s2-5 汽轮机级内损失及级效率

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。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（一）叶高损失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lh•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。ulhlah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；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。l叶高损失也可用下列半经验公式计算：021Ehxlallanl式中a１－试验系数，单列级a１＝9.9，双列级a１＝27.6;•（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：027.0Ehdlbb扇形损失与径高比平方成反比。θ越小，ζθ越大，扇形损失越大。一般当θ8~12时，采用等截面直叶片，存在扇形损失；当θ8~12时，采用扭叶片，避免扇形损失。bbld•（三）叶轮摩擦损失•速度不同引起的摩擦损失•1、叶轮摩擦损失的原因•涡流引起的能量损失•2、计算公式：fhvdukpf1)100(231Gphff36000Ehffmnnatfeldxkpp1sin13＝•影响叶轮摩擦损失的因素：圆周速度u、蒸汽的比容、级的平均直径dm及流量等。其中沿流动方向变化最大，高压级小，大；低压级大，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。fpvvvvfp•（四）部分进汽损失eh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mnndtZe鼓风损失部分进汽损失产生的原因：斥汽损失whsh•（1）鼓风损失•发生在不装喷管的弧段内。•鼓风损失的计算：wheh3)21(1acewxeeeB0Ehww;15.0eB55.0eB单列级：双列级：•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。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。shannesxdSec1annesxdSec1斥汽损失的计算：0Ehss--喷管组数；--与级型有关的系数，单列级双列级nSec;012.0ec;016.0ec•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：swehhh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•隔板漏汽损失•原因•叶顶漏汽损失h•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ptnpptppppZvhAvcAG1*112upphGGh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。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：ttttbbttttttvhldevcAG2*22)('utthGGh04.172.1Elhbrt或（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。（用于反动级）（六）湿汽损失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；xh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。⑥工质损失。2、湿汽损失计算：umxhxh)1(220xxxm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。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。(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叶片的基体材料选用强度高、耐蚀的铬钢，一些大功率汽轮机末级叶片用钛合金制造。②叶片表面覆盖防护层。在叶片上部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。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。h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：221**0ctxeflcbntirihhhhhhhhhhhhEh或xeflcbnri21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、级的结构有关。级的内功率：可由级的有效焓降和蒸汽流量来确定，即3600iiihDhGP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：pxefluri结论：（1）级的相对内效率最大值比轮周效率最大值要低。（2）级内损失使级的相对内效率最高时的最佳速比小于轮周效率最高时的最佳速比。第六节扭叶片•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：•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，温度为300℃，若喷嘴出口处压力为，试问该用哪一种喷嘴？•11、N300—16.7/537/537各表示什么?MPap0.10MPap6.01