s1-5 汽轮机级内损失及级效率

• 合适的部分进汽度 • 减少斥汽损失的措施： • 减少喷管组数 • 部分进汽损失：
∆he = ∆hw + ∆hs
减小部分进汽损失的措施： （1）部分进汽度不宜太小，选取部分进汽度的原则是 使叶高损失与部分进汽损失之和最小； （2）减少喷管组数，以及减小两组喷管之间的间隙。
• (五)漏汽损失∆hδ • 隔板漏汽损失
⑥工质损失。
2、湿汽损失计算：
′ ∆hx = (1 − xm )∆hu
x0 + x2 xm = 2
3、湿蒸汽对动叶片的危害：产生水蚀损伤，其中以动 叶进汽边顶部背弧处最严重。 由于侵蚀，叶片形成不平的海绵状表面，使级效 率降低，同时侵蚀会改变叶片的振动和强度特性，是 叶片断裂的起因。
提高级效率和防止动叶水滴侵蚀损坏的措施： （1）采用去湿装置，以减少湿蒸汽中的水份。 常用的去湿装置： (1)减少级前湿度 提高蒸汽初温和降低初压；采用外置汽水分 离和中间再热器，增加末级比焓降，降低凝汽 器真空等。 (2)采取级内除湿 ①从喷嘴叶片的汽道除湿。采用空心喷嘴叶片， 又称为内槽式除湿，可以排出大约35％~40％ 的水分。演示文稿1.ppt，演示文稿2.ppt
(3)降低叶片外缘圆周速度u。 降低u对减少侵蚀十分重要。降低转速和减小 末级叶片高度往往是从这一观点出发的。 (4)采用耐侵蚀材料
①叶片的基体材料广泛选用强度高而且耐蚀
的铬钢，在一些大功率汽轮机最长的低压末级 叶片用钛合金制造。
②叶片表面覆盖防护层。最严重的侵蚀发生
在动叶的上部，在这部分叶片表面(叶片上部1 ／3长度的叶片进口边的背弧)采用高频电流焊 接司太立合金覆盖层。演示文稿3.ppt
• • 涡流引起的能量损失 2、计算公式：
∆p f
u 3 2 1 = k1 ( ) d 100 v
∆h f =
ζf =
∆h f E0
＝
3600 ∆ p f G
∆p f pt ≈k
dx a
3
el n sin α 1 µ n 1 − Ω m
• 影响叶轮摩擦损失的因素：圆周速度u、蒸汽 v 的比容、级的平均直径dm及流量等。其中 v沿 流动方向变化最大，高压级 v 小，∆p f 大；低压 级 v 大，∆p f 小； • 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。
②从喷嘴叶 片之后腔室 除湿。 汽轮机低压 缸，从喷嘴 中叶片之后 除湿。由离 心力分离出 来的水分被 引入叶片围 带上部的除 湿腔将水收 集起来除掉。
③从工 作叶片 除湿。 在工作 叶片背 弧上开 齿形沟 槽，水 滴在离 心力作 用下进 入沟槽 至外缘 排走。
④工作叶片之后腔室除湿。从工作叶片之后的腔室或 专设的槽道排除水分是应用最广泛的除湿结构。
二、汽轮机级的相对内效率和内功率
蒸汽流经汽轮机 各级作功时存在 损失，考虑级内 各项损失后冲动 级的热力过程线 如图所示。
级的有效比焓降：1千克蒸汽所具有的理想能量中最 后在转轴上转变为有效功的那部分能量。 级的相对内效率：级的有效比焓降与级的理想能量 之比。即 ：
∆hi ∆h −∆hnζ −∆hbζ −∆hc2 −∆hl −∆hθ −∆hf −∆he −∆hδ −∆hx ηri = = * E0 ∆ht −µ1∆hc2
• • •
1. 沿叶高圆周速度不同引起的损失;演示文 稿4.ppt 2．沿叶高节距不同引起的损失;演示文稿 4.ppt 3．轴向间隙中汽流径向流动所引起的损失; 演示文稿4.ppt
• 7、在喷嘴出汽角和级的平均直径相同时， 复速级、纯冲动级、反动级哪个做功能力大？ 为什么？ • 8、汽轮机的型号是如何表示的？按热力特 性分有哪几种型式。 • 9、简述汽轮机级的能量转换过程。 • 10、某喷嘴的蒸汽进口处压力为 p0 = 1.0MPa ， MPa 温度为300℃，若喷嘴出口处压力为 p1 = 0.6， 试问该用哪一种喷嘴？ • 11、N300—16.7/537/537各表示什么?
