能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)-葉輪機(jī)械基本理論

能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》第一節(jié)葉輪機(jī)械的典型結(jié)構(gòu)單級(jí)汽輪機(jī)

《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》工作原理葉輪內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程:cm

cu

c

以軸流式葉輪為例葉片式機(jī)器的特點(diǎn)：

具有一個(gè)帶有葉片的轉(zhuǎn)子(葉輪impeller或轉(zhuǎn)輪runer)；工作時(shí)介質(zhì)對(duì)葉片連續(xù)繞流；介質(zhì)作用于葉片的力是慣性力；《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》

殼體與靜止葉柵（靜葉）轉(zhuǎn)輪（動(dòng)葉）

導(dǎo)葉（靜葉）

流線(xiàn)

《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》多級(jí)汽輪機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》汽輪機(jī)靜葉《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》汽輪機(jī)葉輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》汽輪機(jī)葉片《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》渦輪增壓器空氣進(jìn)口壓縮機(jī)葉輪擴(kuò)壓器燃?xì)膺M(jìn)口渦輪機(jī)噴嘴渦輪燃?xì)獬隹凇赌茉磁c動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》風(fēng)力發(fā)電《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》可逆式機(jī)組《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》蝸殼《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》水泵水輪機(jī)過(guò)流部件造型《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流式水輪機(jī)渦殼固定導(dǎo)葉活動(dòng)導(dǎo)葉葉輪水導(dǎo)軸承上導(dǎo)軸承推力軸承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》燈泡貫流《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》沖擊式水輪機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》沖擊式轉(zhuǎn)輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》單級(jí)單吸懸臂式離心泵葉輪泵體（蝸殼）泵蓋懸架（軸承支架）軸《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》節(jié)段式多級(jí)泵中段進(jìn)水段出水段導(dǎo)葉葉輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》鍋爐給水泵《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》雙吸泵《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》離心風(fēng)機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流風(fēng)機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》多級(jí)離心壓縮機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流離心壓縮機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》二、葉輪的配置方式、級(jí)的概念多級(jí)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》多流《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》第二節(jié)流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)分析一、葉片形狀及其表達(dá)方法《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》汽輪機(jī)和壓縮機(jī)葉片《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》徑流式（離心式）葉輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》斜流式葉輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流式葉輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》葉片表面方程：＝（r，z）工程中表達(dá)葉片表面的方法：投影圖圓柱坐標(biāo)系中的投影方法：旋轉(zhuǎn)投影軸面投影＋平面投影《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》葉輪的軸面投影圖：反映了葉輪的總體尺寸和特征葉片投影圖《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸面投影《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸面投影《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》徑流式：圓環(huán)面（平面）流線(xiàn)和流面《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流式：圓柱面

展開(kāi)成平面流線(xiàn)和流面《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸面過(guò)流面積的計(jì)算：徑流和軸流式葉輪《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》二、速度矢量在圓柱坐標(biāo)系中的分解c＝cr+cz+cu=cm+cucm=cr+cz

cm流量cu能量頭《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》三、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度三角形絕對(duì)速度c

牽連速度（圓周速度）u

相對(duì)速度w

cuwc=u+w《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流式葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)合成《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》靜止與運(yùn)動(dòng)部件中的運(yùn)動(dòng)軌跡軸面投影平面投影《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》泵、離心風(fēng)機(jī)軸面速度的關(guān)系：

cm＝wm圓周速度的關(guān)系：

u＝cu－wu相對(duì)流動(dòng)角

絕對(duì)流動(dòng)角

水輪機(jī)《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》軸流風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)軸流泵速度三角形的表達(dá)方法《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》第四節(jié)靜止過(guò)流部件1、原動(dòng)機(jī)的噴嘴和導(dǎo)葉噴嘴用于沖擊式《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》汽輪機(jī)靜葉《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》導(dǎo)葉用于反擊式原動(dòng)機(jī)中調(diào)節(jié)流量形成（也可改變）cu1活動(dòng)導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)作用《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》不同翼型的導(dǎo)葉

a）負(fù)曲率導(dǎo)葉b）對(duì)稱(chēng)形導(dǎo)葉c）正曲率導(dǎo)葉

《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》2、蝸殼《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》工作機(jī)蝸殼《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》幾點(diǎn)假設(shè)：絕熱過(guò)程，對(duì)固定元件為絕能流動(dòng),葉輪中，只通過(guò)葉片輸入（出）機(jī)械功。穩(wěn)定（定常）流動(dòng)亞音速介質(zhì)為理想氣體或液體第五節(jié)一元流動(dòng)分析《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》一、滯止參數(shù)（對(duì)可壓縮介質(zhì)）2、總水頭（對(duì)不可壓縮介質(zhì)）總能量機(jī)械能機(jī)械能

《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》靜止流道中工質(zhì)參數(shù)的變化可壓縮介質(zhì)：不考慮流動(dòng)損失時(shí)：T*、h*、p*=const考慮流動(dòng)損失時(shí)：T*、h*=const，p*降低不可壓縮介質(zhì)：不考慮流動(dòng)損失時(shí)：H*,p*=const考慮流動(dòng)損失時(shí)：H*,p*降低

