反動(dòng)式汽輪機(jī)

早在公元前120年亞歷山大的希羅記述了古埃及利用空心球中蒸汽噴出的反作用力而使其旋轉(zhuǎn)的裝置，可稱(chēng)為反動(dòng)式汽輪機(jī)的雛型。公元1629年意大利科學(xué)家G.de布蘭卡(Giovanni de Branca)首先利用從加熱盛水容器中噴出的汽流推動(dòng)一個(gè)輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)，這便是沖動(dòng)式汽輪機(jī)的原形，但這些只是玩物。直到1883年，瑞典工程師C.G.P.de拉伐爾(CarlGustaf Patrik de Laval)建造了第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值、功率為3.67kW的汽輪機(jī)。這是一臺(tái)單級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)，轉(zhuǎn)速高達(dá)26000r/min。他解決了由于高轉(zhuǎn)速引起的機(jī)械強(qiáng)度和振動(dòng)問(wèn)題以及噴嘴設(shè)計(jì)問(wèn)題。1884年英國(guó)的C.A.帕森斯(Charles Algernon Parsons)制成7.46kW的多級(jí)反動(dòng)式汽輪機(jī)。這臺(tái)汽輪機(jī)具有兩個(gè)葉輪組，每組共有15個(gè)葉輪，葉輪直徑僅有75mm，轉(zhuǎn)速為17000r/min。1900年美國(guó)的C.G.柯蒂斯(Charles Gordon Curtis)制成單壓力級(jí)多調(diào)節(jié)級(jí)的沖動(dòng)式汽輪機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì)，法國(guó)A.拉托(Auguste Rateau)、瑞士H.佐萊制成了多級(jí)沖動(dòng)式汽輪機(jī)；1910年容克斯脫萊姆(Ljungstrom)兄弟建議制成輻流式汽輪機(jī)，上述多級(jí)反動(dòng)式和沖動(dòng)式汽輪機(jī)便是現(xiàn)代大容量汽輪機(jī)的基形 。

19世紀(jì)后期，隨著電動(dòng)機(jī)和電燈的出現(xiàn)，電力負(fù)荷迅速增長(zhǎng)，促使電力工業(yè)的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)，電力工業(yè)的發(fā)展更加突飛猛進(jìn)，原來(lái)作為發(fā)電廠原動(dòng)機(jī)的往復(fù)式蒸汽機(jī)，因其固有的缺點(diǎn)——單機(jī)容量小、效率低、轉(zhuǎn)速低、運(yùn)行不平穩(wěn)，而讓位于汽輪機(jī)。

汽輪機(jī)的發(fā)展往往是伴隨著增大單機(jī)容量和提高蒸汽參數(shù)，但發(fā)展過(guò)程有反復(fù)。1960年美國(guó)投入一臺(tái)單機(jī)容量為325 MW的兩次中間再熱汽輪機(jī)，蒸汽參數(shù)為34.5MPa，649/566/566℃。但這臺(tái)汽輪機(jī)的運(yùn)行情況不理想，后降低參數(shù)為31MPa，610/566/566℃運(yùn)行。世界上大機(jī)組的單機(jī)容量約為500～800MW，最大單軸汽輪機(jī)為1200MW，雙軸為1300MW，蒸汽壓力一般為16.5～18 MPa的亞臨界或24 MPa左右的超臨界，隨著超臨界壓力機(jī)組的更廣泛地被采用及超超臨界壓力機(jī)組的發(fā)展，新蒸汽溫度則從538℃提高到566℃，并有向更高溫度600～700℃發(fā)展的趨勢(shì)，中間再熱蒸汽溫度則從566℃向更高溫度發(fā)展。

