能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)——葉輪機(jī)械基本理論課件

1、 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論第二章第二章 葉片式機(jī)械的基本理論葉片式機(jī)械的基本理論v 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 v 理論復(fù)雜 v 用途廣泛v 三元、非定常的粘性流動(dòng)； v 兩相或多相流； v 幾何形狀復(fù)雜。 在工程上簡(jiǎn)化處理v 流動(dòng)被看成是穩(wěn)定的、與外界沒(méi)有熱交換的一元流動(dòng)； v 不考慮粘性的局部影響而只考慮整體的能量損失等； v 假設(shè)流體是單相介質(zhì)，氣體還認(rèn)為是理想氣體。 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)第一節(jié)葉輪機(jī)械的典型結(jié)構(gòu)單級(jí)汽輪機(jī)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工作原理葉輪內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程葉輪內(nèi)的流動(dòng)過(guò)程: :cm cu c 以軸流式葉輪為例以軸流

2、式葉輪為例葉片式機(jī)器的特點(diǎn)葉片式機(jī)器的特點(diǎn)： v 具有一個(gè)帶有葉片的轉(zhuǎn)子(葉輪impeller或轉(zhuǎn)輪runer)； v 工作時(shí)介質(zhì)對(duì)葉片連續(xù)繞流； v 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v 殼體與靜止葉柵（靜葉）殼體與靜止葉柵（靜葉）轉(zhuǎn)輪（動(dòng)葉）轉(zhuǎn)輪（動(dòng)葉） 導(dǎo)葉（靜葉）導(dǎo)葉（靜葉） 流線 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)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)渦輪風(fēng)

3、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?能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論風(fēng)力發(fā)電風(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)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燈泡貫流 能源與動(dòng)力

4、裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論沖擊式水輪機(jī)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)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

5、論軸流風(fēng)機(jī)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)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)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)的概念二、葉輪的配置方式、級(jí)的概念多級(jí)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)第二節(jié) 流體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)分析流體在葉輪中的運(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）葉輪徑流式（離心式）葉輪 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)

6、葉輪機(jī)械基本理論斜流式葉輪斜流式葉輪 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)成平面流線和流面 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基

7、本理論軸面過(guò)流面積的計(jì)算： 徑流和軸流式葉輪A2 Rb22thA(rr ) 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)系中的分解二、速度矢量在圓柱坐標(biāo)系中的分解c ccr+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)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 c cu uw wc=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)

8、機(jī)軸面速度的關(guān)系： cmwm 圓周速度的關(guān)系： ucuwu 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)第四節(jié) 靜止過(guò)流部件靜止過(guò)流部件1 1、原動(dòng)機(jī)的噴嘴和導(dǎo)葉、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

9、本理論2 2、蝸殼、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)： v 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。 v 穩(wěn)定（定常）流動(dòng) v 亞音速 v 介質(zhì)為理想氣體或液體第五節(jié)第五節(jié) 一元流動(dòng)分析一元流動(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)）一、滯止參數(shù)（對(duì)可壓縮介質(zhì)）2*pcTT2c2*pchc Th2*1Tpp()T2*pcHzconstg2g2*cppconst22、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)的變化靜止流道中

10、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 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論二、級(jí)中流體參數(shù)的變化二、級(jí)中流體參數(shù)的變化（級(jí)工作原理概述）（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/ +0.5(c22-c12)+g(z2-z1)+W滯止壓力p*=p+c2/2 加速 加 減 接近等速 功 速

11、 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論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Hhyh等速加速 減速 減速 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論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 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論三. 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: 效率等總能量: 功率P(J/

12、s) 有時(shí)還有噪聲、轉(zhuǎn)速等量關(guān)聯(lián)式：P=h qm/ (工作機(jī))P=h qm* (原動(dòng)機(jī)) 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論1. 能量頭有關(guān)量:n能量頭h(J/kg)，n功 w (J/kg)，n焓差h (J/kg),n揚(yáng)程H（m）, n壓力差p (N/m2), n壓力(或膨脹)比，J/kg=Nm /kg=kg (m/s2) m /kg=(m/s2) m; h = g HJ/kg=Nm /kg = (N/m2)/(kg/m3) ; h = p/ H = h/gp= h 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論輪盤(pán)摩擦損失輪盤(pán)摩擦損失內(nèi)泄露損失hrhv內(nèi)總能量頭 htot(hi) = hth 非流道損失

13、(如hv+ hr )=有效能變化 hhyh 非流道損失(如hv+ hr ) 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論hs原動(dòng)機(jī)he 工作機(jī)流動(dòng)損失hhyh 外泄露損失hvo 內(nèi)泄露損失hv 輪盤(pán)摩擦損失hr 軸承摩擦損失hm 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 0)(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 2b2 應(yīng)用速度三角形可得：cu2hth 實(shí)際上，Z 2b2 第六節(jié)第六節(jié) 有限葉片數(shù)的影響有限葉片數(shù)的影響 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論2b2（滑移現(xiàn)象）的原因：1 1、慣性作用、慣性作用 對(duì)工作機(jī)：cu2指向u，2b2 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)： cu2 指向u，2b2 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論2 2、軸向旋渦（對(duì)徑流、混流式）、軸向旋渦（對(duì)徑流、混流式） 能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)葉輪機(jī)械基本理論二、滑移系數(shù)二、滑移系數(shù)考慮有限葉片數(shù)影響的方法： 軸流式：解析或半解析法計(jì)算平面葉柵，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的翼型和葉柵計(jì)算方法（升力法） 徑流式：用經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（滑移系數(shù)）修正無(wú)窮葉片數(shù)的計(jì)算結(jié)果 混流式：兩種方法都