二、級(jí)中流體參數(shù)的變化（級(jí)工作原理概述）1、單級(jí)離心壓縮機(jī)、通風(fēng)機(jī)(泵)=cp(T2-T1)+0.5(c22-c12)=

h2*-h1*=cp(T2*-T1*)由能量方程式：W=∫dp/ρ+0.5(c22-c12)+g(z2-z1)+∑δW滯止壓力p*=p+ρc2/2

加速加減接近等速功速2、單級(jí)軸流水輪機(jī)（原動(dòng)機(jī)）：活動(dòng)導(dǎo)葉葉輪擴(kuò)壓器固定導(dǎo)葉速度總水頭靜水頭δHhyh等速加速減速減速3、反動(dòng)式汽輪機(jī)

(9級(jí))工質(zhì)的絕對(duì)速度c有9次增加后又降低的過(guò)程（進(jìn)入導(dǎo)葉噴嘴速度增大，葉輪中速度下降），而靜焓、壓力隨流動(dòng)方向逐步下降。動(dòng)葉靜焓h壓力p速度C轉(zhuǎn)軸機(jī)殼靜葉三.級(jí)和機(jī)器的性能參數(shù)性能參數(shù)流量:質(zhì)量qm(kg/s),容積qv(m3/s,m3/M,m3/h)能量頭有關(guān)量:h(J/kg)，焓差，壓力(膨脹)比等經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)量:效率η等總能量:功率P(J/s)有時(shí)還有噪聲、轉(zhuǎn)速等量關(guān)聯(lián)式：P=hqm/η(工作機(jī))P=hqm*η(原動(dòng)機(jī))1.能量頭有關(guān)量:能量頭h(J/kg)，功w(J/kg)，焓差Δh

(J/kg),揚(yáng)程H（m）,壓力差Δp

(N/m2),

壓力(或膨脹)比，J/kg=Nm/kg=kg(m/s2)m/kg=(m/s2)m;h=gHJ/kg=Nm/kg=(N/m2)/(kg/m3);h=Δp/ρH=h/gΔp=ρh輪盤(pán)摩擦損失輪盤(pán)摩擦損失內(nèi)泄露損失δhrδhv◆內(nèi)總能量頭

htot(hi)

=hth±

非流道損失(如δhv+δhr)=有效能變化±δhhyh±

非流道損失(如δhv+δhr)hs原動(dòng)機(jī)he工作機(jī)流動(dòng)損失δhhyh

外泄露損失δhvo

內(nèi)泄露損失δhv

輪盤(pán)摩擦損失δhr

軸承摩擦損失δhm

原動(dòng)機(jī)hehpolhthhtot用圖表示各種能量頭和損失的關(guān)系<

hth<htot<he

he<hu<hi<huhi、◆與外界交換的總能量頭

he=htot(hi)

±

外部損失能量頭：多變能量頭hpol、等熵能量頭hs

理論能量頭hth、輪周功hu

總能量頭htot(hi)、he等注：用焓差表示能量頭：等熵焓降Δhs=等熵能量頭hs

有效焓降Δhn=輪周功hu

總焓降Δht等=總能量頭htot(hi)、he等流體有效理論實(shí)際交換能(機(jī)械功)=流體有效能變化±有關(guān)損失

=不同定義的能量頭;原動(dòng)機(jī)取-，工作機(jī)取+《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》流體機(jī)械中能量損失的分類(lèi)1、流動(dòng)損失（水力損失）H（或h、p）摩擦損失、沖擊損失、分離損失、二次流損失、葉端損失本質(zhì)上是壓力損失2、容積損失qV

本質(zhì)上是流量損失3、機(jī)械損失 本質(zhì)上是力矩(功率）損失損失分類(lèi)損失內(nèi)容有效能變化交換能效率總

損

失

δht內(nèi)部損失

δhi

流道損失

水力損失δhhyh

原動(dòng)機(jī)

hs工作機(jī)hpol

huhth輪周效率ηu流動(dòng)效率ηhyh

內(nèi)效率ηi多變效率ηpol

外部效率ηe

非流道損失級(jí)內(nèi)露損失δhv

輪阻損失δhr等hihtot外部損失δhe

外露損失

δhvohehe機(jī)械損失

軸承等摩擦損失δhm

2.效率和損失的分類(lèi)效率η=得到能量/消耗能量；原動(dòng)機(jī)得到機(jī)械功，工作機(jī)消耗機(jī)械功《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》反作用度的定義動(dòng)能：勢(shì)（靜壓）能：反作用度：簡(jiǎn)化計(jì)算（cmp＝cms，cus＝0）《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》流體機(jī)械按反作用度的分類(lèi)１、沖擊式（沖動(dòng)式）流體機(jī)械（原動(dòng)機(jī)）軸流式機(jī)器等壓作用《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》2、反擊式流體機(jī)械(Ω>0)過(guò)壓作用《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》假定Z＝∞

→2＝b2應(yīng)用速度三角形可得：cu2∞→hth∞實(shí)際上，Z≠∞

→2≠b2第六節(jié)有限葉片數(shù)的影響《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》2≠b2（滑移現(xiàn)象）的原因：1、慣性作用對(duì)工作機(jī)：cu2指向－u，2＜b2

《能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論》對(duì)原動(dòng)機(jī)：c