理论教育 级内损失计算方法详解

级内损失计算方法详解

时间:2023-06-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:当喷嘴高度小于12~15 mm时,φ急剧下降,因此为了减小喷嘴损失,喷嘴高度应不小于15 mm。图2-9喷嘴的速度系数φ与喷嘴高度ln的关系曲线通常,渐缩喷嘴中的流动损失不大,为计算方便一般取φ=0.97,而其中与高度有关的损失另用经验公式计算。动叶高度和级的反动度影响尤甚。等截面直叶片的叶顶反动度可用下式计算另一种漏汽损失计算方式如下。

级内损失计算方法详解

值得指出的是,出于传统使用习惯等原因,下述不同来源的公式中长度同时使用了m、cm、mm等单位,在应用时需要注意。

1.喷嘴和动叶的能量损失

喷嘴和动叶的能量损失与喷嘴和动叶滞止理想比焓降的比,称为喷嘴和动叶的能量损失系数ξn、ξb,可以通过速度系数计算:

式中:φ为喷嘴速度系数,ψ为动叶速度系数。

由于蒸汽在喷嘴流道内的摩擦等而损耗的动能称为喷嘴损失,可以用δhn表示,其计算公式为

式中:c1t为喷嘴出口汽流理想速度;c1为喷嘴出口汽流实际速度。

由于蒸汽在动叶流道内的摩擦等而损耗的动能称为动叶损失,可以用δhb表示,其表达式为

式中:w2t为动叶出口汽流理想速度;w2为动叶出口汽流实际速度。

当蒸汽流出动叶栅时,蒸汽仍然有一定的速度c2,这部分速度将带走一部分蒸汽做功的能量,这部分动能称为余速损失:

图2-9所示是根据试验数据整理的渐缩喷嘴的速度系数φ与喷嘴高度ln的关系曲线。由图2-9可见,φ随喷嘴高度的减小而减小。图中的上限边界对应喷嘴叶栅的宽度55 mm,下限边界对应喷嘴叶栅的宽度80 mm。当喷嘴高度小于12~15 mm时,φ急剧下降,因此为了减小喷嘴损失,喷嘴高度应不小于15 mm。此外,在相同的喷嘴高度下,喷嘴的宽度Bn越小,喷嘴速度系数φ越大,所以在强度允许的条件下,应尽量采用宽度小的喷嘴。

图2-9 喷嘴的速度系数φ与喷嘴高度ln的关系曲线

通常,渐缩喷嘴中的流动损失不大,为计算方便一般取φ=0.97,而其中与高度有关的损失另用经验公式计算。

动叶速度系数ψ与动叶高度、级的反动度、叶型、动叶片的表面粗糙度等因素有关。动叶高度和级的反动度影响尤甚。由于影响因素甚多,ψ一般通过试验得到,通常ψ的取值范围为0.85~0.95。

图2-10所示为冲动级的动叶速度系数ψ与动叶高度lb及进出口几何角β1g2g的关系曲线,由图可见,当lb、β1g2g增加时,ψ增大。使用该图计算时,由于已考虑了叶片高度的影响,所以不必再计算叶高损失。

图2-10 动叶速度系数ψ与动叶高度lb的关系

图2-11所示为动叶速度系数与反动度的关系曲线,该图仅考虑了不同的反动度对动叶速度系数的影响,随着反动度的增大,动叶速度系数增大。使用该图进行热力计算时,需单独计算动叶高度变化引起的损失。

图2-11 动叶速度系数ψ与反动度w2t的关系

2.叶高损失δhl

计算叶高损失常用如下半经验公式:

式中:ln为喷嘴高度,mm;Δhu为轮周有效比焓降,kJ/kg;a为经验系数,通常取1.2,将扇形损失一起计算时取1.6。

3.摩擦损失δhf

摩擦损失目前广泛采用Stodola经验公式进行计算:

或者

式中:db为叶轮平均直径,cm;u为叶轮的圆周速度,m/s;G为通过该级的蒸汽流量,kg/h;υ2b为动叶后的理想比容,m3/kg;υ'2t为级的平均理想比容,m3/kg;K为经验系数,一般取K=1.0~1.3。

或者使用损失系数:

式中:K为经验系数,在叶轮外缘雷诺数Re>107时,K=10-3;xa为速度比。

对于双列级,计算结果分别为式(2-7)和式(2-8)的两倍。

4.部分进汽损失δhe

1)鼓风损失δhw

鼓风损失可按以下经验公式计算:

