泵與風(fēng)機(jī)課件(2)-葉輪理論 修改后

1、泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans1 1 葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本理論葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本理論 討論泵與風(fēng)機(jī)的討論泵與風(fēng)機(jī)的，就是要，就是要研究研究，從而，從而找出找出，確定適宜的，確定適宜的流道形狀，以便流道形狀，以便。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans1 1 葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本理論葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本理論 由圖不難看出，欲開展對葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本理論的由圖不難看出，欲開展對葉片式泵與風(fēng)機(jī)的基本理論的研究工作，研究工作，。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī)

2、Pumps and FansPumps and Fans一、流體在一、流體在葉輪內(nèi)的流動分析葉輪內(nèi)的流動分析 1-1 1-1 離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論 （一）葉輪流道投影圖及其流動分析假設(shè)（一）葉輪流道投影圖及其流動分析假設(shè) （二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形（二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans一、流體在一、流體在葉輪內(nèi)的流動分析葉輪內(nèi)的流動分析 葉輪流道投影圖葉輪流道投影圖用途：機(jī)械加工制造，引進(jìn)設(shè)備國產(chǎn)化。用途：機(jī)械加工制造，引進(jìn)設(shè)備國產(chǎn)化。軸面投影圖軸面投影圖平面投影圖平面投影圖泵與風(fēng)機(jī)

3、泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans一、流體在一、流體在葉輪內(nèi)的流動分析葉輪內(nèi)的流動分析 葉輪流道投影圖葉輪流道投影圖（簡化后）平面投影圖平面投影圖圖圖 1-2 葉輪投影圖葉輪投影圖軸面投影圖軸面投影圖泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans一、流體在一、流體在葉輪內(nèi)的流動分析葉輪內(nèi)的流動分析 2流動分析假設(shè)流動分析假設(shè) （1 1）葉輪中的）葉輪中的（5 5）流體在葉輪內(nèi)的流動是）流體在葉輪內(nèi)的流動是。 （2 2）流體為）流體為，即忽略了流體的粘性。因此可暫，即忽略了流體的粘性。因此可暫不考慮由于粘性使速度場不均勻而帶來的葉輪內(nèi)的

4、流動損失。不考慮由于粘性使速度場不均勻而帶來的葉輪內(nèi)的流動損失。 （3 3）流動為）流動為，即流動不隨時間變化。，即流動不隨時間變化。 （4 4）流體是）流體是的。的。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans一、流體在一、流體在葉輪內(nèi)的流動分析葉輪內(nèi)的流動分析 葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形 因此，流體在葉輪內(nèi)的運動是一種因此，流體在葉輪內(nèi)的運動是一種uw牽連運動牽連運動 相對運動相對運動 絕對運動絕對運動 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans一、流體在一、流體在葉輪內(nèi)的流動分析葉輪內(nèi)的流動分

5、析 （二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形（二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形絕對速度角絕對速度角 流動角流動角 速度三角形是研究流體在葉速度三角形是研究流體在葉輪內(nèi)能量轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。若已知流輪內(nèi)能量轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)。若已知流體在葉片體在葉片和和處（分別用處（分別用下標(biāo)下標(biāo)“ 、 ”表示）的情況，經(jīng)比表示）的情況，經(jīng)比較，可得流體流經(jīng)葉輪后所獲得較，可得流體流經(jīng)葉輪后所獲得的能量。的能量。 下標(biāo)下標(biāo)“”表示表示時的參數(shù)時的參數(shù)。m泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans一、流體在一、流體在葉輪內(nèi)的流動分析葉輪內(nèi)的流動分析 （二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形（二）葉輪內(nèi)

