第六节效率精选文档.ppt

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1、第六节效率本讲稿第一页，共三十七页第六节第六节 汽轮机级内损失汽轮机级内损失和级效率和级效率了解除喷嘴、动叶和余速损失外级内其它六种损失产生的原因及减小方法。级的损失在汽轮机高、中、低压部分数量方面概念。水滴对动叶片的腐蚀与冲刷作用及减少方法。掌握级的相对内效率与内功率的计算。考虑余速利用后级在焓熵图上实际热力过程线。本讲稿第二页，共三十七页本讲稿第三页，共三十七页一、汽轮机的级内损失（一）叶高损失hl叶栅损失：1)叶型损失（包括喷嘴损失、动叶损失，由附面层中摩擦损失、附面层脱离引起的涡流损失、尾迹损失、冲波损失组成）2)叶端损失（由端面附面层中的摩擦损失、补偿流动损失和对涡损失组成）3)冲波

2、损失叶高损失又称为端部损失。其产生的物理原因及影响因素已经分析过。它实质上是属于喷嘴和动叶的流动损失。a=1.2 (a=1.2 (单列级单列级 ，不含扇，不含扇 形损失）；形损失）；a=1.6 a=1.6（单列级，含扇形损失单列级，含扇形损失)；a=a=2(2(双双 列级）；列级）；本讲稿第四页，共三十七页（二）扇形损失h汽轮机级环形叶栅，与平面直叶栅相比有两个特点：一是叶栅的相对节距不是常数而是从内径向外径成正比例增加的。这样除了平均直径截面处的相对节距为最佳值外，其它各圆周截面的相对节距必然偏离最佳值。因此这些截面的叶型损失系数都大于最小值，这就带来了一项额外的流动损失；二是空气动力学上的

3、特点，叶栅出口汽流在轴向间隙中存在着压力梯度，即由内径向外径静压力逐渐增加，所以会产生径向流动损失。所有这些就构成了扇形损失。径高比：=db/lb12时，采用直叶片；8时，采用扭叶片（变截面叶片）本讲稿第五页，共三十七页(三)叶轮摩擦损失叶轮摩擦损失 由由于于蒸蒸汽汽粘粘性性，叶叶轮轮在在汽汽室室中中作作高高速速旋旋转转 时时 ,存存在在着着叶叶轮轮轮轮面面与与蒸蒸汽汽及及蒸蒸汽汽之之间间的的相相对对运运动动 而而产产生生的的摩摩擦擦。克克服服摩摩擦擦和和带带动动蒸蒸汽汽质质点点运运动动，就就要要耗耗功功。同同时时，靠靠近近叶叶轮轮轮轮面面侧侧的的蒸蒸汽汽质质点点随随叶叶轮轮一一起起转转动动时

4、时，受受到到离离心心力力作作用用而而产产生生径径向向运运动动。这这样样，靠靠近近隔隔板板处处的的蒸蒸汽汽质质点点的的旋旋转转速速度度小小，自自然然要要向向旋旋转转中中心心处处流流动动以以保保持持蒸蒸汽汽的的连连续续性性。于于是是，在在叶叶轮轮两两侧侧的的汽汽室室中中就就形形成成了了涡涡流流运运动动，如如图图所所示示。蒸汽的涡流运动要消耗一部分轮周功蒸汽的涡流运动要消耗一部分轮周功 。本讲稿第六页，共三十七页 叶轮摩擦损失可用以下经验公式计算叶轮摩擦损失可用以下经验公式计算 ：式式中中：k k-与与蒸蒸汽汽性性质质有有关关，对对于于过过热热蒸蒸汽汽，k=1k=1，对对于于饱饱和和蒸蒸汽汽，k=1

5、.2 1.3 k=1.2 1.3 ；d d、l l、u -u -级的平均直径、级的平均直径、叶高、叶高、圆周速度圆周速度 ；v -v -动叶出口蒸汽比容。动叶出口蒸汽比容。叶轮摩擦损失也可用焓降来表示：叶轮摩擦损失也可用焓降来表示：=或者(k W)(k W)反动式汽轮机？本讲稿第七页，共三十七页(四四)部分进汽损失部分进汽损失 采用部分进汽采用部分进汽 ，就产生了，就产生了部分进汽损失部分进汽损失 ，“鼓鼓风风”损损失失hfw发发生生在在没没有有喷喷嘴嘴叶叶片片的的弧弧段段内内。动动叶叶通通过过这这一一弧弧段段时时，要要象象鼓鼓风风机机一一样样把把滞滞留留在在这这一一弧弧段段内内的的蒸蒸汽汽鼓

