(電廠培訓(xùn)泵與風(fēng)機(jī))專(zhuān)題二葉片式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論

專(zhuān)題二葉片式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論

流體流經(jīng)泵與風(fēng)機(jī)內(nèi)各過(guò)流部件的對(duì)比情況

上篇：離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理同一水平面上的A、B、C、D的壓力值大小的關(guān)系是：

因pc的下降而產(chǎn)生真空可將下液面的水從吸入管路吸進(jìn)葉輪，在葉輪不斷旋轉(zhuǎn)下，下液面的水就會(huì)不斷地由吸入管路進(jìn)入葉輪，再由壓力管路排出，從而起到輸送液體的作用。離心泵的工作原理:ABCD(a)(b)離心泵工作原理

若離心泵在啟動(dòng)前泵殼內(nèi)不是充滿(mǎn)液體而是空氣，由于空氣的密度遠(yuǎn)小于液體的密度，產(chǎn)生的離心力很小，因而葉輪中心區(qū)形成的低壓不足以將貯槽內(nèi)液體壓入泵內(nèi)，此時(shí)雖啟動(dòng)離心泵但不能夠輸送液體，這種現(xiàn)象稱(chēng)作氣縛。將離心泵和吸入管中灌滿(mǎn)液體啟動(dòng)???(通常若吸入口位于貯槽液面上方時(shí)，在吸入管路中安裝一單向底閥和濾網(wǎng)，以防止停泵時(shí)液體從泵內(nèi)流出和吸入雜物。)二、流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形

（一）流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形葉輪的軸面投影及平面投影軸面投影圖平面投影圖葉片出口寬度葉片出口直徑葉片進(jìn)口寬度葉片進(jìn)口直徑

軸面投影：它是將葉片上每一點(diǎn)繞軸線旋轉(zhuǎn)一定角度投影到同一軸面上的投影，叫軸面投影。不同葉輪型式的軸面投影徑流式混流式軸流式

平面投影：平面投影是將葉片按工程圖的做法投影到與轉(zhuǎn)軸垂直的面上。流動(dòng)分析假設(shè)（1）葉輪中的葉片為無(wú)限多無(wú)限薄，流體微團(tuán)的運(yùn)動(dòng)軌跡完全與葉片型線相重合。（2）流體為理想流體，即不考慮由于粘性使速度場(chǎng)不均勻而帶來(lái)的葉輪內(nèi)的流動(dòng)損失。（3）流體是不可壓縮的。（4）流動(dòng)為定常的，即流動(dòng)不隨時(shí)間變化。（5）流體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)是軸對(duì)稱(chēng)的流動(dòng)。葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)

葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)及速度三角形

因此，流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)是一種復(fù)合運(yùn)動(dòng)，

即：

牽連運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)絕對(duì)運(yùn)動(dòng)

速度三角形的計(jì)算下標(biāo)說(shuō)明流體在葉片進(jìn)口和出口處的情況，分別用下標(biāo)“1、2”表示；下標(biāo)“”表示葉片無(wú)限多無(wú)限薄時(shí)的參數(shù)；絕對(duì)速度角相對(duì)流動(dòng)角y葉片安裝角

（二）葉輪流道內(nèi)任意點(diǎn)速度的計(jì)算

1、圓周速度u為：

2、相對(duì)速度的w方向或角。當(dāng)葉片為無(wú)限多時(shí)，相對(duì)速度w

的方向與葉片相應(yīng)點(diǎn)切線方向一致，即

三、能量方程及其分析離心泵與風(fēng)機(jī)的基本方程式

是應(yīng)用動(dòng)量矩定理推導(dǎo)得到的理想流體通過(guò)離心式泵和風(fēng)機(jī)的理想葉輪所獲得能量的定量計(jì)算式。理想流體，理想葉輪

理想流體是指無(wú)粘性的沒(méi)有能量損失的不可壓縮的流體。理想葉輪是指葉片數(shù)無(wú)限多，葉片厚度無(wú)限薄的葉輪

能量方程及其分析——?jiǎng)恿烤囟ɡ韺?dǎo)出

單位重力流體流經(jīng)葉輪時(shí)所獲得的能量，即無(wú)限多葉片時(shí)的理論能頭HT

為：（Pa）單位體積流體流經(jīng)葉輪時(shí)所獲得的能量，即無(wú)限多葉片時(shí)

