礦山機械第二章

礦山機械-第二章2024/3/25礦山機械第二章返回礦山機械第二章返回礦山機械第二章返回礦山機械第二章二、機殼

由蝸殼、進風(fēng)口和風(fēng)舌等零部件組成。1）蝸殼蝸殼是由蝸板和左右兩塊側(cè)板焊接或咬口而成。作用：是收集從葉輪出來的氣體；引至蝸殼的出風(fēng)口，把風(fēng)輸送到管道中或排到大氣；有的風(fēng)機將風(fēng)的一部分動壓通過蝸殼轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓。2）進風(fēng)口進風(fēng)口又稱集風(fēng)器，它保證氣流能均勻地充滿葉輪進口，使氣流流動損失最小。離心式泵與風(fēng)機的進口有圓筒形，圓錐形、弧形、錐筒形、弧筒形、錐弧形等多種。如圖示。返回繼續(xù)礦山機械第二章返回礦山機械第二章三．進氣箱一般只在大型或雙吸的離心式風(fēng)機上使用。四．前導(dǎo)器在大型離心式風(fēng)機或要求性能調(diào)節(jié)的風(fēng)機的進風(fēng)口或進風(fēng)口的流道內(nèi)裝置前導(dǎo)器。前導(dǎo)器有軸向式和徑向式兩種。五、擴散器擴散器裝于風(fēng)機機殼出口處，其作用是降低出口流體速度，使部分動壓轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓，有圓形截面和方形截面兩種。礦山機械第二章2.1.2離心式水泵的基本結(jié)構(gòu)（如圖）一．葉輪

葉輪分為單吸葉輪和雙吸葉輪兩種；目前多采用鑄鐵、鑄鋼和青銅制成；葉輪按其蓋板情況又可分為封閉式葉輪、敞開式葉輪和半開式葉輪三種形式，如圖所示。二．泵殼三、泵座四、軸封裝置礦山機械第二章返回礦山機械第二章返回礦山機械第二章2.1.3離心式泵與風(fēng)機的工作原理泵腔內(nèi)注滿液體葉輪隨原動機的軸轉(zhuǎn)時，葉片間的流體也隨葉輪高速旋轉(zhuǎn)，受到離心力的作用，被甩出葉輪的出口。被甩出的流體擠入機（泵）殼后，機（泵）殼內(nèi)流體壓強增高，最后被導(dǎo)向泵或風(fēng)機的出口排出。同時，葉輪中心由于流體被甩出而形成真空，外界的流體在大氣壓的作用下，沿泵或風(fēng)機的進口吸入葉輪，如此源源不斷地輸送流體。礦山機械第二章2.2離心式葉輪的基本方程—歐拉方程2.2.1絕對速度與相對速度絕對速度是指運動物體相對于靜止參照系的運動速度；相對速度則是指運動物體相對于運動參照系的速度；牽連速度是指運動參照系相對于靜止參照系的速度。礦山機械第二章2.2.2流體在葉輪中的運動與速度三角形當葉輪旋轉(zhuǎn)時，在葉片進口“1”或出口“2”處，流體一方面隨葉輪旋轉(zhuǎn)作圓周牽連運動，其圓周速度為u；見圖。另一方面又沿葉片方向作相對流動，其相對速度為w；流體在進、出口處的絕對速度v應(yīng)為w與u兩者之矢量和。礦山機械第二章為了便于分析，將絕對速度v分解為與流量有關(guān)的徑向分速度vr和與壓力有關(guān)的切向分速vu。徑向分速度的方向與半徑方向相同，切向分速與葉輪的圓周運動方向相同。將上述流體質(zhì)點諸速度共同繪制在一張速度圖上（如圖），就是流體質(zhì)點的速度三角形圖。速度v和u之間的夾角叫做葉片的工作角α，β為安裝角。礦山機械第二章返回礦山機械第二章返回礦山機械第二章2.2.3離心式泵與風(fēng)機的基本方程—歐拉方程假定把它當做一元流動來討論，也就是用流束理論進行分析。這些基本假定是：（1）流動為恒定流（定常流動）（2）流體為不可壓縮流體（3）葉輪的葉片數(shù)目為無限多，葉片厚度為無限?。?）流體在整個葉輪中的流動過程為一理想過程，即泵與風(fēng)機工作時沒有任何能量損失對于那些與實際情況不符的地方，對計算結(jié)果再逐步加以修正。礦山機械第二章2.2.4流體在葉輪中的運動與速度三角形當葉輪旋轉(zhuǎn)時，在葉片進口“1”或出口“2”處，流體一方面隨葉輪旋轉(zhuǎn)作圓周牽連運動，其圓周速度為u；見圖。另一方面又沿葉片方向作相對流動，其相對速度為w；流體在進、出口處的絕對速度v應(yīng)為w與u兩者之矢量和。礦山機械第二章為了便于分析，將絕對速度v分解為與流量有關(guān)的徑向分速度vr和與壓力有關(guān)的切向分速vu。徑向分速度的方向與半徑方向相同，切向分速與葉輪的圓周運動方向相同。將上述流體質(zhì)點諸速度共同繪制在一張速度圖上（如圖），就是流體質(zhì)點的速度三角形圖。速度v和u之間的夾角叫做葉片的工作角α，β為安裝角。礦山機械第二章返回礦山機械第二章返回礦山機械第二章2.2.5離心式泵與風(fēng)機的基本方程—歐拉方程假定把它當做一元流動來討論，也就是用流束理論進行分析。這些基本假定是：（1）流動為恒定流（2）流體為不可壓縮流體（3）葉輪的葉片數(shù)目為無限多，葉片厚度為無限?。?）流體在整個葉輪中的流動過程為一理想過程，即泵與風(fēng)機工作時沒有任何能量損失對于那些與實際情況不符的地方，對計算結(jié)果再逐步加以修正。礦山機械第二章歐拉方程的導(dǎo)出：動量矩定理：質(zhì)點系對某一轉(zhuǎn)軸的動量矩對時間的變化率，等于作用于該質(zhì)點系的所有外力對該軸的合力矩M。角標“T”表示流動過程理想，“∞”表示葉片為無限多，“1”表示葉輪進口參數(shù)，“2”表示葉輪出口參數(shù)。則QT∞表示流體在一個理想流動過程中流經(jīng)葉片為無限多的葉輪時的體積流量在每單位時間內(nèi)流經(jīng)葉輪進出口流體動量矩的變化則為：ρQT∞（r2vu2T∞-r1vu1T∞）礦山機械第二章合力矩為：M=ρQT∞（r2vu2T∞-r1vu1T∞）u=ωr,r=u/ωM=ρQT∞（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）/ω有效功率等于流體的合外力矩M與角速度之積：N=M·ω＝ρQT∞（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）