6、流體的運動及其速度三角形速度三角形的計算速度三角形的計算絕對速度角絕對速度角 流動角流動角 a a 葉片安裝角葉片安裝角u=cos，周向分速周向分速m=sin，徑向分速徑向分速u=60Dn （2）絕對速度的徑向分速）絕對速度的徑向分速r為：為： （3）2及及 1角：角： 當(dāng)葉片無限多時，當(dāng)葉片無限多時，2=2a；而而2a在設(shè)計時可根據(jù)經(jīng)驗選取。在設(shè)計時可根據(jù)經(jīng)驗選取。同樣同樣1也可根據(jù)經(jīng)驗、吸入條件和設(shè)計要求取定。也可根據(jù)經(jīng)驗、吸入條件和設(shè)計要求取定。 22TmbDqV理論流量理論流量絕對速度分解絕對速度分解 例題：例題： 有一離心泵，葉輪外徑有一離心泵，葉輪外徑D D2 2=0.6m=0.6

7、m，出，出口寬度口寬度b b2 2=0.1m=0.1m，葉片出口安裝角，葉片出口安裝角2 2a =22a =22，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n=1200r/minn=1200r/min，流量，流量qv=0.5mqv=0.5m3 3/s/s，畫出口，畫出口速度三角形。速度三角形。smnDu/68.376022smbDqAqvvvm/65. 22222 =2a =22 u22 =22 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans 利用流體力學(xué)中的動量矩定理，可建立葉片對流體作功利用流體力學(xué)中的動量矩定理，可建立葉片對流體作功與流體運動狀態(tài)變化之間的聯(lián)系。與流體運動狀態(tài)變化之間的聯(lián)系。

8、1、前提條件、前提條件 2、控制體和坐標(biāo)系、控制體和坐標(biāo)系（相對） 葉片為“”, =0, =const., , =const.，軸對稱。0t相對坐標(biāo)系相對坐標(biāo)系控制體控制體 2 速度矩速度矩泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans 3、動量矩定理及其分析動量矩定理及其分析 在穩(wěn)定流動中，在穩(wěn)定流動中，M=K。且，單位時間內(nèi)流出、流進(jìn)控且，單位時間內(nèi)流出、流進(jìn)控制體的流體對轉(zhuǎn)軸的動量矩制體的流體對轉(zhuǎn)軸的動量矩K 分別為：分別為： （2）由表面力產(chǎn)生的力矩。它包括葉輪前、后蓋板）由表面力產(chǎn)生的力矩。它包括葉輪前、后蓋板, 1-1和和2-2控制面外的流體及葉片對流體

9、的作用力矩。由假設(shè)可知，控制面外的流體及葉片對流體的作用力矩。由假設(shè)可知，。K2=qVT2l2=qVT2r2cos2，K1=qVT1l1=qVT1r1cos1 作用在控制體內(nèi)流體上的外力對轉(zhuǎn)軸的力矩作用在控制體內(nèi)流體上的外力對轉(zhuǎn)軸的力矩 M 有：有： （1）由質(zhì)量力所產(chǎn)生的力矩。由于對稱性，質(zhì)量力對轉(zhuǎn)）由質(zhì)量力所產(chǎn)生的力矩。由于對稱性，質(zhì)量力對轉(zhuǎn)軸的力矩之和為零。軸的力矩之和為零。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans 3、動量矩定理及其分析動量矩定理及其分析 M=qVT(2r2cos2-1r1cos1)當(dāng)葉輪以等角速度旋轉(zhuǎn)時，則當(dāng)葉輪以等角速度旋轉(zhuǎn)時，則原

10、動機(jī)通過轉(zhuǎn)軸原動機(jī)通過轉(zhuǎn)軸傳給流體傳給流體的功率為：的功率為： 由于由于u2=r2、u1=r1、2u=2cos2、1u=1cos1，代入上式得代入上式得 ：P=M=qVT (2r2cos2-1r1cos1)P=qVT(u22u- u11u)泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans 3、動量矩定理及其分析動量矩定理及其分析 則則，即，即為：為： )(g1gu11u22TTuuqPHV（m） （Pa）pT=gHT= (u22u- u11u)則則，即，即為：為： 上兩式對軸流式葉輪也成立，故稱其為上兩式對軸流式葉輪也成立，故稱其為，又稱歐拉方程式（，又稱歐拉方程式（

