汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率

汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率是因?yàn)闊o(wú)效功耗的存在，包括噴管損失、動(dòng)葉損失、余氣損失、葉高損失、扇形損失、葉輪摩擦損失、部分進(jìn)氣損失、漏氣損失和濕氣損失九部分。

必須指出，并非各級(jí)都同時(shí)存在以上各項(xiàng)損失，如全周進(jìn)汽的級(jí)中就沒(méi)有部分進(jìn)汽損失；采用轉(zhuǎn)鼓的反動(dòng)式汽輪機(jī)就不考慮葉輪摩擦損失；在過(guò)熱蒸汽區(qū)域工作的級(jí)就沒(méi)有濕汽損失；采用扭葉片的級(jí)就不存在扇形損失。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率葉高損失

葉高損失又稱(chēng)為端部損失，其產(chǎn)生的物理原因及影響因素在上節(jié)已經(jīng)分析過(guò)。它實(shí)質(zhì)上是屬于噴嘴和動(dòng)葉的流動(dòng)損失。工程上為了方便．把它單獨(dú)分出來(lái)計(jì)算。

葉高損失主要決定于葉高。當(dāng)葉片高度很高時(shí)，可以忽略不計(jì)。葉高必須大于相對(duì)極限高度，否則將急劇增加。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率扇形損失

汽輪機(jī)級(jí)中實(shí)際應(yīng)用的是環(huán)列葉柵，它與平面直葉柵相比，有兩個(gè)特點(diǎn)： 一是葉柵的相對(duì)節(jié)距 =不是常數(shù)而是從內(nèi)徑向外徑成正比例增加的．這樣除了平均直徑截面處的相對(duì)節(jié)距為最佳值外，其它各圓周截面的相對(duì)節(jié)距必然偏離最佳值。因此這些截面的葉型損失系數(shù)都大于最小值，這就帶來(lái)了一項(xiàng)額外的流動(dòng)損失；二是空氣動(dòng)力學(xué)上的特點(diǎn)，葉柵出口汽流在軸向間隙中存在著壓力梯度，即由內(nèi)徑向外徑靜壓力逐漸增加，所以會(huì)產(chǎn)生徑向流動(dòng)損失。所有這些就構(gòu)成了扇形損失。

扇形損失與徑高比=有關(guān)。短小，越大，如=l0時(shí)，=0．007，=3時(shí)，=0．078，兩者相差約11倍。一般當(dāng)>8~12時(shí)，采用等截面直葉片，雖然存在著扇形損失，但加工方便；當(dāng)<8~12時(shí)，為適應(yīng)汽流參數(shù)沿葉高的變化，采用扭葉片，雖然加工復(fù)雜，但避免了扇形損失；當(dāng)很大時(shí)，很小，故可忽確不計(jì)。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率葉輪摩擦損失

葉輪摩擦損失，簡(jiǎn)稱(chēng)摩擦損失，是由兩部分組成的：

(1)葉輪兩側(cè)及圍帶表而的粗糙度引起的摩擦損失 當(dāng)葉輪在充滿(mǎn)蒸汽的汽室內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于蒸汽的粘性和旋轉(zhuǎn)表面的粗糙度，粘附在葉輪兩側(cè)及外緣表面的蒸汽微團(tuán)被葉輪帶著轉(zhuǎn)動(dòng)，其圓周速度與葉輪表面相應(yīng)點(diǎn)的圓周速度大致相等，緊貼在汽缸壁或隔板表面的蒸汽微團(tuán)的圓周速度為零。由葉輪表面至汽缸壁的間距上蒸汽微團(tuán)的圓周速度是不同的，即存在著速度梯度、因此造成了蒸汽微團(tuán)之間和蒸汽與壁面之間的摩擦。為了克服摩擦和帶動(dòng)蒸汽質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)．必然要消耗一部分輪周功。

(2)子午面內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)引起的損失 緊靠葉輪表面的蒸汽微團(tuán)隨葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，受到離心力的作用，產(chǎn)生向外的徑向流動(dòng)。而靠近汽缸壁或隔板表面的蒸汽微團(tuán)由于速度小，受到的離心力也小，自然地向中心移動(dòng)以填補(bǔ)葉輪處徑向外流的蒸汽，于是葉輪兩側(cè)的子午面內(nèi)便形成了蒸汽的渦流運(yùn)動(dòng)。渦流本身要消耗一部分輪周功，而且還使摩擦阻力增加。

