向心透平PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平第1頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平與單級(jí)軸流透平比較：余速損失小輪周效率高動(dòng)葉的氣動(dòng)性能要求低可組成結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)組利用可調(diào)的導(dǎo)向葉片實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)第2頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平第3頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平222*222wdpwuuIconst相對(duì)坐標(biāo)系下的伯努利方程：與軸流式相比12*wwII 在相同膨脹比情況下由于圓周速度的減小可以使相對(duì)速度的變化減小第4頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平由上述特點(diǎn)可以看出：1、向心透平葉輪出口相對(duì)速度較低；2、相對(duì)速度低、牽連速度下降可以降低余速損失3、流動(dòng)損失與平均

2、流速相關(guān)，流速低流動(dòng)損失小流動(dòng)效率高。4、動(dòng)葉速度系數(shù)對(duì)透平效率影響不敏感，葉輪加工精度要求低。第5頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平單位質(zhì)量工質(zhì)所產(chǎn)生的力矩輪周功222222121221222uccuuwwH由于克服離心力所產(chǎn)生的膨脹功是無損失轉(zhuǎn)化來的第6頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平的反動(dòng)度葉輪的等熵焓降222221121222sswwuuH12sstHH第7頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平的反動(dòng)度慣性反動(dòng)度：22122221202(1)2ineruuuDcinergas1u速比221DDD輪徑比第8頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平增

3、大慣性反動(dòng)度有利與提高葉輪焓降。途徑：1、減小輪徑比（受結(jié)構(gòu)條件限制）2、增大速比（提高轉(zhuǎn)速）增大輪徑比則使其趨向軸流，取值應(yīng)小于第9頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平氣動(dòng)反動(dòng)度反映氣流在葉輪中膨脹情況沖動(dòng)式葉輪：21ww反動(dòng)度遠(yuǎn)大于相對(duì)能量損失的葉輪稱為反動(dòng)式葉輪22gasstHH 從一元流動(dòng)角度考慮葉輪應(yīng)加速膨脹，不應(yīng)設(shè)計(jì)為純沖動(dòng)式葉輪。第10頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平依靠經(jīng)驗(yàn)確定總反動(dòng)度是不可取的向心透平的總反動(dòng)度與下列參數(shù)相關(guān)：121Du、與軸流式相比增加了輪徑比第11頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平效率：第12頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章

4、 向心透平 速比在很大程度上影響向心透平的經(jīng)濟(jì)性與結(jié)構(gòu)1、高反動(dòng)度的情況下最佳效率點(diǎn)對(duì)應(yīng)速比高；2、向心透平的效率中影響因素增加了輪徑比3、與軸流透平相比，向心透平的動(dòng)葉相對(duì)能量損失、余速損失較小第13頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平氣流出口角為90度不一定對(duì)應(yīng)向心透平效率最高點(diǎn)第14頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平1、提高反動(dòng)度有利于減少靜葉流動(dòng)損失2、提高反動(dòng)度低馬赫數(shù)下難以獲得較高的速度系數(shù)3、但提高反動(dòng)度應(yīng)提高速比4、向心透平的漏氣損失與輪盤摩擦損失較大(機(jī)械效率低)第15頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平二、向心透平初步設(shè)計(jì)軸流透平設(shè)計(jì)參數(shù)：流量（給定）轉(zhuǎn)

5、速（給定）功率（給定）反動(dòng)度（選取）載荷系數(shù)（選?。﹥?nèi)效率（選?。┫蛐耐钙皆O(shè)計(jì)參數(shù)：流量（給定）轉(zhuǎn)速（給定）功率（給定）輪徑比（選取）速比（選?。﹥?nèi)效率（選取）第16頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平二、向心透平設(shè)計(jì)方案參數(shù)的選擇1、試求法2、最佳輪周效率法3、篩選法： 通過分析透平膨脹比、馬赫數(shù)、轉(zhuǎn)速、許用應(yīng)力等因素確定透平的速比及反動(dòng)度的數(shù)值第17頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平透平膨脹比和馬赫數(shù)的限制作用靜葉出口馬赫數(shù)：1、大于1流動(dòng)損失增加，且變工況性能差2、亞音速流動(dòng)馬赫數(shù)低粘性影響大不利于獲得較高的速度系數(shù) 靜葉柵出口速度受反動(dòng)度影響，若反動(dòng)度過小不利于應(yīng)用慣性力

6、作功第18頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平馬赫數(shù)對(duì)速比及反動(dòng)度的影響高膨脹比設(shè)計(jì)參數(shù)，為避免出口超音速應(yīng)選用較高反動(dòng)度；相應(yīng)的選用較高速比；根據(jù)速度系數(shù)范圍相對(duì)應(yīng)的最小、最大馬赫數(shù)確定相應(yīng)膨脹比的范圍minmax第19頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平?jīng)_角的限制作用1、徑向葉片葉輪入口葉片角等于900；2、葉輪流道中的全部能量損失中入口沖擊損失占較大比例；3、負(fù)沖角對(duì)能量損失影響較小，正沖角影響大建議沖角范圍：最大不超過：第20頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十四章 向心透平由于慣性力可抑制壓力面邊界層的發(fā)展向心透平可在較大的負(fù)沖角條件下工作；考慮向心葉輪的滑移現(xiàn)象建議采用負(fù)沖角；

