汽轮机的级内损失除了蒸汽在通流部分流动时所直接引起的损失（喷嘴损失、动叶损失、余速损失）外，还有其他附加损失，这些损失均使级内效率下降，影响汽轮机的运行经济性，了解了这些损失，就可以采取措施减少损失提高汽轮机的运行效率。影响这些损失的因素很复杂，难以完全用理论公式进行计算，常根据由试验资料总结的经验公式估算。

级内损失有以下几种：叶栅损失、余速损失、叶高损失、摩擦损失、部分进汽损失、扇形损失、漏汽损失、湿汽损失等。

1.叶栅损失

叶栅损失即喷嘴损失δhn和动叶损失δhb的总称。它主要由叶型损失、端部损失及冲波损失等损失构成。在实际汽轮机结构中，由于叶栅并非孤立存在的，而是2个或更多个叶栅一起工作，因此叶栅损失还包括由盖度引起的扩压损失及动静叶栅之间的轴向间隙导致的吸汽损失。

1）叶型损失

所谓叶型损失是指发生在叶片型面周围的损失。对于平面叶栅（叶片沿平面布置时，称平面叶栅。当叶轮直径与叶片高度相比很大时可做这样的二维假设），叶型损失主要包括以下几种。

（1）摩擦损失：主要指蒸汽由于黏度在叶型表面边界层中的摩擦产生的损失。它主要取决于边界层的流动状态（层流与紊流）和叶型表面粗糙度。显然，当流动为紊流且叶型表面粗糙度较大时，这项损失就大一些。

（2）涡流损失：在叶栅槽道中，叶片背弧的出口段（即斜切区）由于通流面积突然增大，亚声速汽流的流动受扰，流速减小形成了扩压流动，这个压增使边界层内汽流倒流，边界层厚度增大且边界层汽流被主汽流带动向前流动，因而形成涡流引起损失。为减小这项损失，一般要求叶栅的槽道具有向出汽方向均匀收缩的截面特性（即β2＜β1），因此，在冲动级内常采用一定的反动度，以使叶栅流动截面有一定的收缩特性。

（3）尾迹损失：由于叶片出汽边缘的厚度及叶片内弧与背弧压力分布不同（内弧的压力比背弧上的压力大），叶片尾部会产生一系列的旋涡，消耗蒸汽的动能，这称尾迹损失。试验表明，尾迹损失主要取决于叶片出口厚度，因此应在强度与工艺条件许可下，尽可能把叶片出口边厚度值减到最小。

2）端部损失

端部损失是叶栅损失中仅有的一项和叶片高度有关的损失。为便于讨论分析问题及热力计算，目前我国各汽轮机制造厂均将此项损失从叶栅损失中抽出，单独作为一项损失，称叶高损失δhl，本书亦采用这种分类方法，具体内容详见叶高损失。

3）冲波损失

冲波损失即超声速汽流中发生的波阻损失，汽轮机中应尽量避免采用缩放喷嘴。

4）吸汽损失

由于纯冲动级叶轮前后压力相等，因此有部分漏汽停滞在隔板与叶轮的轴向间隙内，蒸汽主流高速通过静、动叶栅时会产生抽吸作用，把这部分停滞的蒸汽吸进蒸汽主流中从而消耗了蒸汽的动能形成吸汽损失。为减小吸汽损失，需在冲动级内选用一定的反动度，使这部分停滞的汽流在叶轮前后压差作用下自平衡孔流至叶轮的另一侧。

5）扩压损失

这是一项采用盖度后引起的损失，由于动叶比静叶高，蒸汽自喷嘴出来后进入动叶时，通流面积突增，引起局部扩压，导致产生涡流。显然在纯冲动级中此项损失更为严重，选用一定的反动度后，由于蒸汽在动叶内可继续加速，此项损失将相应减小。

