《電力名詞》第三版。 2100433B

蒸汽在汽輪機級內流動時產生的能量損失,主要包括葉柵損失、余速損失、葉輪摩擦損失、鼓風損失、漏汽損失,以及濕汽等項損失。

中文名稱

汽輪機級內損失

英文名稱

steam turbine stage loss

定　　義

蒸汽在級內流動產生的能量損失。主要包括葉柵損失、余速損失、葉輪摩擦損失、鼓風損失、漏汽損失、濕汽損失等。

應用學科

電力（一級學科），汽輪機、燃氣輪機（二級學科）

級內損失主要包括噴嘴（靜葉）流動損失、動葉流動損失和余速損失 3項。

級內損失是使級的輪周效率小于 1的原因。此外還有一系列附加損失，如輪盤摩擦損失、漏汽損失、濕汽損失和部分進汽損失等。這些附加損失的存在使汽輪機級的效率比輪周效率有所降低，這種效率稱為級的內效率。因為附加損失與速度比有關，級的實際最佳速度比略小于理論值。

蒸汽在級內流動產生的能量損失，主要包括葉柵損失、余速損失、葉輪摩擦損失、鼓風損失、斥汽損失、漏氣損失、濕氣損失等項 。

葉柵損失：包括型面損失和端面損失，前者有葉型表面附面層的摩擦損失，附面層脫離引起的渦流損失，葉片出口邊的尾跡損失以及汽流接近聲速和超聲速時產生的沖波損失。后者有葉柵汽道上下兩個端面附面層中的摩擦損失和附面層內自凹面向背面橫向流動產生的二次流損失。葉柵中的各項損失可由葉柵風洞試驗確定，可用速度系數來表示損失大小，或用能量損失系數或葉柵中總壓力損失系數表示。影響葉柵損失的重要因素是型線、型面光滑度、葉片高度、相對柵距、安裝角、汽流角、沖角和馬赫數。

速度系數是實際速度與理想速度之比。現代汽輪機的靜葉柵速度系數?可達0.95～0.98。 ?值隨靜葉高度增高而加大。動葉柵速度系數ψ為0.90～0.97。ψ值與級的反動度有一定關系。反動度越小，ψ值也越低。在沖動級中選用適當的反動度，可減少動葉柵中的損失。 當反動度等于50%時ψ=?。

余速損失：蒸汽從動葉出口流出時尚有一定的速度，其動能不能再利用時所造成的損失稱為余速損失。在多級汽輪機中，前一級余速可被下一級全部或部分利用，以余速利用系數μ來表示。一般μ=0～1。級后有抽汽口的級，μ=0.5。若前后二級的平均直徑無階躍性變化，μ值可達0.8～1，調節級的直徑通常大于其后的第一壓力級直徑，為充分利用其余速，可加裝汽流導向板。末級的余速是無法再利用的。各級余速的利用提高了汽輪機的內效率。

葉輪摩擦損失：由于蒸汽的黏性在葉輪表面形成附面層，由葉輪帶動旋轉，與蒸汽黏附在隔板和汽缸壁上的附面層之間形成摩擦阻力；并由于葉輪離心力的帶動，在汽室內形成渦流。克服摩擦阻力和渦流所形成的能量損失叫做摩擦損失。摩擦損失通常由實驗確定，并可用斯托多拉 (Stodola) 經驗公式估算：

式中u為圓周速度，m/s；d為級平均直徑，m；v為汽室中蒸汽比容，m³/kg；K₁為系數，一般為1.02～1.3。

因葉輪摩擦損失與蒸汽比容成反比，汽輪機高壓各級比容小，該項損失較大，在低壓各級，由于比容很大，該項損失有時可忽略不計 。

鼓風損失和斥汽損失：級的噴嘴組弧段占全圓周的比例，稱部分進汽度。當級的部分進汽度小于1時，動葉柵只在進入裝有噴嘴弧段時才有工作汽流通過。當動葉進入無噴嘴弧段時，動葉產生鼓風作用，消耗一部分有用功，形成鼓風損失。當動葉再度進入裝有噴嘴的弧段時，工作汽流需首先排斥并加速停滯在動葉汽道中的蒸汽，因而消耗一部分能量，稱為斥汽損失。

鼓風損失可由經驗公式估算：

式中K₂為系數，一般取0.4；e為部分進汽度；l為動葉高度。如果將不進汽弧段處的動葉片用護罩包住，使鼓風區域縮小，將可減少鼓風損失。

斥汽損失由下式估算：

式中B、l為動葉片寬度及高度，m；A為噴嘴出口面積，m²；m為噴嘴組數(當e=1時m=0)；Nu為輪周效率；△ht為級的理想焓降。

漏汽損失：沖動式汽輪機隔板兩側有較大壓差，在隔板與轉軸之間的間隙中，將有一部分蒸汽漏過，造成漏氣損失；具有反動度的沖動級和反動級，動葉兩側存在壓差，亦有一部分蒸汽由動葉頂端與汽缸之間的間隙漏過。

濕汽損失：凝汽式汽輪機的后幾級常在濕蒸汽區工作，存在著濕汽損失：濕蒸汽在靜葉柵中膨脹加速時，一部分蒸汽凝結成水滴，使做功蒸汽減少；水滴小于汽流流速，對高速汽流形成摩擦阻力；由于動葉片圓周速度較大，水滴集中撞擊在葉片進口邊背面上，對葉輪產生的制動作用；疏水排出級外所造成的流量損失等。這些損失不能準確直接計算。總的濕汽損失大小決定于蒸汽干度，可由下式估算：

Δh₂=(1-x_m)△h_u式中x_m為級前后平均蒸汽干度，△h_u為級的有效焓降。對于凝汽式汽輪機排汽濕度應加以限制，控制在12%～14%。xm>14%后濕汽損失將會急劇增加。

由于蒸汽濕度不僅造成能量損失，而且形成的水滴對動葉片材料有磨蝕作用。為了減輕對動葉片的水蝕作用，通常在汽輪機末兩級采用去濕裝置 。