7、從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度，適當(dāng)采用正沖角有助于減小速比（正沖角使氣流經(jīng)葉輪彎角增大，氣動(dòng)反動(dòng)度增加）第21頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十四章 向心透平由速度三角形關(guān)系可以看出：第22頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平速比的表達(dá)式：1111tanucos1(1)tan應(yīng)用沖角范圍可大致確定向心透平速比范圍第23頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平葉輪進(jìn)口絕對(duì)氣流角一般在1223度范圍內(nèi)高膨脹比、小流量、轉(zhuǎn)速受負(fù)荷限制的透平很難保證相對(duì)氣流角在80度以上，這種情況下應(yīng)設(shè)計(jì)成反彎葉輪。第24頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平葉輪加速因子的限制作用1、葉輪出口平均流速應(yīng)大于葉輪進(jìn)口流速2、不

8、允許在葉輪流道中出現(xiàn)局部擴(kuò)壓流動(dòng)21ww加速因子的定義第25頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平加速因子的影響因素用加速因子作校核計(jì)算可間接限定速比及反動(dòng)度的應(yīng)用范圍第26頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十四章 向心透平1、葉根加速因子的限制葉根受離心力影響最嚴(yán)重，校核葉根加速因子使其值大于1；2、結(jié)構(gòu)方面的限制葉輪應(yīng)滿足連續(xù)方程，前面所考慮的因素僅僅影響葉輪內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換過程，并未考慮質(zhì)量守恒的要求。第27頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十四章 向心透平第28頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平效率的限制作用：1、等效率線與加速因子線的走向大致相同。2、輪周效率越高位置越靠近最大速比；3、速比

9、一定，降低反動(dòng)度可提高透平的輪周效率注：在反動(dòng)度許用范圍內(nèi)最小的反動(dòng)度有利于獲得最高的輪周效率第29頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平效率：第30頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平應(yīng)用小偏差法分析對(duì)效率的影響：222222( ,)uuuuuuFDdddddDD 第31頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平靜葉速度系數(shù)的取值范圍：0.92 0.9752 (1)u忽略余速損失變化及葉輪流動(dòng)損失變化第32頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平軸流徑流的反動(dòng)度一般處于之間輪周效率的相對(duì)變化：0.85 1.10u由此可見靜葉柵速度系數(shù)相對(duì)變化與輪周效率相對(duì)變化率趨近于1第

10、33頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平動(dòng)葉速度系數(shù)對(duì)輪周效率的影響：2122111sin12cossin()uDu第34頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平特性參數(shù)對(duì)效率的影響：1、小反動(dòng)度情況下速度系數(shù)對(duì)輪周效率影響較大。2、輪周效率對(duì)葉輪速度系數(shù)不敏感，有利于采用高效的葉輪成型技術(shù)；第35頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平出口相對(duì)氣流角的影響： 出口氣流角減小效率上升，但小于35度后效率上升不明顯第36頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平輪徑比的影響：輪徑比高效率下降，輪徑比過小效率影響不明顯（）第37頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平方案設(shè)計(jì)步

11、驟：1、列出向心透平初始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)2、根據(jù)所掌握的試驗(yàn)數(shù)據(jù)選取進(jìn)口絕對(duì)氣流角、出口相對(duì)氣流角、速度系數(shù)及輪徑比注意：輪徑比的選取要考慮葉輪流量，流量小不宜采用小的輪徑比，為得到較高速比應(yīng)增加葉輪轉(zhuǎn)速第38頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平3、確定導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)形式及其氣流出口馬赫數(shù)由透平膨脹比確定反動(dòng)度取值范圍為保證機(jī)器變工況性能，導(dǎo)向葉柵出口馬赫數(shù)應(yīng)小于1對(duì)高膨脹比葉輪，可利用導(dǎo)向裝置的斜切部分獲得超音速氣流第39頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平4、根據(jù)透平工況變化情況確定氣流入口沖角需用范圍由入口沖角需用范圍及反動(dòng)度范圍確定速比注：速比決定了進(jìn)口圓周速度，進(jìn)口圓周速度的大小

12、要滿足軸承允許轉(zhuǎn)速要求及葉輪應(yīng)力要求第40頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平5、確定透平的假想膨脹速度和最大速比6、應(yīng)用加速因子校核選用的反動(dòng)度及速比是否合理加速因子應(yīng)介于12之間葉輪中不允許局部出現(xiàn)擴(kuò)壓流動(dòng)現(xiàn)象第41頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平7、應(yīng)用初步確定的參數(shù)計(jì)算向心透平的輪周效率校核計(jì)算得到的輪周效率是否滿足設(shè)計(jì)要求若不滿足要求可參考速度系數(shù)、出口氣流角、輪徑比的影響結(jié)果對(duì)初步確定的參數(shù)進(jìn)行修正。第42頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平8、進(jìn)行透平的熱力計(jì)算及通流計(jì)算，校核透平通流部分幾何尺寸是否合理，并求出透平的軸效率、功率和流量。第43頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平特性第44頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平特性第45頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平特性第46頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平特性扭矩特性斜率小于軸流透平第47頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平流量特性第48頁/共55頁葉輪機(jī)械原理第十二章 向心透平向心透平流量特性第49