1、五、级内损失和级的相对内效率,级内损失通常指实际环形叶栅偏离平面叶栅模型所存在的损失，以及汽流进口角偏离叶栅几何进口角和湿蒸汽工况下产生的附加损失。,在一元流动模型中，没有充分考虑叶端损失，对此必须加以修正；,环形叶栅呈扇形分布，即根部与顶部的节距是不等的，用平均直径处参数进行计算，在叶根和叶顶处产生显著偏差；,叶轮在充满粘性介质空间内高速旋转，叶轮粘滞作用带动叶轮周边蒸汽产生旋转运动，需消耗一定能量；,隔板汽封与动叶叶顶汽封间隙的存在，必然存在漏汽，这部分泄漏蒸汽不能完全回到本级动叶通道中作功；,一、级内损失,有部分进汽度的级，在非喷嘴区，叶轮旋转带动蒸汽运动，并排到级后，即产生鼓风作用，在
2、喷嘴区，喷嘴出口蒸汽首先排挤出滞留于动叶栅中的蒸汽，消耗排汽功；,湿蒸汽区工作的级，水滴的运动消耗一定的能量；汽流入口角与叶栅通道进口角不一致时产生撞击，搅乱了流场，产生动能损失。,级内损失主要由基于平面叶栅的轮周损失和工作状态偏离平面叶栅及特殊工况产生的能量损失所组成，合计有9项损失。,这些附加的能量损耗，使级的功率输出小于轮周功率。,一、级内损失,轮周损失,相对内效率,hu,轮周效率,hi,级内损失的类型,-,1.叶高损失,也称端部损失，产生的机理和影响因素上节已分析过，属于喷嘴和动叶的流动损失，但工程上单独计算。,叶高很高时， 忽略不计叶片较短（一般说叶高 l 8-12,采用等截面直叶片
3、8-12,采用扭叶片,采用扭叶片适应汽流参数沿叶高的变化可以避免扇形损失,扭叶片,1.叶轮两侧及围带表面粗糙度引起的摩擦损失,3.叶轮摩擦损失,2.子午面内的涡流运动引起的损失,(1)组成,式中： 摩擦损失所消耗功率 经验系数 1.0 - 1.3 u 圆周速度 级的平均直径 v 汽室中蒸汽平均比容 焓降损失： 能量损失系数：,(2)经验公式,4.部分进汽损失,部分进汽度定义：,作用：小汽轮机增加高压级的叶片高度 调节级配汽方式的需要,组成: 鼓风损失；斥汽损失,喷嘴叶栅不是整圈布置，而是只占据部分圆周，这种布置叫部分进汽。,如小汽机高压级和喷嘴调节汽轮机的调节级,鼓风损失，当 时，只有当动叶通
4、过喷嘴弧段时，才有工作蒸汽通过作功。当动叶通过无喷嘴弧段时，不但没有工作蒸汽作功，反而象鼓风机风扇一样，与充满停滞的蒸汽摩擦，产生损失。,式中： 装有护罩所占相对弧长； 系数,经验公式,部分进汽度越小，鼓风损失越大。,除合理选择部分进汽度外，还常采用护罩把“死区”内的动叶罩住。,式中： 喷嘴组数； 平均直径； 系数,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。,经验公式,动叶每经过一组喷嘴弧段就产生一次斥汽损失，所以在相同的部分进汽度下，喷嘴沿圆周分布的组数越多，斥汽损失越大。,调节级的喷嘴组数不超过6组。,发生在装有
5、喷嘴的工作弧段内,鼓风损失hw,斥汽损失hs,部分进汽损失he,经验公式,总的部分进汽损失系数：焓降损失：, 组成,隔板漏汽损失hp,叶顶漏汽损失ht, 定义：,汽轮机通流部分中，隔板和转轴之间、动叶顶部和汽缸之间，在转鼓结构的反动级中静叶与转鼓之间都存在着间隙，并且各间隙前后的蒸汽都存在压差，因此都会发生不同程度的漏汽，造成漏汽损失。, 隔板漏汽损失hp,形成原因,隔板前后存在较大压差，而隔板和转轴间又存在间隙，必有部分蒸汽漏到隔板与叶轮之间的汽室内，该部分蒸汽不通过喷嘴，所以不参加做功，因而形成了隔板漏汽损失。这部分漏汽还有可能通过喷嘴与动叶根部之间的轴向间隙流入动叶通道，由于其进入动叶通
