泵與風(fēng)機第一章講義 葉輪理論

1、泵與風(fēng)機的葉輪原理泵與風(fēng)機的葉輪原理高明山東大學(xué)離心式泵與風(fēng)機的葉輪理論離心泵的工作原理離心泵的工作原理n離心泵啟動前應(yīng)在泵殼內(nèi)灌滿所輸送的離心泵啟動前應(yīng)在泵殼內(nèi)灌滿所輸送的液體，當(dāng)電機帶動泵軸旋轉(zhuǎn)時，葉輪亦液體，當(dāng)電機帶動泵軸旋轉(zhuǎn)時，葉輪亦隨之高速旋轉(zhuǎn)。受離心力的作用隨之高速旋轉(zhuǎn)。受離心力的作用液液體向葉輪外緣作徑向運動。體向葉輪外緣作徑向運動。n當(dāng)液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪當(dāng)液體由葉輪中心流向外緣時，在葉輪中心處形成了低壓。在液面壓強與泵內(nèi)中心處形成了低壓。在液面壓強與泵內(nèi)壓強差的作用下，液體經(jīng)吸入管路進入壓強差的作用下，液體經(jīng)吸入管路進入泵的葉輪內(nèi)，以填補被排除液體的位置，泵的葉輪

2、內(nèi)，以填補被排除液體的位置，此即為此即為吸液原理吸液原理。 n在蝸殼中由于流道的逐漸擴大，將大部在蝸殼中由于流道的逐漸擴大，將大部分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓強分動能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓強最終以較高的最終以較高的壓強沿切向進入排出管道，實現(xiàn)輸送的壓強沿切向進入排出管道，實現(xiàn)輸送的目的，此即為目的，此即為排液原理。排液原理。在啟動泵前一定要使泵殼內(nèi)充滿液體。若離心泵在啟動前泵殼內(nèi)在啟動泵前一定要使泵殼內(nèi)充滿液體。若離心泵在啟動前泵殼內(nèi)不是充滿液體而是空氣不是充滿液體而是空氣?離心泵不能夠輸送液體的現(xiàn)象稱作離心泵不能夠輸送液體的現(xiàn)象稱作氣縛氣縛。表示離心泵無自吸能力。表示離心泵無自吸能力。 葉輪內(nèi)的流體隨葉葉輪內(nèi)的流體

3、隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)，受離心力輪一起旋轉(zhuǎn)，受離心力作用被甩向葉輪外緣，作用被甩向葉輪外緣，葉輪中心形成真空，流葉輪中心形成真空，流體在大氣壓作用下，沿體在大氣壓作用下，沿吸入管補充葉輪中心，吸入管補充葉輪中心，形成了泵與風(fēng)機的連續(xù)形成了泵與風(fēng)機的連續(xù)工作過程工作過程。一、離心式泵與風(fēng)機工作原理一、離心式泵與風(fēng)機工作原理定性描述：n葉輪中的流體隨葉輪一起轉(zhuǎn)動，受到離心力作用，從中心向邊沿移動；n在離心力作用下，流體靜壓升高，n流體在邊沿處以一定速度和壓頭流入蝸殼，然后排出泵外；n葉輪中心產(chǎn)生真空，吸入流體；二、靜壓變化：二、靜壓變化： br2r1rdrpp+dpdsd 取質(zhì)點dm：密度 所在半徑 r厚

4、度 dr圓心角d寬度 bq葉輪以角速度葉輪以角速度旋轉(zhuǎn)，在任意一個旋轉(zhuǎn)，在任意一個r處，取微元厚度處，取微元厚度dr，寬度寬度b，圓心角圓心角d.q流道封閉、流體看作剛體分析（不可壓縮）流道封閉、流體看作剛體分析（不可壓縮） )(bdrrddm微元體所受離心力，圓周速度為微元體所受離心力，圓周速度為u：22221dFdm urdm rrdr db22,dFpdppdsdsb r ddFb r ddp 微元體在徑向所受表面壓力：微元體在徑向所受表面壓力：n質(zhì)量質(zhì)量dm：n當(dāng)沒有液體流出時，即流體不運動時，上述兩力平衡當(dāng)沒有液體流出時，即流體不運動時，上述兩力平衡dF1=dF2，則得：，則得：22