的理論能頭pT

為：上兩式對(duì)軸流式葉輪也成立，故稱(chēng)其為葉片式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程式，又稱(chēng)歐拉方程式（Euler.L，1756.）。(m)

能量方程式的分析

避開(kāi)了流體在葉輪內(nèi)部復(fù)雜的流動(dòng)問(wèn)題，只涉及葉輪進(jìn)、出口處流體的流動(dòng)情況,把葉輪對(duì)流體所作的功與流體運(yùn)動(dòng)參數(shù)聯(lián)系起來(lái)（1）、分析方法上的特點(diǎn):（２）、理論能頭與被輸送流體密度的關(guān)系:

因及取決于進(jìn)出口速度三角形，取決于液體的種類(lèi),所以，僅與葉輪進(jìn)出口速度三角形有關(guān)，而與液體的種類(lèi)無(wú)關(guān)。不僅與葉輪進(jìn)出口速度三角形有關(guān)，而且與氣體種類(lèi)有關(guān)。

（3）、提高無(wú)限多葉片時(shí)理論能頭的幾項(xiàng)措施：①1u反映了泵與風(fēng)機(jī)的吸入條件。設(shè)計(jì)時(shí)一般盡量使1≈90（1u0），（離心式葉輪——葉片進(jìn)口近似為徑向；軸流式葉輪——葉片進(jìn)口近似為軸向）。②增大葉輪外徑和提高葉輪轉(zhuǎn)速。因u2=D2n/60，故D2和nHT。（Pa）

(m)D2和n有限制嗎？

③2u提高，有利于理論能頭提高（與葉片出口安裝角有關(guān)）（4）、能量方程式的第二形式：

由葉輪葉片進(jìn)、出口速度三角形可知：其中i=1或

i=2，將上式代入理論揚(yáng)程HT

的表達(dá)式，得：

第一項(xiàng)表示流體在葉輪內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力所做的功；第二項(xiàng)表示由于葉道展寬，相對(duì)速度降低而獲得的壓能；第三項(xiàng)表示動(dòng)壓水頭增量能量方程式的第二形式

第一部分Hst：共同表示了流體流經(jīng)葉輪時(shí)靜能頭的增加值

第二部分Hd：表示流體流經(jīng)葉輪時(shí)動(dòng)能頭的增加值四、離心式葉輪葉片型式的分析葉片出口安裝角：2y=（葉片出口切向，-

u2）β2a<90°（后彎式葉片）β2a=90°（徑向式葉片）β2a>90°（前彎式葉片）(一)葉片出口安裝角，對(duì)理論揚(yáng)程的影響以進(jìn)入葉輪時(shí)，其理論揚(yáng)程為分析條件：相同葉輪內(nèi)外徑、轉(zhuǎn)速、葉片進(jìn)口安裝角、流量1、β2a=90°（徑向式葉片）以進(jìn)入葉輪時(shí)，其理論揚(yáng)程為2、β2a<90°（后彎式葉片）以進(jìn)入葉輪時(shí)，其理論揚(yáng)程為3、β2a>90°（前彎式葉片）以進(jìn)入葉輪時(shí)，其理論揚(yáng)程為葉片出口安裝角，對(duì)理論揚(yáng)程的影響1、β2a<90°（后彎式葉片）2、β2a=90°（徑向式葉片）3、β2a>90°（前彎式葉片）隨葉片出口安裝角度的增加，流體從葉輪獲得的能量越大。因此，前彎式葉片所產(chǎn)生的揚(yáng)程最大，徑向式葉片次之，后彎式葉片最小。(二)葉片出口安裝角對(duì)靜揚(yáng)程及動(dòng)揚(yáng)程的影響

反作用度表示靜揚(yáng)程在總揚(yáng)程中所占的比例，即推導(dǎo)后得：(二)葉片出口安裝角對(duì)靜揚(yáng)程及動(dòng)揚(yáng)程的影響現(xiàn)用反作用度，對(duì)三種葉片型式進(jìn)行分析1、當(dāng)時(shí)，動(dòng)揚(yáng)程為零。2、當(dāng)時(shí)，

