泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論

1、第一章 泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論第一節(jié) 離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論第二節(jié) 軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論1第一節(jié) 離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)和速度三角形能量方程及其分析離心式葉輪葉片型式的分析有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)滑移系數(shù)和環(huán)流系數(shù)2一 、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理 封閉葉輪中的流體微團(tuán)葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)流體旋轉(zhuǎn)離心力作用使流體獲得能量34對不可壓縮流體，積分當(dāng)葉輪不封閉時(shí)：流體將流出葉輪，并在入口產(chǎn)生真空吸入流體，形成連續(xù)流動(dòng)。5二、流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形(一) 速度三角形兩點(diǎn)假設(shè)(1) 葉片數(shù)為無限多，無限簿運(yùn)動(dòng)軌跡與葉片的形狀重合相對速度為葉片的切線方向 (2

2、) 葉輪中的流體為無粘性流體 2 兩個(gè)面 軸面：過軸線的平面 平面：垂直于軸線的平面63 三個(gè)速度 圓周速度u 葉輪帶動(dòng)流體的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度，又稱牽連速度 相對速度w 流體相對于葉輪的運(yùn)動(dòng) 絕對速度v 流體相對于機(jī)殼的絕對運(yùn)動(dòng)速度 v=u+w74 速度三角形Vm, 絕對速度在軸面上的分量，軸面速度Vu，絕對速度在圓周方向上的分量，圓周分速度，流動(dòng)角，相對速度與圓周速度反方向的夾角a，葉片安裝角，葉片切線與圓周速度反方向的夾角 a8（二）葉輪流道內(nèi)任意點(diǎn)速度的計(jì)算1 圓周速度u 2 軸面速度 圓周上的厚度 排擠系數(shù)93流動(dòng)角 無窮多葉片： a10三、能量方程1 動(dòng)量矩定律 在定常流動(dòng)中，單位時(shí)間內(nèi)

3、流體質(zhì)量的動(dòng)量矩變化，等于作用在該流體上的外力矩。 進(jìn)出口動(dòng)量矩動(dòng)量矩變化 11力矩作的功率流體通過無窮多葉片葉輪所獲能量揚(yáng)程風(fēng)壓12 能量方程的分析HT與流體的種類和性質(zhì)無關(guān)，功率與密度有關(guān)；當(dāng)提高n， 可提高HT 提高D2，可提高HT 提高v 2u ，可提高HT13(4) 能量方程的新形式由速度三角形能量方程動(dòng)揚(yáng)程靜揚(yáng)程14四、離心式葉輪葉片型式的分析(a) 2a90，前彎式葉片15當(dāng)190時(shí)，能量方程式為而有16 最小出口安裝角2amin 2a =90 最大出口安裝角2amax 2 90 V2u =2u217（一）葉片出口安裝角對理論揚(yáng)程的影響1 2a90（前彎式葉片）18反作用度v2m

4、 v1m,徑向流入v1u=0（二）出口安裝角對靜揚(yáng)程和動(dòng)揚(yáng)程的影響19不同葉片型式的反作用度 1 后彎式 2a 2amin，v2u=0 = 1，動(dòng)靜揚(yáng)程均為0 后彎式葉片： 11/22 徑向式 2a90, v2u=u2 = 1/2，動(dòng)靜揚(yáng)程各占一半 3 前彎式 2a 2amax ， v2u=2u2 = 0，只有動(dòng)揚(yáng)程，沒有靜揚(yáng)程 前彎式葉片： 01/220不同葉片型式的分析后彎式葉片 流道長，出口絕對速度小 能量損失小、效率高、噪聲低 總揚(yáng)程較小，需較大葉輪和較高轉(zhuǎn)速 離心泵2a 2030, 離心風(fēng)機(jī)2a 4060徑向式葉片 流道短，通暢，流動(dòng)損失較小 出口絕對速度高，能量損失較大，效率低于后

5、彎式、噪聲較高 總揚(yáng)程較高，制造簡單，不易染塵 通風(fēng)機(jī)或排塵風(fēng)機(jī)2a 90前彎式葉片 流道短，葉片彎曲大 能量損失大、效率低、噪聲低 總揚(yáng)程較高，需較小葉輪和較低轉(zhuǎn)速 低壓通風(fēng)機(jī)2a 9015521粗略計(jì)算 離心水泵 K=0.81.0 離心風(fēng)機(jī) K=0.80.8522例題 1蝸殼式離心泵 n=1450r/min, qvT=0.09m3/s, D2=400mm, D1=140mm, b2=20mm 2a=25o, z=7, v1u=0 求: HT和HT求解思路 先求得 通過經(jīng)驗(yàn)公式得到環(huán)流系數(shù)K 最后求 23 解：24（1） 根據(jù)斯托道拉公式（2）根據(jù)普弗列德爾公式25第二節(jié) 軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉

