泵与风机的叶轮理论

1、第一章 泵与风机的叶轮理论第一节 离心式泵与风机的叶轮理论第二节 轴流式泵与风机的叶轮理论1第一节 离心式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机的工作原理流体在叶轮中的运动和速度三角形能量方程及其分析离心式叶轮叶片型式的分析有限叶片叶轮中流体的运动滑移系数和环流系数2一 、离心式泵与风机的工作原理 封闭叶轮中的流体微团叶轮旋转带动流体旋转离心力作用使流体获得能量34对不可压缩流体，积分当叶轮不封闭时：流体将流出叶轮，并在入口产生真空吸入流体，形成连续流动。5二、流体在叶轮中的运动及速度三角形(一) 速度三角形两点假设(1) 叶片数为无限多，无限簿运动轨迹与叶片的形状重合相对速度为叶片的切线方向 (2

2、) 叶轮中的流体为无粘性流体 2 两个面 轴面：过轴线的平面 平面：垂直于轴线的平面63 三个速度 圆周速度u 叶轮带动流体的旋转运动速度，又称牵连速度 相对速度w 流体相对于叶轮的运动 绝对速度v 流体相对于机壳的绝对运动速度 v=u+w74 速度三角形Vm, 绝对速度在轴面上的分量，轴面速度Vu，绝对速度在圆周方向上的分量，圆周分速度，流动角，相对速度与圆周速度反方向的夹角a，叶片安装角，叶片切线与圆周速度反方向的夹角 a8（二）叶轮流道内任意点速度的计算1 圆周速度u 2 轴面速度 圆周上的厚度 排挤系数93流动角 无穷多叶片： a10三、能量方程1 动量矩定律 在定常流动中，单位时间内

3、流体质量的动量矩变化，等于作用在该流体上的外力矩。 进出口动量矩动量矩变化 11力矩作的功率流体通过无穷多叶片叶轮所获能量扬程风压12 能量方程的分析HT与流体的种类和性质无关，功率与密度有关；当提高n， 可提高HT 提高D2，可提高HT 提高v 2u ，可提高HT13(4) 能量方程的新形式由速度三角形能量方程动扬程静扬程14四、离心式叶轮叶片型式的分析(a) 2a90，前弯式叶片15当190时，能量方程式为而有16 最小出口安装角2amin 2a =90 最大出口安装角2amax 2 90 V2u =2u217（一）叶片出口安装角对理论扬程的影响1 2a90（前弯式叶片）18反作用度v2m

4、 v1m,径向流入v1u=0（二）出口安装角对静扬程和动扬程的影响19不同叶片型式的反作用度 1 后弯式 2a 2amin，v2u=0 = 1，动静扬程均为0 后弯式叶片： 11/22 径向式 2a90, v2u=u2 = 1/2，动静扬程各占一半 3 前弯式 2a 2amax ， v2u=2u2 = 0，只有动扬程，没有静扬程 前弯式叶片： 01/220不同叶片型式的分析后弯式叶片 流道长，出口绝对速度小 能量损失小、效率高、噪声低 总扬程较小，需较大叶轮和较高转速 离心泵2a 2030, 离心风机2a 4060径向式叶片 流道短，通畅，流动损失较小 出口绝对速度高，能量损失较大，效率低于后

5、弯式、噪声较高 总扬程较高，制造简单，不易染尘 通风机或排尘风机2a 90前弯式叶片 流道短，叶片弯曲大 能量损失大、效率低、噪声低 总扬程较高，需较小叶轮和较低转速 低压通风机2a 9015521粗略计算 离心水泵 K=0.81.0 离心风机 K=0.80.8522例题 1蜗壳式离心泵 n=1450r/min, qvT=0.09m3/s, D2=400mm, D1=140mm, b2=20mm 2a=25o, z=7, v1u=0 求: HT和HT求解思路 先求得 通过经验公式得到环流系数K 最后求 23 解：24（1） 根据斯托道拉公式（2）根据普弗列德尔公式25第二节 轴流式泵与风机的叶