中國(guó)第一臺(tái)用于發(fā)電的汽輪機(jī)于1907年在上海投運(yùn)，是英國(guó)帕森斯(Parsons)公司制造的800kW機(jī)組。1949年前容量最大的機(jī)組是1941年在撫順發(fā)電廠投產(chǎn)的53 MW中壓機(jī)組，蒸汽參數(shù)最高的是1947年在上海楊樹(shù)浦電廠投運(yùn)的15MW前置式汽輪機(jī)，汽壓為8.4MPa，汽溫為496℃。50年代初期引進(jìn)捷克和蘇聯(lián)技術(shù)，中國(guó)制造的第一臺(tái)汽輪機(jī)，容量為6MW，1956年首先在淮南電廠投運(yùn)。以后陸續(xù)制造出12、25、50MW中壓和高壓機(jī)組，1959年投運(yùn)了100MW汽輪機(jī)。再后中國(guó)自行設(shè)計(jì)制造了125、200、300MW汽輪機(jī)，分別在1969年、1972年和1974年投入運(yùn)行。以后1982年和1985年分別投運(yùn)了日本三菱(Mitsubishi) 公司 350 MW 和法國(guó)阿爾斯通(Alsthom) 公司 600MW機(jī)組。引進(jìn)美國(guó)西屋(Westinghouse，WH)公司技術(shù)自行制造的亞臨界壓力300MW和600MW機(jī)組分別于1987年和1989年投運(yùn)。90年代初又相繼引進(jìn)了ABB (Asea Brown Boveri)超臨界壓力600MW汽輪機(jī)及蘇制300、500和800MW超臨界壓力汽輪機(jī)和西門(mén)子(Siemens)公司超臨界壓力900MW汽輪機(jī) 。

葉片按用途可分為動(dòng)葉片（又稱(chēng)工作葉片，簡(jiǎn)稱(chēng)葉片）和靜葉片（又稱(chēng)導(dǎo)葉葉片）兩種。

動(dòng)葉片安裝在轉(zhuǎn)子葉輪（沖動(dòng)式汽輪機(jī)）或轉(zhuǎn)鼓（反動(dòng)式汽輪機(jī)）上，接受靜葉柵射出的高速汽流。把蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成軸旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

靜葉片安裝在隔板或持環(huán)套上。在靜葉柵中，蒸汽的壓力和溫度降低。流速增加，將熱力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。

葉片是汽輪機(jī)中數(shù)量和種類(lèi)最多的關(guān)鍵零件，其結(jié)構(gòu)型線(xiàn)、工作狀態(tài)將直接影響能量轉(zhuǎn)換效率，因此其加工精度要求高，它所占加工量約為整個(gè)汽輪機(jī)加工量的30%，可批量生產(chǎn)。

葉片的工作條件很復(fù)雜，除兇高速旋轉(zhuǎn)和汽流作用而承受較高的靜應(yīng)力和動(dòng)應(yīng)力外，還因其分別處在過(guò)熱蒸汽區(qū)、兩相過(guò)渡區(qū)（指從過(guò)熱蒸汽區(qū)過(guò)渡到濕蒸汽區(qū)）和濕蒸汽區(qū)段內(nèi)工作而承受高溫、高壓、腐蝕和沖蝕作用，因此它的結(jié)構(gòu)、材料和加工、裝配質(zhì)量對(duì)汽輪機(jī)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有極大的影響。所以存設(shè)計(jì)、制造葉片時(shí)，既要考慮到有足夠的強(qiáng)度和剛度，又要有良好的型線(xiàn)，以提高汽輪機(jī)的效率。

對(duì)于在高溫區(qū)工作的葉片，應(yīng)考慮材料的蠕變問(wèn)題；對(duì)于在濕蒸汽區(qū)工作的葉片，應(yīng)考慮材料受濕蒸汽沖蝕的問(wèn)題。任何一只葉片的斷裂都有可能造成嚴(yán)重事故。實(shí)踐表明，汽輪發(fā)生的事故以葉片部分的為最多，所以必須給予足夠的重視。