葉輪摩擦損失與級(jí)的容積流量成反比。汽輪機(jī)的高壓段較小，f較大。大型機(jī)組低壓級(jí)的很大，很小，甚至可以忽略不計(jì)。另外，與速比的三次方成正比，表明當(dāng)增加時(shí)，急劇增大。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率部分進(jìn)汽損失

小汽輪機(jī)高壓級(jí)容積流量較小，為了保證噴嘴高度不小于極限相對(duì)高度(如窄葉片高度為12一15m m)，噴嘴葉柵就不能像動(dòng)葉柵那樣整圈布置，而只是占據(jù)部分圓周，這種布置稱(chēng)為部分進(jìn)汽。此外，調(diào)節(jié)級(jí)由于配汽方式的需要通常采用部分進(jìn)汽。常用裝有噴嘴的弧段長(zhǎng)度（為噴嘴片數(shù)）與整個(gè)圓周長(zhǎng)度的比值來(lái)表示部分進(jìn)汽的程度，稱(chēng)為部分進(jìn)汽度，由于部分進(jìn)汽而帶來(lái)的能量損失稱(chēng)為部分進(jìn)汽損失，它是由鼓風(fēng)損失和斥汽損失組成的：

1) 鼓風(fēng)損失發(fā)生在不裝噴嘴的弧段內(nèi)。當(dāng)部分進(jìn)汽時(shí)，動(dòng)葉通道不是連續(xù)地通過(guò)工作蒸汽。當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的動(dòng)葉通過(guò)無(wú)噴嘴的“死區(qū)”弧段時(shí)，動(dòng)葉片就像鼓風(fēng)機(jī)一樣，將“死區(qū)”中基本處于靜止?fàn)顟B(tài)的蒸汽由一側(cè)鼓到另一側(cè)，因此要消耗一部分輪周功；同時(shí)動(dòng)葉兩側(cè)與充滿(mǎn)在軸向間隙中的不工作蒸汽產(chǎn)生摩擦，從而帶來(lái)了摩擦損失，在數(shù)值上比前者還大。

可見(jiàn)，部分進(jìn)汽度越小，鼓風(fēng)損失越大。為了減少鼓風(fēng)損失，除合理選擇部分進(jìn)汽度外，還經(jīng)常采用護(hù)罩，把“死區(qū)”內(nèi)的動(dòng)葉罩住，這樣可減少鼓動(dòng)蒸汽量，使鼓風(fēng)損失減小。

2>斥汽損失與鼓風(fēng)損失相反，它發(fā)生在裝有噴嘴的工作弧段內(nèi)。當(dāng)動(dòng)葉柵經(jīng)過(guò)無(wú)噴嘴的弧段時(shí)，對(duì)應(yīng)的汽道b內(nèi)被汽室a中的呆滯蒸汽所充滿(mǎn)。當(dāng)動(dòng)葉進(jìn)入工作弧段時(shí)，除嘴中射出的高速汽流首先必須把汽道中的呆滯蒸汽推出去，并使之加速，從而消耗了工作蒸汽的一部分動(dòng)能。此外．由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)的作用，在噴嘴組出口端A處，噴嘴葉柵與動(dòng)葉葉柵之間的間隙中將產(chǎn)生漏汽，引起損失；而在噴嘴組的進(jìn)入端B處卻相反，將產(chǎn)生抽汽，將一部分呆滯蒸汽吸入動(dòng)葉汽道。干擾了主汽流，也會(huì)引起損失。這些損失構(gòu)成了斥汽損失，又因?yàn)樗菄娮旎《蝺啥颂幍膿p失，故又稱(chēng)為弧端損失。

由于動(dòng)葉每經(jīng)過(guò)一組噴嘴弧段時(shí)就要發(fā)生—次斥汽損失，所以在相同部分進(jìn)汽度下。噴嘴沿圓周分布的組數(shù)越多，斥汽損失就越大。為了減少斥汽損失，應(yīng)盡量減少?lài)娮旖M數(shù)。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率漏汽損失