6、道的方向不正确，它不但不作功，反而扰乱主流，造成附加能量损失，增加hp。,对于冲动级,5.漏汽损失,计算公式,隔板漏汽量Gp,隔板漏汽损失hp,式中,Zp汽封高低齿齿数，如果为平齿，则应修正， Zp=(Z平+1)/2;,v1t汽封齿出口理想比容，m3/kg；,p 汽封流量系数，一般p =0.7-0.8；,Ap、 An汽封间隙、喷嘴出口面积，m2；,C1p汽封齿出口流速，m/s;,G级流量，kg/s；,hi不含漏汽损失时级的理想比焓降，kJ/kg。,减小隔板漏汽损失hp的措施,漏汽量正比于间隙面积和间隙两侧压差，为了减少漏汽损失，应从减少间隙面积和间隙两侧压差着手，其主要措施如下：,在隔板与转轴
7、处采用齿形汽封；,在动叶根部处设置轴向汽封，以减少漏汽进入动叶；,在叶轮上开平衡孔，并在动叶根部采用适当的反动度，使隔板漏汽通过平衡孔流到级后，避免漏汽进入动叶，扰乱主汽流。,隔板的汽封装置,动叶顶部汽封示意图,(a)隔板漏汽和叶顶漏汽,(b)高低齿汽封,叶顶漏汽损失ht形成原因,在动叶顶部和汽缸之间，隔板和叶轮之间存在径向间隙r和轴向间隙z 。,对于带反动度的冲动级，动叶前后总有压差，并且在动叶顶部压差最大；,喷嘴中流出的蒸汽有一部分不通过动叶通道而漏到级后，它不作功，成为叶顶漏汽损失ht 。,叶顶漏汽损失ht,(反动级),式中,t 动叶顶部反动度；t、 z、 r 动叶顶部当量间隙、轴向间隙
8、、径向间隙；1、 2 、 t 经验系数；t 动叶顶部间隙流量系数，一般t/n=0.6；z 动叶顶部轴向间隙z与动叶高度lb之比,计算公式,叶顶漏汽量Gt, 级的总漏汽损失h, 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。,减小动叶顶部漏汽损失ht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；,设法减小扭叶片顶部反动度，使动叶叶顶前后压差不过大。,损失产生原因：,湿汽损失,湿蒸汽的过饱和现象对级的能
9、量转换所产生的影响表现为理想比焓降的减少，形成过冷损失。,湿蒸汽在膨胀过程中析出水珠，在汽水两相流动中，低速的水珠被高速的蒸汽挟带着流动，从而消耗了汽流的一部分动能，称之为挟带损失。,水珠的速度小于汽相的速度，偏离动叶入口方向的水珠撞在动叶进口处的背弧上，产生了阻止叶轮旋转的制动作用，克服它就要消耗一部分有用功，称之为制动损失。,水珠撞在喷嘴进口处的壁面上，扰乱了主汽流，造成损失，称之为扰流损失。,采用捕水装置，当从级内排除部分液相的同时，都不可避免的伴 随着一部分蒸汽同时被抽出汽轮机，造成工质损失。,饱和蒸汽轮机的各级和普通凝汽式汽轮机的最后几级都工作于湿蒸汽区。,过饱和现象(也称过冷现象)
10、是饱和蒸汽开始膨胀时，水分来不及凝结成水珠，此时蒸汽仍旧保持其过热蒸汽性质的一种现象，实际的膨胀过程是按照n很接近于1.3而远大于1.135的规律进行的。过饱和现象对级的能量转换所产生的影响表现为理想比焓降的减少,湿气损失焓降：损失系数：,式中： 级内平均干度， ， x1、x2级进、出口处干度 未考虑湿汽损失时级的有效焓降,经验公式,现代凝气式汽轮机末级湿度限制在1214,湿蒸汽的影响,经济性 湿汽损失与蒸汽的平均湿度成正比,安全性 叶片受水珠冲蚀，形成细密毛孔、缺损,动叶进口顶部背弧的冲蚀：,较大的水珠速度很低，若动叶片的圆周速度又较大，例如扭叶片级中动叶的顶部，这时水珠将集中撞击在动叶进汽
