級(jí)內(nèi)損失出處

《電力名詞》第三版。 2100433B

蒸汽在汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)流動(dòng)時(shí)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(fēng)損失、漏汽損失,以及濕汽等項(xiàng)損失。

中文名稱

汽輪機(jī)級(jí)內(nèi)損失

英文名稱

steam turbine stage loss

定　　義

蒸汽在級(jí)內(nèi)流動(dòng)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(fēng)損失、漏汽損失、濕汽損失等。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)（二級(jí)學(xué)科）

級(jí)內(nèi)損失主要包括噴嘴（靜葉）流動(dòng)損失、動(dòng)葉流動(dòng)損失和余速損失 3項(xiàng)。

級(jí)內(nèi)損失是使級(jí)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(jìn)汽損失等。這些附加損失的存在使汽輪機(jī)級(jí)的效率比輪周效率有所降低，這種效率稱為級(jí)的內(nèi)效率。因?yàn)楦郊訐p失與速度比有關(guān)，級(jí)的實(shí)際最佳速度比略小于理論值。

蒸汽在級(jí)內(nèi)流動(dòng)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(fēng)損失、斥汽損失、漏氣損失、濕氣損失等項(xiàng) 。

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(shí)產(chǎn)生的沖波損失。后者有葉柵汽道上下兩個(gè)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(dòng)產(chǎn)生的二次流損失。葉柵中的各項(xiàng)損失可由葉柵風(fēng)洞試驗(yàn)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(duì)柵距、安裝角、汽流角、沖角和馬赫數(shù)。

速度系數(shù)是實(shí)際速度與理想速度之比。現(xiàn)代汽輪機(jī)的靜葉柵速度系數(shù)?可達(dá)0.95～0.98。 ?值隨靜葉高度增高而加大。動(dòng)葉柵速度系數(shù)ψ為0.90～0.97。ψ值與級(jí)的反動(dòng)度有一定關(guān)系。反動(dòng)度越小，ψ值也越低。在沖動(dòng)級(jí)中選用適當(dāng)?shù)姆磩?dòng)度，可減少動(dòng)葉柵中的損失。 當(dāng)反動(dòng)度等于50%時(shí)ψ=?。

余速損失：蒸汽從動(dòng)葉出口流出時(shí)尚有一定的速度，其動(dòng)能不能再利用時(shí)所造成的損失稱為余速損失。在多級(jí)汽輪機(jī)中，前一級(jí)余速可被下一級(jí)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(jí)后有抽汽口的級(jí)，μ=0.5。若前后二級(jí)的平均直徑無階躍性變化，μ值可達(dá)0.8～1，調(diào)節(jié)級(jí)的直徑通常大于其后的第一壓力級(jí)直徑，為充分利用其余速，可加裝汽流導(dǎo)向板。末級(jí)的余速是無法再利用的。各級(jí)余速的利用提高了汽輪機(jī)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(dòng)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(dòng)，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(shí)驗(yàn)確定，并可用斯托多拉 (Stodola) 經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中u為圓周速度，m/s；d為級(jí)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(jī)高壓各級(jí)比容小，該項(xiàng)損失較大，在低壓各級(jí)，由于比容很大，該項(xiàng)損失有時(shí)可忽略不計(jì) 。

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

鼓風(fēng)損失可由經(jīng)驗(yàn)公式估算：

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

斥汽損失由下式估算：

式中B、l為動(dòng)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(dāng)e=1時(shí)m=0)；Nu為輪周效率；△ht為級(jí)的理想焓降。

漏汽損失：沖動(dòng)式汽輪機(jī)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(dòng)度的沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)，動(dòng)葉兩側(cè)存在壓差，亦有一部分蒸汽由動(dòng)葉頂端與汽缸之間的間隙漏過。

濕汽損失：凝汽式汽輪機(jī)的后幾級(jí)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(shí)，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(duì)高速汽流形成摩擦阻力；由于動(dòng)葉片圓周速度較大，水滴集中撞擊在葉片進(jìn)口邊背面上，對(duì)葉輪產(chǎn)生的制動(dòng)作用；疏水排出級(jí)外所造成的流量損失等。這些損失不能準(zhǔn)確直接計(jì)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(jí)前后平均蒸汽干度，△h_u為級(jí)的有效焓降。對(duì)于凝汽式汽輪機(jī)排汽濕度應(yīng)加以限制，控制在12%～14%。xm>14%后濕汽損失將會(huì)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(duì)動(dòng)葉片材料有磨蝕作用。為了減輕對(duì)動(dòng)葉片的水蝕作用，通常在汽輪機(jī)末兩級(jí)采用去濕裝置 。