5、=b r ddprdr db n簡化為簡化為：n上式從上式從r1到到r2積分，得到流體從積分，得到流體從r1到到r2的靜壓變化：的靜壓變化：2221222122221212uurrdrrpprrdrrdp2n上式也可以寫成：上式也可以寫成：22212uupHgg三、小結(jié)三、小結(jié)n由上式可知：由上式可知： 一定時，葉輪一定時，葉輪r2越大，越大，r1越小，壓差越大越小，壓差越大； 葉輪尺寸一定時，葉輪尺寸一定時，越大，即越大，即n越大，壓差越大越大，壓差越大； 大的流體，產(chǎn)生的壓差越大，但大的流體，產(chǎn)生的壓差越大，但H與流體密度與流體密度無關(guān)。無關(guān)。guugpH22122三、流體在葉輪中的流動三

6、、流體在葉輪中的流動n葉輪旋轉(zhuǎn)速度葉輪旋轉(zhuǎn)速度，產(chǎn)生的圓周速度：產(chǎn)生的圓周速度：u=r.；沿葉輪圓周方向；沿葉輪圓周方向；n流體相對葉片流出速度：流體相對葉片流出速度：w，基本沿葉片型線基本沿葉片型線方向；方向；n絕對運動速度：絕對運動速度：v，上面兩個速度的合成上面兩個速度的合成：wuvq流體在任何時候，任何地方都同時進行流體在任何時候，任何地方都同時進行相對運動和牽連運動（圓周相對運動和牽連運動（圓周運動）運動），如果把相對于機殼的運動稱為絕對運動，如果把相對于機殼的運動稱為絕對運動(用用v表示表示)的話，則的話，則wuvuwvuuwuwv (a) 圓周運動圓周運動 （b） 相對運動相對運

7、動 （c） 絕對運動絕對運動 n絕對速度絕對速度V再分解成一個和再分解成一個和u平行的分量和一個和平行的分量和一個和u垂直的分量，分別用下標(biāo)垂直的分量，分別用下標(biāo)m和和u表示表示vm軸面分軸面分速度速度vu 圓圓周分周分速度速度a 2= 2, a 1 1速度三角形計算速度三角形計算n圓周速度：圓周速度：軸面分速度：軸面分速度：流動角：葉片無限多時，流動角：葉片無限多時，=a 即流動角即流動角=安裝角安裝角60Dnrum/svTvmvqqvAAm/s與軸面分速度垂直的過流斷面面積與軸面分速度垂直的過流斷面面積A：令：1zADbzbDbDassin1zD vvVVmDbqAqvn葉片厚度對流道斷面

8、面積減小的程度n實際過流斷面面積與無葉片時過流斷面面積之比速度三角形（速度三角形（w，vu，v）ummumumvvtgvvvtgvuvvw222sin四、基本方程四、基本方程確定揚程或全壓確定揚程或全壓假設(shè)：流體為無粘性（理想）流體，不計能量損失葉片數(shù)無窮多，葉輪上葉片厚度無限薄。流體完全沿著葉片的彎曲形狀流動， =a 穩(wěn)定流動不可壓縮流體 推導(dǎo)依據(jù)：在定常流動中，單位時間內(nèi)流體動量矩的變化，等于作用在流體上的外力矩。1 1、能量方程式的推導(dǎo)、能量方程式的推導(dǎo)v2 w2 u2 2 v1 w1 u1 1 1 11 12 2 2 2推推 導(dǎo)導(dǎo) 過過 程：程：進口進口1-11-1、出口、出口2-22

9、-2，經(jīng)過，經(jīng)過dtdt時刻后時刻后11221122移至移至1 1 1 1 2 2 2 2 。單位時間內(nèi)葉輪進口流體對軸的動量矩為：單位時間內(nèi)葉輪進口流體對軸的動量矩為：qvT v1r1cos1單位時間內(nèi)葉輪出口流體對軸的動量矩為：單位時間內(nèi)葉輪出口流體對軸的動量矩為：qvT v2r2cos2單位時間內(nèi)動量矩的變化為：單位時間內(nèi)動量矩的變化為：qvT dtv2r2cos2-qvT dtv1r1cos1 =qVT（v2r2cos2- - v1r1cos1）導(dǎo)出動量矩變化的引證圖導(dǎo)出動量矩變化的引證圖r1r2流體密度流體密度 流量流量 qVT經(jīng)過經(jīng)過dtdt時段時段后進出質(zhì)量后進出質(zhì)量m=qvT