6、輪理論一 概述 (1) 流量大，揚(yáng)程小 (2) 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、小而輕 (3) 動(dòng)葉可調(diào)軸流泵與風(fēng)機(jī)效率高 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝精度高 (4) 噪聲大，大型風(fēng)機(jī)需裝消聲器 (5) 鍋爐送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和 循環(huán)水泵都普遍采用軸流式26二、葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形復(fù)雜的三維流動(dòng): 圓周分速 軸向分速 徑向分速：小，可忽略流面： 徑向分速為0 圓柱面上的流動(dòng)271 平面直列葉柵 翼型：r及rdr的同心圓柱面截葉片所得 葉柵：將翼型展開在一個(gè)圓柱截面上 葉輪內(nèi)的流動(dòng)簡化為葉柵中繞翼型的流動(dòng) 列線 BB AA 柵距t柵軸，與列線垂直的直線 稠度 安裝角a28翼 型(1)骨架線：翼形內(nèi)切圓心連線(2)前緣點(diǎn)，后緣

7、點(diǎn) (3)翼弦與弦長b(4) 翼展l，葉片在徑向上的長度(5) 展弦比， l/b(6) 彎度或撓度f，翼弦到骨架線的距離， f/b，相對彎度，fmax最大彎度，fmax/b，最大相對彎度(7) 厚度 (8) 沖角(9) 前駐點(diǎn)，來流接觸翼形開始分離的點(diǎn)，速度為0 后駐點(diǎn)， 繞流翼型后匯合的點(diǎn)，速度為0292 速度三角形排擠系數(shù)圓周分速31（2）出口速度三角形 圓周速度 軸向速度 圓周分速度32進(jìn)出口速度三角形無窮遠(yuǎn)來流的相對速度33三、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的升力理論1 孤立翼型的空氣動(dòng)力特性 翼型上升力和阻力與翼型的幾何形狀及氣流參數(shù)的關(guān)系34 升力 儒可夫斯基升力定理：單位翼型上的升力Fy1 速度

8、環(huán)量：速度矢量在某一封閉周界切線上投影沿著該周界的線積分，對于葉輪，即為設(shè)計(jì)流線上某點(diǎn)的圓周分速度與該點(diǎn)所在位置圓周長度之積。 翼展l的翼型，升力35阻力 摩擦阻力：較小 壓差阻力：附面層分離，較大，機(jī)翼型葉片減小阻力 升力角36空氣動(dòng)力特性曲線空氣動(dòng)力特性曲線 cy1和cx1與的關(guān)系曲線 升力和阻力系數(shù)與幾何形狀及來流的沖角有關(guān) 空氣動(dòng)力特性曲線由風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)求得 大沖角附面層分離37極曲線 以升力系數(shù)為縱坐標(biāo)，阻力系數(shù)為橫坐標(biāo)的曲線極線 原點(diǎn)與曲線上點(diǎn)的連線斜率為升阻比效率最高點(diǎn) 斜率最大點(diǎn) 最大升阻比翼型的極曲線38儒可夫斯基升力定理成立 翼型間相互影響 用w代替v升力和阻力2 葉柵翼型的空

9、氣動(dòng)力特性39翼型葉柵的修正系數(shù)L 與相對柵距t/b和a有關(guān) 借用等價(jià)平板葉柵等價(jià)平板葉柵 C為骨架線中點(diǎn) AD 垂直于 AB AB即為等價(jià)平板，構(gòu)成葉柵 ba為等價(jià)平板的弦長平板直列葉柵40升力系數(shù)cy 修正系數(shù)L 翼型的升力系數(shù)cy1 取平板的升力系數(shù)阻力系數(shù)cx 阻力系數(shù)小翼型葉柵升力系數(shù)與阻力系數(shù)411 由動(dòng)量矩定理推導(dǎo)能量方程動(dòng)量矩定理成立，可用離心式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程 相同扭速的軸流泵與風(fēng)機(jī)有相同的揚(yáng)程軸流泵能量方程軸流風(fēng)機(jī)能量方程3、能量方程式42軸流式泵與風(fēng)機(jī)能量方程能量方程分析： (1) u1=u2，總能量小 (2) 1= 2時(shí)，HT=0, 1w2，才能獲得更高的壓力能 葉輪入口斷面小于出口斷面 采用進(jìn)口為圓形的機(jī)翼型葉片 (4) 不足 不能反映出總能量與翼型及葉柵幾何參數(shù)的關(guān)系 不能用于設(shè)計(jì)計(jì)算43六、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本類型44(1) 單個(gè)葉輪沒有導(dǎo)葉 v2u0，出口處有圓周分速 能量損失大，適用于低壓軸流風(fēng)機(jī)(2) 單個(gè)葉輪后置導(dǎo)葉 消除出口圓周分速 部分旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓力能 損失小，效率高，適用于高壓軸流式泵與風(fēng)機(jī)(3) 前置導(dǎo)葉單個(gè)葉輪 進(jìn)口負(fù)預(yù)旋、速度大，損失較大 葉輪所獲能量大，可減小體積 變工況時(shí)的沖角變化小，效率變化不大 可調(diào)葉片時(shí)，工況變化小 適用于軸流風(fēng)機(jī)，水泵因?yàn)槠g