=γQT∞HT∞經(jīng)移項，得理想化條件下單位重量流體的能量增量與流體在葉輪中的運動的關(guān)系，即歐拉方程：

HT∞=（u2T∞vu2T∞-u1T∞vu1T∞）/g

礦山機械第二章歐拉方程的特點：1．推導(dǎo)基本能量方程時，未分析流體在葉輪流道中途的運動過程，得出流體所獲得的理論揚程HT∞，僅與流體在葉片進、出口處的速度三角形有關(guān)，而與流動過程無關(guān)。2．流體所獲得的理論揚程HT∞與被輸送流體的種類無關(guān)。礦山機械第二章2.2.6歐拉方程的修正基本假定（1）流動為恒定流（2）流體為不可壓縮流體在實際中可以達到；假定（3）葉輪的葉片數(shù)目為無限多，葉片厚度為無限薄是不可能的；這將在葉道內(nèi)產(chǎn)生軸向渦流，速度也不均勻。（渦流實驗如圖），渦流對歐拉方程的影響如圖示。礦山機械第二章在葉道的出口處，渦流使Vu2T∞減小Vu2T，在葉道的進口處，渦流使Vu1T∞增加為Vu1T（如圖），對有限多葉片的泵與風(fēng)機的理論揚程為：HT=（u2Tvu2T-u1Tvu1

