泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論課件

第一章泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論§1-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形四、速度三角形的計(jì)算五、能量方程式及其分析六、離心式葉輪葉片形式的分析七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)

1-2軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論第一章泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論§1-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論§1-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件1、葉輪：前蓋板、后蓋板、葉片和輪轂組成。葉輪是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能傳遞給液體，提高液體能量的核心部件。

§1-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)（一）離心泵的主要部件2、吸入室吸水管法蘭接頭至葉輪入口的空間。作用是以最小的阻力損失，引導(dǎo)液體平穩(wěn)進(jìn)入葉輪。

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件3、壓出室葉輪出口至壓水管法蘭接口的空間，作用是使從葉輪出來的高速流體以最小的阻力損失引入壓水管。

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件4、導(dǎo)葉導(dǎo)葉的作用是匯集前一級葉輪流出的液體，以最小的阻力損失引入次級葉輪的進(jìn)口或者是壓出室。5、密封裝置

(1)密封環(huán)

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件5、密封裝置

(2)軸端密封

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（二）離心風(fēng)機(jī)的主要部件1、葉輪前盤、后盤、葉片和輪轂組成

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（二）離心風(fēng)機(jī)的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心風(fēng)機(jī)的主要部件2、蝸殼匯集從葉輪流出的氣體并引向風(fēng)機(jī)出口。

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心風(fēng)機(jī)的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心風(fēng)機(jī)的主要部件3、集流器與進(jìn)氣箱集流器裝在葉輪進(jìn)口，作用是以最小的阻力引導(dǎo)氣流均勻的充滿葉輪入口。

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心風(fēng)機(jī)的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理：葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量，即流體通過葉輪后，壓能和動(dòng)能都得到提高，從而能夠被輸送到高處或遠(yuǎn)處。二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理：葉輪高二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形假設(shè)：1、葉輪中的葉片數(shù)為無限多；2、理想流體；3、葉輪中的流體的運(yùn)動(dòng)為穩(wěn)定流動(dòng)；4、葉輪中的流體為不可壓縮的流體；流體在葉輪里的運(yùn)動(dòng)：復(fù)合運(yùn)動(dòng)流體和葉輪一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；流體從葉輪的流道里向外流動(dòng)；三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形假設(shè)：1、葉輪中的葉片數(shù)為絕對速度與相對速度絕對速度指運(yùn)動(dòng)物體相對于靜止參照系的運(yùn)動(dòng)速度V

；相對速度指運(yùn)動(dòng)物體相對于運(yùn)動(dòng)參照系速度w

；牽連速度是指運(yùn)動(dòng)參照系相對于靜止參照系的速度u

。三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形絕對速度與相對速度絕對速度指運(yùn)動(dòng)物體相對于靜止參照系的運(yùn)動(dòng)速流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)與速度三角形當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在葉片進(jìn)口“1”或出口“2”處，流體隨葉輪旋轉(zhuǎn)作圓周牽連運(yùn)動(dòng)，其圓周速度為u；見圖。流體沿葉片方向作相對流動(dòng)，其相對速度為w；流體在進(jìn)、出口處的絕對速度v應(yīng)為w與u兩者之矢量和。流體在葉輪內(nèi)任何瞬間都既做圓周運(yùn)動(dòng)又做相對運(yùn)動(dòng)。我們把流體相對于機(jī)殼的運(yùn)動(dòng)稱為絕對運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度稱為絕對速度。見圖流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)與速度三角形將絕對速度v分解為與在軸面上的分量稱為軸面速度vr，它是流體沿軸面向葉輪流出的分量，與通過葉輪的流量有關(guān)，也稱為徑向分速度vr和在圓周方向的分量，稱為圓周分速度，它的大小與流體流過葉輪后所獲得的能量有關(guān)，即與壓力有關(guān)的切向分速vu。切向分速度與葉輪的圓周運(yùn)動(dòng)方向相同vu

