级内损失

《电力名词》第三版。 2100433B

蒸汽在汽轮机级内流动时产生的能量损失,主要包括叶栅损失、余速损失、叶轮摩擦损失、鼓风损失、漏汽损失,以及湿汽等项损失。

中文名称

汽轮机级内损失

英文名称

steam turbine stage loss

定　　义

蒸汽在级内流动产生的能量损失。主要包括叶栅损失、余速损失、叶轮摩擦损失、鼓风损失、漏汽损失、湿汽损失等。

应用学科

电力（一级学科），汽轮机、燃气轮机（二级学科）

级内损失主要包括喷嘴（静叶）流动损失、动叶流动损失和余速损失 3项。

级内损失是使级的轮周效率小于 1的原因。此外还有一系列附加损失，如轮盘摩擦损失、漏汽损失、湿汽损失和部分进汽损失等。这些附加损失的存在使汽轮机级的效率比轮周效率有所降低，这种效率称为级的内效率。因为附加损失与速度比有关，级的实际最佳速度比略小于理论值。

蒸汽在级内流动产生的能量损失，主要包括叶栅损失、余速损失、叶轮摩擦损失、鼓风损失、斥汽损失、漏气损失、湿气损失等项 。

叶栅损失：包括型面损失和端面损失，前者有叶型表面附面层的摩擦损失，附面层脱离引起的涡流损失，叶片出口边的尾迹损失以及汽流接近声速和超声速时产生的冲波损失。后者有叶栅汽道上下两个端面附面层中的摩擦损失和附面层内自凹面向背面横向流动产生的二次流损失。叶栅中的各项损失可由叶栅风洞试验确定，可用速度系数来表示损失大小，或用能量损失系数或叶栅中总压力损失系数表示。影响叶栅损失的重要因素是型线、型面光滑度、叶片高度、相对栅距、安装角、汽流角、冲角和马赫数。

速度系数是实际速度与理想速度之比。现代汽轮机的静叶栅速度系数ᵠ可达0.95～0.98。 ᵠ值随静叶高度增高而加大。动叶栅速度系数ψ为0.90～0.97。ψ值与级的反动度有一定关系。反动度越小，ψ值也越低。在冲动级中选用适当的反动度，可减少动叶栅中的损失。 当反动度等于50%时ψ=ᵠ。

余速损失：蒸汽从动叶出口流出时尚有一定的速度，其动能不能再利用时所造成的损失称为余速损失。在多级汽轮机中，前一级余速可被下一级全部或部分利用，以余速利用系数μ来表示。一般μ=0～1。级后有抽汽口的级，μ=0.5。若前后二级的平均直径无阶跃性变化，μ值可达0.8～1，调节级的直径通常大于其后的第一压力级直径，为充分利用其余速，可加装汽流导向板。末级的余速是无法再利用的。各级余速的利用提高了汽轮机的内效率。

叶轮摩擦损失：由于蒸汽的黏性在叶轮表面形成附面层，由叶轮带动旋转，与蒸汽黏附在隔板和汽缸壁上的附面层之间形成摩擦阻力；并由于叶轮离心力的带动，在汽室内形成涡流。克服摩擦阻力和涡流所形成的能量损失叫做摩擦损失。摩擦损失通常由实验确定，并可用斯托多拉 (Stodola) 经验公式估算：

式中u为圆周速度，m/s；d为级平均直径，m；v为汽室中蒸汽比容，m³/kg；K₁为系数，一般为1.02～1.3。

因叶轮摩擦损失与蒸汽比容成反比，汽轮机高压各级比容小，该项损失较大，在低压各级，由于比容很大，该项损失有时可忽略不计 。

鼓风损失和斥汽损失：级的喷嘴组弧段占全圆周的比例，称部分进汽度。当级的部分进汽度小于1时，动叶栅只在进入装有喷嘴弧段时才有工作汽流通过。当动叶进入无喷嘴弧段时，动叶产生鼓风作用，消耗一部分有用功，形成鼓风损失。当动叶再度进入装有喷嘴的弧段时，工作汽流需首先排斥并加速停滞在动叶汽道中的蒸汽，因而消耗一部分能量，称为斥汽损失。

鼓风损失可由经验公式估算：

式中K₂为系数，一般取0.4；e为部分进汽度；l为动叶高度。如果将不进汽弧段处的动叶片用护罩包住，使鼓风区域缩小，将可减少鼓风损失。

斥汽损失由下式估算：

式中B、l为动叶片宽度及高度，m；A为喷嘴出口面积，m²；m为喷嘴组数(当e=1时m=0)；Nu为轮周效率；△ht为级的理想焓降。

漏汽损失：冲动式汽轮机隔板两侧有较大压差，在隔板与转轴之间的间隙中，将有一部分蒸汽漏过，造成漏气损失；具有反动度的冲动级和反动级，动叶两侧存在压差，亦有一部分蒸汽由动叶顶端与汽缸之间的间隙漏过。

湿汽损失：凝汽式汽轮机的后几级常在湿蒸汽区工作，存在着湿汽损失：湿蒸汽在静叶栅中膨胀加速时，一部分蒸汽凝结成水滴，使做功蒸汽减少；水滴小于汽流流速，对高速汽流形成摩擦阻力；由于动叶片圆周速度较大，水滴集中撞击在叶片进口边背面上，对叶轮产生的制动作用；疏水排出级外所造成的流量损失等。这些损失不能准确直接计算。总的湿汽损失大小决定于蒸汽干度，可由下式估算：

Δh₂=(1-x_m)△h_u式中x_m为级前后平均蒸汽干度，△h_u为级的有效焓降。对于凝汽式汽轮机排汽湿度应加以限制，控制在12%～14%。xm>14%后湿汽损失将会急剧增加。

由于蒸汽湿度不仅造成能量损失，而且形成的水滴对动叶片材料有磨蚀作用。为了减轻对动叶片的水蚀作用，通常在汽轮机末两级采用去湿装置 。