T）/g設(shè)K=HT/HT∞＜1，為環(huán)流系數(shù)，一般取0.75~0.85，它說明了渦流的影響。當α1=900時，vu1T=0,則

HT=u2Tvu2

T/g礦山機械第二章返回礦山機械第二章2.2.7歐拉方程的物理意義在速度三角形中，由余弦定理得：w2=u2+v2-2uvcosα=u2+v2-2uvu，于是u2vu2=（u22+v22–w22）/2u1vu1=（u12+v12–w12）/2代入歐拉方程得：第一項表示流體在葉輪內(nèi)旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力所做的功,壓力能；第二項表示由于葉道展寬，相對速度降低而獲得的壓能；礦山機械第二章第三項表示動壓水頭增量礦山機械第二章2.3泵與風(fēng)機的損失與效率3.3.1流動損失與流動效率1、流動損失根本原因：流體具有粘性A、進口損失流體進入葉道之前發(fā)生了預(yù)旋轉(zhuǎn)，葉片做功減小，使氣流角發(fā)生了旋轉(zhuǎn)，理論揚程下降。B、撞擊損失當實際運行流量與額定流量不同時，相對速度的方向不再與葉片進口安裝角的方向一致，從而發(fā)生撞擊損失。它與流量差的平方成正比。礦山機械第二章C、葉輪中的水力損失包括摩擦損失和流速大小、方向改變及離開葉片時的局部損失。D、動壓轉(zhuǎn)換和流體離開機殼時的損失E、流動總損失2、流動效率實際揚程或全壓與其理論揚程或全壓之比叫做流動效率。礦山機械第二章2.3.2泄露損失與泄露效率1、泄露損失（1）形成原因A、外泄露?？珊雎?。B、內(nèi)泄露包括從平衡孔和葉輪與進氣孔間隙泄露的流量。礦山機械第二章（2）間隙：?。?/100~1/200）D2

（3）泄露量：

全壓定義為：礦山機械第二章2、泄露效率3.3.3輪阻損失與輪阻效率1、輪阻損失定義：當葉輪旋轉(zhuǎn)時引起流體于葉輪前、后盤外側(cè)面和輪緣與周圍流體的摩擦損失2、輪阻效率其中Ni為內(nèi)功率輪阻損失總功率礦山機械第二章2.3.4泵與風(fēng)機的功率和效率1、功率（1）有效功率Ne輸送體積流量為Q的流體，在單位時間內(nèi)從泵與風(fēng)機中所獲得的總能量，稱為有效功率，即： Ne=PQ/1000（KW）（2）內(nèi)功率Ni包括流動損失、輪阻損失和內(nèi)泄漏損失等實際消耗于流體的功率為內(nèi)功率，即 Ni=（P十ΔPh）（Q＋q）＋Nr（kw）（3）軸功率Ns泵與風(fēng)機的輸入功率稱為軸功率，它等于內(nèi)功率Ni與機械傳動損失Nm之和，即Ns=Ni+Nm（kw）礦山機械第二章2.4性能曲線及葉型對性能的影響2.4.1泵與風(fēng)機的理論特性曲線*1、三種性能曲線A、H=f1（Q）；B、N=f2（Q）；C、η=f3（Q）。*2、H=f1（Q）曲線礦山機械第二章礦山機械第二章3、N=f2（Q）曲線礦山機械第二章2.4.2葉型對性能的影響1、三種葉型A、前向葉片：β2＞90°B、后向葉片：β2＜90°C、徑向葉片：β2＝90°2、β2對壓力的影響根據(jù)葉片出口速度三角形得出：A、前向葉片：β2＞90°，vu2＞u2；B、后向葉片：β2＜90°，vu2＜

u2；C、徑向葉片：β2＝90°，vu2=

u2。根據(jù)：得：礦山機械第二章返回在u2相等的條件下，可以比較vu2的大小礦山機械第二章結(jié)論：泵與風(fēng)機的揚程或全壓：前向葉片葉輪給出的能量最高，后向葉片葉輪給出的能量最低，徑向葉片葉輪給出的能量居中。3、β2對效率的影響在離心式泵或風(fēng)機的設(shè)計中，除使流體徑向進入流道外，常令葉片進口截面積等于出口截面積。根據(jù)連續(xù)性原理可得出：礦山機械第二章由圖3-5-4得：在相同葉輪直徑和葉輪轉(zhuǎn)速的條件下，具有β2＜90°的后向葉型葉輪的出口切向分速度較小,因而全部理論揚程中的動壓水頭成分較少；具有β2＞90°的前向葉型葉輪的出口切向分速度較大，所以動壓水頭成分多，流體在擴壓器中的流速大，從而動靜壓轉(zhuǎn)換損失必然較大，效率較低。由3-5-3得：礦山機械第二章返回礦山機械第二章離心式泵和大型風(fēng)機中，為了增加效率和降低噪聲水平，幾乎都采用后向葉型。中小型風(fēng)機效率不是主要考慮因素，有采用前向葉型的，因為葉輪是前向葉型，在相同的壓頭下，輪徑和外形可以做的較小。礦山機械第二章4、幾種葉片形式的比較（優(yōu)缺點）：（1）從揚程看:前向葉片最大，徑向葉片稍次，后向葉片最小。（2）從效率看: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: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)從工藝看：直葉片制造最簡單。