。徑向分速度的方向與半徑方向相同vr，將上述流體質(zhì)點(diǎn)諸速度共同繪制在一張速度圖上（如圖），就是流體質(zhì)點(diǎn)的速度三角形圖。將絕對速度v分解為與在軸面上的分量稱為軸面速度vr，切向分速返回返回返回返回三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形當(dāng)葉輪帶動(dòng)流體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體具有圓周運(yùn)動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))，稱為圓周速度，用符號u表示，其方向與圓周切線方向一致，大小與所在半徑及轉(zhuǎn)速有關(guān)。流體沿葉輪流道的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度稱相對速度符號，w表示，其方向?yàn)槿~片的切線方向、大小與流量及流道形狀有關(guān)。流體相對于機(jī)殼的運(yùn)動(dòng)，稱絕對運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度稱絕對速度，用符號V表示。Vu表示圓周分速度，Vm徑向分速度。由這三個(gè)速度向量組成的向量圖，稱為速度三角形。三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形當(dāng)葉輪帶動(dòng)流體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)對于速度三角形的幾點(diǎn)討論絕對速度與圓周速度的夾角用表示，稱為葉片的工作角。相對速度與圓周速度的反方向的夾角用表示，稱為流動(dòng)角。葉片切線與圓周切線速度反方向之間的夾角用表示，稱為葉片安裝角。注意特定條件：當(dāng)流體沿葉片型線運(yùn)動(dòng)時(shí)，流動(dòng)角=安裝角。三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形對于速度三角形的幾點(diǎn)討論絕對速度與圓周速度的夾角用說明：三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形1、用下標(biāo)1表示葉片進(jìn)口處的參數(shù)2、用下標(biāo)2表示葉片出口處的參數(shù)3、用下標(biāo)∞表示無限多葉片時(shí)的參數(shù)說明：三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形1、用下標(biāo)1表示葉片四、速度三角形的計(jì)算1、圓周速度：

——葉片的進(jìn)口直徑；——葉輪轉(zhuǎn)速——理論流量；——葉輪入口處有效斷面2、徑向分速度：圓周分速度和入口角：四、速度三角形的計(jì)算1、圓周速度：——葉片的進(jìn)口直徑；

當(dāng)時(shí)，

--葉片入口安裝角，由經(jīng)驗(yàn)定。3、出口速度三角形：圓周速度，--葉片出口寬度

徑向分速度和出口安裝角：四、速度三角形的計(jì)算

五、能量方程式及其分析

流體流經(jīng)旋轉(zhuǎn)的葉輪后，能量增加，所增加的能量可以用流體力學(xué)中的動(dòng)量矩定律推導(dǎo)而得，所得方程即為能量方程，也稱歐拉方程。

為理想流體通過無限多葉片葉輪時(shí)的揚(yáng)程，單位為m。能量方程的幾點(diǎn)假設(shè)：1、理想流體2、定常流動(dòng)

3、無限多葉片4、不可壓縮五、能量方程式及其分析流體流經(jīng)旋轉(zhuǎn)的葉輪后，能量增加假定把它當(dāng)做一元流動(dòng)來討論，也就是用流束理論進(jìn)行分析。這些基本假定是：（1）流動(dòng)為恒定流（2）流體為不可壓縮流體（3）葉輪的葉片數(shù)目為無限多，葉片厚度為無限?。?）流體在整個(gè)葉輪中的流動(dòng)過程為一理想過程，即泵與風(fēng)機(jī)工作時(shí)沒有任何能量損失對于那些與實(shí)際情況不符的地方，對計(jì)算結(jié)果再逐步加以修正。五、能量方程式及其分析假定把它當(dāng)做一元流動(dòng)來討論，也就是用流束理論進(jìn)行分析歐拉方程的導(dǎo)出：動(dòng)量矩定理：質(zhì)點(diǎn)系對某一轉(zhuǎn)軸的動(dòng)量矩對時(shí)間的變化率，等于作用于該質(zhì)點(diǎn)系的所有外力對該軸的合力矩M。角標(biāo)“T”表示流動(dòng)過程理想，“∞”表示葉片為無限多，“1”表示葉輪進(jìn)口參數(shù)，“2”表示葉輪出口參數(shù)。則QT∞表示流體在一個(gè)理想流動(dòng)過程中流經(jīng)葉片為無限多的葉輪時(shí)的體積流量在每單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)葉輪進(jìn)出口流體動(dòng)量矩的變化則為：ρQT∞（r2vu2T∞-r1vu1T∞）五、能量方程式及其分析歐拉方程的導(dǎo)出：五、能量方程式及其分析合力矩為：

