泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論（泵與風(fēng)機(jī)課件）

流體在離心封閉葉輪中的獲能一、流體在離心式封閉葉輪中獲能分析

定義流體流過(guò)泵與風(fēng)機(jī)的部件——吸入室、葉輪及壓出室流體獲得的能量的部件——葉輪分析流體在離心式葉輪中獲能的特例——泵與風(fēng)機(jī)工作時(shí)出口閥門(mén)未開(kāi)假設(shè)葉輪的進(jìn)、出口是封閉的，流體在流道內(nèi)不流動(dòng)一、流體在離心式封閉葉輪中獲能分析

1、單位重量流體在葉輪中的壓能增量在葉輪流道內(nèi)任意半徑處，取一寬度為b，厚度為dr的流體微團(tuán)葉輪內(nèi)的流體處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)一、流體在離心式封閉葉輪中獲能分析

2、單位重量流體在葉輪中的壓能增量若流體是不可壓縮的u1、u2——葉輪葉片進(jìn)口、出口處的圓周速度單位重量流體在葉輪入口與出口處的壓能差為2、單位重量流體在葉輪中的動(dòng)能增量一、流體在離心式封閉葉輪中獲能分析

3、流體在離心式封閉式葉輪中獲得的總能頭不計(jì)位能差及流體的壓縮性離心式泵與風(fēng)機(jī)的基本方程式一、基本方程式1、假設(shè)推導(dǎo)條件：葉輪的葉片數(shù)為無(wú)限多，葉片厚度為無(wú)限薄通過(guò)葉輪的流體為理想不可壓縮流體；且為定常流動(dòng)一、基本方程式

2、方程的形式HT∞——單位重量理想不可壓縮流體通過(guò)理想葉輪時(shí)獲得的能頭，稱為理論揚(yáng)程，單位Nm/NPT∞——單位體積理想不可壓縮流體通過(guò)理想葉輪時(shí)獲得的能頭，稱為理論全壓,單位Pa下標(biāo)：T—理想流體，∞—理想葉輪（葉片數(shù)量無(wú)窮多）一、基本方程式

3.基本方程式的另一表達(dá)形式對(duì)于速度三角形，利用余弦定理動(dòng)能增量：壓能增量：理論能頭：二、基本方程式分析

1.HT∞、pT∞的特點(diǎn)：HT∞的大小僅取決于流體在葉輪進(jìn)口、出口處的運(yùn)動(dòng)速度，即取決于葉輪的結(jié)構(gòu)、尺寸和轉(zhuǎn)速等因素，而與流體的密度無(wú)關(guān)pT∞是以單位體積流體為獲能的計(jì)量，故其與流體的密度有關(guān)二、基本方程式分析

2.提高HT∞與pT∞的途徑加大D2，減小D1、增大v2u∞、減小v1u∞、提高轉(zhuǎn)速等，都可以提高理論能頭；而v2u∞、v1u∞與葉輪葉片的進(jìn)出口安裝角β1y、β2y有關(guān)增大轉(zhuǎn)速來(lái)提高能頭是目前的主要方法減小u1v1u∞也可提高理論能頭。采用流體徑向進(jìn)入葉輪（α1∞=90°），則此時(shí)的v1u∞=0，理論揚(yáng)程達(dá)到最大，即二、基本方程式分析

3.預(yù)旋的存在及其對(duì)理論揚(yáng)程的影響預(yù)旋的概念：流體進(jìn)入葉輪之前，在吸入室內(nèi)由軸向流動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪七M(jìn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)稱為預(yù)旋或先期旋繞預(yù)旋對(duì)HT∞的影響——正預(yù)旋：，減小負(fù)預(yù)旋：，增大三、基本方程式修正

1、實(shí)際葉輪對(duì)理論能頭影響的修正影響：流體在實(shí)際葉輪中流動(dòng)，由于慣性，葉道內(nèi)的流體會(huì)出現(xiàn)和葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的軸向渦流修正方法：引用滑移系數(shù)k離心泵離心風(fēng)機(jī)三、基本方程式修正2、實(shí)際流體對(duì)理論能頭影響的修正影響：實(shí)際流體通過(guò)葉輪時(shí)存在阻力損失，必有流動(dòng)機(jī)械能的減少結(jié)論：泵與風(fēng)機(jī)能頭會(huì)下降，即修正方法：引入流動(dòng)效率流體在離心葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形一、流體在離心式葉輪中的運(yùn)動(dòng)分析

