项目2 任务2.7汽轮机的级内损失

授课教师：陈江涛项目二汽轮机级的工作原理任务2.7汽轮机的级内损失第一部分PARTONE汽轮机的级内损失第二部分PARTTWO汽轮机级的相对内效率和内功率CONTENTS目录第二部分PARTTHREE级内损失对最佳速比的影响汽轮机的级内损失第一部分汽轮机的级内损失4

级内损失在汽轮机通流部分中与流动、能量转换有直接联系的损失叶栅损失余速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级内损失主要有叶型损失、叶端损失和冲波损失所组成。汽轮机的级内损失5反映叶栅几何特性的主要参数包括喷嘴损失和动叶损失叶栅损失产生原因出口边宽度等叶栅的平均直径叶片高度叶栅节距叶栅宽度B叶型弦长出口边厚度进口边宽度1叶栅的几何参数及叶栅损失汽轮机的级内损失6叶栅由相同叶片构成的汽流通道的组合体汽轮机的叶栅可分成叶栅前后有静压差，汽道断面进口到出口逐渐收缩如图所示冲动式叶栅和反动式叶栅反动式叶栅包括:喷嘴叶栅和反动度较大的动叶栅静叶栅动叶栅叶栅是静止的叶栅是转动的汽轮机的级内损失7平面叶栅的汽流流动损失包括1叶型损失叶端损失附面层中的摩擦损失2冲波损失3叶端损失端部附面层中的摩擦损失叶栅中汽流在跨音速和超音速范围内流动附面层分离时的涡流损失尾迹损失可能会产生冲波汽流被压缩能量损失二次流损失汽轮机的级内损失8平面叶栅的汽流流动损失如图所示汽轮机的级内损失9在两个端面上由于内弧侧压力大于背弧侧压力，附面层内的汽流在由进口流向出口的同时，还要产生由内弧向背弧的横向运动，与背弧上沿主流方向形成的附面层混合并堆积成两个对称、方向相反的旋涡组成的涡流由此所产生的损失称为二次流损失在叶片中部，由于蒸汽流速大，上述压差被汽流的离心力（方向有背弧指向内弧）所平衡，故不会形成二次流损失。汽轮机的级内损失10环形叶栅2余速损失3扇形损失由于汽轮机的叶栅是环形叶栅，如图所示。在级中不论叶片长短，汽流参数和叶栅的几何参数(节距、进汽角等)沿叶片高度是变化的，叶片越高，变化越大。汽轮机的级内损失112余速损失3扇形损失叶栅损失系数与相对节距的关系1—冲动式2—反动式如果在设计时不考虑这种参数沿叶高的变化，仍采用等截面的直叶片进行计算，则只能保证一个截面上(通常为平均直径处的截面)的参数符合设计条件下的最佳值，而其它截面上由于偏离设计条件将引起附加损失，其大小通常用下列半经验公式计算。汽轮机的级内损失12含义：克服摩擦阻力和涡流所消耗的功叫叶轮摩擦损失4叶轮摩擦损失叶轮在充满着蒸汽的汽室中转动蒸汽具有粘性，使叶轮带动着贴在叶轮侧面及外缘表面上的蒸汽质点以相同的速度运动，而紧贴隔板壁和汽缸壁的蒸汽速度近似为零，因此，在叶轮两侧及外缘的间隙中，形成了蒸汽微团之间以及蒸汽微团与叶轮之间的摩擦。叶轮摩擦损失产生的原因??原因A汽轮机的级内损失13含义：克服摩擦阻力和涡流所消耗的功叫叶轮摩擦损失4叶轮摩擦损失为了克服这种摩擦和带动蒸汽质点运动，要消耗一部分轮周功。同时，由于紧靠叶轮两侧的蒸汽质点随着叶轮一起转动，受离心力的作用产生向外的径向流动，靠近隔板处的蒸汽质点由于速度小，离心力也小，自然向中心移动填补叶轮处径向流动的蒸汽，以保持汽体的连续性。于是在叶轮两侧的子午面内形成了蒸汽的涡流运动叶轮摩擦损失产生的原因??