M=ρQT∞（r2vu2T∞-r1vu1T∞）

u=ωr,r=u/ωM=ρQT∞（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）/ω有效功率等于流體的合外力矩M與角速度之積：M·ω＝ρQT∞（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）=γQT∞HT∞經(jīng)移項(xiàng)，得理想化條件下單位重量流體的能量增量與流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，即歐拉方程：

HT∞=（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）/g

五、能量方程式及其分析合力矩為：五、能量方程式及其分析歐拉方程的特點(diǎn)：1．推導(dǎo)基本能量方程時(shí)，未分析流體在葉輪流道中途的運(yùn)動(dòng)過程，得出流體所獲得的理論揚(yáng)程HT∞

，僅與流體在葉片進(jìn)、出口處的速度三角形有關(guān)，而與流動(dòng)過程無關(guān)。2．流體所獲得的理論揚(yáng)程HT∞

與被輸送流體的種類無關(guān)。五、能量方程式及其分析歐拉方程的特點(diǎn)：1．推導(dǎo)基本能量方程時(shí)，未分析流體在葉輪流道2、當(dāng)=90°時(shí)，=0。此時(shí)，能量方程為：五、能量方程式及其分析能量方程是泵與風(fēng)機(jī)理論中的重要公式?，F(xiàn)分析如下：1、理論揚(yáng)程與流體的種類和性質(zhì)無關(guān)。但由于介質(zhì)密度不同，所產(chǎn)生的壓力和需要的功率也不同。3、由上式可得：徑向入流與、有關(guān)。4、利用速度三角形以及余弦定理可以得到能量方程的另一種表達(dá)式：推導(dǎo)過程2、當(dāng)=90°時(shí)，=0。此時(shí)，能量方程為（C）是絕對速度變化所獲得的動(dòng)壓增量，是流體通過葉輪后所增加的動(dòng)能。這個(gè)動(dòng)能的一部分可以通過以后的蝸殼，在出口處加裝導(dǎo)葉轉(zhuǎn)變?yōu)椋o）壓能。（B）是由于葉輪流道斷面的變化，以至相對速度有所降低而產(chǎn)生的（靜壓）壓力勢能增量。（A）是由于葉輪旋轉(zhuǎn)得到離心力而產(chǎn)生的靜壓增量。--在四個(gè)基本假設(shè)的情況下，通過無限多葉片，單位重量流體所獲得的能量。[m]

泵：揚(yáng)程，單位[m]液柱;風(fēng)機(jī)：稱全壓,單位[pa]五、能量方程式及其分析上述基本方程式的討論：(2)理論壓頭由三部分組成：（C）是絕對速度變化所獲得的動(dòng)壓增量，是流體

5、提高理論壓頭的方法：

（1）希望：，則較大。當(dāng)時(shí)，則即：流體徑向流入，可提高。（2）加大（3）提高五、能量方程式及其分析5、提高理論壓頭的方法：（2）加大（3）提高

葉片出口安裝角確定了葉片的型式，有以下三種：

當(dāng)<90°，這種葉片的彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，稱為后彎式葉片。

當(dāng)=90°，葉片的出口方向?yàn)閺较?，稱徑向式葉片。

當(dāng)>90°，葉片的彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，稱為前彎式葉片。六、離心式葉輪葉片形式的分析

葉片出口安裝角確定了葉片的型式，有以下三種：六、離心1、和的關(guān)系（1）當(dāng)<90°（2）當(dāng)=90°（3）當(dāng)>90°六、離心式葉輪葉片形式的分析

1、和的關(guān)系（1）當(dāng)<90°六、離心式葉輪2、對和的影響反作用度由于故六、離心式葉輪葉片形式的分析

2、對和的影響反作用度六、離心式葉輪葉反作用度由于故2、對和的影響六、離心式葉輪葉片形式的分析

反作用度2、對和的影響六、離心式葉輪葉七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)（1）有限數(shù)葉片的修正：