定義分析流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的目的——流體通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉輪的流量和獲得的能量與流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)狀況有關(guān)流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)（a）圓周運(yùn)動(dòng)（b）相對(duì)運(yùn)動(dòng)c）絕對(duì)運(yùn)動(dòng)一、流體在離心式葉輪中的運(yùn)動(dòng)分析

1、葉道內(nèi)任意半徑r處流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)：牽連運(yùn)動(dòng)：流體質(zhì)點(diǎn)隨葉輪一起作圓周運(yùn)動(dòng)，用圓周速度表示相對(duì)運(yùn)動(dòng)：流體質(zhì)點(diǎn)沿葉輪葉道的運(yùn)動(dòng)，用相對(duì)速度表示絕對(duì)運(yùn)動(dòng)：葉輪中的流體質(zhì)點(diǎn)相對(duì)泵殼的運(yùn)動(dòng)，用絕對(duì)速度表示2、絕對(duì)速度與圓周速度和相對(duì)速度關(guān)系式為流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)（a）圓周運(yùn)動(dòng)（b）相對(duì)運(yùn)動(dòng)c）絕對(duì)運(yùn)動(dòng)二、速度三角形

1、概念：由流體在葉輪內(nèi)運(yùn)動(dòng)的三種速度向量組成的三角形2、引入目的：將物理問(wèn)題轉(zhuǎn)換為數(shù)學(xué)分析的簡(jiǎn)便方法。速度三角形是研究流體在旋轉(zhuǎn)葉輪中獲能、參數(shù)變化、流量等定量計(jì)算的工具二、速度三角形

3、有關(guān)概念：絕對(duì)速度的徑向分速度和圓周分速度流動(dòng)角：與的反向夾角，β葉片安裝角：葉片切線與圓周速度反方向之間的夾角，βy葉片進(jìn)出口處的速度三角形（理論分析的實(shí)際對(duì)象）三、理論流量

1、概念——流體通過(guò)泵與風(fēng)機(jī)葉輪的實(shí)際流量，用“qvT”表示2、計(jì)算設(shè)葉輪半徑為r處的葉道寬度為b，葉輪進(jìn)出口處的半徑和葉道寬度分別為r1、r2和b1、b2式中：qvT—理論流量（流體通過(guò)葉輪的實(shí)際流量）A—有效過(guò)流面積（與垂直的回轉(zhuǎn)曲面）Su—葉片在圓周上占去的長(zhǎng)度z—葉片數(shù)ψ—排擠系數(shù)，表示葉片厚度對(duì)流道過(guò)流斷面影響的程度離心式葉輪的葉片型式離心式葉輪的葉片型式葉片型式：指葉片的彎曲方向；不同的葉片型式的葉輪，其能量轉(zhuǎn)換效果及工作特點(diǎn)不一樣葉片型式的劃分：葉片的彎曲方向由葉片的進(jìn)口安裝角和出口安裝角決定。葉片型式由出口安裝角決定后彎式：局部阻力小徑向式：前彎式：局部阻力大一、流體在不同葉型葉輪中的獲能分析

1、獲能分析獲能大小假設(shè)葉輪轉(zhuǎn)速、葉輪外徑及流量均相等，即葉輪出口速度三角形的底邊及高相等，并設(shè)入口條件相等，流體徑向流入

后彎式：小徑向式：中前彎式：大一、流體在不同葉型葉輪中的獲能分析

1、獲能分析反動(dòng)度：理論能頭中壓能頭所占的比例后彎式：大徑向式：中前彎式：小一、流體在不同葉型葉輪中的獲能分析

總結(jié)前彎式葉輪——理論能頭大，獲能品質(zhì)差后彎式葉輪——理論能頭小，獲能品質(zhì)優(yōu)徑向式葉輪——居中二、不同葉型葉輪的工作特點(diǎn)比較

比較內(nèi)容葉片型式后彎徑向前彎理論總壓頭小中大反作用度大中小葉道阻力損失(效率)小（高）中（中）大（低）理論總能頭隨流量增大的變化情況（第四章）降低不變升高理論軸功率隨流量增大的變化情況（第四章）開(kāi)始增大逐漸趨緩逐漸增大急劇增大防葉片積灰、磨損（噪聲）中（小）優(yōu)（中）差（大）三、泵與風(fēng)機(jī)葉輪型式的選用