11、Euler.L ，1756.）。）。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans能量方程式能量方程式把葉輪對流體所做的功與流體的運動參數(shù)聯(lián)把葉輪對流體所做的功與流體的運動參數(shù)聯(lián)系起來了系起來了，所以它是，所以它是。在推導(dǎo)過程中，。在推導(dǎo)過程中，由于由于避開了流體在葉輪內(nèi)部復(fù)雜的流動問題，只涉及葉輪進(jìn)、避開了流體在葉輪內(nèi)部復(fù)雜的流動問題，只涉及葉輪進(jìn)、出口處流體的流動情況出口處流體的流動情況。因此，。因此，。 1 1、分析方法上的特點、分析方法上的特點: :三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析、理論能頭與被輸送流體密度的關(guān)系、理論能頭與被輸送流體密度的關(guān)系: :

12、。即：如果葉輪的尺寸、轉(zhuǎn)速相同，流量相等，無。即：如果葉輪的尺寸、轉(zhuǎn)速相同，流量相等，無論輸送何種流體，都可得到相同液柱或氣柱高度的理論揚程；論輸送何種流體，都可得到相同液柱或氣柱高度的理論揚程；但理論全壓是不同的。但理論全壓是不同的。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans （1）吸入條件。在上式中）吸入條件。在上式中u11u反映了泵與風(fēng)機(jī)的吸入反映了泵與風(fēng)機(jī)的吸入條件，減小條件，減小u11u也可提高理論能頭。因此，在進(jìn)行泵與風(fēng)也可提高理論能頭。因此，在進(jìn)行泵與風(fēng)機(jī)的設(shè)計時，一般盡量使機(jī)的設(shè)計時，一般盡量使190（即流體在進(jìn)口近似為（即流體在進(jìn)口近似為徑向徑

13、向或軸向流入或軸向流入，1u0），以獲得較高的能頭。），以獲得較高的能頭。 、提高無限多葉片時理論能頭的幾項措施、提高無限多葉片時理論能頭的幾項措施：三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析)(g1gu11u22TTuuqPHV泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans、提高無限多葉片時理論能頭的幾項措施、提高無限多葉片時理論能頭的幾項措施：三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析 （2）葉輪外徑）葉輪外徑D2和轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速n。因。因u2=2D2n/60，所以，所以，。但增大。但增大D2會會受到泵與風(fēng)機(jī)的效率、結(jié)構(gòu)尺寸、重量和制造成本、材料強(qiáng)受到泵與風(fēng)機(jī)的效率、結(jié)

14、構(gòu)尺寸、重量和制造成本、材料強(qiáng)度、工藝要求等的限制。提高轉(zhuǎn)速，可以減小結(jié)構(gòu)尺寸和重度、工藝要求等的限制。提高轉(zhuǎn)速，可以減小結(jié)構(gòu)尺寸和重量，可降低制造成本，同時，對效率等性能也會有所改善。量，可降低制造成本，同時，對效率等性能也會有所改善。因此，因此，。目前火力發(fā)電廠大型給水泵的轉(zhuǎn)速已高達(dá)目前火力發(fā)電廠大型給水泵的轉(zhuǎn)速已高達(dá)7500r/min。但是轉(zhuǎn)速的提高也受到材料強(qiáng)度、泵的汽蝕性能但是轉(zhuǎn)速的提高也受到材料強(qiáng)度、泵的汽蝕性能和風(fēng)機(jī)噪聲的限制。和風(fēng)機(jī)噪聲的限制。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans、能量方程式的第二形式：、能量方程式的第二形式： 三、三、能量