10、dt 根據(jù)動量矩定理：根據(jù)動量矩定理：動量矩變化等于作用在該流體上的外力矩動量矩變化等于作用在該流體上的外力矩M，即葉輪旋轉(zhuǎn)給予流體的轉(zhuǎn)矩即葉輪旋轉(zhuǎn)給予流體的轉(zhuǎn)矩。 M=qVT（v2r2cos2- v1r1cos1）葉輪以等角速度葉輪以等角速度旋轉(zhuǎn)，該力矩對流體所做的功率為旋轉(zhuǎn)，該力矩對流體所做的功率為M M=qVT（v2r2cos2- v1r1cos1）因為：因為： M=g qVT HT 所以所以水泵的能量方程式：水泵的能量方程式： HT= m風(fēng)機的能量方程式：風(fēng)機的能量方程式： pT=（u2 v2 u - u1 v1 u） Pa由速度三角形并應(yīng)用余弦定理推導(dǎo)出能量方程式的另一表達式為：由速

11、度三角形并應(yīng)用余弦定理推導(dǎo)出能量方程式的另一表達式為：u2v2 u- u1 v1 u g222222212112222TvvuuwwHmggg222u2w2vmv2uv2離心式葉輪揚程表達式離心式葉輪揚程表達式T 表示理想流體表示理想流體 表示葉片無限多，即理想葉輪表示葉片無限多，即理想葉輪1 表示進口表示進口2 表示出口表示出口222u2w2vmv2uv2討論討論無限多葉片、無能量損失理論狀態(tài)下?lián)P程（滿足無限多葉片、無能量損失理論狀態(tài)下?lián)P程（滿足四條假設(shè)條件）四條假設(shè)條件）能量組成：能量組成：222221122221222stduuwwHggvvHg討論討論提高揚程措施：提高揚程措施：m)(

12、11122uuTvuvugHa）uTuvugHv22011190, 0，此時即m122uTvugH b）u2增加，即增加轉(zhuǎn)速增加，即增加轉(zhuǎn)速n（大型化機組發(fā)展大型化機組發(fā)展方向），增加葉輪直徑方向），增加葉輪直徑D2；提高揚程措施：提高揚程措施：m122uTvugH對軸流式葉輪：對軸流式葉輪： a)u1=u2=u，理論揚程較離心式葉輪低的多，但功率相同，理論揚程較離心式葉輪低的多，但功率相同時流量大；時流量大； b)提高揚程，應(yīng)該使提高揚程，應(yīng)該使w1w2 ，為此可采用機翼型葉片，為此可采用機翼型葉片，加厚入口加厚入口。出口出口入口入口軸流式葉輪多為扭曲型？軸流式葉輪多為扭曲型？理論揚程與流體

13、種類無關(guān)，理論揚程與流體種類無關(guān)，HT為輸送流體的流體柱為輸送流體的流體柱高度；但全壓與流體密度成正比。高度；但全壓與流體密度成正比。222222211221111()()()222THuuwwvvggg增加增加v2u提高揚程措施：提高揚程措施：m122uTvugH2 2、葉片型式（出口安裝角、葉片型式（出口安裝角2a2a）對對H HTT的影響的影響葉片的三種型式葉片的三種型式2a 2a 9090900 0 稱前彎式葉片葉輪。稱前彎式葉片葉輪。葉片型式（出口安裝角葉片型式（出口安裝角2a）對對HT的影響的影響n由速度三角形知：由速度三角形知：后彎式葉片：后彎式葉片：2a900，隨著隨著2a減小

14、，減小， cot2a增加增加（正數(shù)），（正數(shù)），HT減小，最小安裝角時減小，最小安裝角時：22220,cot,0uaTmuvHv此時222222a11cotTumHu vuuvgg 2a900w2 v2 2 v2m v2u v2 w2v2v2 w2 w2u2u2v2 = = v2m2amin2amin2aman2aman=1HTHstHd各種各種2a角的速度三角形及角的速度三角形及Hd、H s t的曲線的曲線 HT =u2 （u2 - v2mcot2a） g 2a900時，時，cot2a2a- ，2a 2a cot2a 2a HT 當(dāng)當(dāng)2a=2amax時，時，cot2a=-u2 /v2m，HT