综上所述，叶栅损失（即喷嘴损失、动叶损失）大小与很多因素有关，例如喷嘴的高度、叶型表面粗糙度、叶片型线、前后压力比、冲角、汽流速度等。

2.余速损失δhc2

余速损失主要取决于动叶排汽速度c2值的大小，根据轮周效率计算公式可知，对不同形式的级，只要恰当地选取速度比x2，就能使δhc2减到最小。此外，为保证多级汽轮机中各级余速尽可能为下级利用，常在结构上采取相应措施，如尽量使相邻两级的平均直径相差不过大，减小级间轴向间隙，以及使喷嘴的进口方向与上级余速c2的方向接近一致（α0，i+1=α2，i），等等。另外，在多级汽轮机的最后一级中，做完功的乏汽仍具有一定的余速，为利用此余速能量，常把尾部的排汽管做成扩压管式，使部分动能转化为压能，利用它克服排汽管道中的阻力，减小系统损失。

3.叶高损失δhl

叶高损失主要是指叶片槽道上下端面（叶顶部与叶根部）的端部二次流损失及摩擦损失。

叶片端部二次流损失的基本原理为：蒸汽在叶栅槽道中流动时，汽流受壁面所迫而折转方向，导致叶片内弧的压力大于叶片背弧的压力，在此压力差作用下，槽道内汽流有自叶片内弧高压区向背弧低压区横向流动（即所谓二次流动）的动力。在叶片流道中部，由于蒸汽流速大，这一压力与汽流折转的离心力相平衡，因此这一压差影响不大；而在叶片的上下端部的边界层附近，汽流的流速较小，折转导致的离心力亦较小，不能克服此压差，因而叶片上下端部的汽流就要进行上述横向移动（自内弧面流向背弧面），同时叶片内弧面的中部必有汽流分别向上、下两个端面流动，以补充横向流动带走的蒸汽量，这样在叶栅端部便形成了图2-1所示的两个方向相反的涡流，引起的损失称为二次流损失。

为降低叶高损失，在设计时应尽量使叶高大于12～20 mm。

图2-1　叶栅槽道内的双涡流损失

（a）双涡流示意图；（b）压力图

4.摩擦损失δhf

摩擦损失是由以下两部分组成的：

（1）叶轮两侧及围带的粗糙表面引起的摩擦损失。

当叶轮转动时，将带动紧贴在叶轮两侧及围带上的蒸汽运动，这样就造成了距离叶轮远近程度不同的区域蒸汽质点之间及蒸汽与叶轮之间的摩擦和能量消耗，为了克服这种摩擦必然要消耗一部分叶轮的有用功。

（2）子午面（正中的径向截面）上的涡流运动引起的损失。

紧贴在叶轮两侧表面的蒸汽要被叶轮带动随叶轮一起绕轴转动，由于转动时离心力的作用，这些蒸汽将产生由中心向轮缘的径向流动；靠隔板侧的蒸汽质点也会由轮缘向中心运动以填补叶轮中心处蒸汽流向轮缘后形成的空间，于是在子午面上形成了蒸汽的涡流运动（见图2-2（a）），从而增加了叶轮转动时的能量消耗。

图2-2　级汽室内叶轮附近汽流速度分布

（a）子午剖面；（b）轮周剖面

由以上分析可知，减小叶轮摩擦损失的主要方法是减小级汽室容积（这可由减小叶轮与隔板之间的轴向间隙来达到），以及降低叶轮表面粗糙度等。

摩擦损失δhf与耗汽量成反比。对小功率机组来说，由于蒸汽流量G较小，故摩擦损失δhf有着较大的影响；而对于大功率汽轮机则影响甚小，特别是在低压区域内，由于蒸汽比容很大，因此此项损失常可以略去不计。