原因B汽轮机的级内损失14＝克服摩擦阻力和涡流所消耗的功叫叶轮摩擦损失。其计算公式如下如图所示汽轮机的级内损失15部分进汽全周进汽将喷嘴均匀布置在隔板的整个圆周上，使蒸汽沿整个圆周进汽为了增高喷嘴的高度，则将喷嘴布置在部分圆周上，使蒸汽沿部分圆弧进汽部分进汽损失是由于部分进汽而带来的能量损失，它由鼓风损失和斥汽损失两部分组成5部分进汽损失汽轮机的级内损失16斥汽损失发生在装有喷嘴的进汽弧段内。工作原理当工作叶片经过非工作弧段时，动叶通道内充满了停滞的蒸汽，而当带有停滞蒸汽的动叶汽道转到进汽弧段时，从喷嘴出来的汽流为了吹走和加速这部分停滞蒸汽，必然要消耗一部分动能。汽轮机的级内损失17含义在汽轮机的通流部分中，隔板和转轴之间、动叶顶部与汽缸之间，在转鼓结构的反动级中静叶与转鼓之间都存在着间隙，各间隙前后的蒸汽都存在着压差，发生的不同程度的漏汽，所造成的损失。（1）隔板漏汽损失由于隔板和转轴之间存在着较大的压差因此一部分蒸汽将绕过喷嘴从隔板与转轴之间的间隙中,漏到后面的隔板与叶轮之间的汽室中，这部分漏汽不经过喷嘴通道,不参加工作所形成的损失。6漏气损失汽轮机的级内损失18含义在汽轮机的通流部分中，隔板和转轴之间、动叶顶部与汽缸之间，在转鼓结构的反动级中静叶与转鼓之间都存在着间隙，各间隙前后的蒸汽都存在着压差，发生的不同程度的漏汽，所造成的损失。6漏气损失（2）隔板漏汽损失由于动叶前后有压差，且在动叶顶部压差最大又由于动叶顶部和汽缸之间，隔板与叶轮之间存在着径向间隙和轴向间隙，从喷嘴中流出的蒸汽有一部分不通过动叶通道而漏到级后，这部分漏汽没有作功所形成的损失。汽轮机的级内损失19减少隔板漏汽损失的应对措施减小叶顶漏气损失的应对措施隔板与转轴处采用梳齿形汽封动叶根部设置轴向汽封，减小漏汽进入动叶在叶轮上开平衡孔，在动叶根部采用适当的反动度避免漏汽进入动叶，扰乱主汽流。在围带上安装径向汽封和轴向汽封将动叶顶部削薄以达到汽封的作用尽量设法减小扭叶片顶部的反动度汽轮机的级内损失20隔板漏汽损失叶顶漏气损失汽轮机的级内损失211234产生原因湿蒸汽在喷嘴中膨胀加速时，一部分蒸汽凝结成水滴，使作功的蒸汽量减少。由于水滴本身不膨胀加速，所以悬浮在蒸汽中的水滴是依靠蒸汽带动的，因此主汽流要消耗一部分动能。水滴进入动叶时正好冲击在动叶进口边背弧上，阻止了叶轮的旋转，从而消耗了一部分轮周功去克服这个阻力，造成损失。湿蒸汽在喷嘴中膨胀时，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。7湿气损失汽轮机的级内损失22成因如图所示汽轮机的级内损失23提高湿蒸汽级的效率和防止动叶被水滴侵蚀损坏的方法一采用去湿装置，减少湿蒸汽中的水分；另外还可以采用具有吸水缝的空心叶片；如图所示二提高动叶的抗侵蚀能力汽轮机的级内损失24汽轮机级的相对内效率和内功率第二部分汽轮机级的相对内效率和内功率26反映级有效焓降的冲动级的热力过程线从前分析可知，级内存在着各种损失，因此，蒸汽在级内进行能量转换时，不能全部将其热能转换成转轴的有效机械功，要有一部分能量消耗于各项损失之中。在绝热过程中，级内所有的能量损失都将重新转变成热能，加热蒸汽本身因此级内损失使动叶出口的排汽焓值升高。考虑了级内各项损失后，级的热力过程线如图所示。汽轮机级的相对内效率和内功率27级的相对内效