15、= 2u22 / g結(jié)論結(jié)論： 2a越大，越大， 流體從葉輪中獲得的能量越多，流體從葉輪中獲得的能量越多， 即即HT越大。越大。n分析表明：分析表明：n隨著葉片安裝角隨著葉片安裝角2a的增加，流體從葉輪獲得的增加，流體從葉輪獲得的能量越大，即：的能量越大，即：前彎式葉片產(chǎn)生的揚程最大，前彎式葉片產(chǎn)生的揚程最大，徑向式次之，后彎式葉片最小。徑向式次之，后彎式葉片最小。3 3、2a2a ( (出口安裝角出口安裝角) )對壓能所占比例的影響對壓能所占比例的影響 gvvHgwwguuHdst222212222212122動能：壓能：1stTddTTTHHHHHHH22222112studduTTHHv

16、HvugHH2221222222112222212122222dmumummuuvvHgvvvvggvvvvgg簡化：1=900，v1u=0，02122mmvv22222112studduTTHHvHvugHH22min20100satTaduHHHv時，02222222901 22staudTHHuguHgvu時，22max22220022aaustdTHHuuHvg時，v2 w2 HT = Hst + Hd v2v2 w2 w2u2u2v2 = = v2m2amin2amin2aman2aman=1HTHstHd 當(dāng)當(dāng)2a=2amin時時: v2 u=0，=1 表明表明H s t、Hd均為

17、零，流體未獲能量。均為零，流體未獲能量。 當(dāng)當(dāng)2a=900時時: v2 u= u2，=1/2，H s t= Hd= HT/2 表明表明H s t、Hd在獲得的總能頭中各占一半。在獲得的總能頭中各占一半。 當(dāng)當(dāng)2a=2amax時時: v2 u= 2u2，=0 表明流體所獲得的總能頭中全部是動能。表明流體所獲得的總能頭中全部是動能。 各種各種2a角的速度三角形及角的速度三角形及Hd、H s t的曲線的曲線 結(jié)論：結(jié)論： 2a HT H s t占比例占比例 Hd 占比例占比例 。 在在2amin2a 900范圍，范圍，H s t所占比例大于所占比例大于Hd。 在在2a= 900時，時，H s t所占

18、比例等于所占比例等于Hd所占比例。所占比例。 在在9002a 2amax范圍，范圍，H s t占比例小于占比例小于Hd。 反作用度反作用度：靜能頭：靜能頭H H s ts t在總能頭在總能頭H HTT中所占的比例。中所占的比例。 = H s t / HT=1- v2 u/ /（2 2 u2） 在最小和最大安裝角范圍內(nèi)，在最小和最大安裝角范圍內(nèi)，隨著安裝角增加：隨著安裝角增加： a)理論揚程增加理論揚程增加； b)動能增加；動能增加； c)反作用度減小，從反作用度減小，從1到到0。 d)靜壓能：從最小安裝角時為靜壓能：從最小安裝角時為0開始增加，至開始增加，至2a=900時，達到最大，然后逐漸減

19、小，至最大時，達到最大，然后逐漸減小，至最大安裝角時，又減少為安裝角時，又減少為0。 理論聯(lián)系實際理論聯(lián)系實際五、有限葉片葉輪中流體的運動五、有限葉片葉輪中流體的運動n無限葉片葉輪中，流體完全沿著葉片流動（相對運動），流動角=安裝角。n有限葉片葉輪中，兩葉片之間有足夠的空隙允許流體在其中產(chǎn)生渦流，而且由于流體的慣性作用，兩葉片之間的流體必然存在一個與葉輪轉(zhuǎn)向相反（角速度相等）的旋轉(zhuǎn)運動 軸向渦流 無限多葉片葉輪無限多葉片葉輪 有限多葉片葉輪有限多葉片葉輪 流體按葉片型線運動。流體按葉片型線運動。 流道同一半徑斷面上的相對速度分布是均勻的。流道同一半徑斷面上的相對速度分布是均勻的。 流體在兩葉片