15、方程式的分析能量方程式的分析 （3）絕對速度的沿圓周方向的分量）絕對速度的沿圓周方向的分量2u。提高。提高2u也可也可提高理論能頭，而提高理論能頭，而2u與葉輪的型式即出口安裝角與葉輪的型式即出口安裝角2y有關(guān)，有關(guān)，這一點將在第三節(jié)中專門討論。這一點將在第三節(jié)中專門討論。、提高無限多葉片時理論能頭的幾項措施、提高無限多葉片時理論能頭的幾項措施：由葉輪葉片進(jìn)、出口速度三角形可知：由葉輪葉片進(jìn)、出口速度三角形可知： )(21cos222uiiiiiiiwuu其中其中i=1或或 i=2，將上式代入理論揚程，將上式代入理論揚程HT 的表達(dá)式，得：的表達(dá)式，得： 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and

16、FansPumps and Fans、能量方程式的第二形式：、能量方程式的第二形式： 三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析ggwwguuHT222212222212122dstHH 第一部分第一部分Hst：共同：共同。對于軸流式泵與風(fēng)機(jī)，由于。對于軸流式泵與風(fēng)機(jī)，由于u1=u2=u，所以，所以Hst的第一的第一項等于零，這說明，項等于零，這說明，；為了提高軸流式泵與風(fēng)機(jī)的靜能頭，；為了提高軸流式泵與風(fēng)機(jī)的靜能頭，就必須設(shè)法提高就必須設(shè)法提高w1，為此，應(yīng)使葉片進(jìn)口面積小于其出口，為此，應(yīng)使葉片進(jìn)口面積小于其出口面積。實際中常常將軸流式葉輪葉片進(jìn)口處稍稍加厚，做成面積。實際中常常將軸流式葉輪

17、葉片進(jìn)口處稍稍加厚，做成翼形斷面（翼形斷面（2y1y）就是方法之一。）就是方法之一。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans、能量方程式的第二形式：、能量方程式的第二形式： 三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析 第二部分第二部分Hd：（或簡稱動壓頭）。這項動能頭要在葉輪后的導(dǎo)葉或蝸殼中（或簡稱動壓頭）。這項動能頭要在葉輪后的導(dǎo)葉或蝸殼中部分地轉(zhuǎn)化為靜能頭（或稱靜壓頭）。但是，從流體力學(xué)的部分地轉(zhuǎn)化為靜能頭（或稱靜壓頭）。但是，從流體力學(xué)的觀點看，觀點看，。因此，。因此，在設(shè)計泵與風(fēng)機(jī)時，為了提高在設(shè)計泵與風(fēng)機(jī)時，為了提高泵與風(fēng)機(jī)的效率，一方面應(yīng)力求降低動能

18、頭的比例泵與風(fēng)機(jī)的效率，一方面應(yīng)力求降低動能頭的比例，另一方，另一方面又面又盡量使導(dǎo)流部分設(shè)計得合理，使流線平順以減少損失。盡量使導(dǎo)流部分設(shè)計得合理，使流線平順以減少損失。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans三、三、能量方程式的分析能量方程式的分析 最后應(yīng)當(dāng)指出，由于能量方程是建立在流動分析的幾個最后應(yīng)當(dāng)指出，由于能量方程是建立在流動分析的幾個基本假設(shè)基礎(chǔ)之上的，按照這些假設(shè)，葉輪所供給流體的能基本假設(shè)基礎(chǔ)之上的，按照這些假設(shè)，葉輪所供給流體的能量，應(yīng)不折不扣地全部被流體所獲得。這在實際中是不可能量，應(yīng)不折不扣地全部被流體所獲得。這在實際中是不可能的。因為

19、流體在葉輪內(nèi)的流動十分復(fù)雜，流動中會產(chǎn)生各種的。因為流體在葉輪內(nèi)的流動十分復(fù)雜，流動中會產(chǎn)生各種損失而減少了流體所獲得的能量。因此，損失而減少了流體所獲得的能量。因此，例題例題： 有一離心風(fēng)機(jī)，葉輪內(nèi)徑有一離心風(fēng)機(jī)，葉輪內(nèi)徑D D1 1=0.3m=0.3m，外徑，外徑D D2 2=0.8m=0.8m，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n=800n/rn=800n/r，若氣體以，若氣體以v v1 1=10m/s=10m/s的的速度徑向進(jìn)入葉輪，出口相對速度也為徑向。速度徑向進(jìn)入葉輪，出口相對速度也為徑向。(1)(1)畫葉輪進(jìn)出口處速度三角形畫葉輪進(jìn)出口處速度三角形;(2);(2)不計葉片厚不計葉片厚度，求理論全壓為多少