6、轮理论一 概述 (1) 流量大，扬程小 (2) 结构简单、紧凑、小而轻 (3) 动叶可调轴流泵与风机效率高 结构复杂，安装精度高 (4) 噪声大，大型风机需装消声器 (5) 锅炉送风机、引风机和 循环水泵都普遍采用轴流式26二、叶轮中的运动及速度三角形复杂的三维流动: 圆周分速 轴向分速 径向分速：小，可忽略流面： 径向分速为0 圆柱面上的流动271 平面直列叶栅 翼型：r及rdr的同心圆柱面截叶片所得 叶栅：将翼型展开在一个圆柱截面上 叶轮内的流动简化为叶栅中绕翼型的流动 列线 BB AA 栅距t栅轴，与列线垂直的直线 稠度 安装角a28翼 型(1)骨架线：翼形内切圆心连线(2)前缘点，后缘

7、点 (3)翼弦与弦长b(4) 翼展l，叶片在径向上的长度(5) 展弦比， l/b(6) 弯度或挠度f，翼弦到骨架线的距离， f/b，相对弯度，fmax最大弯度，fmax/b，最大相对弯度(7) 厚度 (8) 冲角(9) 前驻点，来流接触翼形开始分离的点，速度为0 后驻点， 绕流翼型后汇合的点，速度为0292 速度三角形排挤系数圆周分速31（2）出口速度三角形 圆周速度 轴向速度 圆周分速度32进出口速度三角形无穷远来流的相对速度33三、轴流式泵与风机的升力理论1 孤立翼型的空气动力特性 翼型上升力和阻力与翼型的几何形状及气流参数的关系34 升力 儒可夫斯基升力定理：单位翼型上的升力Fy1 速度

8、环量：速度矢量在某一封闭周界切线上投影沿着该周界的线积分，对于叶轮，即为设计流线上某点的圆周分速度与该点所在位置圆周长度之积。 翼展l的翼型，升力35阻力 摩擦阻力：较小 压差阻力：附面层分离，较大，机翼型叶片减小阻力 升力角36空气动力特性曲线空气动力特性曲线 cy1和cx1与的关系曲线 升力和阻力系数与几何形状及来流的冲角有关 空气动力特性曲线由风洞实验求得 大冲角附面层分离37极曲线 以升力系数为纵坐标，阻力系数为橫坐标的曲线极线 原点与曲线上点的连线斜率为升阻比效率最高点 斜率最大点 最大升阻比翼型的极曲线38儒可夫斯基升力定理成立 翼型间相互影响 用w代替v升力和阻力2 叶栅翼型的空

9、气动力特性39翼型叶栅的修正系数L 与相对栅距t/b和a有关 借用等价平板叶栅等价平板叶栅 C为骨架线中点 AD 垂直于 AB AB即为等价平板，构成叶栅 ba为等价平板的弦长平板直列叶栅40升力系数cy 修正系数L 翼型的升力系数cy1 取平板的升力系数阻力系数cx 阻力系数小翼型叶栅升力系数与阻力系数411 由动量矩定理推导能量方程动量矩定理成立，可用离心式泵与风机的能量方程 相同扭速的轴流泵与风机有相同的扬程轴流泵能量方程轴流风机能量方程3、能量方程式42轴流式泵与风机能量方程能量方程分析： (1) u1=u2，总能量小 (2) 1= 2时，HT=0, 1w2，才能获得更高的压力能 叶轮入口断面小于出口断面 采用进口为圆形的机翼型叶片 (4) 不足 不能反映出总能量与翼型及叶栅几何参数的关系 不能用于设计计算43六、轴流式泵与风机的基本类型44(1) 单个叶轮没有导叶 v2u0，出口处有圆周分速 能量损失大，适用于低压轴流风机(2) 单个叶轮后置导叶 消除出口圆周分速 部分旋转动能转换为压力能 损失小，效率高，适用于高压轴流式泵与风机(3) 前置导叶单个叶轮 进口负预旋、速度大，损失较大 叶轮所获能量大，可减小体积 变工况时的冲角变化小，效率变化不大 可调叶片时，工况变化小 适用于轴流风机，水泵因为汽蚀