20、間流道內(nèi)流動。流體在兩葉片間流道內(nèi)流動。兩葉片間流道內(nèi)產(chǎn)生軸向旋渦運動。兩葉片間流道內(nèi)產(chǎn)生軸向旋渦運動。流道同一半徑斷面上相對速度分布是不均勻的。流道同一半徑斷面上相對速度分布是不均勻的。 abc流體在葉輪流道中的運動流體在葉輪流道中的運動 軸向旋渦運動：軸向旋渦運動： 產(chǎn)生軸向旋渦運動導(dǎo)致的結(jié)果：產(chǎn)生軸向旋渦運動導(dǎo)致的結(jié)果： *葉片正面：二速度方向相反，葉片正面：二速度方向相反，w ；背面：二速度方向相同，；背面：二速度方向相同，w 導(dǎo)致相對速度在同一半徑流道斷面分布不均勻。導(dǎo)致相對速度在同一半徑流道斷面分布不均勻。 *2 ， 22a *在在n、qv不變的條件下，不變的條件下，abc abd

21、。 * v2 u ，v2 uv2 u；HT ， HT = u2 v2u / g HT 。 滑移系數(shù)滑移系數(shù)K：一般用滑移系數(shù)K來修正無限多葉片葉輪理論能頭。H T= K HT v2v2u2w2 w2 2a 2v2m v2mv2m= v2m abcd有限葉片葉輪出口速度三角形的變化有限葉片葉輪出口速度三角形的變化有限葉片理論揚程有限葉片理論揚程n仍然可以采用前面公式，只是用流動角仍然可以采用前面公式，只是用流動角2 2代代替替2a2a，用葉輪進出口的實際速度代替無限用葉輪進出口的實際速度代替無限葉片時的速度，則有：葉片時的速度，則有：環(huán)流系數(shù)環(huán)流系數(shù)K1，用經(jīng)驗公式確定。，用經(jīng)驗公式確定。Tuu

22、TKHvuvugH)(11122環(huán)流系數(shù)經(jīng)驗公式環(huán)流系數(shù)經(jīng)驗公式n泵：泵：o普弗列德爾公式：普弗列德爾公式：o斯基克欽公式斯基克欽公式o斯托道拉公式：斯托道拉公式：n風(fēng)機：風(fēng)機：o愛克公式：愛克公式：o斯托道拉公式斯托道拉公式實際揚程計算實際揚程計算3lg0835. 01nqvhThKHH其中其中qv設(shè)計流量，設(shè)計流量，n轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速流動效率流動效率h h 也可經(jīng)驗取值也可經(jīng)驗取值0.9nqDDveeh3210)5 . 44()172. 0(lg42. 01，其中 解：u2 =D2n/60=33.38 m/s v2m= qvT /（ D2 b2 ）=3.62 m/s w2 = v2m/sin 2a

23、=9.67 m/s v2 = w2 2+ u22-2 w2 u2 cos 2a=24.68 m/s sin 2= v2m / v2=0.146 2 =8.440 HT = u2 v2 cos 2 /g =83.05 mu2w2v2v2m2a2六、流體進入葉輪前的預(yù)旋六、流體進入葉輪前的預(yù)旋n在實際流動中，流體在進入葉輪之前，受到下在實際流動中，流體在進入葉輪之前，受到下游流體的作用，已經(jīng)開始進行旋轉(zhuǎn)運動，這種游流體的作用，已經(jīng)開始進行旋轉(zhuǎn)運動，這種進入葉輪前的旋轉(zhuǎn)運動稱為進入葉輪前的旋轉(zhuǎn)運動稱為預(yù)旋或先期旋繞預(yù)旋或先期旋繞n預(yù)旋分為預(yù)旋分為強制預(yù)旋和自由預(yù)旋強制預(yù)旋和自由預(yù)旋。n強制預(yù)旋是由結(jié)

24、構(gòu)因素造成的，如雙吸葉輪所采用的半螺旋形吸入室，多級葉輪背導(dǎo)葉出口角小于或大干900等的結(jié)構(gòu)型式，都迫使流體以小于或大于900的角度進入葉輪。1 0，能頭降低，但相應(yīng)w1低，利于泵的抗汽蝕。1 900，預(yù)旋的方向與葉輪旋轉(zhuǎn)的方向相反。qv1u0，提高揚程，但相對速度w1增大，會使泵的抗汽蝕性能下降，損失增加，導(dǎo)致效率降低。：在設(shè)計流量工作時，沒有預(yù)旋，當(dāng)大于或小于設(shè)計流量時，則產(chǎn)生預(yù)旋；。流體總是企圖選擇阻力最小的路線進入葉輪n通常用預(yù)旋系數(shù)表示預(yù)旋強度：11uvu 例例1：現(xiàn)有一離心式多級鍋爐給水泵（：現(xiàn)有一離心式多級鍋爐給水泵（6級），轉(zhuǎn)速級），轉(zhuǎn)速n5200rpm,qv=560m3/h，

