汽輪機的級內(nèi)損失及減少措施

曲鴻儒

摘要：汽輪機的損失包括內(nèi)部損失和外部損失兩大類，其中汽輪機的內(nèi)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(nèi)損失的一些原因入手，探討減少級內(nèi)損失的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：汽輪機；級內(nèi)損失；減少措施

前言

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，電能消耗越來越多，許多地區(qū)甚至已經(jīng)出現(xiàn)電能短缺現(xiàn)象，這就導(dǎo)致電廠的節(jié)能環(huán)保也成為了人們關(guān)注的焦點之一。本文以汽輪機的級內(nèi)損失為主，深入探討汽輪機級內(nèi)損失的主要原因和解決措施。

1.汽輪機級內(nèi)損失的原因分析

汽輪機級內(nèi)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(nèi)損失的原因：

1.1噴嘴損失

蒸汽在經(jīng)過噴嘴時，會使蒸汽在噴嘴中的葉柵內(nèi)滯留，導(dǎo)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(nèi)損失。

1.2動葉損失

蒸汽經(jīng)過動葉流道時，在流道中摩擦，造成汽輪機的級內(nèi)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(dǎo)致的。當蒸汽離開動葉時，仍帶有一定的旋轉(zhuǎn)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(dǎo)致摩擦損失產(chǎn)生在端面附面層內(nèi)，降低了蒸汽流速。此外，在端面附面層內(nèi)，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(chǎn)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(nèi)的更大級內(nèi)損失。

1.5扇形損失

汽輪機的葉輪外圓周上安裝了環(huán)形葉柵。當葉片變直之后，這樣就使得通道截面順著葉高發(fā)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(dǎo)致噴嘴出口蒸汽壓力順著葉高的升高而升高。而依據(jù)一元流動理論，選取的所有參數(shù)，只能保證最佳值，如平均直徑截面。而其他參數(shù)，如沿葉片高度其它截面的參數(shù)，可能會偏離最佳值，從而引起級內(nèi)損失，統(tǒng)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(zhuǎn)的葉輪上，導(dǎo)致兩側(cè)的氣流與輪面發(fā)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(chǎn)生的空隙，產(chǎn)生兩側(cè)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(chǎn)生推動力，而需動葉柵帶動蒸汽旋轉(zhuǎn)，從而損耗一部分能量；另外動葉兩側(cè)面也與弧段內(nèi)的呆滯蒸汽產(chǎn)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(nèi)的呆滯汽體，將損耗一部分動能。此外，由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)和壓力差的作用，在噴嘴組出口末端的軸向間隙會產(chǎn)生漏汽，而在噴嘴組出口起始端將出現(xiàn)吸汽現(xiàn)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(nèi)部壓力和外部壓力不對等造成的。一部分蒸汽會在經(jīng)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(zhuǎn)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(xiàn)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(dǎo)致蒸汽量減少，引起級內(nèi)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(chǎn)生阻力，導(dǎo)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(chǎn)生影響，引起損失。

2.汽輪機級內(nèi)損失減少措施

汽輪機級內(nèi)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(chǎn)生的損失，另一方面是由于蒸氣流的其他形態(tài)產(chǎn)生的損失。因此，減少級內(nèi)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(shè)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(shè)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(shè)計時減少葉輪表面的粗糙度和在設(shè)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(shè)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(jié)語

綜上所述，通過對汽輪機級內(nèi)損失的原因進行分析，我們發(fā)現(xiàn)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(jù)這些原因，我們找到了解決這些級內(nèi)損失的有效措施，主要包括改變設(shè)計方案、重新設(shè)計相關(guān)的器件、改變器件的一些部分或者利用其它設(shè)施來補充、改變這種現(xiàn)象的發(fā)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(nèi)流動影響的數(shù)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(yōu)化設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，16：138-139.

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