6、鼓到到出出汽汽边而耗功边而耗功 。“斥斥汽汽”损损失失hs发发生生在在安安装装有有喷喷嘴嘴叶叶片片的的弧弧段段内内。动动叶叶片片由由非非非非工工工工作作作作区区区区进进入入工工工工作作作作区区区区弧弧弧弧段段段段时时，动动叶叶通通道道中中滞滞滞滞留留留留的的蒸蒸汽汽要要靠靠工工作作区区弧弧段段中中喷喷嘴嘴喷喷出出的的主主流流蒸蒸汽汽将将其其吹吹出出，要要消消耗耗轮轮周周功功。另另外外，如如图图由由于于叶叶轮轮作作高高速速旋旋转转，这这样样，在在 喷喷嘴嘴出出口口端端的的 A A 点点存存在在着着漏漏汽汽；而而在在B B点点又又存存在在着着抽抽吸吸作作用用，将将一一部部分分蒸蒸汽汽 吸吸入入动动

7、叶叶通通道道 ，干扰主流，干扰主流 ，同样会引起损失，同样会引起损失 。这样就形成了斥汽损失。这样就形成了斥汽损失。本讲稿第八页，共三十七页 总的部分进汽损失总的部分进汽损失由以上由以上两部分两部分所组成所组成 ，即，即 (kJ/kg )(kJ/kg )而而 上式中：上式中：e e 部分进汽度部分进汽度 ；e e =1-e ;E E0 级的理想能量级的理想能量；X X 级的速度比级的速度比 ；B B 系数，单列级，系数，单列级，B=0.15,B=0.15,双双 列列 级级 ，B =0.55;B =0.55;Z Z 喷嘴组数喷嘴组数 ；C C 经验系数，单列级，经验系数，单列级，C=0.012,

8、C=0.012,双列级双列级，C=0.016 C=0.016。本讲稿第九页，共三十七页 （五）（五）漏汽损失漏汽损失 在在汽汽轮轮机机中中，由由动动静静两两部部分分所所组组成成的的级级，有有间间隙隙。由由于于压压差差的的作作用用，有间隙存在，就会漏汽如图所示。有间隙存在，就会漏汽如图所示。在在隔隔板板前前后后存存在在压压差差，又又有有隔隔板板间间隙隙。就就必必然然有有一一部部分分蒸蒸汽汽通通过过隔隔板板 间间隙隙流流到到级级后后。这这部部分分蒸蒸汽汽不不作作功功。另另外外，漏漏汽汽不不是是从从喷喷嘴嘴中中以以正正确确 方方向向流流入入动动叶叶通通道道，它它不不但但不不做做功功，反反而而要要干干

9、扰扰主主流流。这这样样，就就形形 成成了了隔隔板板漏漏汽汽损损失失。为为了了解解决决这这一一问问题题，要要在在叶叶轮轮盘上开设平衡孔，以盘上开设平衡孔，以 便让隔板漏汽从平衡孔漏出，而不干扰主流。便让隔板漏汽从平衡孔漏出，而不干扰主流。另外，由于另外，由于反动度反动度的存在，的存在，动动叶前后有压力差。叶前后有压力差。必然有一部分必然有一部分蒸汽不通过动叶通道而从叶顶间隙蒸汽不通过动叶通道而从叶顶间隙漏到级后。漏到级后。这部分蒸汽也这部分蒸汽也不作功不作功，形成了形成了叶顶损失叶顶损失。本讲稿第十页，共三十七页 漏漏汽汽损损失失是是由由于于压压力力差差和和间间隙隙的的存存在在而而引引起起的的。

10、减减少少漏漏汽汽损损失失、减减小小漏漏汽汽量量，就就应应该该减减小小间间隙隙面面积积和和蒸蒸汽汽压压力力差差。通通常常采采用用齿齿齿齿形形形形轴轴轴轴封封封封来来解解决决这这一一问问题题。漏漏汽汽量量和和漏漏汽汽损损失失计计算算方法如下方法如下：（1 1）隔隔 板板 漏漏 汽汽 量量 的的 计计 算算（2 2 2 2）动动 叶叶 顶顶 漏漏 汽汽 量量 的的 计计 算算本讲稿第十一页，共三十七页（3 3）隔隔隔隔 板板板板 损损损损 失失失失 计计计计 算算算算 （4 4）叶叶 顶顶 漏漏 汽汽 损损 失失 计计 算算 本讲稿第十二页，共三十七页（六）湿（六）湿 汽汽 损损 失失 蒸蒸汽汽在在