③制动损失； ④扰流损失：水滴撞击 在动叶片背弧上，四处 飞溅，扰乱主流；水滴 进入下级时，与汽流交 叉。 ⑤过冷损失：湿蒸汽在 喷嘴中膨胀时，由于汽 态变化非常快，蒸汽的 一部分还来不及凝结成 水，汽化潜热没有释放 出来，形成了过饱和蒸 汽或称过冷蒸汽，致使 蒸汽的理想焓降减小， 形成过冷损失。
• （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：
2、动叶顶部漏汽损失 （1）损失产生的原因：动叶顶部与汽缸之间存在 间隙，且间隙前后的蒸汽存在压差，产生漏汽而 造成损失。
（2）叶顶漏汽损失的计算：
eµtπ (db + lb ) δ t 2Ωt ∆ht* µt At ct ∆Gt = = v2t v2t
−
∆Gt ' ∆ht = ∆hu G
或
∆ h t = 1 . 72
• （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
Z ntn e = πd m
鼓风损失 ∆hw 部分进汽损失产生的原因： 斥汽损失 ∆hs
lb ς θ = 0 .7 d b ∆ hθ = ς θ E 0

2
θ = d b l 平方成反比。 扇形损失与径高比 b
θ越
小，ζθ越大，扇形损失越大。 一般当θ >8~12时，采用等截面直叶片，存在扇形 损失；当θ <8~12时，采用扭叶片，避免扇形损失。
• （三）叶轮摩擦损失 ∆h f • 速度不同引起的摩擦损失 • 1、叶轮摩擦损失的原因
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。 a
ςl =
1
叶高损失也可用下列半经验公式计算：
ln
x
2 a
∆ hl = ς l E 0
式中 a１－试验系数，单列级a１＝9.9，双列级a１＝27.6;
• 原因 • 叶顶漏汽损失
• 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
∆G p =
µ p A p c1 p
v1t
∆G p G
= µ p Ap
* 2∆hn
v1t Z p
∆h p =
′ ∆ hu
减小隔板漏汽损失的措施： 1) 隔板与主轴之间装设隔板汽封； 2）在动叶根部设置轴向汽封； 3）在叶轮上开设平衡孔，并选择适当的反动度， 使隔板漏汽从平衡孔流到级后，避免这部分汽流干 扰主流。
δ
1 .4 r
lb
E 0 （用于反动级）
（3）减少漏汽损失措施： ①在围带上安装径向汽封和轴向汽封； ②对无围带的叶片，可将动叶顶部削薄以达到汽封 的作用； ③尽量设法减小扭叶片顶部的反动度。
（六）湿汽损失 ∆hx 1、原因： ①湿蒸汽中的一 小部分蒸汽凝结 成水滴，使做功 的蒸汽量减少； ②挟带损失 ： 蒸汽带动水滴运 动时，造成两者 之间的碰撞和摩 擦，损耗一部分 蒸汽动能；
D∆hi Pi = G∆hi = 3600
三、级内损失对最佳速比的影响
• 衡量级内能量转换过程完善程度的最终指标是 级的相对内效率。能保证获得级的最大相对内 效率的速比才是真正的最佳速比。 • 级的相对内效率与速比的关系曲线是在轮周效 率曲线的基础上，扣去级内其它各项损失之后 得到的，级的相对内效率可表达为 ：
图１.４.３ 叶栅中的二次流示意图 （a）双涡流示意图；（b）附面层和压力分布示意图 １—腹面；２—压力图；３—附面层增厚区；５—对涡流动
• 叶高损失又称端部损失，它实质上是属于喷嘴和动 叶的流动损失，它主要取决于叶高。 • 2、叶高损失计算：叶高损失常用下列半经验公式 计算。
a ∆ hl = ∆ hu l
η ri = η u − ζ l − ζ θ − ζ f − ζ e − ζ x − ζ p
结论： （1）级的相对内效 率最大值比轮周 效率的最大值要 低。 （2）级内损失使级 的相对内效率为 最高时的最佳速 比也要小于轮周 效率最高时的最 佳速比。
第六节 扭叶片
当径高比较小时，若仍以一元流动为依据，以平均 直径处的参数计算，不考虑汽流参数沿叶高的变化， 设计成直叶片，将产生很大的附加损失，使级效率 显著下降。附加损失表现为：
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
ζ s = ce
1 Sn xa e dn
斥汽损失的计算：
ζ
s
∆hs = ζ s E0
双列级 ce = 0.016;
1 Sn = ce xa e dn
S--喷管组数；ce --与级型有关的系数，单列级 ce = 0.012; n
* t
或
η ri = 1 − ζ n − ζ b − ζ c − ζ l − ζ θ − ζ f − ζ e − ζ δ − ζ x
2
级的相对内效率反映了级内能量转换的完善 程度，它的大小与所选用的叶型、速比、反动度、 叶栅高度等有密切的关系，也与蒸汽的性质、级 ຫໍສະໝຸດ Baidu结构有关。
级的内功率：可由级的有效焓降和蒸汽流量 来确定，即
第四节 汽轮机的级内损失和级效率
一、级内损失 • 级内损失主要有叶高损失、扇形损失、叶轮 摩擦损失、部分进汽损失、漏汽损失、湿汽 损失等 • 上述损失并不是每一级都同时存在，如：全 周进汽的级就没有部分进汽损失，过热区工 作的级就没有部分湿汽损失等。
（一）叶高损失 ∆h l 1、叶高损失的原因： （1）端部附面层中的摩擦损失 （2）二次流损失
• （1）鼓风损失
• 发生在不装喷管的弧段内。 • 鼓风损失的计算：
1 ec 3 ζ w = Be (1 − e − ) xa e 2
∆ hw = ζ w E 0
单列级：Be = 0.15; 双列级：Be = 0.55
∆he
∆hw
•
选择合适的部分进汽度
• 减小鼓风损失的措施： • 加装护罩装置，如图所示。