--有限多葉片的能頭；--無限多葉片的壓頭。

七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)Z--葉片數(shù)；R1,R2--葉輪出入口的半徑。

K--滑移系數(shù)，與葉片數(shù)、葉輪內(nèi)外徑的比值、流體絕對黏度等因素有關(guān)。K值恒小于1，只是說明在有限葉片葉輪內(nèi)，由于軸向渦線的存在對理論能頭產(chǎn)生的影響。（1）有限數(shù)葉片的修正：七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)Z--葉§1-2軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性能量方程式軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本型式

特點(diǎn)：流量Q大,能頭H低§1-2軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件特一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件

軸流泵的特點(diǎn)是流量大，揚(yáng)程低。其主要部件有：葉輪、軸、導(dǎo)葉、吸人喇叭管等。一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件軸流泵的特點(diǎn)是流量大，揚(yáng)程低。一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件

軸流式風(fēng)機(jī)的主要部件有：葉輪、集風(fēng)器、整流罩、導(dǎo)葉和擴(kuò)散筒等，如圖所示。近年來，大型軸流式風(fēng)機(jī)還裝有調(diào)節(jié)裝置和性能穩(wěn)定裝置。一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件軸流式風(fēng)機(jī)的主要部件有：葉輪、二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理

1、葉輪流道平面投影圖及流動(dòng)分析假設(shè)（1）流體流過軸流式葉輪時(shí)，與飛機(jī)在大氣中飛行相似。（2）圓柱層無關(guān)性假設(shè)。簡言之，流體微團(tuán)在葉輪流動(dòng)區(qū)域內(nèi)不存在徑向分速度。（3）流體不可壓縮。

二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理1、葉輪流道平面投影圖及流動(dòng)二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理

二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理

1、平面直列葉柵用任意半徑為r和r+dr的兩個(gè)同心圓柱面截取一小圓柱層，將其沿母線切開，展開成平面。二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理1、平面直列葉柵與離心式葉輪比較，相同點(diǎn)有：（1）流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)仍是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即：（2）圓周速度u仍為：與離心式葉輪比較，不同點(diǎn)有：（1）在同一半徑上：2、葉輪內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)及其速度三角形

二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理與離心式葉輪比較，相同點(diǎn)有：2、葉輪內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)及其速度三角二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理

（2）絕對速度軸向分量計(jì)算公式：葉輪內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理（2）絕對速度軸向分量計(jì)算公式：3、翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性(1)骨架線通過翼型內(nèi)切圓圓心的連線，是構(gòu)成翼型的基礎(chǔ)，其形狀決定了翼型的空氣動(dòng)力特性。(2)弦長b前緣點(diǎn)與后緣點(diǎn)連接的直線稱弦長或翼弦。(3)翼展l垂直于紙面方向葉片的長度(機(jī)翼的長度)稱翼展(4)展弦比σ翼展l與弦長b之比稱展弦比。(5)撓度f弦長到骨架線的距離。(6)厚度c翼型上下表面之間的距離，稱翼型厚度。(7)沖角前來流速度的方向與弦長的夾角稱沖角，沖角在翼弦以下時(shí)為正沖角如圖所示，以上時(shí)為負(fù)沖角。(8)前駐點(diǎn)、后駐點(diǎn)來流接觸翼型后，開始分離的點(diǎn)(此點(diǎn)速度為零)，稱前駐點(diǎn)；二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理3、翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性(1)骨架線通過翼型內(nèi)切圓圓4、翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉片為機(jī)翼型葉片，它是利用機(jī)翼型葉片的升力原理工作的。當(dāng)流體與翼型葉片作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體繞翼型葉片，在葉片的凸面上斷面小，流速大，壓強(qiáng)低，而在葉片的凹面上斷面大，流速小，壓強(qiáng)高，在葉片的凸、凹產(chǎn)生一壓強(qiáng)差，這一壓強(qiáng)差作用在垂直于機(jī)翼的有效面積上，就產(chǎn)生一指向凸面的力，即升力，根據(jù)作用力與反作用力定律，葉片對流體產(chǎn)生一大小相等、方向相反的反作用力，即反升力，流體在葉輪中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于反升力的作用，使流體的能量獲得提高。二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理4、翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉片為機(jī)翼型葉片三、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本型式