11、汽汽机机最最后后几几级级时时便便进进入入湿湿蒸蒸汽汽区区，这这里里将将产产生生湿湿汽汽损损失失 。产生湿汽损失的原因产生湿汽损失的原因在于在于 ：（1 1）一部分蒸汽在膨胀加速过程中）一部分蒸汽在膨胀加速过程中凝结成水滴凝结成水滴，减少了作功蒸汽量；，减少了作功蒸汽量；（3 3）由于水滴前进速度低于蒸汽速度。这样，由于水滴前进速度低于蒸汽速度。这样，由于水滴前进速度低于蒸汽速度。这样，由于水滴前进速度低于蒸汽速度。这样，从动叶进口速度三角形上分析，水滴从喷嘴中从动叶进口速度三角形上分析，水滴从喷嘴中从动叶进口速度三角形上分析，水滴从喷嘴中从动叶进口速度三角形上分析，水滴从喷嘴中流出时，正好流出

12、时，正好流出时，正好流出时，正好打击动叶背弧打击动叶背弧打击动叶背弧打击动叶背弧，阻止动叶前，阻止动叶前，阻止动叶前，阻止动叶前进，减小了有用功；而水滴从动叶流出进，减小了有用功；而水滴从动叶流出进，减小了有用功；而水滴从动叶流出进，减小了有用功；而水滴从动叶流出之后又之后又之后又之后又打击下一级喷嘴的背弧打击下一级喷嘴的背弧打击下一级喷嘴的背弧打击下一级喷嘴的背弧。水滴长期。水滴长期。水滴长期。水滴长期冲蚀片冲蚀片冲蚀片冲蚀片，使叶片进口边背弧被打击成许多，使叶片进口边背弧被打击成许多，使叶片进口边背弧被打击成许多，使叶片进口边背弧被打击成许多麻点，严重时，会打穿叶片麻点，严重时，会打穿叶片

13、麻点，严重时，会打穿叶片麻点，严重时，会打穿叶片。（2 2 2 2）水滴不膨胀作功，反为高速汽流所夹带前进，要消耗一部分轮周功）水滴不膨胀作功，反为高速汽流所夹带前进，要消耗一部分轮周功）水滴不膨胀作功，反为高速汽流所夹带前进，要消耗一部分轮周功）水滴不膨胀作功，反为高速汽流所夹带前进，要消耗一部分轮周功 ；本讲稿第十三页，共三十七页产生湿汽损失的原因有以下几个方面：1)过冷损失：2)挟带损失：3)制动损失：水珠出喷嘴的速度c1x只有蒸汽速度c1的10一13左右，而圆周速度u一样，使水珠进动叶的方向角1x远大于1，偏离动叶入口方向的水珠撞击在动叶进口处的背孤上，产生了阻止叶轮旋转的制动作用，克

14、服它就要消耗一部分有用功，称之为制动损失。4)扰流损失：从动叶出来的水珠的相对速度w2x要比蒸汽速度w2低得多，而圆周速度u是一样的，使c2x远大于c2，当蒸汽按正确方向进入下一级喷嘴时水珠将撞击在喷嘴进口处的壁面上，从而扰乱了主汽流，造成损失，称之为扰流损失。5)工质损失：目前在湿蒸汽级中采用的各种捕水装置，当从级内排除部分液相的同时，都不可避免地伴随着一部分蒸汽同时被抽出汽轮机，造成工质损失。本讲稿第十四页，共三十七页湿汽损失通常用下面经验公式计算湿汽损失通常用下面经验公式计算：式中，式中，X -X -级级 的的 平平 均均 蒸蒸 汽汽 干干 度度 ；=湿蒸汽会引起湿蒸汽会引起湿汽损失湿汽