表明徑向式葉片流體獲得的總揚(yáng)程中，靜揚(yáng)程及動(dòng)揚(yáng)程各為1/2。3、當(dāng)

時(shí)，流體獲得的總揚(yáng)程全部為動(dòng)揚(yáng)程，靜揚(yáng)程為零。幾種葉片形式的比較（1）從流體所獲得的揚(yáng)程看，前向葉片最大，徑向葉片稍次，后向葉片最小。（2）從效率觀點(diǎn)看，后向葉片最高，徑向葉片居中，前向葉片最低。（3）從結(jié)構(gòu)尺寸看，在流量和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，達(dá)到相同的壓力前提下，前向葉輪直徑最小，而徑向葉輪直徑稍次，后向葉輪直徑最大。（4）從工藝觀點(diǎn)看，徑向（直）葉片制造最簡(jiǎn)單。因此，大功率的泵與風(fēng)機(jī)一般用后向葉片較多。如果對(duì)泵與風(fēng)機(jī)的壓力要求較高，而轉(zhuǎn)速或圓周速度又受到一定限制時(shí)，則往往選用前向葉片。從摩擦和積垢角度看，選用徑向直葉片較為有利。

葉片出口安裝角的選用原則

（1）為了提高泵與風(fēng)機(jī)的效率和降低噪聲，工程上對(duì)離心式泵均采用后向式葉輪；

（2）為了提高壓頭、流量、縮小尺寸，減輕重量，工程上對(duì)小型通風(fēng)機(jī)也可采用前向式葉輪；

（3）由于徑向式葉輪防磨、防積垢性能好，所以，可用做引風(fēng)機(jī)、排塵風(fēng)機(jī)和耐磨高溫風(fēng)機(jī)等。

五、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)

實(shí)際上葉輪中的葉片是有限數(shù)量的AAAA軸向渦流無(wú)限葉片數(shù)有限葉片數(shù)

1、無(wú)限葉片數(shù)的理解葉片型線嚴(yán)格控制流體流動(dòng)。

2、有限葉片數(shù)的理解葉片型線不能完全控制流體流動(dòng)。AA軸向渦流試驗(yàn)

3、軸向渦流

流體(理想)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的容器，由于其慣性產(chǎn)生一個(gè)與旋轉(zhuǎn)容器反向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。流體在葉輪流道中的流動(dòng)軸向渦流無(wú)限葉片數(shù)有限葉片數(shù)AA五、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)出口速度三角形變化由于流體分布不均勻，出口速度三角形由△abc變?yōu)椤鱝bd有限葉片葉輪進(jìn)出口速度三角形的變化由于軸向渦流使速度產(chǎn)生滑移，導(dǎo)致，使有限葉片葉輪的理論揚(yáng)程下降。（m）（m）六、粘性流體對(duì)能量方程式的修正實(shí)際（粘性）流體——流動(dòng)效率修正對(duì)于泵：對(duì)于風(fēng)機(jī)：七、流體進(jìn)入葉輪前的預(yù)旋

預(yù)旋可分為強(qiáng)制預(yù)旋和自由預(yù)旋。（一）強(qiáng)制預(yù)旋強(qiáng)制預(yù)旋是由結(jié)構(gòu)上的外界因素造成的。強(qiáng)制預(yù)旋時(shí)，流量保持不變，即軸面速度保持不變。

正預(yù)旋改善流動(dòng)，理論揚(yáng)程降低，提高抗汽蝕性能，提高效率。負(fù)預(yù)旋理論揚(yáng)程增加，但抗汽蝕性能下降，效率降低。

（二）自由預(yù)旋自由預(yù)旋與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，而是由于流量的改變?cè)斐傻??；灸芰糠匠淌搅黧w徑向流入葉輪，

對(duì)基本方程式進(jìn)行修正的關(guān)系式

立式軸流泵電動(dòng)機(jī)位置較高，沒(méi)有被水淹沒(méi)的危險(xiǎn)，這樣其葉輪可以布置得更低，淹沒(méi)到水中，啟動(dòng)時(shí)可無(wú)需灌水或抽真空吸水。