式中:e为部分进汽度,全周进汽时e=1;e*为护罩的弧度率,若不装护罩,则e*=0;Be为试验系数,对于单列级,Be=0.15,对于双列级,Be=0.55;Δht*为级滞止理想比焓降,kJ/kg。

2)斥汽损失δhs

斥汽损失可用如下经验公式计算:

式中:ce为试验系数,对于单列级,ce=0.012,对于双列级,ce=0.016;zk为喷嘴弧端对数(即喷嘴组数);db为叶轮平均直径,m。

部分进汽损失δhe为上述两项损失之和,即

5.扇形损失δhθ

扇形损失可用以下经验公式计算:

(www.daowen.com)

式中:lb为动叶高度,m;db为叶片平均直径,m;Δht*为级滞止理想比焓降,kJ/kg。

6.漏汽损失Δhl

1)隔板漏汽损失

隔板漏汽损失可按下式计算:

式中:zp为汽封齿数,平齿需修正;Ap为汽封间隙面积,m2,Ap=πδpdp,δp为汽封间隙,dp为隔板汽封直径;Δhu为级轮周有效比焓降,Δhu=Δht*-δh-δh-δhc2-Δhl

2)叶顶漏汽损失

叶顶漏汽损失可用以下公式计算:

式中:μδ为与叶顶轴向间隙δz和围带边厚度Δs有关的经验系数,可查图2-12(a)所示曲线求得;μt为与叶顶轴向间隙和速度比有关的经验系数,可从图2-12(b)所示曲线查得;ψt为与反动度Ωm及径高比db/lb有关的经验系数,可从图2-12(c)所示曲线查得;δm为叶顶轴向间隙δz与动叶高度lb之比值,δmz/lb

图2-12 叶顶漏汽损失计算的经验系数曲线

(a)经验系数μδ曲线;(b)经验系数μt曲线;(c)经验系数ψt曲线

反动级叶顶漏汽损失常用下面半经验公式计算:

式中:ξδ为反动级漏汽能量损失系数,计算公式为

叶顶漏汽损失还可以用以下公式计算:

式中:Δhu为轮周有效比焓降;υ1t为喷嘴后理想比容,m3/kg;υ2t为级的理想比容,m3/kg;db、lb为动叶平均直径与动叶高度,mm;dn、ln为喷嘴平均直径与喷嘴高度,mm;Ωm为平均轮径处的反动度;Ωt为叶顶反动度;sinα1为喷嘴出汽角正弦;δt为当量间隙,当围带上装有轴向及径向汽封时,δt的计算公式为

式中:δz为叶顶轴向间隙,mm;δr为叶顶径向间隙,mm;zr为叶顶径向汽封齿数。

等截面直叶片的叶顶反动度可用下式计算

另一种漏汽损失计算方式如下。

1)隔板漏汽损失

首先计算隔板漏汽量:

式中:υ1t为汽封齿出口处的蒸汽理想比容,此处可按喷嘴后热力参数计算;zp为汽封齿数;μp为汽封流量系数,一般取0.7~0.8;Ap为汽封间隙面积,Ap=πdpδp,其中δp为汽封间隙,dp为隔板汽封直径;c1p为汽封齿出口流速。

在此基础上,得到漏汽损失如下:

式中:Δhi为级的有效比焓降。

2)动叶顶部漏汽损失

级的反动度决定了动叶顶部漏汽量的大小,随着级反动度的增大,动叶顶部的漏汽量增大。在纯冲动级中,动叶顶部漏汽可以忽略。

动叶顶部漏汽量的计算公式如下:

式中:μt为流量系数;μn为喷嘴流量系数;为动叶顶部的当量间隙;Ωt为动叶顶部的反动度。如果叶顶同时加装了围带与轴向、径向汽封,按下式确定:

式中:δz为动叶顶部的轴向间隙;δr为动叶顶部的径向间隙;zr代表汽封齿数。

则动叶顶部漏汽损失可表示为

7.湿汽损失δhx

湿汽损失δhx可由以下经验公式计算:

式中:xm为级的平均干度值,计算公式为

其中,x0*为喷嘴进口滞止干度;x2为动叶出口蒸汽实际干度;Δhi为级有效比焓降。

湿汽损失系数ξx可以根据图2-13所示的鲍威尔曲线查得。

图2-13 鲍威尔曲线

在图2-13中,曲线A表示湿度对冲动级损失系数的影响,而曲线B则表示湿度对反动级损失系数的影响。

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