25、D2=329mm，b2=18.7mm,2a=300,z=7,v1u=0,試計算該葉輪的揚程試計算該葉輪的揚程(取取h=v =0.9,環(huán)流系數(shù)為環(huán)流系數(shù)為0.74)。解：220.329 520089.58/6060D num s2222v5608.75/0.329 0.01870.92 3600VTVmqqvm sAD b2222cot89.588.75 cot3074.42/umavuvm s221111()(89.58 74.420)679.69.81TuuHvuvumg則無限多葉片葉輪的理論揚程為：軸面分速度：環(huán)流系數(shù)K可以按經(jīng)驗公式估算，這里取K0.74h0.75 0.92 679.6=

26、468.9THKHm該泵級數(shù)為6，總揚程為2813m軸流式泵與風(fēng)機的葉輪理論軸流式泵與風(fēng)機的葉輪理論軸流式泵與風(fēng)機的葉輪理論 軸流式和離心式的泵與風(fēng)機同屬葉片式，但從性能及軸流式和離心式的泵與風(fēng)機同屬葉片式，但從性能及結(jié)構(gòu)上兩者有所不同。結(jié)構(gòu)上兩者有所不同。q性能特點：性能特點：流量大，揚程（全壓）低，流量大，揚程（全壓）低，；流體沿軸向流入、軸向流出葉輪。流體沿軸向流入、軸向流出葉輪。q結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： （1）結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，外形尺寸小，重量相對較輕，）結(jié)構(gòu)簡單，緊湊，外形尺寸小，重量相對較輕，啟動慣性力矩??；啟動慣性力矩小； （2）因有較大的輪轂，動葉片角度可以作成可調(diào)的，）因有較大的

27、輪轂，動葉片角度可以作成可調(diào)的，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝精度要求高。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝精度要求高。（3）動葉片可調(diào)的軸流式泵與風(fēng)機，由于動葉片角度可隨外界負荷變化而改變，低負荷經(jīng)濟性高，因而變工況時調(diào)節(jié)性能好，可保持較寬的高效工作區(qū)。（4）噪聲大，需加消聲器。 軸流風(fēng)機 110-130dB，離心風(fēng)機90-110dB n我國300MW以上的機組送、引風(fēng)機及循環(huán)水泵一般都采用軸流式。一、翼型、葉柵一、翼型、葉柵在展開平面上各葉片的翼型相同，并等距離排列在展開平面上各葉片的翼型相同，并等距離排列這種由相同冀型、等距離排列的冀型系列稱為平面直列葉柵這種由相同冀型、等距離排列的冀型系列稱為平面直列葉柵

28、n（1）骨架線：翼型內(nèi)切圓的連線n（2）前緣點、后緣點：骨架線與型線的交點n（3）弦長b：前緣點與后緣點連接的直線n（4）翼展l: 葉片（機翼）的長度n（5）展弦比：l/bn（6）撓度f：弦長到骨架線的距離n（7）厚度：翼型上下表面之間的距離n（8 8）沖角）沖角 ：來流速度方向與弦長的夾角，（下為正沖角，上為負沖角）來流速度方向與弦長的夾角，（下為正沖角，上為負沖角）n（9）前駐點、后駐點：來流在翼型附近開始分離及匯合的點（速度為0）翼型：機翼型葉片的橫截面稱為翼型。翼型：機翼型葉片的橫截面稱為翼型。葉柵：由相同翼型按葉柵：由相同翼型按等距排列的翼型系列等距排列的翼型系列 葉柵中翼型各對應(yīng)點

29、的連線。在葉柵的圓周方向上，兩相鄰翼型對應(yīng)點的距離。與列線相垂直的直線。弦長與柵距之比即：=b/t。n（弦長與列線之間的夾角。與u反向.葉柵進、出口處相對速度方向和圓周速度反方向之間的夾角。二、葉柵進出口速度三角形二、葉柵進出口速度三角形1、速度三角形、速度三角形n在葉柵進口，流體具有圓周速度u1、相對速度wl、絕對速度v1，出口具有u2、w2、v2，由這三個速度矢量組成了進出口速度三角形。n與離心式泵與風(fēng)機相同，絕對速度也可以分解為圓周方向的分量vu和軸面方向的分量va，此時，軸面分速的方向為軸向軸向速度。 速度三角形速度三角形n軸流式與離心式的速度三角形相比具有以下特點：軸流式葉輪進出口處