20、度，求理論全壓為多少？解：解：1 1、氣體徑向進(jìn)入葉輪、氣體徑向進(jìn)入葉輪 1=90o v1=v1m u1=D1n/60=12.56m/s 由1 v1 u1泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans2、出口速度三角形、出口速度三角形 u2=D2n/60=33.5m/s 出口相對速度為徑向出口相對速度為徑向 2= 90o v2m=w v2u=u2 qv1=qv2 D1 b1v1m= D2 b2v2m v2m = 3.75m/s 由由2 v2m u2pT = (u2V2u-u1V1u)= (u2V2u)= u22=1347Pa泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and Fa

21、nsPumps and Fans泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans四、離心式葉輪葉片型式的分析四、離心式葉輪葉片型式的分析 后彎后彎 徑向徑向 前彎前彎2a 90為便于分析，假設(shè)為便于分析，假設(shè): : （1 1）葉輪外徑相同）葉輪外徑相同, ,流量相同流量相同, , 轉(zhuǎn)速相同轉(zhuǎn)速相同 v v2m2m相同相同,u,u2 2相同相同 出口速度三角形等底等高出口速度三角形等底等高（2 2）流體徑向進(jìn)入葉輪）流體徑向進(jìn)入葉輪 1 1=90, V=90, V1u1u=0=0泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans( (一一) )理

22、論揚程理論揚程 H HT T = H= HT T =(u=(u2 2V V2u 2u -u-u1 1V V1u 1u )/g)/g =(u =(u2 2V V2u 2u )/g)/g H HT T 后彎后彎 H HT T 徑向彎徑向彎 H 徑向徑向 前彎前彎泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans2u(1, 1/2), 后向式葉輪， 2a (2amin,90)小，后向式葉輪小，后向式葉輪大，前向式葉輪大，前向式葉輪 1/2, 徑向式葉輪， 2a =90(1/2 ,0), 前向式葉輪， 2a (90,2amax)結(jié)論：結(jié)論： HT 各種各種2m時的速度三角形及時

23、的速度三角形及Hd、Hst的曲線圖的曲線圖2amin2amax90u2=c2amax2w2 =1u2=cHTHd =1/22amin2w2w22四、離心式葉輪葉片型式的分析四、離心式葉輪葉片型式的分析 ( (三三) )效率效率后彎后彎: :流道長流道長, ,變化平緩變化平緩, ,出口絕對速度小出口絕對速度小, ,損失小損失小, ,效效率高率高, ,噪音低噪音低. .前彎前彎: :流道短流道短, ,變化劇烈變化劇烈, ,出口絕對速度大出口絕對速度大, ,損失大損失大, ,效效率低率低, ,噪音高噪音高. .徑向徑向: :性能介于兩者間性能介于兩者間, ,出口徑向出口徑向, ,不易積灰工藝簡單不易

24、積灰工藝簡單. .葉型的選擇葉型的選擇： 各有特點，如何選擇？各有特點，如何選擇？一般，一般，離心泵離心泵， 流動的為液體，功率大，為提高效率，降低流動的為液體，功率大，為提高效率，降低軸功率，一般采用后彎。軸功率，一般采用后彎。離心風(fēng)機(jī)離心風(fēng)機(jī)， 三種葉型都有。三種葉型都有。 要求高效低噪，采用后彎；要求總風(fēng)壓高，要求高效低噪，采用后彎；要求總風(fēng)壓高，前彎；要求不易積灰，徑向，如排粉機(jī)。前彎；要求不易積灰，徑向，如排粉機(jī)。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans（一）軸向渦流的概念（一）軸向渦流的概念 葉片型線嚴(yán)格控制流體流動。葉片型線嚴(yán)格控制流體流動。葉片