5.部分进汽损失δhe

部分进汽损失是指由于采用部分进汽（e＜1）而引起的附加损失，它主要由两部分损失组成，即鼓风损失δhw和斥汽损失δhs。

1）鼓风损失δhw

当某级采用部分进汽后，该级叶轮转动时，叶栅槽道在某一时刻进入汽流工作区（即喷嘴区），槽道被工作汽流所充满，在另一时刻又离开工作区而进入非工作区（即无喷嘴区）。当叶栅槽道从非工作区穿过时，由于叶片的进口角β1和出口角β2不相等，且β1＞β2，于是旋转的叶栅就像鼓风机一样，使汽室a中不工作的蒸汽做强迫移动，自叶轮一侧移到另一侧（见图2-3），从而消耗了叶轮的有用功率，引起损失。显然，在全周进汽的级中，由于沿叶轮整个圆周上都有工作蒸汽通过，故鼓风损失为零。

图2-3　部分进汽时蒸汽流动示意图

为减小鼓风损失常采用一种护罩装置（见图2-4），即在不装喷嘴的弧段内用护罩把动叶罩起来，这时叶片只与护罩内的少量蒸汽作用，鼓风损失将大大减小。

(www.daowen.com)

图2-4　部分进汽时采用的护罩

2）斥汽损失δhs

在采用部分进汽的级中，当工作叶片经过不装喷嘴的弧段时，如图2-3所示，停滞在汽室a中的非工作蒸汽将充满动叶槽道b，并随动叶进入喷嘴弧段，此时从喷嘴射出的工作汽流首先需要“排斥”这部分停留在动叶槽道内的滞汽并使其加速，从而消耗了工作蒸汽的部分动能。此外由于斥汽的影响，蒸汽流动规律遭破坏，引起附加损失，这些损失统称为斥汽损失或弧端损失。

斥汽损失和喷嘴分布有关，当部分进汽度相同时，喷嘴沿圆周分布的组数越多，斥汽损失越大，级内效率越低，这是因为叶栅每经过一组喷嘴弧段都要产生一次斥汽损失。因此若仅从减小斥汽损失的角度来考虑，则应尽量将各组喷嘴紧密地安装在一起，当两组喷嘴布置得极相近时，可认为是一个喷嘴组。

6.扇形损失δhθ

此项损失是由于实际汽轮机的叶栅并非平面叶栅，而是沿圆周布置的环形叶栅，这样沿叶片高度各处的节距t并不相等，叶根处节距小，而叶顶处节距大，即叶栅槽道截面呈扇形。这样不仅会由于沿叶高各截面处圆周速度不相等而产生撞击损失，而且还会使汽流产生径向流动而引起附加损失，这些损失即构成了扇形损失δhθ。

显然，d/l（径高比）越小，扇形损失就越大，一般当d/l≤8～10时，扇形损失显著增大，此时应将叶片做成扭叶片。由于扭叶片沿叶高采用不同的气动外形，以适应汽流的流动特性，因而可使扇形损失减到最小，此外当d/l较大时，扇形损失亦可略去不计。

7.漏汽损失Δhl

在讨论蒸汽在级内的流动时，一般默认所有进入汽轮机的蒸汽全部通过了喷嘴和动叶的流道，实际上并非如此。因为汽轮机的级中存在着各种间隙和压力差，因而存在漏汽，即部分蒸汽绕过隔板与动叶，不参与主汽流做功，造成工质损失，这称为漏汽损失。

漏汽损失的来源比较复杂，如图2-5（a）所示，一部分蒸汽G1会绕过喷嘴从隔板与主轴之间的间隙漏过，如果该级具有反动度，则一部分蒸汽G2将从围带上的径向间隙漏过而绕过动叶不参与做功。此外还有其他漏汽现象，如当叶轮开有平衡孔时（见图2-5（b）），由于喷嘴出口处高速汽流的抽吸作用，叶根处叶轮前压力低于叶轮后压力（即负反动度），因此部分蒸汽会经平衡孔自叶轮后流至叶轮前，其流动方向与蒸汽主流相反。再如当级中具有一定反动度时，部分蒸汽又会绕过动叶，而经平衡孔由叶轮前流向叶轮后（见图2-5（c）），等等。