葉片一般由葉根、工作部分（或稱(chēng)葉身、葉型部分）、葉頂連接件（圍帶）或拉筋組成，如圖1所示。

1．葉根部分

葉片是通過(guò)葉根與葉輪或轉(zhuǎn)鼓相連接的。葉根的作用是將動(dòng)葉嵌固在葉輪輪緣或轉(zhuǎn)鼓凸緣的溝槽里，在汽流的作用力和旋轉(zhuǎn)離心力的作用下，使葉片不至于從溝槽里甩出來(lái)；因此要求它與葉輪輪緣或轉(zhuǎn)鼓凸緣的配合部分要有足夠的配合精度和強(qiáng)度，而且應(yīng)力集中要小。所以，葉根與輪緣或葉根與轉(zhuǎn)鼓槽的結(jié)構(gòu)是否適當(dāng)，對(duì)葉片的安全運(yùn)行起著重要的作用。

工作葉片一般用單支承面或多支承面的葉根固定在溝槽中，隨著葉片高度和重量的增加，葉根所受的作用力增大，應(yīng)當(dāng)相應(yīng)地增加葉片根部支承而的數(shù)目，即要采用不同型式的葉根結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代汽輪機(jī)常用的葉根結(jié)構(gòu)型式有T形、外包T形、雙T形、菌形、叉形、樅樹(shù)形等，其適用范圍和裝配要求各不相同。

2．葉型部分

葉型部分是指葉片的工作部分。葉片工作部分的橫截面形狀稱(chēng)為葉型。葉型的周線(xiàn)稱(chēng)為型線(xiàn)。相鄰葉片的葉型部分構(gòu)成蒸汽流動(dòng)的通道，它要求具有良好的空氣動(dòng)力特性的型線(xiàn)，以減少汽流的能量損失，提高機(jī)組的內(nèi)效率。同時(shí)還要滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和加工工藝的要求。

按工作原理不同，汽輪機(jī)的級(jí)分為沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)兩大類(lèi)。沖動(dòng)級(jí)動(dòng)葉片的進(jìn)、出口壓差不大，級(jí)的反動(dòng)度較小，蒸汽在動(dòng)葉柵中的膨脹程度不大，動(dòng)葉柵流通截面積稍呈漸縮形；反動(dòng)級(jí)動(dòng)葉片的進(jìn)、出口壓差較大，級(jí)的反動(dòng)度大，蒸汽在動(dòng)葉柵中的膨脹程度與導(dǎo)葉柵差不多，動(dòng)葉柵流通橫截面與導(dǎo)葉葉柵的幾何形狀相似，如圖2所示。

按葉片的截面形狀沿葉高是否變化，可以把葉片分為等截面葉片、變截面葉片和扭曲葉片。等截面葉片的葉型形狀和截面面積沿葉高是不變的，也稱(chēng)為直葉片；變截面葉片的葉型截面面積沿葉高按一定的規(guī)律變化，各截面面積不相等；若葉片不同高度各橫截面逐漸扭轉(zhuǎn)一定角度，且各截面面積不相等，則稱(chēng)為扭曲葉片。

3．葉頂部分

為了使動(dòng)葉片之間組成良好的通道，保證汽流沿外緣周界上的良好流動(dòng)性，降低漏汽損失，提高級(jí)的效率，通常葉片的葉頂上都裝有圍帶（復(fù)環(huán)），將動(dòng)葉片連成葉片組。成組葉片也提高了葉柵的剛度，降低了葉片中的彎曲應(yīng)力，改善其頻率特性；在扭曲葉‘片加裝圍帶后，能限制動(dòng)葉片外緣部分在蒸汽作用力下發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

隨著成組方式的不同，葉頂結(jié)構(gòu)也各不相同。整體圍帶結(jié)構(gòu)型式，圍帶和葉片實(shí)為一個(gè)整體部件，葉片裝好后頂板互相靠緊即形成一圈圍帶，圍帶之問(wèn)可以焊接，這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為焊接圍帶；也可以不焊接。整體圍帶一般用于短葉片。將3～5mm厚的扁平鋼帶，用鉚接方法固定在葉片頂部，稱(chēng)為鉚接圍帶。采用鉚接圍帶結(jié)構(gòu)的葉頂必須做出與圍帶上的孔相配合的凸出部分（鉚頭），以備鉚接?？紤]到有熱膨脹，各成組葉片的圍帶間留有約1mm的膨脹間隙。

汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率是因?yàn)闊o(wú)效功耗的存在，包括噴管損失、動(dòng)葉損失、余氣損失、葉高損失、扇形損失、葉輪摩擦損失、部分進(jìn)氣損失、漏氣損失和濕氣損失九部分。

必須指出，并非各級(jí)都同時(shí)存在以上各項(xiàng)損失，如全周進(jìn)汽的級(jí)中就沒(méi)有部分進(jìn)汽損失；采用轉(zhuǎn)鼓的反動(dòng)式汽輪機(jī)就不考慮葉輪摩擦損失；在過(guò)熱蒸汽區(qū)域工作的級(jí)就沒(méi)有濕汽損失；采用扭葉片的級(jí)就不存在扇形損失。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率葉高損失

葉高損失又稱(chēng)為端部損失，其產(chǎn)生的物理原因及影響因素在上節(jié)已經(jīng)分析過(guò)。它實(shí)質(zhì)上是屬于噴嘴和動(dòng)葉的流動(dòng)損失。工程上為了方便．把它單獨(dú)分出來(lái)計(jì)算。

葉高損失主要決定于葉高。當(dāng)葉片高度很高時(shí)，可以忽略不計(jì)。葉高必須大于相對(duì)極限高度，否則將急劇增加。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率扇形損失

汽輪機(jī)級(jí)中實(shí)際應(yīng)用的是環(huán)列葉柵，它與平面直葉柵相比，有兩個(gè)特點(diǎn)： 一是葉柵的相對(duì)節(jié)距 =不是常數(shù)而是從內(nèi)徑向外徑成正比例增加的．這樣除了平均直徑截面處的相對(duì)節(jié)距為最佳值外，其它各圓周截面的相對(duì)節(jié)距必然偏離最佳值。因此這些截面的葉型損失系數(shù)都大于最小值，這就帶來(lái)了一項(xiàng)額外的流動(dòng)損失；二是空氣動(dòng)力學(xué)上的特點(diǎn)，葉柵出口汽流在軸向間隙中存在著壓力梯度，即由內(nèi)徑向外徑靜壓力逐漸增加，所以會(huì)產(chǎn)生徑向流動(dòng)損失。所有這些就構(gòu)成了扇形損失。

扇形損失與徑高比=有關(guān)。短小，越大，如=l0時(shí)，=0．007，=3時(shí)，=0．078，兩者相差約11倍。一般當(dāng)>8~12時(shí)，采用等截面直葉片，雖然存在著扇形損失，但加工方便；當(dāng)<8~12時(shí)，為適應(yīng)汽流參數(shù)沿葉高的變化，采用扭葉片，雖然加工復(fù)雜，但避免了扇形損失；當(dāng)很大時(shí)，很小，故可忽確不計(jì)。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率葉輪摩擦損失

葉輪摩擦損失，簡(jiǎn)稱(chēng)摩擦損失，是由兩部分組成的：

(1)葉輪兩側(cè)及圍帶表而的粗糙度引起的摩擦損失 當(dāng)葉輪在充滿(mǎn)蒸汽的汽室內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于蒸汽的粘性和旋轉(zhuǎn)表面的粗糙度，粘附在葉輪兩側(cè)及外緣表面的蒸汽微團(tuán)被葉輪帶著轉(zhuǎn)動(dòng)，其圓周速度與葉輪表面相應(yīng)點(diǎn)的圓周速度大致相等，緊貼在汽缸壁或隔板表面的蒸汽微團(tuán)的圓周速度為零。由葉輪表面至汽缸壁的間距上蒸汽微團(tuán)的圓周速度是不同的，即存在著速度梯度、因此造成了蒸汽微團(tuán)之間和蒸汽與壁面之間的摩擦。為了克服摩擦和帶動(dòng)蒸汽質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)．必然要消耗一部分輪周功。