25、型線不能完全控制流體流動。葉片型線不能完全控制流體流動。 AA軸向渦流試驗軸向渦流試驗流體流體(理想理想)相對于旋轉(zhuǎn)的容器，由于其慣相對于旋轉(zhuǎn)的容器，由于其慣性產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)容器反向的旋轉(zhuǎn)運動。性產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)容器反向的旋轉(zhuǎn)運動。流體在葉輪流道中的流動流體在葉輪流道中的流動軸向渦流軸向渦流無限葉片數(shù)無限葉片數(shù)有限葉片數(shù)有限葉片數(shù)AA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泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans1 1、流線和速度三角形發(fā)生變化，分布不均；流線和速度三角形發(fā)生變化，分布不均； （二）葉片數(shù)有限時對理論能頭的影響（二）葉片數(shù)有限時對

26、理論能頭的影響 pwpw，非工作面，工作面產(chǎn)生產(chǎn)生p形成阻力矩；形成阻力矩； 2 2、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 實際流體流動實際流體流動 實際流體，損失實際流體，損失 修正：修正： 流動效率流動效率 hThThHKHHTTKHH 修正：修正：滑移系數(shù)滑移系數(shù) 或或 環(huán)流系數(shù)環(huán)流系數(shù) K K( (不是由損失造成的不是由損失造成的) )半經(jīng)驗公式計算半經(jīng)驗公式計算 g22222amTcotwuuH實際揚程：實際揚程：泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans流體進(jìn)入泵與風(fēng)機(jī)葉輪葉片前有一個先期旋轉(zhuǎn)運動，稱流體進(jìn)入泵與風(fēng)機(jī)葉輪葉片前有一

27、個先期旋轉(zhuǎn)運動，稱為預(yù)旋。為預(yù)旋。 六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響當(dāng)當(dāng)），稱為負(fù)預(yù)旋。），稱為負(fù)預(yù)旋。（，使，使），稱為正預(yù)旋；），稱為正預(yù)旋；（，使，使1u11u1/90/90uu按產(chǎn)生原因可分為強(qiáng)制預(yù)旋和自由預(yù)旋兩種。按產(chǎn)生原因可分為強(qiáng)制預(yù)旋和自由預(yù)旋兩種。如導(dǎo)葉、雙吸葉輪、螺旋形吸入室如導(dǎo)葉、雙吸葉輪、螺旋形吸入室等，與流量的變化無關(guān)；等，與流量的變化無關(guān)；當(dāng)流量偏離設(shè)當(dāng)流量偏離設(shè)計值時產(chǎn)生，與設(shè)備的結(jié)構(gòu)因素?zé)o關(guān)。計值時產(chǎn)生，與設(shè)備的結(jié)構(gòu)因素?zé)o關(guān)。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響六

28、、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響強(qiáng)制預(yù)旋的機(jī)理較易理解；自由預(yù)旋的機(jī)理強(qiáng)制預(yù)旋的機(jī)理較易理解；自由預(yù)旋的機(jī)理【美國美國AJ斯捷潘諾夫，最小阻力原理斯捷潘諾夫，最小阻力原理】。 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響通常用預(yù)旋系數(shù)通常用預(yù)旋系數(shù)來表示，它等于進(jìn)口處流體絕對速度來表示，它等于進(jìn)口處流體絕對速度的周向分量的周向分量1u 與葉輪進(jìn)口的圓周速度與葉輪進(jìn)口的圓周速度u1 之比，即：之比，即： 1u1u在設(shè)計階段一般?。涸谠O(shè)計階段一般?。和L(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī) =0.300.50；離心泵次級葉輪離心泵次級