由于沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)的結(jié)構(gòu)不同，級(jí)內(nèi)漏汽量的大小和漏汽對(duì)級(jí)效率的影響也不同，故有必要分開(kāi)討論兩種級(jí)的漏汽問(wèn)題。

對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，隔板前后存在著較大的壓差，而隔板和轉(zhuǎn)軸之間又存在著間隙，因此必定有一部分蒸汽，從隔板前通過(guò)間隙漏到隔板與本級(jí)葉輪之間的汽室內(nèi)。由于這部分蒸汽不通過(guò)噴嘴，所以不參加作功，因而形成了隔板漏汽損失。此外，漏進(jìn)這一汽室內(nèi)的蒸汽還有可能通過(guò)噴嘴和動(dòng)葉根部之間的間隙流入動(dòng)葉。由于這些漏汽不是以正確方向進(jìn)入動(dòng)葉的，因此不但不作功，反而擾亂了動(dòng)葉中的主汽流，造成損失。為了避免隔板漏汽混入動(dòng)葉中干擾主汽流，一方面在葉輪上開(kāi)設(shè)平衡孔，使隔板漏汽經(jīng)過(guò)平衡孔流到級(jí)后，另一方面在動(dòng)葉根部設(shè)置汽封片加以阻擋，并在設(shè)計(jì)時(shí)選取合理的反動(dòng)度，盡量使動(dòng)葉根部不出現(xiàn)吸汽或漏汽現(xiàn)象。

在動(dòng)葉頂部，為了避免轉(zhuǎn)子和汽缸之間的相對(duì)膨脹及轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生碰撞，在動(dòng)葉頂部與隔板和持環(huán)之間應(yīng)有一定的軸向間隙和徑向間隙 。即使是沖動(dòng)級(jí)，動(dòng)葉頂部也有較大的反動(dòng)度，即葉頂前后有較大的壓差，這樣勢(shì)必造成從噴嘴出來(lái)的一部分蒸汽不通過(guò)動(dòng)葉汽道，而由動(dòng)葉頂部間隙漏到級(jí)后。由于這部分蒸汽未參加作功，因而構(gòu)成了葉頂漏汽損失。

由于漏汽量正比于間隙面積和間隙兩側(cè)的壓差，故減少漏汽損失應(yīng)從減小間隙面積和兩側(cè)壓差這兩方而著手。實(shí)踐證明，采用高低齒汽封，可同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)要求。因?yàn)楦叩妄X汽封的間隙可以做得很小，而且汽流每通過(guò)一個(gè)齒就發(fā)生一次節(jié)流作用，使壓力降低一次，故每個(gè)齒只承擔(dān)整個(gè)壓差的一小部分。

由于每個(gè)汽封齒中蒸汽的流動(dòng)情況都大致與蒸汽在漸縮噴嘴中的流動(dòng)相似，所以漏汽量可以參照噴嘴流量公式計(jì)算。

對(duì)于反動(dòng)級(jí)來(lái)說(shuō)，根據(jù)它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理不難分析，其漏汽損失比沖動(dòng)級(jí)大，這是因?yàn)椋?

1) 內(nèi)徑汽封的漏汽量比沖動(dòng)級(jí)的隔扳漏汽量大，這主要是因?yàn)閮?nèi)徑汽封直徑比隔板汽封直徑大，而汽封齒數(shù)又比較少。

2) 動(dòng)葉前后的壓差較大，所以葉頂漏汽量相當(dāng)可觀(guān)。

為了減少漏汽損失，應(yīng)盡量減小徑向間隙和，但汽輪機(jī)在啟動(dòng)等情況下，靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分受熱不均，溫差較大，為避免兩者摩擦，和又不能過(guò)小。因此采用徑向和軸向汽封結(jié)構(gòu)，以減少漏汽。對(duì)于較長(zhǎng)的扭葉片級(jí)，在無(wú)圍帶的情況下，往往將動(dòng)葉頂部削薄，縮短動(dòng)葉與汽缸(或隔板套)的間隙，從而達(dá)到封汽的作用。此外，還應(yīng)盡量設(shè)法減小葉頂反動(dòng)度，使動(dòng)葉項(xiàng)部前后壓差不致過(guò)大。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率濕汽損失

