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1、主讲：郝杰 汽轮机安全经济运行 n级内损失和级的相对内效率 n多级汽轮机的效率 n汽轮机运行分析 n汽轮机事故诊断与处理 级内损失和级内相对内效率 n级内损失项和相对内效率 n喷嘴损失 n动叶损失 n叶栅损失 n余速损失 n扇形损失 n叶轮摩擦损失 n部分进汽损失 n漏汽损失 n湿汽损失 级内损失项和相对内效率 级内各项损失： 1. 叶栅损失 2. 余速损失 3. 叶高损失 4. 扇形损失 5. 叶轮摩擦损失 6. 部分进汽损失 7. 漏汽损失 8. 湿汽损失 式中：D、G级的进汽流量 ， 级内损失项和相对内效率 级的相对内效率（级效率）： 级内功率： 级内损失项和相对内效率 叶栅损失 叶栅损
2、失包括喷管损失和动叶损失，由下列损失 组成： 1）叶型损失 2）叶端损失 3）冲波损失 叶栅损失 1. 叶型损失 叶型损失是指平面气流绕流叶栅时产生的能量损失。 1）边界层（附面层）摩擦损失 边界层摩擦损失的大小 i）叶型 ii）表面光洁度 iii）叶型表面压力分布 边界层 叶栅损失 1. 叶型损失 2）边界层脱离引起的涡流损失 无边界层脱离边界层脱离 边界层脱离点 （a）无涡流（b）有涡流 叶栅损失 1. 叶型损失 3）尾迹损失 在强度和工艺条件许可的情况下，应尽量减小出口边 的厚度，以减小尾迹损失。 进汽角的影响： 定义： 冲角=叶型进口角汽流进口角 喷嘴： 动叶： 为正时，正冲角 为负时
3、，负冲角 1）冲角等于零时，叶栅损失最小； 2）正冲角的叶栅损失大于负冲角的叶栅损失。 设计工况时，汽流进口角和叶型进口角相等，叶栅损失最小 叶栅损失 相对节距影响： 当节距增大时，汽道中的汽流受腹面的约束随之减弱 ，背面出口段的扩压范围和扩压程度都将明显增大，于是 叶型背面出口段的流动恶化，使叶型损失增加。 反之，相对节距过小，不仅使单位流量的摩擦面增加 ，而且出口边的相对厚度增大，使尾迹损失增加，即叶型 损失增加，故只有在最佳节距下，叶型损失才最小。 叶栅损失 叶栅损失 一般认为 15mm；否则，端部损失占整个叶型损失的比重就大， 速度系数 就低。 2. 叶端损失 蒸汽流过叶栅时，在其通道
4、的顶部和根部形成附面层产生 磨擦损失。 叶栅损失 3. 冲波损失 汽流在跨声速和超声速范围内流动时，可能产生冲波，气 流突然被压缩产生能量损失。 余速损失 汽流在动叶栅中做功后，以一定的速度离开，其动能未被 本级利用。 叶高损失 式中： 系数，单列级 （未包括扇形损失） （包括扇形损失） 复速级 l 叶高 轮周有效焓降 扇形损失 环形叶栅，其节距 t 、圆周速度 u 随叶高 lb 有所不同，会偏离 最佳值。 式中： lb 动叶高度 db 动叶平均直径 E0 级理想能量 采用直叶片 采用扭叶片 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
5、均比容 叶轮摩擦损失 叶轮以3000rpm旋转时，与两侧的蒸汽摩擦带来的损失。 部分进汽损失 目的：增加高压级的叶片高度。 引起鼓风损失和斥汽损失。 部分进汽损失 1.鼓风损失 当 时，只有当动叶通过喷嘴弧段时，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。 整个圆周长度 工作喷嘴所占弧长度 护罩所占弧长与整周弧长之比 与级型有关的系数，单列级取0.15，复速级取0.55 部分进汽损失 2.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。
6、 经验系数，单列级取0.012，复速级取0.016 喷管组数 喷管叶栅的平均直径，m 漏汽损失 1. 冲动级的漏汽损失 包括隔板漏汽损失和动叶顶部的漏汽损失。 漏汽损失 1. 冲动级的漏汽损失 1）隔板漏汽损失 不含漏汽损失时级的有效焓降 式中： 汽封齿数； 汽封流量系数； 汽封间隙面积， v1t喷嘴出口处比容。 漏汽损失 1. 冲动级的漏汽损失 2）动叶顶部漏汽损失 式中： 动叶顶部间隙的流量系数，一般取0.58 动叶顶部反动度 动叶顶部的当量间隙 db z r 漏汽损失 2. 反动级的漏汽损失 反动级漏汽量要比冲动级漏汽量大 。 一是内径汽封直径比隔板汽封直径大， 使内径处漏汽量大；二是动
7、叶前后压差 较大，使叶顶漏汽量大。 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 末级湿度限制在1214 湿汽损失 湿汽损失 损失产生原因： 过饱和损失 （过冷损失） 夹带损失 制动损失 扰流损失 工质损失 湿汽损失 常用去湿方法： 捕水装置 空心喷嘴 镀硬质合金 级的结构因素对效率的影响 1. 盖度 盖度：动叶进口高度与喷嘴出口高 度之差 根部盖度顶部盖度盖度 盖度过大：产生停滞区，产生漩涡流， 造 成损失； 盖度过小：产生叶顶漏汽。 级的结构因素对效率的影响 叶高与盖度之间的关系 式中： 开式轴向间隙； 喷嘴闭式轴向间隙； 动叶闭式轴向间隙。 级的结