11、边背部很窄的一小块区域内，不但产生制动，而且将造成对动叶进汽边材料的冲蚀。,常用去湿方法及防护措施,1.由捕水口，捕水室和疏水通道组成的级内捕水装置2.具有吸水缝的空心喷嘴 3.采用出汽边喷射蒸汽的空心喷嘴4.常用的提高动叶本身抗冲蚀能力采取的措施有：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，目前常用的办法是将司太立合金做成薄片焊接在动叶顶部进汽边背弧上；对叶片表面镀铬，局部高频淬硬，电火花强化，氮化等，增加动叶表面硬度，延长动叶使用寿命。,提高湿蒸汽级的效率和防止动叶被冲蚀损坏,大功率汽轮机中水珠的运动轨迹和去湿装置,级内捕水装置示意图,1-捕水口槽道,2-捕水
12、室,3-疏水通道（接低压加热器或凝汽器）,具有吸水缝的空心喷嘴,出汽边喷汽的空心喷嘴,表示1kg蒸汽所具有的理想能量中最后转变为轴上有效功的那部分能量,有效焓降,二、级内功率和级内效率,级的实际热力过程曲线：,3点是该级的实际排汽点如果余速被利用， 点是下级进口滞止状态点。,是该级另外几种损失之和,级的有效比焓降hi与级的理想可用能量E0之比称为级的相对内效率，简称级效率，用i表示，可用来衡量级内能量转换的效果,由于汽轮机级内存在多种损失，结果使蒸汽在级内的有效比焓降小于级的理想比焓降。级的有效比焓降hi可表示为,级的内功率Pi可用下式计算：,式中：D、G为级的进汽量，其单位分别是t/h和kg
13、/s。,损失分析,例全周进气的级没有部分进气损失采用转鼓的反动式汽轮机不考虑叶轮摩擦损失过热蒸汽区工作的级没有湿气损失采用扭叶片的级不存在扇形损失调节级不考虑隔板漏气损失低压级有时可不考虑叶轮摩擦损失较长叶片中不考虑叶高损失,并非各级都同时存在以上各项损失,一般讲，喷嘴、动叶、余速、漏汽、摩擦损失级内都存在；,因此，在具体进行级的热力分析计算时，一定要根据该级的实际情况来确定具有哪些损失。,三、级内损失对最佳速比的影响,衡量级内能量转换完善程度的最终经济指标是级的相对内效率而不是轮周效率。因此最佳速比是要保证级的相对内效率最大。,能保证获得级的最高相对内效率的速比才是设计时应考虑的速比，用(x
14、a)op 表示。,考虑级内其他各项损失后,其中hf和hw是假想速比的立方的函数，hl是假想速比的平方的函数，hs是假想速比的函数，h与速比同方向变化,工作于过热区的部分进汽的扭叶片调节级，除轮周损失外，该级还有叶高损失hl 、叶轮摩擦损失hf、鼓风损失hw、斥汽损失hs和漏汽损失h,1.指出叶型的几何特征，包括宽度，高度，汽流角，安装角，背弧，内弧，喉部，正冲角，负冲角，叶片高度，平均直径。2.叶栅通道内的压力变化？原因？3.叶型损失包括？其产生机理是？影响因素是？,思考题,例题,以下是哈尔滨汽轮机厂制造的N100-9/535型汽轮机第九级的部分数据。试计算该级的轮周效率和轮周功率。已知：蒸汽流量D=324t/h, 动叶平均直径db=1009.8mm, 理想焓降ht=50.4kJ/kg, 利用的前一级余速损失hck=1.5kJ/kg, 反动度=18.7%, 喷嘴出口角1=1120, 动叶排气角2=1821, 喷嘴速度系数=0.97, 动叶速度系数=0.942.,