礦山機械第二章結(jié)論：（1）大功率的泵與風(fēng)機一般用后向葉片較多。（2）如果對泵與風(fēng)機的壓力要求較高，而轉(zhuǎn)速或圓周速度又受到一定限制時，則往往選用前向葉片。（3）從摩擦和積垢角度看，選用徑向直葉片較為有利。礦山機械第二章2.4.3泵與風(fēng)機的實際性能曲線泵與風(fēng)機的Q－H曲線礦山機械第二章從上圖看出：

HT∞

—QT∞曲線中如果考慮葉片為有限多，該曲線變?yōu)椋篐T—QT曲線，如果考慮流動損失和泄露損失得到：H

—Q曲線。泵與風(fēng)機的Q－N曲線軸功率是理論功率與全部功率損失之和 N=NT+ΔNm＝γQTHT+ΔNm

曲線Ⅴ即為Q－N曲線泵與風(fēng)機的Q－η曲線按有效功率與軸功率之比，可得

Q－η曲線礦山機械第二章Q－H曲線最為重要*通常按照Q－H曲線的大致傾向可將其分為下列三種：平坦型、陡降型、駝峰型。如圖示。具有平坦型曲線的泵與風(fēng)機，當流量變動很大時能保持基本恒定的揚程。陡降型曲線的泵與風(fēng)機流量變化時，揚程的變化較大。駝峰型曲線的泵與風(fēng)機，當流量自零逐漸增加時，相應(yīng)的揚程最初上升，達到最高值后開始下降·礦山機械第二章礦山機械第二章2.5軸流式風(fēng)機的工作理論軸流式風(fēng)機的結(jié)構(gòu)氣流—從集流罩1進入，通過葉輪2增壓，流經(jīng)導(dǎo)葉3，將周向旋繞速度分量調(diào)整成軸向，部分動壓轉(zhuǎn)化為靜壓，通過擴散筒4輸出到達網(wǎng)路。礦山機械第二章2.5.1流體繞流的升力理論（儒可夫斯基定理）葉柵參數(shù)礦山機械第二章2.5.2軸流風(fēng)機的理論與實際壓頭特性礦山機械第二章2.6相似律和比轉(zhuǎn)數(shù)2.6.1泵與風(fēng)機相似律2.6.1.1相似條件A、幾何相似B、運動相似礦山機械第二章C、動力相似。雷諾數(shù)相等（慣性力與粘性力之比）：歐拉數(shù)相等（壓差與慣性力之比）：2.6.1.2入口速度三角形相似

在幾何相似的泵與風(fēng)機中，只要能保持葉片入口速度三角形相似，且對應(yīng)點的慣性力與粘性力的比值相等，則其流動過程必然相似。相似三角形中礦山機械第二章<流體輸配管網(wǎng)>由于可得：令：流量系數(shù)相等礦山機械第二章流量系數(shù)相等，即表示入口速度三角形相似?？梢园褍呻x心式泵與風(fēng)機流動過程相似的條件歸結(jié)為：1．幾何相似；2．流量系數(shù)Q相等；3．雷諾數(shù)Re、歐拉數(shù)Eu相等。根據(jù)歐拉數(shù)相等的條件，可得礦山機械第二章又由于所以有因為對應(yīng)點的動壓也成比例所以礦山機械第二章令可以寫成：全壓系數(shù)相等同理全壓系數(shù)功率礦山機械第二章令得功率系數(shù)在相似工況下，流量系數(shù)、壓力系數(shù)和效率都彼此相等，所以功率系數(shù)N也相等。當幾何相似的兩泵與風(fēng)機的工況，滿足流量系數(shù)相等和雷諾數(shù)相等的條件時，全壓系數(shù)、功率系數(shù)與效率必彼此相等。礦山機械第二章當流量系數(shù)、雷諾數(shù)變化時，全壓系數(shù)、功率系數(shù)與效率將跟著發(fā)生變化?？捎孟铝泻瘮?shù)式表示它們之間的關(guān)系：礦山機械第二章返回2.6.2泵與風(fēng)機的相似律及其應(yīng)用1、全壓或揚程換算公式2、流量換算公式礦山機械第二章3、功率換算公式礦山機械第二章2.6.3比轉(zhuǎn)數(shù)1、公式的推導(dǎo)由得整理得：礦山機械第二章假設(shè)為比轉(zhuǎn)數(shù)(簡化形式）由3-6-14式可知礦山機械第二章1)額定參數(shù)2）相似的必要條件3）我國水泵：以單級單側(cè)吸入為準。其中4）雙吸、多級以單吸單級帶入，即總額定流量除以2帶入，總揚程除以級數(shù)