下面对两种常见的漏汽现象进行讨论。

1）隔板漏汽损失

隔板漏汽是指由隔板与轴之间的径向间隙产生的漏汽。产生这种漏汽的主要原因是隔板前后的压力差，以及隔板与轮轴之间存在着间隙。隔板漏汽不仅使做功的工质减少，还因叶根处的吸汽现象，被主流吸入而进入动叶，但它们不是从喷嘴中流出以正确方向进入动叶的，因此不但不能对动叶做功，反而会干扰主流的流动，引起附加损失。

减小隔板漏汽损失常采取下列措施：

（1）采用隔板汽封，所有隔板在转子穿过处均装有梳齿形汽封，如图2-6所示；

（2）动叶根部选用适当反动度，特别是应避免出现负反动度，以改善叶根处的吸汽情况，减小损失；

（3）在喷嘴和动叶根部处装设轴向汽封片，以减小吸汽损失。

图2-5　冲动级的各种漏汽

图2-6　级内漏汽示意图

（a）隔板漏汽和叶顶漏汽；（b）高低齿汽封

2）叶顶漏汽损失

产生叶顶漏汽的原因是动叶顶部与汽缸静子之间存在着径向间隙和轴向间隙，以及级内的反动度。

减小叶顶漏汽损失一般采取如下两项措施：

（1）在围带上安装径向汽封和轴向汽封；

（2）将无围带的动叶顶部削薄以起到封汽的作用。

8.湿汽损失δhx

多级凝汽式汽轮机的最后几级通常在湿蒸汽区域内工作。在湿蒸汽区域内工作的级由于下述原因要产生附加损失。

1）做功的蒸汽量减少

在湿蒸汽区域内工作的级，一部分蒸汽变成了水滴，由于水滴不能在喷嘴内膨胀加速，因此做功的蒸汽量减少了，从而引起损失。

2）使水滴加速而消耗动能

在水、汽两相流动中，由于液态水分子的密度较大，在喷嘴中又不能膨胀加速，故流速远比蒸汽流速小，因此蒸汽分子要消耗部分动能来使水滴加速，从而产生损失。

3）水滴对动叶的制动作用

虽然水滴由于汽流的带动得到了加速，但水滴流出喷嘴的速度仍比蒸汽流速小得多（一般认为前者仅为后者的10%～13%），而叶轮的圆周速度u却不变，由图2-7所示的速度三角形可以看出，水滴进入动叶的进口角要比设计值大很多，从而正好冲击在动叶进口处的叶背上，产生阻止叶轮旋转的制动作用，消耗了叶轮的有用功率。

4）水滴对静叶的冲击作用

在动叶出口水滴流速要比蒸汽流速低，使得水滴绝对速度的方向角比蒸汽的大很多（见图2-8），这样当蒸汽按正确方向进入下级喷嘴时，水滴却只能冲击到静叶入口壁面，从而扰乱了汽流，造成损失。

图2-7　蒸汽的速度三角形

图2-8　水滴对静叶的冲击

5）过饱和现象

湿蒸汽在喷嘴内膨胀时，由于蒸汽通过喷嘴的时间极短，因而汽态变化很快，蒸汽来不及凝结成水滴，即这部分蒸汽未放出其汽化潜热，形成过饱和蒸汽（或过冷蒸汽），使得蒸汽出口焓值升高，级理想焓降减小，因而蒸汽流速降低，造成动能减小，形成损失。

以上损失总称为湿汽损失。

在湿度相同的情况下，在冲动级中产生的损失要比反动级中产生的损失大，所以在湿蒸汽区域工作的级宜选用反动级。目前大容量机组均采用中间再过热方式，这对限制机组内膨胀终了时的湿度有利。