30、流體沿同一半徑的流面流動，因而進出口的圓周速度u1和u2相等，即有u1=u2u。n對不可壓縮流體，對風(fēng)機流體升壓很小，葉輪進出口軸面速度可視為相等，即v1a=v2a=va。vhvaDDqvsmDnu)(4/60222 Dh輪轂直徑輪轂直徑 D2葉輪外徑葉輪外徑2、排擠系數(shù)、排擠系數(shù)3、葉柵來流速度、葉柵來流速度n因為葉柵中流體繞流翼型與繞流單翼型有所不同，葉柵將影響來流速度的大小和方向；n因此為推導(dǎo)公式和論證簡化起見，。其大小和方向由進出口速度三角形來確定。22121222uuaaauuuwwwwwwtgwww三、孤立翼型的空氣動力特性三、孤立翼型的空氣動力特性 2211vlbcFyy112y

31、c b v 1yFv2211vlbcFyy2211vlbcFxx阻力：阻力： 升力：升力：1111tanxxyyFcFc升力角升力角：n翼型的空氣動力特性曲線：n升力系數(shù)cy1和阻力系數(shù)cx1 與翼型的幾何形狀及沖角有關(guān)。n對于各種翼型的cy1和cx1值，均由風(fēng)洞試驗求得，并將試驗結(jié)果繪制成cy1和cx1與沖角a的關(guān)系曲線。n升力系數(shù)cy1隨正沖角a的增大而增大。當(dāng)沖角超過某一數(shù)值時，cy1則下降。此時在翼型后面形成很大的旋渦區(qū)，使翼型上下表面的壓差減小，升力系數(shù)和升力也隨之減小。n升力系數(shù)和升力減小的點稱為，沖角增大到失速點后，空氣動力特性就大為惡化。n在軸流式泵與風(fēng)機中失速工況將使性能惡化

32、，效率降低，并伴隨有噪聲及振動，因此應(yīng)避免在失速工況下工作。四、葉柵的空氣動力特性四、葉柵的空氣動力特性n由于葉柵是由多個單翼型組成的，因此在葉柵中的升力和阻力分別用以下公式計算:升力升力：阻力阻力：22wlbcFyy22wlbcFxx用用w（）代替）代替v；升力系數(shù)、阻力系數(shù)修正：升力系數(shù)、阻力系數(shù)修正： cy=Lcy1、cx=cx1；修正系數(shù)修正系數(shù)L與葉柵的相對節(jié)距與葉柵的相對節(jié)距t/b及翼型的安裝及翼型的安裝角角a有關(guān)。有關(guān)。五、能量方程五、能量方程n動量矩定理： 對離心式泵與風(fēng)機用動量矩定理推導(dǎo)出來的能量方程式仍適用于軸流式泵與風(fēng)機，所，即：u1=u2=u；v1a=v2a=va221

33、1cot,cotauauvuvvuv)cot(cot21aTvguHgwwgvvHT2222212122n（1）因為）因為u1=u2=u，故流體在軸流式葉輪中獲得的故流體在軸流式葉輪中獲得的總能量遠小于離心式。因而，軸流式泵與風(fēng)機的揚總能量遠小于離心式。因而，軸流式泵與風(fēng)機的揚程（全壓）遠低于離心式。程（全壓）遠低于離心式。n（2）當(dāng)）當(dāng)1=2時，時，HT=0，為了提高流體所獲得的能為了提高流體所獲得的能量，必須使量，必須使12。n（3）為了提高流體獲得的壓力能，應(yīng)加大葉輪進口為了提高流體獲得的壓力能，應(yīng)加大葉輪進口的相對速度的相對速度w1，使使w1w2。采用翼型葉片，葉輪進口截面應(yīng)小于葉輪出

