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湿汽损失

/moisture loss/
条目作者李勇

李勇

最后更新 2023-02-14
浏览 141
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由于多级汽轮机的最末几级往往处于湿蒸汽区,有水分存在,干蒸汽的工作将受到一定影响而表现出的一种能量损失。

英文名称
moisture loss
所属学科
工程热物理及动力工程

湿汽损失主要包含工质损失、挟带损失、制动损失、扰流损失和过饱和损失。

产生湿汽损失的原因主要为:①湿蒸汽在膨胀过程中要凝结出一部分水珠,这些水珠不能在喷嘴中膨胀加速,因而减少了做功的蒸汽量,引起工质损失。②由于水珠不能在喷嘴中膨胀加速,必须依靠汽流带动加速,因而消耗了汽流的一部分动能,引起挟带损失。③水珠虽然被蒸汽带动得到加速,但速度仍小于汽流速度,由动叶进口速度三角形知,水珠将冲击动叶进口边的背弧,产生阻止叶轮旋转的制动作用,减少了叶轮的有用功,引起制动损失。④在动叶出口,水珠的相对速度小于蒸汽的相对速度,由动叶出口速度三角形知,水珠将冲击下级喷嘴进口汽流,引起扰流损失。⑤湿蒸汽在喷嘴中膨胀时,由于气态变化非常快,使蒸汽的一部分来不及凝结成水,汽化潜热没有释放出来,形成过饱和蒸汽,致使蒸汽的理想焓降减小,造成过饱和损失。

由于对水珠形成、集聚的过程及产生湿汽损失的机理尚未完全掌握,同时湿蒸汽在级中被分离出的水分难以正确测定,因此,对湿汽损失还不能准确评价,目前只能应用下列经验公式计算:


式中为湿汽损失;为不考虑湿汽损失的级的有效焓降;为级的平均干度

从上式可知,湿汽损失的大小与蒸汽的湿度成正比。湿度越大,湿汽损失也越大,为减小湿汽损失就必须设法降低蒸汽的湿度。

①采用捕水室进行去湿(图1),利用水滴的离心力作用使水滴甩向外缘,经喷嘴和动叶之间的捕水口进入隔板和汽缸所组成的捕水室,然后经过疏水通道流入低压加热器或凝汽器中。有的机组把这种去湿装置和回热抽汽结合起来,尽量在有回热抽汽的级后进行疏水,可以提高机组的经济性。实践证明,这种去湿装置的效果较好,所以得到广泛使用。

图1 级内捕水装置图1 级内捕水装置

②利用具有吸水缝的空心喷嘴去湿,即将喷嘴叶栅做成空心叶型(图2),并使其空心部分与压力较低的低压加热器或凝汽器相连,形成负压,将喷嘴表面上的凝结水膜自叶栅上的吸水缝吸走。

图2 具有吸水缝的空心喷嘴图2 具有吸水缝的空心喷嘴

③采用齿形动叶片进行去湿,在动叶进口边的背弧上相对高度的地方开设小凹槽(图3),使叶型表面成齿状,将叶片背弧上的水分借离心力的作用由凹槽导向外缘,然后排走。由于喷嘴出来的水滴不是直接撞击在槽内的水膜上,因此这种结构还起到了保护叶片不被冲蚀的作用。

图3 动叶进口边的背弧上开设小凹槽图3 动叶进口边的背弧上开设小凹槽

为了安全起见,对现代凝汽式汽轮机终了的最高湿度,还加以一定的限制,一般终了的最大可见湿度不得超过12%~15%。并且规定,汽轮机必须装有去湿装置,目前所采用的去湿装置,在最好的条件下,只能除掉蒸汽中所含水分的20%~25%,当蒸汽湿度过大时,可除掉水分50%左右。

为了减少湿蒸汽对叶片的冲蚀,在设计时除了限制低压级叶片的湿度,采取有效的去湿措施外,可以增大喷嘴出口到工作叶栅的轴向间隙,减少对于叶片背弧的冲击作用。还可以采用叶片自身的防护方法。工作叶片采用耐侵蚀的材料。奥氏体钢具有较好的抗侵蚀能力。淬火的铬镍不锈钢和锰钢都具有非常好的抗侵蚀耐久性。而钦合金更是优良的抗侵蚀材料。在工作叶片进口边顶部背弧处易受水滴侵蚀的部位镶嵌耐侵蚀能力非常好的司太立硬质合金块,特别是真空冶炼的司太立合金,具有非常好的抗侵蚀性能。对工作叶片易受侵蚀的部位采用局部表面处理,在工作叶片进口边背弧顶部进行局部高频淬火、局部电火花硬化、叶片表面喷涂等。

  • 沈士一,庄贺庆,康松,等.汽轮机原理.北京:中国电力出版社,1992.
  • 黄树红.汽轮机原理.北京:中国电力出版社,2008.
  • 肖增弘,曹金成,黄成,等.火电机组汽轮机运行技术.北京:中国电力出版社,2008.

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