能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)-葉輪機(jī)械基本理論

第二章葉片式機(jī)械的根本理論

結(jié)構(gòu)簡單理論復(fù)雜用途廣泛

三元、非定常的粘性流動(dòng)；兩相或多相流；幾何形狀復(fù)雜。

在工程上簡化處理

流動(dòng)被看成是穩(wěn)定的、與外界沒有熱交換的一元流動(dòng)；不考慮粘性的局部影響而只考慮整體的能量損失等；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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?工作原理葉輪內(nèi)的流動(dòng)過程: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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?殼體與靜止葉柵〔靜葉〕轉(zhuǎn)輪〔動(dòng)葉〕導(dǎo)葉〔靜葉〕流線

?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?多級(jí)汽輪機(jī)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?汽輪機(jī)靜葉?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?汽輪機(jī)葉輪?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?汽輪機(jī)葉片?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?風(fēng)力發(fā)電?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?可逆式機(jī)組?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?蝸殼?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?水泵水輪機(jī)過流部件造型?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?燈泡貫流?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?沖擊式水輪機(jī)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?沖擊式轉(zhuǎn)輪?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論??能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?鍋爐給水泵?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?雙吸泵?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論??能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論??能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?離心風(fēng)機(jī)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?軸流風(fēng)機(jī)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?多級(jí)離心壓縮機(jī)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?軸流離心壓縮機(jī)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?二、葉輪的配置方式、級(jí)的概念多級(jí)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?多流?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?汽輪機(jī)和壓縮機(jī)葉片?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?徑流式〔離心式〕葉輪?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?斜流式葉輪?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?軸流式葉輪?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?葉片外表方程：＝〔r，z〕工程中表達(dá)葉片外表的方法：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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?軸面投影?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?軸面投影?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?徑流式：圓環(huán)面〔平面〕流線和流面?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?軸流式：圓柱面

展開成平面流線和流面?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?軸面過流面積的計(jì)算：

徑流和軸流式葉輪?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?三、絕對運(yùn)動(dòng)與相對運(yùn)動(dòng)速度三角形絕對速度c牽連速度〔圓周速度〕u相對速度wcuwc=u+w?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?軸流式葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)合成?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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相對流動(dòng)角

絕對流動(dòng)角

水輪機(jī)?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?第四節(jié)靜止過流部件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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?汽輪機(jī)靜葉?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?導(dǎo)葉用于還擊式原動(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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?不同翼型的導(dǎo)葉

a〕負(fù)曲率導(dǎo)葉b〕對稱形導(dǎo)葉c〕正曲率導(dǎo)葉?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?2、蝸殼?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?工作機(jī)蝸殼?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?幾點(diǎn)假設(shè)：絕熱過程，對固定元件為絕能流動(dòng),葉輪中，只通過葉片輸入〔出〕機(jī)械功。穩(wěn)定〔定?！沉鲃?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?一、滯止參數(shù)〔對可壓縮介質(zhì)〕2、總水頭〔對不可壓縮介質(zhì)〕總能量機(jī)械能機(jī)械能

?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)的絕對速度c有9次增加后又降低的過程〔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/ρ

H=h/gΔp=ρ

h

輪盤摩擦損失輪盤摩擦損失內(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Δ

hn=輪周功hu

總焓降Δ

ht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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?流體機(jī)械中能量損失的分類1、流動(dòng)損失〔水力損失〕H〔或h、p〕摩擦損失、沖擊損失、別離損失、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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?反作用度的定義動(dòng)能：勢（靜壓）能：反作用度：簡化計(jì)算（cmp＝cms，cus＝0）?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?流體機(jī)械按反作用度的分類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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?2、還擊式流體機(jī)械(Ω>0)過壓作用?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?2≠b2〔滑移現(xiàn)象〕的原因：1、慣性作用對工作機(jī)：

cu2指向－u，

2＜

b2

?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?對原動(dòng)機(jī)：

cu2指向＋u，

2＞

b2

?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?2、軸向旋渦〔對徑流、混流式〕?能源與動(dòng)力裝置根底——葉輪機(jī)械根本理論?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