(2)子午面內(nèi)的渦流運(yùn)動(dòng)引起的損失 緊靠葉輪表面的蒸汽微團(tuán)隨葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，受到離心力的作用，產(chǎn)生向外的徑向流動(dòng)。而靠近汽缸壁或隔板表面的蒸汽微團(tuán)由于速度小，受到的離心力也小，自然地向中心移動(dòng)以填補(bǔ)葉輪處徑向外流的蒸汽，于是葉輪兩側(cè)的子午面內(nèi)便形成了蒸汽的渦流運(yùn)動(dòng)。渦流本身要消耗一部分輪周功，而且還使摩擦阻力增加。

葉輪摩擦損失與級(jí)的容積流量成反比。汽輪機(jī)的高壓段較小，f較大。大型機(jī)組低壓級(jí)的很大，很小，甚至可以忽略不計(jì)。另外，與速比的三次方成正比，表明當(dāng)增加時(shí)，急劇增大。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率部分進(jìn)汽損失

小汽輪機(jī)高壓級(jí)容積流量較小，為了保證噴嘴高度不小于極限相對(duì)高度(如窄葉片高度為12一15m m)，噴嘴葉柵就不能像動(dòng)葉柵那樣整圈布置，而只是占據(jù)部分圓周，這種布置稱(chēng)為部分進(jìn)汽。此外，調(diào)節(jié)級(jí)由于配汽方式的需要通常采用部分進(jìn)汽。常用裝有噴嘴的弧段長(zhǎng)度（為噴嘴片數(shù)）與整個(gè)圓周長(zhǎng)度的比值來(lái)表示部分進(jìn)汽的程度，稱(chēng)為部分進(jìn)汽度，由于部分進(jìn)汽而帶來(lái)的能量損失稱(chēng)為部分進(jìn)汽損失，它是由鼓風(fēng)損失和斥汽損失組成的：

1) 鼓風(fēng)損失發(fā)生在不裝噴嘴的弧段內(nèi)。當(dāng)部分進(jìn)汽時(shí)，動(dòng)葉通道不是連續(xù)地通過(guò)工作蒸汽。當(dāng)旋轉(zhuǎn)著的動(dòng)葉通過(guò)無(wú)噴嘴的“死區(qū)”弧段時(shí)，動(dòng)葉片就像鼓風(fēng)機(jī)一樣，將“死區(qū)”中基本處于靜止?fàn)顟B(tài)的蒸汽由一側(cè)鼓到另一側(cè)，因此要消耗一部分輪周功；同時(shí)動(dòng)葉兩側(cè)與充滿(mǎn)在軸向間隙中的不工作蒸汽產(chǎn)生摩擦，從而帶來(lái)了摩擦損失，在數(shù)值上比前者還大。

可見(jiàn)，部分進(jìn)汽度越小，鼓風(fēng)損失越大。為了減少鼓風(fēng)損失，除合理選擇部分進(jìn)汽度外，還經(jīng)常采用護(hù)罩，把“死區(qū)”內(nèi)的動(dòng)葉罩住，這樣可減少鼓動(dòng)蒸汽量，使鼓風(fēng)損失減小。

2>斥汽損失與鼓風(fēng)損失相反，它發(fā)生在裝有噴嘴的工作弧段內(nèi)。當(dāng)動(dòng)葉柵經(jīng)過(guò)無(wú)噴嘴的弧段時(shí)，對(duì)應(yīng)的汽道b內(nèi)被汽室a中的呆滯蒸汽所充滿(mǎn)。當(dāng)動(dòng)葉進(jìn)入工作弧段時(shí)，除嘴中射出的高速汽流首先必須把汽道中的呆滯蒸汽推出去，并使之加速，從而消耗了工作蒸汽的一部分動(dòng)能。此外．由于葉輪高速旋轉(zhuǎn)的作用，在噴嘴組出口端A處，噴嘴葉柵與動(dòng)葉葉柵之間的間隙中將產(chǎn)生漏汽，引起損失；而在噴嘴組的進(jìn)入端B處卻相反，將產(chǎn)生抽汽，將一部分呆滯蒸汽吸入動(dòng)葉汽道。干擾了主汽流，也會(huì)引起損失。這些損失構(gòu)成了斥汽損失，又因?yàn)樗菄娮旎《蝺啥颂幍膿p失，故又稱(chēng)為弧端損失。