34、采用翼型葉片，葉輪進口截面應(yīng)小于葉輪出口截面；增大撓度，以增大口截面；增大撓度，以增大2。 n上式并未反映出總能量與翼型及葉柵幾何參數(shù)之間的關(guān)系，不能用來進行軸流式泵與風(fēng)機的設(shè)計計算，因此需要通過升力理論推導(dǎo)出能量方程式。n設(shè)作用在直列葉柵翼展設(shè)作用在直列葉柵翼展 drdr上的升力為上的升力為F Fy y，阻力為阻力為F Fx x，其合力為其合力為F F。n合力合力F F與升力與升力F Fy y之間的夾角為之間的夾角為。能量方程能量方程升力理論升力理論2cos2cosyyFwbdrFc20cos 90()sin()2cosuywbdrFFc圓周方向的分量圓周方向的分量Fu為為：Fu為流體為流體

35、作用于翼型上的合力作用于翼型上的合力F在在圓周圓周方向方向的分量的分量，與，與翼型對流體的作用力的圓周分量大小相等，方向相反。翼型對流體的作用力的圓周分量大小相等，方向相反。因此葉柵轉(zhuǎn)動時，單位時間內(nèi)對流體所作的功率為：因此葉柵轉(zhuǎn)動時，單位時間內(nèi)對流體所作的功率為： udPMF uzn而流體獲得的能量為而流體獲得的能量為： aTvTztdrvgHdqgHPdPddPcos)sin(22gwvutbcHayTcos)sin(22wvutbcpayTn軸流式葉輪的能頭與翼型的受力情況有關(guān)，特別是升力，提高升力，可以提高葉輪的能頭：結(jié)構(gòu)方面：結(jié)構(gòu)方面：增加葉片安裝角；運行方面：運行方面：提高葉輪轉(zhuǎn)速

36、，以提高u值當(dāng)b/t不變時，HT與葉片數(shù)z無關(guān)；當(dāng)PT一定時，沿半徑方向u增加，則b/t應(yīng)減小，翼形變窄。為了使葉片各半徑處HT接近，葉片扭曲，使沿半徑方向角減小。cos)sin(22gwvutbcHayT六、軸流泵與風(fēng)機的基本類型（課本六、軸流泵與風(fēng)機的基本類型（課本49）n（1）單個葉輪，沒有導(dǎo)葉：低壓軸流風(fēng)機n（2）單個葉輪后設(shè)置導(dǎo)葉：高壓泵與風(fēng)機n（3）單個葉輪前設(shè)置導(dǎo)葉：n（4）單個葉輪前后均設(shè)置導(dǎo)葉： 子午加速（靜葉可調(diào)）軸流風(fēng)機子午加速（靜葉可調(diào)）軸流風(fēng)機n（1）工作原理）工作原理 以葉輪子午面的流道沿著流動方向急劇收縮，以葉輪子午面的流道沿著流動方向急劇收縮， 氣流速度迅速增加

37、而獲得動能氣流速度迅速增加而獲得動能n（2）性能特點：）性能特點： 產(chǎn)生動能多，總能量大，產(chǎn)生動能多，總能量大， w1 =w2，只需板式葉片；可具有較低的轉(zhuǎn)速只需板式葉片；可具有較低的轉(zhuǎn)速n（3）調(diào)節(jié)方式）調(diào)節(jié)方式 轉(zhuǎn)速不變的前提下，調(diào)節(jié)葉輪前的導(dǎo)葉實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速不變的前提下，調(diào)節(jié)葉輪前的導(dǎo)葉實現(xiàn)流量調(diào)節(jié)n（4）與動葉可調(diào)軸流風(fēng)機性能的比較：）與動葉可調(diào)軸流風(fēng)機性能的比較： 動葉可調(diào)軸流風(fēng)機效率高，高效區(qū)寬，（送風(fēng)機、一次風(fēng)機）；動葉可調(diào)軸流風(fēng)機效率高，高效區(qū)寬，（送風(fēng)機、一次風(fēng)機）； 子午加速軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速低，耐磨性好，適用于輸送含有灰塵或腐子午加速軸流風(fēng)機轉(zhuǎn)速低，耐磨性好，適用于輸送含有灰塵或腐蝕性的氣體（引風(fēng)機）蝕性的氣體（引風(fēng)機）。例1 現(xiàn)有1臺蝸殼式離心泵，轉(zhuǎn)速nl450rpm,qvT=0.09m3/s，D2=400mm，D1=140mm,b2=20mm,2a=25