飽和蒸汽汽輪機(jī)的各級(jí)和普通凝汽式汽輪機(jī)的最后幾級(jí)都工作于濕蒸汽區(qū)。由于有水分存在、干蒸汽的工作也將受到一定的影響，這種影響主要表現(xiàn)為一種能量損失，這就是所謂的濕汽損失。產(chǎn)生濕汽損失的原因，有以下幾個(gè)方面：

1）前面曾經(jīng)討論過(guò)濕蒸汽的過(guò)飽和現(xiàn)象對(duì)噴嘴通流能力的影響。這種過(guò)飽和現(xiàn)象對(duì)級(jí)的能量轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的影響表現(xiàn)為理想比焓降的減少。由于過(guò)飽和現(xiàn)象的存在，蒸汽進(jìn)入濕蒸汽區(qū)暫時(shí)仍按過(guò)熱蒸汽的規(guī)律膨脹，即定熵指數(shù)仍等于1.3，而不等于1．135，用=計(jì)算可知，=1．3的等壓線(xiàn)中的虛線(xiàn)所示，而=1．135的等壓線(xiàn)如實(shí)線(xiàn)所示，顯然，線(xiàn)段就代表著過(guò)飽和損失，即=—。過(guò)飽和損失在p-v圖上也能清晰地表示出來(lái)。

2)一般來(lái)說(shuō)，濕蒸汽在膨脹過(guò)程中析出的水殊，尤其是聚集在噴嘴出汽邊的水膜經(jīng)汽流粉碎后所形成的較大顆粒的水珠，其速度總比蒸汽的速度低得多。這樣，在汽水兩相流動(dòng)中，低速的水珠被高速的蒸汽挾帶著流動(dòng)，從而消耗了汽流的—部分動(dòng)能，稱(chēng)之為挾帶損失。

3)在汽流的挾帶下，水珠的速度雖有提高，但仍小于汽相的速度。水珠出噴嘴的速度只有蒸汽速度的10%左右，而圓周速度u一樣，使水珠進(jìn)動(dòng)葉的方向角遠(yuǎn)大于 ，偏離動(dòng)葉入口方向的水珠撞擊在動(dòng)葉進(jìn)口處的背孤上，產(chǎn)生了阻止葉輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)作用，克服它就要消耗一部分有用功，稱(chēng)之為制動(dòng)損失。

4)從動(dòng)葉出來(lái)的水珠的相對(duì)速度要比蒸汽速度低得多，而圓周速度u是一樣的，使遠(yuǎn)大于，當(dāng)蒸汽按正確方向進(jìn)入下一級(jí)噴嘴時(shí)，水珠將撞擊在噴嘴進(jìn)口處的壁面上，從而擾亂了主汽流，造成損失，稱(chēng)之為擾流損失。

5)在濕蒸汽級(jí)中采用的各種捕水裝置，當(dāng)從級(jí)內(nèi)排除部分液相的同時(shí)，都不可避免地伴隨著一部分蒸汽同時(shí)被抽出汽輪機(jī)，造成工質(zhì)損失。

濕蒸汽中的水珠打在動(dòng)葉進(jìn)口邊頂部的背弧上，將使該處受到?jīng)_蝕，葉片表面將被沖蝕成許多密集的細(xì)毛孔，嚴(yán)重者造成葉片缺損，對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行有很大的威脅。隨著單機(jī)功率不斷增大，末級(jí)葉高和葉頂圓周速度也不斷增大，沖蝕程度就更嚴(yán)重，所以對(duì)現(xiàn)代輕汽式汽輪機(jī)末級(jí)最大可見(jiàn)濕度(在h-s圖上查得的濕度)限制在12%以?xún)?nèi)。為了提高濕蒸汽級(jí)的效率和防止動(dòng)葉被沖蝕損壞，一方面可采取有效的去濕方法，另一方面應(yīng)提高葉片本身的抗沖蝕能力。