由于動(dòng)葉每經(jīng)過(guò)一組噴嘴弧段時(shí)就要發(fā)生—次斥汽損失，所以在相同部分進(jìn)汽度下。噴嘴沿圓周分布的組數(shù)越多，斥汽損失就越大。為了減少斥汽損失，應(yīng)盡量減少?lài)娮旖M數(shù)。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率漏汽損失

由于沖動(dòng)級(jí)和反動(dòng)級(jí)的結(jié)構(gòu)不同，級(jí)內(nèi)漏汽量的大小和漏汽對(duì)級(jí)效率的影響也不同，故有必要分開(kāi)討論兩種級(jí)的漏汽問(wèn)題。

對(duì)于沖動(dòng)級(jí)，隔板前后存在著較大的壓差，而隔板和轉(zhuǎn)軸之間又存在著間隙，因此必定有一部分蒸汽，從隔板前通過(guò)間隙漏到隔板與本級(jí)葉輪之間的汽室內(nèi)。由于這部分蒸汽不通過(guò)噴嘴，所以不參加作功，因而形成了隔板漏汽損失。此外，漏進(jìn)這一汽室內(nèi)的蒸汽還有可能通過(guò)噴嘴和動(dòng)葉根部之間的間隙流入動(dòng)葉。由于這些漏汽不是以正確方向進(jìn)入動(dòng)葉的，因此不但不作功，反而擾亂了動(dòng)葉中的主汽流，造成損失。為了避免隔板漏汽混入動(dòng)葉中干擾主汽流，一方面在葉輪上開(kāi)設(shè)平衡孔，使隔板漏汽經(jīng)過(guò)平衡孔流到級(jí)后，另一方面在動(dòng)葉根部設(shè)置汽封片加以阻擋，并在設(shè)計(jì)時(shí)選取合理的反動(dòng)度，盡量使動(dòng)葉根部不出現(xiàn)吸汽或漏汽現(xiàn)象。

在動(dòng)葉頂部，為了避免轉(zhuǎn)子和汽缸之間的相對(duì)膨脹及轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生碰撞，在動(dòng)葉頂部與隔板和持環(huán)之間應(yīng)有一定的軸向間隙和徑向間隙 。即使是沖動(dòng)級(jí)，動(dòng)葉頂部也有較大的反動(dòng)度，即葉頂前后有較大的壓差，這樣勢(shì)必造成從噴嘴出來(lái)的一部分蒸汽不通過(guò)動(dòng)葉汽道，而由動(dòng)葉頂部間隙漏到級(jí)后。由于這部分蒸汽未參加作功，因而構(gòu)成了葉頂漏汽損失。

由于漏汽量正比于間隙面積和間隙兩側(cè)的壓差，故減少漏汽損失應(yīng)從減小間隙面積和兩側(cè)壓差這兩方而著手。實(shí)踐證明，采用高低齒汽封，可同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)要求。因?yàn)楦叩妄X汽封的間隙可以做得很小，而且汽流每通過(guò)一個(gè)齒就發(fā)生一次節(jié)流作用，使壓力降低一次，故每個(gè)齒只承擔(dān)整個(gè)壓差的一小部分。

由于每個(gè)汽封齒中蒸汽的流動(dòng)情況都大致與蒸汽在漸縮噴嘴中的流動(dòng)相似，所以漏汽量可以參照噴嘴流量公式計(jì)算。

對(duì)于反動(dòng)級(jí)來(lái)說(shuō)，根據(jù)它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理不難分析，其漏汽損失比沖動(dòng)級(jí)大，這是因?yàn)椋?