選用原則獲能大效率高兼顧葉型的其它工作要求（如原動(dòng)機(jī)容量利用率，磨損，積垢等）軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論一、流體在軸流式葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形1、流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)分析流體在軸流式葉輪內(nèi)的流動(dòng)特點(diǎn)：復(fù)雜的三維空間運(yùn)動(dòng)，圓周分速、軸線分速和徑向分速簡(jiǎn)化問(wèn)題，假設(shè)：不可壓縮流體定常流動(dòng)圓柱層無(wú)關(guān)性假設(shè)。認(rèn)為葉輪中流體質(zhì)點(diǎn)是在徑向分速為零的圓柱面上流動(dòng)，且相鄰兩圓柱面上的流動(dòng)互不相干分析對(duì)象——基元葉輪展開(kāi)的平面直列葉柵一、流體在軸流式葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形1、流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)分析流體在基元葉輪中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)——平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)，牽連運(yùn)動(dòng)和相對(duì)運(yùn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)式中：——圓周速度，——相對(duì)速度相關(guān)概念柵距：在葉柵的圓周方向上兩相鄰葉型對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離t葉柵稠度（相對(duì)柵距）：弦長(zhǎng)b與柵距t之比葉片安裝角：弦長(zhǎng)b與列線之間的夾角，分別為葉片入口、出口安裝角一、流體在軸流式葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形2、速度三角形相關(guān)概念與的反向夾角稱為入流角與的反向夾角稱為出流角速度三角形的特點(diǎn)二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)基本方程式分析因?yàn)榭傻糜捎谒?、軸流式泵與風(fēng)機(jī)獲得總能頭的特征：軸流式泵與風(fēng)機(jī)的能頭遠(yuǎn)低于離心式，總能頭中沒(méi)有離心力成分提高壓能頭，要求

，因而應(yīng)設(shè)法增大。常用辦法，葉片的進(jìn)口處稍稍加厚做成翼形斷面只有當(dāng)時(shí)，流體才能從葉輪中獲得能量；兩者差值越大，獲得的能量越多。2、基本方程式分析的不足——沒(méi)有反映出總能頭與軸流式葉輪葉柵及翼型參數(shù)之間的關(guān)系，只能原則性地分析流體在軸流式葉輪中的獲能情況，不能具體分析流體在軸流式葉輪中的獲能特點(diǎn)二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)基本方程式分析1、孤立翼型、葉柵翼型上的升力與阻力孤立翼型的升力與阻力——孤立翼型的升力、阻力系數(shù)是比較翼型性能好壞的參數(shù)三、軸流式葉片截面一般采用機(jī)翼形1、孤立翼型、葉柵翼型上的升力與阻力失速?zèng)_角：升力系數(shù)或升力開(kāi)始下降時(shí)的沖角失速現(xiàn)象：當(dāng)時(shí)，翼型的空氣動(dòng)力性能惡化三、軸流式葉片截面一般采用機(jī)翼形1、孤立翼型、葉柵翼型上的升力與阻力葉柵翼型基元葉輪上的升力與阻力2、能量方程式能量方程式形式

三、軸流式葉片截面一般采用機(jī)翼形能量方程式說(shuō)明：方程含有葉柵及翼型特性參數(shù)（葉片數(shù)z增加，柵距t減小，HT增大）和翼型尺寸、形狀等與流體在葉柵入、出口處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)

三、軸流式葉片截面一般采用機(jī)翼形3、葉輪計(jì)算公式公式說(shuō)明：公式為軸流式葉輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，即選定的翼型及沖角（查出Cy）求出b/t；或選定b/t（求出Cy）選擇翼型及沖角沖角的選擇對(duì)葉輪的效率和性能影響很大軸流式運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)，也存在合理調(diào)整沖角的問(wèn)題三、軸流式葉片截面一般采用機(jī)翼形3、葉輪計(jì)算公式公式說(shuō)明：公式為軸流式葉輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，即選定的翼型及沖角（查出Cy）求出b/t；或選定b/t（求出Cy）選擇翼型及沖角沖角的選擇對(duì)葉輪的效