在機(jī)殼中只有一個(gè)葉輪，沒有導(dǎo)葉。如圖(a)所示，這是最簡單的一種型式，這種型式易產(chǎn)生能量損失。因此這種型式只適用于低壓風(fēng)機(jī)。一個(gè)葉輪和出口加裝導(dǎo)葉一個(gè)固定的導(dǎo)葉,圖(b)所示。導(dǎo)葉的加裝而減少了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所造成的損失，提高了效率，因而常用于高壓風(fēng)機(jī)與水泵。一個(gè)葉輪和—個(gè)固定的入口導(dǎo)葉，圖(c)所示，流體軸向進(jìn)入前置導(dǎo)葉，經(jīng)導(dǎo)葉后產(chǎn)生與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)速度，即產(chǎn)生反強(qiáng)旋。這種前置導(dǎo)葉型，流體進(jìn)入葉輪時(shí)的相對速度比后置導(dǎo)葉型的大，因此能量損失也大，效率較低。一個(gè)葉輪并具有進(jìn)出口導(dǎo)葉，圖(d)所示，如前置導(dǎo)葉為可調(diào)的，在設(shè)計(jì)工況下前置導(dǎo)葉的出口速度為軸向，當(dāng)工況變化時(shí)，可改變導(dǎo)葉角度來適應(yīng)流量的變化。因而可以在很大的流量變化范圍內(nèi)，保持高效率。這種型式適用于流量變化較大的情況。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了制造、操作、維護(hù)等的困難。三、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本型式在機(jī)殼中只有一個(gè)葉輪，沒有導(dǎo)葉四、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程

用動(dòng)量矩推導(dǎo)的離心式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程同樣適用與軸流式泵與風(fēng)機(jī)：或者：分析：（1）流體在軸流式中獲得的能量遠(yuǎn)小于離心式。（2）當(dāng)時(shí)，=0.只有當(dāng)時(shí)流體才能獲得能量，兩者差越大，獲得的能量越多。四、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程用動(dòng)量矩推導(dǎo)的離心式泵與風(fēng)機(jī)的由于：所以：

返回能量方程的推導(dǎo)：由于：返回能量方程的推導(dǎo)：第一章泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論§1-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形四、速度三角形的計(jì)算五、能量方程式及其分析六、離心式葉輪葉片形式的分析七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)

1-2軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論第一章泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論§1-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論§1-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件1、葉輪：前蓋板、后蓋板、葉片和輪轂組成。葉輪是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能傳遞給液體，提高液體能量的核心部件。

§1-1離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)（一）離心泵的主要部件2、吸入室吸水管法蘭接頭至葉輪入口的空間。作用是以最小的阻力損失，引導(dǎo)液體平穩(wěn)進(jìn)入葉輪。

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件3、壓出室葉輪出口至壓水管法蘭接口的空間，作用是使從葉輪出來的高速流體以最小的阻力損失引入壓水管。

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件4、導(dǎo)葉導(dǎo)葉的作用是匯集前一級葉輪流出的液體，以最小的阻力損失引入次級葉輪的進(jìn)口或者是壓出室。5、密封裝置

(1)密封環(huán)

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件5、密封裝置

(2)軸端密封

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心泵的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（二）離心風(fēng)機(jī)的主要部件1、葉輪前盤、后盤、葉片和輪轂組成

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（二）離心風(fēng)機(jī)的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心風(fēng)機(jī)的主要部件2、蝸殼匯集從葉輪流出的氣體并引向風(fēng)機(jī)出口。

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心風(fēng)機(jī)的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心風(fēng)機(jī)的主要部件3、集流器與進(jìn)氣箱集流器裝在葉輪進(jìn)口，作用是以最小的阻力引導(dǎo)氣流均勻的充滿葉輪入口。

