級內(nèi)損失

《電力名詞》第三版。 2100433B

蒸汽在汽輪機級內(nèi)流動時產(chǎn)生的能量損失,主要包括葉柵損失、余速損失、葉輪摩擦損失、鼓風損失、漏汽損失,以及濕汽等項損失。

中文名稱

汽輪機級內(nèi)損失

英文名稱

steam turbine stage loss

定　　義

蒸汽在級內(nèi)流動產(chǎn)生的能量損失。主要包括葉柵損失、余速損失、葉輪摩擦損失、鼓風損失、漏汽損失、濕汽損失等。

應(yīng)用學科

電力（一級學科），汽輪機、燃氣輪機（二級學科）

級內(nèi)損失主要包括噴嘴（靜葉）流動損失、動葉流動損失和余速損失 3項。

級內(nèi)損失是使級的輪周效率小于 1的原因。此外還有一系列附加損失，如輪盤摩擦損失、漏汽損失、濕汽損失和部分進汽損失等。這些附加損失的存在使汽輪機級的效率比輪周效率有所降低，這種效率稱為級的內(nèi)效率。因為附加損失與速度比有關(guān)，級的實際最佳速度比略小于理論值。

蒸汽在級內(nèi)流動產(chǎn)生的能量損失，主要包括葉柵損失、余速損失、葉輪摩擦損失、鼓風損失、斥汽損失、漏氣損失、濕氣損失等項 。

葉柵損失：包括型面損失和端面損失，前者有葉型表面附面層的摩擦損失，附面層脫離引起的渦流損失，葉片出口邊的尾跡損失以及汽流接近聲速和超聲速時產(chǎn)生的沖波損失。后者有葉柵汽道上下兩個端面附面層中的摩擦損失和附面層內(nèi)自凹面向背面橫向流動產(chǎn)生的二次流損失。葉柵中的各項損失可由葉柵風洞試驗確定，可用速度系數(shù)來表示損失大小，或用能量損失系數(shù)或葉柵中總壓力損失系數(shù)表示。影響葉柵損失的重要因素是型線、型面光滑度、葉片高度、相對柵距、安裝角、汽流角、沖角和馬赫數(shù)。

速度系數(shù)是實際速度與理想速度之比?，F(xiàn)代汽輪機的靜葉柵速度系數(shù)?可達0.95～0.98。 ?值隨靜葉高度增高而加大。動葉柵速度系數(shù)ψ為0.90～0.97。ψ值與級的反動度有一定關(guān)系。反動度越小，ψ值也越低。在沖動級中選用適當?shù)姆磩佣?，可減少動葉柵中的損失。 當反動度等于50%時ψ=?。

余速損失：蒸汽從動葉出口流出時尚有一定的速度，其動能不能再利用時所造成的損失稱為余速損失。在多級汽輪機中，前一級余速可被下一級全部或部分利用，以余速利用系數(shù)μ來表示。一般μ=0～1。級后有抽汽口的級，μ=0.5。若前后二級的平均直徑無階躍性變化，μ值可達0.8～1，調(diào)節(jié)級的直徑通常大于其后的第一壓力級直徑，為充分利用其余速，可加裝汽流導(dǎo)向板。末級的余速是無法再利用的。各級余速的利用提高了汽輪機的內(nèi)效率。

葉輪摩擦損失：由于蒸汽的黏性在葉輪表面形成附面層，由葉輪帶動旋轉(zhuǎn)，與蒸汽黏附在隔板和汽缸壁上的附面層之間形成摩擦阻力；并由于葉輪離心力的帶動，在汽室內(nèi)形成渦流?？朔Σ磷枇蜏u流所形成的能量損失叫做摩擦損失。摩擦損失通常由實驗確定，并可用斯托多拉 (Stodola) 經(jīng)驗公式估算：

式中u為圓周速度，m/s；d為級平均直徑，m；v為汽室中蒸汽比容，m³/kg；K₁為系數(shù)，一般為1.02～1.3。

因葉輪摩擦損失與蒸汽比容成反比，汽輪機高壓各級比容小，該項損失較大，在低壓各級，由于比容很大，該項損失有時可忽略不計 。

鼓風損失和斥汽損失：級的噴嘴組弧段占全圓周的比例，稱部分進汽度。當級的部分進汽度小于1時，動葉柵只在進入裝有噴嘴弧段時才有工作汽流通過。當動葉進入無噴嘴弧段時，動葉產(chǎn)生鼓風作用，消耗一部分有用功，形成鼓風損失。當動葉再度進入裝有噴嘴的弧段時，工作汽流需首先排斥并加速停滯在動葉汽道中的蒸汽，因而消耗一部分能量，稱為斥汽損失。

鼓風損失可由經(jīng)驗公式估算：

式中K₂為系數(shù)，一般取0.4；e為部分進汽度；l為動葉高度。如果將不進汽弧段處的動葉片用護罩包住，使鼓風區(qū)域縮小，將可減少鼓風損失。

斥汽損失由下式估算：

式中B、l為動葉片寬度及高度，m；A為噴嘴出口面積，m²；m為噴嘴組數(shù)(當e=1時m=0)；Nu為輪周效率；△ht為級的理想焓降。

漏汽損失：沖動式汽輪機隔板兩側(cè)有較大壓差，在隔板與轉(zhuǎn)軸之間的間隙中，將有一部分蒸汽漏過，造成漏氣損失；具有反動度的沖動級和反動級，動葉兩側(cè)存在壓差，亦有一部分蒸汽由動葉頂端與汽缸之間的間隙漏過。

濕汽損失：凝汽式汽輪機的后幾級常在濕蒸汽區(qū)工作，存在著濕汽損失：濕蒸汽在靜葉柵中膨脹加速時，一部分蒸汽凝結(jié)成水滴，使做功蒸汽減少；水滴小于汽流流速，對高速汽流形成摩擦阻力；由于動葉片圓周速度較大，水滴集中撞擊在葉片進口邊背面上，對葉輪產(chǎn)生的制動作用；疏水排出級外所造成的流量損失等。這些損失不能準確直接計算?？偟臐衿麚p失大小決定于蒸汽干度，可由下式估算：

Δh₂=(1-x_m)△h_u式中x_m為級前后平均蒸汽干度，△h_u為級的有效焓降。對于凝汽式汽輪機排汽濕度應(yīng)加以限制，控制在12%～14%。xm>14%后濕汽損失將會急劇增加。

由于蒸汽濕度不僅造成能量損失，而且形成的水滴對動葉片材料有磨蝕作用。為了減輕對動葉片的水蝕作用，通常在汽輪機末兩級采用去濕裝置 。