流体机械原理

流体机械原理主讲人：陈乃祥绪 论目录流体机械概述流体机械的定义流体机械的分类

流体机械的应用流体机械——以流体〔气体或液体〕为工作介质与能量载体的机械设备。流体机械的工作过程——流体所具有的能量与机械的机械能相互转换或具有不同能量的流体之间进行能量的传递。一、流体机械概述

一〕流体机械的定义根据流量传递的方向：

分为工作机和原动机原动机：

将流体的能量转换为机械能用于驱动其他的机械设备。

水轮机、汽轮机、燃气轮机、风力机、各种液压马达和各种汽开工具。工作机：

将机械能转变成流体的能量，将流体送到高处，或压力更高的空间，或克服管路阻力将流体送到远处。

水泵、风机、压缩机均属工作机。二〕流体机械的分类：根据流体与机械的相互作用方式：

分成容积式和叶片式流体机械。容积式流体机械特点：1〕工作介质处于工作腔，工作腔可以是一个或几个。2〕工作腔的容积是变化的。3〕机械和流体之间的作用主要是静压力。举例：蒸汽机车——原动机风箱、打气筒——是工作机工作机：

转动，平移、吸气、压气、推动介质流动。原动机：

介质以一定的压力推动活塞的运动——转动。图0-1往复活塞式流体机械叶片式流体机械：

能量转换是连续绕流叶片的介质与叶轮之间进行的。

叶片使介质的速度〔大小和方向〕都发生变化，产生这种变化叶片要克服流体的惯性力，从而引起对叶片的反作用力。

可逆式水泵水轮机是最典型的叶片式流体机械：

工作机方向——泵

动力机方向——水轮机。图0-2 水泵水轮机图按工作介质的性质：

水力机械、热力机械。水力机械：以液体如油、水等为工作介质。热力机械：以气体为工作介质。

液体和气体主要区别在于：一般液体是认为不可压缩的，气体是可以压缩的。

可压缩性是一个相对的概念：

高压下要考虑液体的可压缩性如水锤问题，低压下或压力变化不大时，气体也可不考虑其压缩性。如风机。容积式流体机械根据运动方式可分为往复式和回转式两类。图0-3往复式例图图0-4回转式例图叶片式流体机械中根据流体在叶轮内压力和速度的变化情况可分为还击式和冲击式两类流体机械。

叶轮内流体的压力和速度都发生变化的，既交换动能又交换势能，那么称还击式流体机械。

叶轮内流体只是速度发生变化的，只交换动能，那么称冲击式流体机械。图0-5混流式水轮机图图0-6冲击式水轮机图容积式流体机械可分为：

往复式和回转式：详见表0——1叶片式中的冲击式又可分为：

切击式、斜击式及双击式，详见表0——1叶片式的还击式又可分为：

径流式：径向流过转轮叶片区

混流式：液流径向进轴向出

轴流式：水流轴向进轴向出热力机械根据所产生的压力的不同分为：

通风机〔压力小于0.015mpa〕

鼓风机〔压力在0.015~0.35mpa〕

压缩机〔压力大于0.35mpa〕其他分类方法：用途、结构特点等进行分类，后面表达。表01容积式流体机械分类表02叶片式流体机械分类二 流体机械的应用〔1〕流体机械广泛应用在：

国民经济各部门，社会生活各领域。〔2〕科学技术越开展流体机械应用越广泛，

起的作用越大。 如现代电力工业中，发电量的3/4由汽轮机承担，1/4由水轮机承担，近年来西电东送，水电开展越来越多； 而用电量中1/3用于驱动水泵、风机、压缩机。特别是水泵占的比例很大； 各种应用场合对流体机械的性能参数和可靠性提出更高的要求； 流体机械理论研究、设计水平及制造技术提出了更高的要求。1.电力工业：