一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件（一）離心風(fēng)機(jī)的主要部件一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的構(gòu)造及主要部件二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理：葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量，即流體通過葉輪后，壓能和動(dòng)能都得到提高，從而能夠被輸送到高處或遠(yuǎn)處。二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理：葉輪高二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理二、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形假設(shè)：1、葉輪中的葉片數(shù)為無限多；2、理想流體；3、葉輪中的流體的運(yùn)動(dòng)為穩(wěn)定流動(dòng)；4、葉輪中的流體為不可壓縮的流體；流體在葉輪里的運(yùn)動(dòng)：復(fù)合運(yùn)動(dòng)流體和葉輪一起作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；流體從葉輪的流道里向外流動(dòng)；三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形假設(shè)：1、葉輪中的葉片數(shù)為絕對速度與相對速度絕對速度指運(yùn)動(dòng)物體相對于靜止參照系的運(yùn)動(dòng)速度V

；相對速度指運(yùn)動(dòng)物體相對于運(yùn)動(dòng)參照系速度w

；牽連速度是指運(yùn)動(dòng)參照系相對于靜止參照系的速度u

。三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形絕對速度與相對速度絕對速度指運(yùn)動(dòng)物體相對于靜止參照系的運(yùn)動(dòng)速流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)與速度三角形當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在葉片進(jìn)口“1”或出口“2”處，流體隨葉輪旋轉(zhuǎn)作圓周牽連運(yùn)動(dòng)，其圓周速度為u；見圖。流體沿葉片方向作相對流動(dòng)，其相對速度為w；流體在進(jìn)、出口處的絕對速度v應(yīng)為w與u兩者之矢量和。流體在葉輪內(nèi)任何瞬間都既做圓周運(yùn)動(dòng)又做相對運(yùn)動(dòng)。我們把流體相對于機(jī)殼的運(yùn)動(dòng)稱為絕對運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度稱為絕對速度。見圖流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)與速度三角形將絕對速度v分解為與在軸面上的分量稱為軸面速度vr，它是流體沿軸面向葉輪流出的分量，與通過葉輪的流量有關(guān)，也稱為徑向分速度vr和在圓周方向的分量，稱為圓周分速度，它的大小與流體流過葉輪后所獲得的能量有關(guān)，即與壓力有關(guān)的切向分速vu。切向分速度與葉輪的圓周運(yùn)動(dòng)方向相同vu

。徑向分速度的方向與半徑方向相同vr，將上述流體質(zhì)點(diǎn)諸速度共同繪制在一張速度圖上（如圖），就是流體質(zhì)點(diǎn)的速度三角形圖。將絕對速度v分解為與在軸面上的分量稱為軸面速度vr，切向分速返回返回返回返回三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形當(dāng)葉輪帶動(dòng)流體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體具有圓周運(yùn)動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))，稱為圓周速度，用符號u表示，其方向與圓周切線方向一致，大小與所在半徑及轉(zhuǎn)速有關(guān)。流體沿葉輪流道的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度稱相對速度符號，w表示，其方向?yàn)槿~片的切線方向、大小與流量及流道形狀有關(guān)。流體相對于機(jī)殼的運(yùn)動(dòng)，稱絕對運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度稱絕對速度，用符號V表示。Vu表示圓周分速度，Vm徑向分速度。由這三個(gè)速度向量組成的向量圖，稱為速度三角形。三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形當(dāng)葉輪帶動(dòng)流體作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)對于速度三角形的幾點(diǎn)討論絕對速度與圓周速度的夾角用表示，稱為葉片的工作角。相對速度與圓周速度的反方向的夾角用表示，稱為流動(dòng)角。葉片切線與圓周切線速度反方向之間的夾角用表示，稱為葉片安裝角。注意特定條件：當(dāng)流體沿葉片型線運(yùn)動(dòng)時(shí)，流動(dòng)角=安裝角。三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形對于速度三角形的幾點(diǎn)討論絕對速度與圓周速度的夾角用說明：三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形1、用下標(biāo)1表示葉片進(jìn)口處的參數(shù)2、用下標(biāo)2表示葉片出口處的參數(shù)3、用下標(biāo)∞表示無限多葉片時(shí)的參數(shù)說明：三、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形1、用下標(biāo)1表示葉片四、速度三角形的計(jì)算1、圓周速度：