1) 內(nèi)徑汽封的漏汽量比沖動(dòng)級(jí)的隔扳漏汽量大，這主要是因?yàn)閮?nèi)徑汽封直徑比隔板汽封直徑大，而汽封齒數(shù)又比較少。

2) 動(dòng)葉前后的壓差較大，所以葉頂漏汽量相當(dāng)可觀。

為了減少漏汽損失，應(yīng)盡量減小徑向間隙和，但汽輪機(jī)在啟動(dòng)等情況下，靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分受熱不均，溫差較大，為避免兩者摩擦，和又不能過(guò)小。因此采用徑向和軸向汽封結(jié)構(gòu)，以減少漏汽。對(duì)于較長(zhǎng)的扭葉片級(jí)，在無(wú)圍帶的情況下，往往將動(dòng)葉頂部削薄，縮短動(dòng)葉與汽缸(或隔板套)的間隙，從而達(dá)到封汽的作用。此外，還應(yīng)盡量設(shè)法減小葉頂反動(dòng)度，使動(dòng)葉項(xiàng)部前后壓差不致過(guò)大。

汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率濕汽損失

飽和蒸汽汽輪機(jī)的各級(jí)和普通凝汽式汽輪機(jī)的最后幾級(jí)都工作于濕蒸汽區(qū)。由于有水分存在、干蒸汽的工作也將受到一定的影響，這種影響主要表現(xiàn)為一種能量損失，這就是所謂的濕汽損失。產(chǎn)生濕汽損失的原因，有以下幾個(gè)方面：

1）前面曾經(jīng)討論過(guò)濕蒸汽的過(guò)飽和現(xiàn)象對(duì)噴嘴通流能力的影響。這種過(guò)飽和現(xiàn)象對(duì)級(jí)的能量轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的影響表現(xiàn)為理想比焓降的減少。由于過(guò)飽和現(xiàn)象的存在，蒸汽進(jìn)入濕蒸汽區(qū)暫時(shí)仍按過(guò)熱蒸汽的規(guī)律膨脹，即定熵指數(shù)仍等于1.3，而不等于1．135，用=計(jì)算可知，=1．3的等壓線(xiàn)中的虛線(xiàn)所示，而=1．135的等壓線(xiàn)如實(shí)線(xiàn)所示，顯然，線(xiàn)段就代表著過(guò)飽和損失，即=—。過(guò)飽和損失在p-v圖上也能清晰地表示出來(lái)。

2)一般來(lái)說(shuō)，濕蒸汽在膨脹過(guò)程中析出的水殊，尤其是聚集在噴嘴出汽邊的水膜經(jīng)汽流粉碎后所形成的較大顆粒的水珠，其速度總比蒸汽的速度低得多。這樣，在汽水兩相流動(dòng)中，低速的水珠被高速的蒸汽挾帶著流動(dòng)，從而消耗了汽流的—部分動(dòng)能，稱(chēng)之為挾帶損失。

3)在汽流的挾帶下，水珠的速度雖有提高，但仍小于汽相的速度。水珠出噴嘴的速度只有蒸汽速度的10%左右，而圓周速度u一樣，使水珠進(jìn)動(dòng)葉的方向角遠(yuǎn)大于 ，偏離動(dòng)葉入口方向的水珠撞擊在動(dòng)葉進(jìn)口處的背孤上，產(chǎn)生了阻止葉輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)作用，克服它就要消耗一部分有用功，稱(chēng)之為制動(dòng)損失。

4)從動(dòng)葉出來(lái)的水珠的相對(duì)速度要比蒸汽速度低得多，而圓周速度u是一樣的，使遠(yuǎn)大于，當(dāng)蒸汽按正確方向進(jìn)入下一級(jí)噴嘴時(shí)，水珠將撞擊在噴嘴進(jìn)口處的壁面上，從而擾亂了主汽流，造成損失，稱(chēng)之為擾流損失。

5)在濕蒸汽級(jí)中采用的各種捕水裝置，當(dāng)從級(jí)內(nèi)排除部分液相的同時(shí)，都不可避免地伴隨著一部分蒸汽同時(shí)被抽出汽輪機(jī)，造成工質(zhì)損失。

