5. 叶轮摩擦损失 h f 6. 部分进汽损失 he 7. 漏汽损失 h 8. 湿汽损失 hx
级内损失项和相对内效率
级的相对内效率（级效率）：
0 hi ht hn hb hl h h f he h hx hc 2 i E0 ht0 1 hc 2
喷嘴闭式间隙 1 动叶闭式间隙 2 总轴向间隙
z 1.5
级的结构因素对效率的影响
3. 径向间隙 经济上：减小径向间隙，装径向汽封，减少径向漏汽损失，提 高效率； 安全上，要考虑机组振动和热膨胀，不能太小。
r 0.5 ~ 1.5mm
级的结构因素对效率的影响
4. 叶片宽度 叶片宽度增加，增大端部损失，对于较短叶片影响明显。 但叶片过窄，将使其强度降低，同时在汽道表面粗糙度相同 的情况下，雷诺数减小，导致叶型损失增加。
2 c2 hc 2 2
c2
hc 2
E0
叶高损失
a hl hu l
l
hl
E0
a 1.2 （未包括扇形损失） a 1.6 （包括扇形损失） a2
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(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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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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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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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
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*
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
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。
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。
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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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。
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
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
级的有效焓降与级的理想能量之比
i
hi E0
E0
hn
hb
h
hvf
hp E0hthx(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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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
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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。
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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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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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。
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
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3600
如何改变级的内功率？
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（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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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
E0
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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
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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