汽輪機的級內損失及減少措施

曲鴻儒

摘要：汽輪機的損失包括內部損失和外部損失兩大類，其中汽輪機的內部損失是汽輪機損失的主要方面。本文主要從汽輪機的級內損失的一些原因入手，探討減少級內損失的相關措施。

關鍵詞：汽輪機；級內損失；減少措施

前言

隨著我國經濟的迅猛發展，電能消耗越來越多，許多地區甚至已經出現電能短缺現象，這就導致電廠的節能環保也成為了人們關注的焦點之一。本文以汽輪機的級內損失為主，深入探討汽輪機級內損失的主要原因和解決措施。

1.汽輪機級內損失的原因分析

汽輪機級內損失的原因主要包括噴嘴損失、動葉損失、余速損失、葉高損失、扇形損失、葉輪摩擦損失、部分進汽損失、漏汽損失、濕汽損失等九大類。下面將一一分析這些級內損失的原因：

1.1噴嘴損失

蒸汽在經過噴嘴時，會使蒸汽在噴嘴中的葉柵內滯留，導致蒸汽與噴嘴壁面的摩擦、蒸汽氣流之間的相互沖擊和碰撞，形成汽輪機的級內損失。

1.2動葉損失

蒸汽經過動葉流道時，在流道中摩擦，造成汽輪機的級內損失損失，與噴嘴損失類似。

1.3余速損失

余速損失是由汽輪機在蒸汽離開動葉時的慣性導致的。當蒸汽離開動葉時，仍帶有一定的旋轉速度，使得這部分能量沒有被利用。

1.4葉高損失

當蒸汽流動時，由于葉柵流道具有兩個不同的端面，導致摩擦損失產生在端面附面層內，降低了蒸汽流速。此外，在端面附面層內，彎曲流道造成的離心力小于凹弧和背弧之間的壓差，二次流動便產生在凹弧與背弧之間，使蒸汽主流與流動方向垂直，造成了附面層內的更大級內損失。

1.5扇形損失

汽輪機的葉輪外圓周上安裝了環形葉柵。當葉片變直之后，這樣就使得通道截面順著葉高發生位移，葉片垂直越大，位移就越大。另一方面，由于噴嘴出口汽流離心作用，切向分速使蒸汽擠壓葉柵頂部，導致噴嘴出口蒸汽壓力順著葉高的升高而升高。而依據一元流動理論，選取的所有參數，只能保證最佳值，如平均直徑截面。而其他參數，如沿葉片高度其它截面的參數，可能會偏離最佳值，從而引起級內損失，統稱為扇形損失[1]。

1.6葉輪摩擦損失

蒸汽由于具有一定的粘性，粘附在高速旋轉的葉輪上，導致兩側的氣流與輪面發生摩擦。又由于受離心力的作用，緊貼著葉輪的蒸汽將向外的徑向流動，利用四邊的氣流來填補產生的空隙，產生兩側的渦流運動。為克服摩擦阻力和渦流所消耗的能量稱為葉輪摩擦損失。

1.7部分進汽損失

主要包括斥汽損失和鼓風損失兩大類。在沒有布置噴嘴葉柵的弧段處，蒸汽對動葉柵不產生推動力，而需動葉柵帶動蒸汽旋轉，從而損耗一部分能量；另外動葉兩側面也與弧段內的呆滯蒸汽產生摩擦損失，這些損失稱為鼓風損失。當不進汽的動葉流道進入布置噴嘴葉柵的弧段時，由噴嘴葉柵噴出的高速汽流要推動殘存在動葉流道內的呆滯汽體，將損耗一部分動能。此外，由于葉輪高速旋轉和壓力差的作用，在噴嘴組出口末端的軸向間隙會產生漏汽，而在噴嘴組出口起始端將出現吸汽現象，使間隙中的低速蒸汽進入動葉流道，擾亂主流，形成損失，這些損失稱為斥汽損失。

1.8漏汽損失

漏氣損失主要是因為汽輪機內部壓力和外部壓力不對等造成的。一部分蒸汽會在經過汽輪機過程中，從汽輪機不密封的地方跑掉，或者沒有從汽輪機主要器件流過，做了一些無用功，使得汽輪機沒有做功引起的損失。另一方面是因為在汽輪機的動葉和氣缸之間、轉軸和隔板之間造成的漏氣損失。

1.9濕汽損失

濕氣是汽輪機在工作過程中不可避免會出現的，這主要是因為，濕氣會在膨脹過程中接觸一些小水珠，這些小水珠不會隨著噴嘴膨脹而加速，導致蒸汽量減少，引起級內損失。另一方面是因為小水珠不能在噴嘴中膨脹加速，要依靠蒸汽來推動，必然會消耗一部分能量，引起一定的損失。即使小水珠得到了蒸汽加速，但是速度遠遠比不上蒸汽的速度，對蒸汽產生阻力，導致蒸汽受阻，影響葉輪的做功，引起不必要的損失。此外還會因為小水珠在流動過程中會對下級噴嘴的進口氣流產生影響，引起損失。

2.汽輪機級內損失減少措施

汽輪機級內損失主要來自于兩個方面，一方面是蒸氣流摩擦對汽輪機本身摩擦產生的損失，另一方面是由于蒸氣流的其他形態產生的損失。因此，減少級內損失的措施也就集中在兩個方面。

2.1減少摩擦造成的損失

減少摩擦造成的損失主要集中在兩方面，一方面是通過對汽輪機的重新設計來解決，如解決噴嘴損失，為了減少摩擦，可以使用窄噴嘴，且對窄噴追的高度做出一定的要求，還要減少噴嘴表面的粗糙度，設計更為合理的汽到形狀[2]。還有一個例子即是減少摩擦鼓風的摩擦，這就需要在設計時減少葉輪表面的粗糙度和在設計中不使用反動式葉輪[3]。另一方面則是通過改變部分器件來減少摩擦。如把長葉片換成短葉片，這樣不僅能夠使扇形損失減少，還能加大葉片的做功功率，提高汽輪機的效率。

2.2減少濕氣、漏氣的損失

濕氣和漏氣是由于蒸汽在流動過程中氣溫變化較大造、壓力過高成的。因此，在減少濕氣方面，必須安裝凝氣式汽輪設備或者利用其它方式來增強葉片的硬度，提高葉片抗腐蝕的能力。在減少漏氣方面，首先要安裝汽封裝置，保證不漏氣，還可以在葉輪上安裝平衡孔，使漏氣的氣流不會影響到主流氣流，還可以減小扭葉片頂部的反動度，大大減少汽輪機的漏氣。

3.結語

綜上所述，通過對汽輪機級內損失的原因進行分析，我們發現了噴嘴損失、動葉損失、余速損失、葉高損失、扇形損失、葉輪摩擦損失、部分進汽損失、漏汽損失、濕汽損失等九大類原因，并根據這些原因，我們找到了解決這些級內損失的有效措施，主要包括改變設計方案、重新設計相關的器件、改變器件的一些部分或者利用其它設施來補充、改變這種現象的發生。

參考文獻：

[1]胡鵬飛，孫毅，曹麗華，李勇.來流攻角變化對動葉柵內流動影響的數值分析[J].化工機械，2013，03：360-364.

[2]王梅玲，周俊杰，郭鵬飛，房全國.汽輪機通流部分優化設計[J].中國新技術新產品，2013，16：138-139.

[3]韓捷.杭麗熱電熱網概況和汽輪機選型[J].河南科技，2013，15：129.