濕蒸汽中的水珠打在動(dòng)葉進(jìn)口邊頂部的背弧上，將使該處受到?jīng)_蝕，葉片表面將被沖蝕成許多密集的細(xì)毛孔，嚴(yán)重者造成葉片缺損，對(duì)汽輪機(jī)的安全運(yùn)行有很大的威脅。隨著單機(jī)功率不斷增大，末級(jí)葉高和葉頂圓周速度也不斷增大，沖蝕程度就更嚴(yán)重，所以對(duì)現(xiàn)代輕汽式汽輪機(jī)末級(jí)最大可見(jiàn)濕度(在h-s圖上查得的濕度)限制在12%以?xún)?nèi)。為了提高濕蒸汽級(jí)的效率和防止動(dòng)葉被沖蝕損壞，一方面可采取有效的去濕方法，另一方面應(yīng)提高葉片本身的抗沖蝕能力。

常用的去濕方法有：

1)由捕水口、捕水室和疏水通道組成的級(jí)內(nèi)捕水裝置。它有噴嘴后和動(dòng)葉后兩種形式，水珠受離心力的作用被拋向外緣后，經(jīng)過(guò)捕水口槽道l進(jìn)入環(huán)形捕水室2，然后通過(guò)疏水通道3流入壓力更低的低壓加熱器或凝汽器。這種捕水裝置應(yīng)用很廣泛，捕水效率可達(dá)濕蒸汽中所含水分的200%。

2)只有吸水縫的空心噴嘴如。這種去濕裝置是將空心噴嘴經(jīng)環(huán)形通道與壓力比它低的低壓加熱器或凝汽器連通而形成負(fù)壓，這樣，通過(guò)噴嘴上開(kāi)的吸水縫就可將噴嘴表面上的凝結(jié)水膜吸走。吸水縫有的靠近進(jìn)汽側(cè)，有的靠近出汽側(cè)〔內(nèi)弧或背弧)。也有把吸水縫開(kāi)在出汽邊上的。試驗(yàn)表明，吸水縫布置在噴嘴的頂部附近去濕效果最好，因?yàn)樵谶@里集中了水分的主要部分。這種結(jié)構(gòu)的去濕效果比較好，因此被許多制造廠采用。它的缺點(diǎn)是，要有相當(dāng)一部分蒸汽被同時(shí)抽出，這不僅使作功的工質(zhì)減少，而且要求環(huán)形

通道的截而必須設(shè)計(jì)得很大，給制造帶來(lái)了一定的困難。

3)采用出汽邊噴射蒸汽的空心噴嘴?？招膰娮斓膬?nèi)部空間與出汽邊的縫隙相通，縫隙最好設(shè)計(jì)成噴嘴狀。從壓力較高一級(jí)來(lái)的蒸汽經(jīng)汽缸上的環(huán)形室引入空心噴嘴后由出汽邊的縫隙中噴射出去，使噴嘴的尾跡區(qū)消失，阻止該處大粒水珠的形成；同時(shí)使層跡區(qū)汽流速度均衡，這對(duì)提高級(jí)效率和改善動(dòng)葉的應(yīng)力狀況都是有利的。這種方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由壓力較高點(diǎn)送來(lái)的蒸汽，其能量并未損失，而是參加了本級(jí)的膨脹作功。

在提高動(dòng)葉本身沖蝕能力方面，通常采取的措施有；采用耐侵蝕性能強(qiáng)的葉片材料（如鈦合金)；在葉片進(jìn)汽邊背弧上鑲焊硬質(zhì)合金，常用的辦法是將司太立合金作成薄片焊在動(dòng)葉頂部進(jìn)汽邊的背弧上，對(duì)葉片表面鍍鉻、局部高頻淬硬、電火花強(qiáng)化、氮化等，這些都可增加動(dòng)葉表面硬度，延長(zhǎng)動(dòng)葉使用壽命。2100433B