15、损失和和冲蚀叶片冲蚀叶片，就必须采取一些就必须采取一些去湿去湿措施措施。即：采用。即：采用去湿装置去湿装置，如捕水槽、，如捕水槽、捕水室捕水室等，以减少等，以减少蒸汽中的水蒸汽中的水 分。提高叶片本身的抗湿能力，主要是设法增强分。提高叶片本身的抗湿能力，主要是设法增强叶片进汽边背弧的叶片进汽边背弧的 抗湿性能。如，在动叶片进汽边背弧抗湿性能。如，在动叶片进汽边背弧加加焊硬质合金焊硬质合金、电火花处电火花处等。等。本讲稿第十五页，共三十七页常用的去湿方法有：1)由捕水口、捕水空和琉水通道组成的级内捕水装置，它有喷嘴后和动叶后两种形式。2)具有吸水缝的空心喷嘴这种去湿装置是将空心喷嘴经环形通道与压

16、力比它低的低压加热器或凝汽器连通而形成负压，这样，通过喷嘴上开的吸水缝就可将喷嘴本讲稿第十六页，共三十七页表面上的凝结水膜吸走。具有吸水缝的空心喷嘴本讲稿第十七页，共三十七页3)采用出汽边喷射蒸汽的空心喷嘴空心喷嘴的内部空间与出汽边的缝隙相通、缝隙最好设计成喷嘴状。从压力较高一级来的蒸汽经汽缸上的环形室引入空心喷嘴后由出汽边的缝隙中喷射出去，使喷嘴的尾迹区消失，阻止该处大粒水珠的形成；同时使尾迹区汽流速度均衡，这对提高级效率和改善动叶的应力状况都是有利的。这种方法的另一个优点是，由压力较高点送来的蒸汽其能量并未损失，而是参加了本级的膨胀作功。本讲稿第十八页，共三十七页采用去湿装置（去湿和回热抽

17、汽结合），减少湿蒸汽中的水分。去湿装置可去掉蒸汽中含水分的20%30%；提高动叶片的抗侵蚀能力：在叶片进汽边背弧上加焊硬质合金、镀铬、局部淬硬、电火花硬化、氮化等。目前常用的办法是将司太立合金做的薄片焊在动叶顶部进汽边的背弧上。限制末级叶片蒸汽湿度小于12%15%本讲稿第十九页，共三十七页二、汽轮机级的相对内效率和内功率二、汽轮机级的相对内效率和内功率（一）级的热力过程线如图本讲稿第二十页，共三十七页二、二、级的相对内效率和内功率级的相对内效率和内功率1.1.级的实际热力过程曲线级的实际热力过程曲线级级内内许许多多损损失失存存在在。则则进进入入级级的的蒸蒸汽汽所所 具具有有的的理理想想能能量量

18、就就不不可可能能全全转转化化为为有有效效 功功。但但损损失失又又转转换换为为热热能能，加加热热蒸蒸汽汽本本身身，使使动动叶叶出出口口排排汽汽焓焓值值升升高高。考考虑虑了了各各种种损损失失之之后后级级的的实实际际热热力力过过程程曲曲线线如如图图所所示示。其其中中，0 0点点为为级级前前滞滞止止状状态态点点，3 3为为有有余余速速利利用用时的下一级级前进口时的下一级级前进口 状态点状态点。为为级级的的有有效效焓焓降降，它它表表示示1kg1kg蒸蒸汽汽所所具具有有的的理理想想能能量量最最后后转转化化为为有有效效功功能能量量。越越大大，机机的的内内效效率率就就越越高。高。本讲稿第二十一页，共三十七页（

19、二）级的内功率（有效功率）（三）级的相对内效率（级效率）定义：级的有效焓降与级的理想能量之比1.余速被下一级利用时本讲稿第二十二页，共三十七页2.余速未被利用时级的相对内效率是衡量级内能量转换完善程度的最终指标，与所选用的叶型、速比、反动度、速比、叶栅的高度等有密切关系，也与蒸汽的性质、级的结构有关。本讲稿第二十三页，共三十七页三、级内损失对最佳速比的影响三、级内损失对最佳速比的影响(一)摩擦鼓风损失与速度比的关系摩擦损失系数f和鼓风损失系数w均与速度比xa的三次方成正比，这表明速度比对叶轮摩擦鼓风损失有很大的影响，当速度比增加时，f和w都会急剧增大。(二)漏汽损失与速度比的关系本讲稿第二十四