8、构因素对效率的影响 2. 轴向间隙 经济上：轴向间隙小，减少漏汽损失 ，缩短机组的轴向长度； 安全上：防止动、静相碰，希望轴向 间隙大些。 喷嘴高度 ln 50 喷嘴闭式间隙 12121212 动叶闭式间隙 23232323 总轴向间隙 34343434 级的结构因素对效率的影响 3. 径向间隙 经济上：减小径向间隙，装径向汽封，减少径向漏汽损失，提 高效率； 安全上，要考虑机组振动和热膨胀，不能太小。 级的结构因素对效率的影响 4. 叶片宽度 叶片宽度增加，增大端部损失，对于较短叶片影响明显 。但叶片过窄，将使其强度降低，同时在汽道表面粗糙度相 同的情况下，雷诺数减小，导致叶型损失增加。 级
9、的结构因素对效率的影响 5. 平衡孔 目的：在叶轮上开设平衡孔是为了减少轴向推力。平衡孔 使叶根的漏汽损失和吸汽损失增大，级效率下降。平衡孔 的大小对级效率的影响，取决于隔板漏汽量 无平衡孔 有平衡孔 级的结构因素对效率的影响 6. 拉筋 用拉筋把叶片连接成组，作用是叶片的调频手段。但 拉盘使汽流受阻，产生扰动。单排拉盘使级效率下降约1% 2%。 6. 围带 有自带围带和铆接围带两种。 作用：1）防止漏汽；2）叶片的调频。 级的结构因素对效率的影响 多级汽轮机各段级的工作特点 1. 高压段 在多级汽轮机的高压段，工作蒸汽的压力、温度很高， 比容较小，因此通过该级段的蒸汽容积流量较小，所需的流
10、通面积也较小。对于小容量汽轮机，应保证有足够大的喷嘴 高度，以减小端部损失，提高喷嘴效率。 高压段的各级中，可能存在的级内损失有：喷嘴损失、 动叶损失、余速损失、叶高损失、扇型损失、漏汽损失、叶 轮摩擦损失、部分进汽损失等。 多级汽轮机各段级的工作特点 2. 低压段 低压段的特点是蒸汽的容积流量很大，要求低压段各 级具有很大的流通面积，因而叶片高度势必很大。由于蒸汽 容积流量很大，而通流面积受到一定限制，因此余速损失较 大，但各级余速损失动能一般都可被下一级利用；低压段处 于湿蒸汽区，湿汽损失越往后越大；叶片高度很大，漏汽间 隙所占的比例很小，故漏汽损失很小，叶高损失也很小；蒸 汽比容很大，故
11、叶轮摩擦损失很小；采用全周进汽，故没有 部分进汽损失。 多级汽轮机各段级的工作特点 3. 中压段 中压段的情况介于高压段和低压段之间。该段蒸汽的比 容不像高压段那样很小，因此，漏汽损失很小，叶轮摩擦损 失较小；叶高损失较小；级的余速动能一般可被下一级利用 。由此可见，中压段各级的级内损失较小，效率比高压段和 低压段都高。 多级汽轮机的效率 多级汽轮机的损失： 1）外部损失 不直接影响蒸汽的状态的损失，包括： 机械损失 外部漏汽损失 2）内部损失 直接影响蒸汽状态的损失，包括： 进汽机构的节流损失 排汽管的压力损失 中间再热管道的压力损失 多级汽轮机的效率 1. 进汽阻力损失 蒸汽经过主汽门，调
12、节汽门和蒸汽室时将产生压降，其 中主汽门和调节汽门的压降最大，若忽略蒸汽通过进汽机构的 散热损失，则蒸汽通过进汽机构的过程为一节流过程，即蒸汽 通过进汽机构后虽有压力下降，但比焓值不变，由于节流的存 在引起的理想比焓降损失，称为进汽阻力损失。 蒸汽通过进汽结构时的节流损失与气流速度、阀门类型 、阀芯型线以及汽室形状等因素有关。一般在设计上要求流过 主气门，管道等的蒸汽速度小于或等4060m/s，蒸汽的进汽 压力降落 控制在下式范围之内： 多级汽轮机的效率 2. 排汽阻力损失 进入汽轮机的蒸汽在作完功后，从末级动叶出来经排汽 管排出，排气在排气管中流动时，由于摩擦、涡流、转向等 阻力作用而有压力
13、下降，这部分没做功的压将损失，称为汽 轮机的排气阻力损失。 kPa 式中： 排汽管的阻力系数； 排汽管出口压力，对于凝汽式机组为凝汽器喉部压 力。 排汽管中气流速度； 对于凝汽式机组 ， 对于背压式机组 。 多级汽轮机的效率 3. 中间再热管道压力损失 中间再热蒸汽流经再热器、冷段、热段管道时，由于流动 损失产生 压降。 高压缸排汽压力，MPa 式中： 汽轮机的相对内效率 对于没有回热抽汽、没有前后端轴封漏气和门杆漏气的纯 凝汽式汽轮机，相对内效率为： 汽轮机的绝对内效率 进入汽轮机的新蒸汽比焓； 对于纯凝汽式汽轮机为凝结水比焓，即汽轮机排汽压力 下的饱和水比焓，有回热抽汽式改为末级高压加热器出口给 水比焓。 忽略本机组水泵耗功，且蒸汽动力装置按郎肯循环工作 时的循环热效率。 式中： kJ（kw.h ）