核电、火电、水电综述：火电、核电中，发电机组的大型化

电站用泵大型化、高参数。

大型高参数风机。

最大的锅炉给水泵功率在49.3mw，扬程达3000m。问题：

目前我国热电站的厂用电占发电量的12%，而兴旺国家只占4~5%。提高辅机特别是泵和风机的效率对节能有重要的意义。同时，其可靠性更为重要。核电站：〔1〕二次蒸汽回路中需用火电相同的泵，一次回路中主循环泵是该回路的唯一回转机械，高温高压下工作，关键设备之一。〔2〕平安系统，容积控制系统、废料处理系统用很多泵，表03核电站用泵参数水力发电：水能是清洁可再生能源，水力资源是目前唯一可以大规模开发的清洁可再生能源，并有防洪、灌溉、航运、水产养殖、旅游等综合效益。有与热电、核电相比便于调节出力的优点。世界水力资源总蕴藏量 38*105MW 已开发仅10%我国水力资源总蕴藏量 3.78*105MW 已开发<15%长江三峡电站，是目前世界上最大的水电站，向家坝、溪洛渡、九滩……水轮机是水力发电的关键部件。水力发电的生产过程：主机系统、辅机系统。除水轮机外，水电厂油气水等辅机系统中，要应用大量的水泵、油泵、压缩机等流体机械。图0-8主机系统简图图09水电辅机系统简图2.水利工程2.1大型引水提水工程：

大型高扬程〔离心泵〕、大型大流量可调泵〔轴流混流泵〕。2.2排水排涝：

低扬程大流量泵的应用。

节水灌溉技术，大量用泵或其他形式的流体机械。图0-10

山西万家寨

引黄工程简图图0-11南水北调示意图3.化学工业

输送各种流体〔包括各种液流和气流和多相流〕的泵和压缩机是化工厂的心脏，化工装置大型化——对泵和压缩机的性能参数的要求越来越高。高温、低温、高压、易燃、剧毒、易结晶、易汽化、易分解等介质的输送，对泵和压缩机的设计制造提出了各种特殊要求。以乙烯流程用泵为例见表044.石油工业泵和压缩机是石油天然气钻探、开采、传输和加工过程中的重要设备，对于沙漠和海洋油田，由于环境的不同对几种流体机械有着特殊的要求：潜油泵：

潜水式电机，位于井下，叶轮半径小，泵的级数可达数百，输送液固混合物，要有耐磨性。油田潜水泵：

向油层供水，提高油层压力——自喷，

提高效率——节能油气压缩机：

直接利用油田伴生气体注入油层以提高压力。

注气量大，用离心式压缩机——压力可达71mpa；

注气量小，用活塞式压缩机。水下油气混输泵：图0-12图0-12水下油气混输泵5．钢铁工业高炉鼓风机：

轴流压缩机，风量大，10000m3/min，功率60mw空气压缩机：

流量72000m3/min，压力3.5mpa，功率12.15MW。6.动力工程1)燃气轮机压缩机，

其作用是将空气压入燃烧室，产生高温、高压燃气，推动燃气轮机的叶轮转动。

大型移动式燃气轮机——轴流式压缩机。

小型固定式燃气轮机——离心式压缩机2)涡轮增压器

其作用是利用内燃机汽缸排出的废气驱动涡轮机——驱动压缩机将空气增压进入汽缸，增加空气量，可增加燃油，提高功率。3)动力风源

用活塞式或离心式压缩机，产生压缩空气，做动力风源。4)液力传动装置

原动机〔电动机，内燃机等〕一般定速驱动泵轮，将功率传给液体介质，液体介质推动在同一壳体内的涡论〔起水轮机的作用〕——推开工作机，转速适应力矩的变化适用于战车等车辆的使用。图0-13液力变矩器7.制冷与低温工程

压缩机是制冷装置中的重要设备。另一种设备为膨胀机，其作用是使气体〔制冷剂〕实现绝热等熵膨胀，其能量可