20、页，共三十七页(三)蒸汽湿度与速度比的关系蒸汽湿度增加使级效率显著地下降，同时随着速度比xa的增加，蒸汽湿度的影响也相应增大。本讲稿第二十五页，共三十七页级内损失使级的轮周效率降低，使最佳速比值减少，即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。本讲稿第二十六页，共三十七页四、影响级效率的结构因素级内通流部分的某些结构因素对汽轮机运行的经济性和安全性有重要影响，结构对相对内效率也有影响，主要有：动静间隙、盖度、叶片宽度、拉金、平衡孔等。(一)动、静叶之间的轴向间隙=1+2+z开式轴向间隙z=1.52mm1和2按表选取。本讲稿第二十七页，共三十七页(二)径向间隙1具有两个径向密封环的

21、冲动级；2没有径向密封环的冲动级本讲稿第二十八页，共三十七页(三)盖度1有径向汽封；2没有径向汽封本讲稿第二十九页，共三十七页(四)叶片数和叶片宽度选择导叶和动叶的最佳叶片数与叶栅最佳节距有关，而最佳节距决定于叶型，所以叶片数目不仅取决于气动力学的要求，而且要根据导向机构或工作叶轮的强度和刚度的条件来确定。叶片宽度通常是根据级的直径和叶栅节距选定的。本讲稿第三十页，共三十七页(五)拉金（拉筋）当动叶较长时，根据动叶振动调频的需要，常采用拉筋把动叶片成组地连接起来。(六)平衡孔在叶轮上设置平衡孔是为了减小轴向推力，但它对级效率亦有影响1没有平衡孔；2有平衡孔本讲稿第三十一页，共三十七页小结本节主

22、要内容有：汽轮机级内的各项损失、级内效率、影响级内效率的结构因素。汽轮机级内的各项损失，除喷嘴损失、动叶损失、余速损失外，其余所有的级内损失之和用h来表示，这在绘制和记住焓熵图时较为方便。h内的各项损失，目前尚不能在理论上做到精确的计算，因此多采用经验或半经验公式来计算。本讲稿第三十二页，共三十七页经验公式不必死记硬背，只要掌握级内损失产生的原因及减小的方法，会计算即可，但对影响损失大小的主要因素，应有明确的概念。水滴对动叶片的腐蚀与冲刷作用及减少方法。掌握级的相对内效率与内功率的计算。考虑余速利用后级在焓熵图上实际热力过程线。本讲稿第三十三页，共三十七页作业1.某反动级理想焓降ht=62.1

23、kJ/kg，初始动能hc0=1.8 kJ/kg,蒸汽流量G=4.8kg/s，若喷嘴损失hn=5.6kJ/kg,动叶损失hb=3.4kJ/kg，余速损失hc2=3.5kJ/kg，余速利用系数1=0.5，计算该级的轮周功率和轮周效率。本讲稿第三十四页，共三十七页 2.某冲动级级前压力p0=0.35MPa，级前温度t0=169C,喷 嘴 后 压 力 p1=0.25MPa,级 后 压 力p2=0.56MPa,喷嘴理想焓降hn=47.4kJ/kg,喷嘴损 失 hnt=3.21kJ/kg,动 叶 理 想 焓 降 hb=13.4kJ/kg,动叶损失hbt=1.34kJ/kg,级的理想焓降ht=60.8kJ/

24、kg，初始动能hc0=0，余速动能 hc2=2.09kJ/kg,其 他 各 种 损 失 h=2.05 kJ/kg。计算：1）计算级的反动度m 2）若本级余速动能被下一级利用的系数m 1=0.97，计算级的相对内效率ri。本讲稿第三十五页，共三十七页习题试进行高压冲动式汽轮机中间级的全部计算，求喷嘴、动叶的高度，级内的各项损失，内效率和内功率。已知：蒸汽流量G=3I.2kg/s，转速n=3000r/min，级前蒸汽压力p0=1.84MPa，温度t0=303，进入该级的蒸汽动能hc0=1.67kJ/kg，级的理想焓降ht=48.14kJ/kg，反动度m=0.05，喷嘴和动叶的角度1=13，1=25，2=24。级的平均直径dm=0.916m，喷嘴和动叶速度系数本讲稿第三十六页，共三十七页分别为：=0.95，=0.88。喷嘴和动叶的流量系数相等，均为n=b=0.97，部分进汽度e=1，隔板汽封间隙面积Ap=8.0cm2，汽封片数z=5，汽封流量系数p=0.71。假设从该级出来的排汽动能中有c22z/2被下级所利用，其中c2z为排汽速度的轴向分速。（h0=3035kJ/kg，p1=1.53MPa，1t=0.16m3/kg，p2=1.51MPa，v2t=0.163m3/kg，）本讲稿第三十七页，共三十七页