下篇：軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論一、軸流式葉輪的軸面投影圖和平面投影圖

二、流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)及速度三角形圓柱坐標(biāo)（徑向、軸向、周向）軸流式葉輪的流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，常做如下假設(shè)：圓柱層無(wú)關(guān)性假設(shè),即認(rèn)為葉輪中流體微團(tuán)是在以泵與風(fēng)機(jī)的軸線為軸心線的圓柱面（稱(chēng)為流面）上流動(dòng)，且相鄰兩圓柱面上的流動(dòng)互不相干，也就是說(shuō)，在葉輪的流動(dòng)區(qū)域內(nèi)，流體微團(tuán)不存在徑向分速。流體是不可壓縮的。圓柱面機(jī)翼型葉片的橫截面稱(chēng)為翼型，它具有一定的幾何型線和一定的空氣動(dòng)力特性。

由相同翼型等距排列的翼型系列稱(chēng)為葉柵。這種葉柵稱(chēng)為平面直列葉柵（一）平面直列葉柵

翼型的幾何參數(shù)1.骨架線2.前（后）緣點(diǎn)3.弦長(zhǎng)4.翼展5.展弦比6.彎度7.厚度8.沖角9.前（后）駐點(diǎn)1、翼型的主要幾何參數(shù)

1）骨架線。

通過(guò)翼型內(nèi)切圓圓心的連線，稱(chēng)為骨架線或中弧線。

2）前緣點(diǎn)、后緣點(diǎn)。骨架線與型線的交點(diǎn)，前端稱(chēng)前緣點(diǎn)，后端稱(chēng)后緣點(diǎn)。

3）弦長(zhǎng)b.前緣點(diǎn)與后緣點(diǎn)連接的直線稱(chēng)翼弦。翼弦的長(zhǎng)度稱(chēng)為弦長(zhǎng)

4）翼展L。垂直于紙面方向葉片的長(zhǎng)度稱(chēng)為翼展。

5）展弦比。翼展與弦長(zhǎng)之比L/b，稱(chēng)為展弦比。

6）彎度f(wàn)。弦長(zhǎng)到骨架線的距離，稱(chēng)為彎度（撓度）。——最大撓度

7）厚度￡。翼型上下表面之間的距離稱(chēng)為翼型厚度。——最大厚度

8）沖角a。翼型前來(lái)流速度的方向與弦長(zhǎng)的夾角稱(chēng)為沖角。——沖角在翼弦以下時(shí)為正沖角示，以上時(shí)為負(fù)沖角。

9）前駐點(diǎn)、后駐點(diǎn)。

來(lái)流接觸翼型后，開(kāi)始分離的點(diǎn)(此點(diǎn)速度為零)，稱(chēng)前駐點(diǎn)；流體繞流翼型后匯合的點(diǎn)(此點(diǎn)速度也為零)，稱(chēng)后駐點(diǎn)。2．葉柵及其主要的幾何參數(shù)(1)列線或額線葉柵中翼型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的連線。(2)柵距在葉柵的圓周方向上，兩相鄰翼型對(duì)應(yīng)點(diǎn)的距離。(3)軸線與列線相垂直的直線。(4)葉柵稠度弦長(zhǎng)與柵距之比。(5)葉片安裝角βa

弦長(zhǎng)與列線之間的夾角。(6)流動(dòng)角β1、β2

葉柵進(jìn)、出口處相對(duì)速度方向和圓周速度反方向之間的夾角。（二）、速度三角形與離心式葉輪比較，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：在同一半徑上葉柵前后的圓周速度相等，即u1=u2=u，并且由于流體流動(dòng)的連續(xù)性及不可壓假設(shè)，葉柵前后相對(duì)速度和絕對(duì)速度的軸向分量也相等，即w1a=w2a=wa=1a=2a=a

。因此可將進(jìn)、出口速度三角形畫(huà)在一起

翼型進(jìn)口及出口速度三角形的重疊三、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程離心式泵與風(fēng)機(jī)的能量方程同樣適用于軸流式泵與風(fēng)機(jī)中：在同一半徑上，葉輪進(jìn)、出口速度三角形中u1=u2=u，且1a=2a=a所以：又：得：

軸流泵

能量方程的分析：1.因?yàn)閡1=u2=u，所以軸流式的泵與風(fēng)機(jī)的揚(yáng)程遠(yuǎn)低于離心式