——葉片的進(jìn)口直徑；——葉輪轉(zhuǎn)速——理論流量；——葉輪入口處有效斷面2、徑向分速度：圓周分速度和入口角：四、速度三角形的計(jì)算1、圓周速度：——葉片的進(jìn)口直徑；

當(dāng)時(shí)，

--葉片入口安裝角，由經(jīng)驗(yàn)定。3、出口速度三角形：圓周速度，--葉片出口寬度

徑向分速度和出口安裝角：四、速度三角形的計(jì)算

五、能量方程式及其分析

流體流經(jīng)旋轉(zhuǎn)的葉輪后，能量增加，所增加的能量可以用流體力學(xué)中的動(dòng)量矩定律推導(dǎo)而得，所得方程即為能量方程，也稱歐拉方程。

為理想流體通過無限多葉片葉輪時(shí)的揚(yáng)程，單位為m。能量方程的幾點(diǎn)假設(shè)：1、理想流體2、定常流動(dòng)

3、無限多葉片4、不可壓縮五、能量方程式及其分析流體流經(jīng)旋轉(zhuǎn)的葉輪后，能量增加假定把它當(dāng)做一元流動(dòng)來討論，也就是用流束理論進(jìn)行分析。這些基本假定是：（1）流動(dòng)為恒定流（2）流體為不可壓縮流體（3）葉輪的葉片數(shù)目為無限多，葉片厚度為無限薄（4）流體在整個(gè)葉輪中的流動(dòng)過程為一理想過程，即泵與風(fēng)機(jī)工作時(shí)沒有任何能量損失對于那些與實(shí)際情況不符的地方，對計(jì)算結(jié)果再逐步加以修正。五、能量方程式及其分析假定把它當(dāng)做一元流動(dòng)來討論，也就是用流束理論進(jìn)行分析歐拉方程的導(dǎo)出：動(dòng)量矩定理：質(zhì)點(diǎn)系對某一轉(zhuǎn)軸的動(dòng)量矩對時(shí)間的變化率，等于作用于該質(zhì)點(diǎn)系的所有外力對該軸的合力矩M。角標(biāo)“T”表示流動(dòng)過程理想，“∞”表示葉片為無限多，“1”表示葉輪進(jìn)口參數(shù)，“2”表示葉輪出口參數(shù)。則QT∞表示流體在一個(gè)理想流動(dòng)過程中流經(jīng)葉片為無限多的葉輪時(shí)的體積流量在每單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)葉輪進(jìn)出口流體動(dòng)量矩的變化則為：ρQT∞（r2vu2T∞-r1vu1T∞）五、能量方程式及其分析歐拉方程的導(dǎo)出：五、能量方程式及其分析合力矩為：

M=ρQT∞（r2vu2T∞-r1vu1T∞）

u=ωr,r=u/ωM=ρQT∞（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）/ω有效功率等于流體的合外力矩M與角速度之積：M·ω＝ρQT∞（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）=γQT∞HT∞經(jīng)移項(xiàng)，得理想化條件下單位重量流體的能量增量與流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，即歐拉方程：

HT∞=（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）/g

五、能量方程式及其分析合力矩為：五、能量方程式及其分析歐拉方程的特點(diǎn)：1．推導(dǎo)基本能量方程時(shí)，未分析流體在葉輪流道中途的運(yùn)動(dòng)過程，得出流體所獲得的理論揚(yáng)程HT∞