常用的去濕方法有：

1)由捕水口、捕水室和疏水通道組成的級(jí)內(nèi)捕水裝置。它有噴嘴后和動(dòng)葉后兩種形式，水珠受離心力的作用被拋向外緣后，經(jīng)過(guò)捕水口槽道l進(jìn)入環(huán)形捕水室2，然后通過(guò)疏水通道3流入壓力更低的低壓加熱器或凝汽器。這種捕水裝置應(yīng)用很廣泛，捕水效率可達(dá)濕蒸汽中所含水分的200%。

2)只有吸水縫的空心噴嘴如。這種去濕裝置是將空心噴嘴經(jīng)環(huán)形通道與壓力比它低的低壓加熱器或凝汽器連通而形成負(fù)壓，這樣，通過(guò)噴嘴上開(kāi)的吸水縫就可將噴嘴表面上的凝結(jié)水膜吸走。吸水縫有的靠近進(jìn)汽側(cè)，有的靠近出汽側(cè)〔內(nèi)弧或背弧)。也有把吸水縫開(kāi)在出汽邊上的。試驗(yàn)表明，吸水縫布置在噴嘴的頂部附近去濕效果最好，因?yàn)樵谶@里集中了水分的主要部分。這種結(jié)構(gòu)的去濕效果比較好，因此被許多制造廠(chǎng)采用。它的缺點(diǎn)是，要有相當(dāng)一部分蒸汽被同時(shí)抽出，這不僅使作功的工質(zhì)減少，而且要求環(huán)形

通道的截而必須設(shè)計(jì)得很大，給制造帶來(lái)了一定的困難。

3)采用出汽邊噴射蒸汽的空心噴嘴?？招膰娮斓膬?nèi)部空間與出汽邊的縫隙相通，縫隙最好設(shè)計(jì)成噴嘴狀。從壓力較高一級(jí)來(lái)的蒸汽經(jīng)汽缸上的環(huán)形室引入空心噴嘴后由出汽邊的縫隙中噴射出去，使噴嘴的尾跡區(qū)消失，阻止該處大粒水珠的形成；同時(shí)使層跡區(qū)汽流速度均衡，這對(duì)提高級(jí)效率和改善動(dòng)葉的應(yīng)力狀況都是有利的。這種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由壓力較高點(diǎn)送來(lái)的蒸汽，其能量并未損失，而是參加了本級(jí)的膨脹作功。

在提高動(dòng)葉本身沖蝕能力方面，通常采取的措施有；采用耐侵蝕性能強(qiáng)的葉片材料（如鈦合金)；在葉片進(jìn)汽邊背弧上鑲焊硬質(zhì)合金，常用的辦法是將司太立合金作成薄片焊在動(dòng)葉頂部進(jìn)汽邊的背弧上，對(duì)葉片表面鍍鉻、局部高頻淬硬、電火花強(qiáng)化、氮化等，這些都可增加動(dòng)葉表面硬度，延長(zhǎng)動(dòng)葉使用壽命。2100433B

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率相對(duì)內(nèi)效率

蒸汽的理想比焓降不可能全部變?yōu)橛杏霉?，而有效焓降小于理想焓降，兩者之比即汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率絕對(duì)內(nèi)效率

絕對(duì)內(nèi)效率是相對(duì)內(nèi)效率與循環(huán)熱效率的乘積。

循環(huán)熱效率是反應(yīng)熱功轉(zhuǎn)換的完善程度指標(biāo)。（如朗肯循環(huán)過(guò)程）. 工質(zhì)從某一狀態(tài)點(diǎn)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一系列的狀態(tài)變化，又回到原來(lái)狀態(tài)點(diǎn)的全部變化過(guò)程的組合叫做熱力循環(huán)，簡(jiǎn)稱(chēng)循環(huán)。工質(zhì)每完成一個(gè)循環(huán)所做的凈功w和工質(zhì)在循環(huán)中從高溫?zé)嵩次盏臒崃縬的比值叫做循環(huán)的熱效率，即η=w/q。

循環(huán)熱效率說(shuō)明了循環(huán)中熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭龋窃礁?，說(shuō)明工質(zhì)從熱源吸收的熱量中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠志驮蕉啵粗D(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠衷缴佟?