，僅與流體在葉片進(jìn)、出口處的速度三角形有關(guān)，而與流動(dòng)過程無關(guān)。2．流體所獲得的理論揚(yáng)程HT∞

與被輸送流體的種類無關(guān)。五、能量方程式及其分析歐拉方程的特點(diǎn)：1．推導(dǎo)基本能量方程時(shí)，未分析流體在葉輪流道2、當(dāng)=90°時(shí)，=0。此時(shí)，能量方程為：五、能量方程式及其分析能量方程是泵與風(fēng)機(jī)理論中的重要公式?，F(xiàn)分析如下：1、理論揚(yáng)程與流體的種類和性質(zhì)無關(guān)。但由于介質(zhì)密度不同，所產(chǎn)生的壓力和需要的功率也不同。3、由上式可得：徑向入流與、有關(guān)。4、利用速度三角形以及余弦定理可以得到能量方程的另一種表達(dá)式：推導(dǎo)過程2、當(dāng)=90°時(shí)，=0。此時(shí)，能量方程為（C）是絕對速度變化所獲得的動(dòng)壓增量，是流體通過葉輪后所增加的動(dòng)能。這個(gè)動(dòng)能的一部分可以通過以后的蝸殼，在出口處加裝導(dǎo)葉轉(zhuǎn)變?yōu)椋o）壓能。（B）是由于葉輪流道斷面的變化，以至相對速度有所降低而產(chǎn)生的（靜壓）壓力勢能增量。（A）是由于葉輪旋轉(zhuǎn)得到離心力而產(chǎn)生的靜壓增量。--在四個(gè)基本假設(shè)的情況下，通過無限多葉片，單位重量流體所獲得的能量。[m]

泵：揚(yáng)程，單位[m]液柱;風(fēng)機(jī)：稱全壓,單位[pa]五、能量方程式及其分析上述基本方程式的討論：(2)理論壓頭由三部分組成：（C）是絕對速度變化所獲得的動(dòng)壓增量，是流體

5、提高理論壓頭的方法：

（1）希望：，則較大。當(dāng)時(shí)，則即：流體徑向流入，可提高。（2）加大（3）提高五、能量方程式及其分析5、提高理論壓頭的方法：（2）加大（3）提高

葉片出口安裝角確定了葉片的型式，有以下三種：

當(dāng)<90°，這種葉片的彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，稱為后彎式葉片。

當(dāng)=90°，葉片的出口方向?yàn)閺较?，稱徑向式葉片。

當(dāng)>90°，葉片的彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，稱為前彎式葉片。六、離心式葉輪葉片形式的分析

葉片出口安裝角確定了葉片的型式，有以下三種：六、離心1、和的關(guān)系（1）當(dāng)<90°（2）當(dāng)=90°（3）當(dāng)>90°六、離心式葉輪葉片形式的分析

1、和的關(guān)系（1）當(dāng)<90°六、離心式葉輪2、對和的影響反作用度由于故六、離心式葉輪葉片形式的分析

2、對和的影響反作用度六、離心式葉輪葉反作用度由于故2、對和的影響六、離心式葉輪葉片形式的分析

反作用度2、對和的影響六、離心式葉輪葉七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)（1）有限數(shù)葉片的修正：

--有限多葉片的能頭；--無限多葉片的壓頭。

七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)Z--葉片數(shù)；R1,R2--葉輪出入口的半徑。

K--滑移系數(shù)，與葉片數(shù)、葉輪內(nèi)外徑的比值、流體絕對黏度等因素有關(guān)。K值恒小于1，只是說明在有限葉片葉輪內(nèi)，由于軸向渦線的存在對理論能頭產(chǎn)生的影響。（1）有限數(shù)葉片的修正：七、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)Z--葉§1-2軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性能量方程式軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本型式

特點(diǎn)：流量Q大,能頭H低§1-2軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件特一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件

軸流泵的特點(diǎn)是流量大，揚(yáng)程低。其主要部件有：葉輪、軸、導(dǎo)葉、吸人喇叭管等。一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件軸流泵的特點(diǎn)是流量大，揚(yáng)程低。一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件

軸流式風(fēng)機(jī)的主要部件有：葉輪、集風(fēng)器、整流罩、導(dǎo)葉和擴(kuò)散筒等，如圖所示。近年來，大型軸流式風(fēng)機(jī)還裝有調(diào)節(jié)裝置和性能穩(wěn)定裝置。一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的主要部件軸流式風(fēng)機(jī)的主要部件有：葉輪、二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理

1、葉輪流道平面投影圖及流動(dòng)分析假設(shè)（1）流體流過軸流式葉輪時(shí)，與飛機(jī)在大氣中飛行相似。（2）圓柱層無關(guān)性假設(shè)。簡言之，流體微團(tuán)在葉輪流動(dòng)區(qū)域內(nèi)不存在徑向分速度。（3）流體不可壓縮。

二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理1、葉輪流道平面投影圖及流動(dòng)二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理

二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)工作原理

1、平面直列葉柵用任