29、葉輪 =0.250.40。 首級葉輪不采取預(yù)旋，或取首級葉輪不采取預(yù)旋，或取0.2泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響5、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能的影響、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能的影響 （以正預(yù)旋為例） （如下圖所示）。它可能造成（如下圖所示）。它可能造成H-qV 曲線的不連續(xù)，并曲線的不連續(xù)，并在某一小流量區(qū)內(nèi)往往造成不穩(wěn)定的運行。在某一小流量區(qū)內(nèi)往往造成不穩(wěn)定的運行。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影

30、響5、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能的影響、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能的影響 （以正預(yù)旋為例） 因此，為了改善小流量下泵與風(fēng)機(jī)的性能，往往在因此，為了改善小流量下泵與風(fēng)機(jī)的性能，往往在設(shè)計時采用某些手段改善葉輪的吸入條件以控制預(yù)旋。設(shè)計時采用某些手段改善葉輪的吸入條件以控制預(yù)旋。 例如，對于泵可根據(jù)例如，對于泵可根據(jù)不同型式的吸入室，裝設(shè)不同型式的吸入室，裝設(shè)相應(yīng)形狀的擋板或肋；對相應(yīng)形狀的擋板或肋；對于風(fēng)機(jī)，在入口裝設(shè)可調(diào)于風(fēng)機(jī)，在入口裝設(shè)可調(diào)葉片等。右圖是裝設(shè)擋板葉片等。右圖是裝設(shè)擋板（肋）前后的性能比較。（肋）前后的性能比較。 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans六、預(yù)

31、旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響5、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能的影響、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能的影響 （以正預(yù)旋為例） 。由于強(qiáng)制預(yù)。由于強(qiáng)制預(yù)旋是由吸入室或背導(dǎo)葉所造成的，并不消耗葉輪的能量，因旋是由吸入室或背導(dǎo)葉所造成的，并不消耗葉輪的能量，因而也就不消耗葉輪的功率；而自由預(yù)旋總是伴隨著流量的改而也就不消耗葉輪的功率；而自由預(yù)旋總是伴隨著流量的改變而存在的，當(dāng)流量小到某一臨界值時，要產(chǎn)生反向流，此變而存在的，當(dāng)流量小到某一臨界值時，要產(chǎn)生反向流，此時，自由預(yù)旋要消耗葉輪的一部分能量，因而也就消耗葉輪時，自由預(yù)旋要消耗葉輪的一部分能量，因而也就消耗葉輪的一部分功率。的一部分功率。

32、 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響六、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的影響5、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能的影響、預(yù)旋對泵與風(fēng)機(jī)性能的影響 （以正預(yù)旋為例）因為預(yù)旋使得入口相因為預(yù)旋使得入口相對速度對速度w1減小，從而使泵的必減小，從而使泵的必須汽蝕余量降低，改善了汽蝕須汽蝕余量降低，改善了汽蝕性能。鑒于此，對于高速、高性能。鑒于此，對于高速、高 當(dāng)流量減小時，如果沒有預(yù)旋，則沖角為當(dāng)流量減小時，如果沒有預(yù)旋，則沖角為1 ，而預(yù)旋的存在，而預(yù)旋的存在使得沖角為使得沖角為2，沖角減小了，沖角減小了 ，從而減小了沖擊損失。，從而減小了沖擊損失

33、。 抗汽蝕性能的泵在設(shè)計時都考慮一定的預(yù)旋系數(shù)。抗汽蝕性能的泵在設(shè)計時都考慮一定的預(yù)旋系數(shù)。 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans一、概述一、概述二、流體在葉輪中的運動及速度三角形二、流體在葉輪中的運動及速度三角形三、能量方程及其分析三、能量方程及其分析四、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本類型四、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本類型1-2 1-2 軸流式軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans原理：原理： 原動機(jī)帶動葉輪旋轉(zhuǎn)原動機(jī)帶動葉輪旋轉(zhuǎn)葉片對流體做功葉片對流體做功 流體能量增加流體能量增加 升力（

34、軸向推力）升力（軸向推力）作用下流體作用下流體流出葉輪流出葉輪泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans特點特點： （1 1）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕）結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕 （2 2）流量大，能頭低）流量大，能頭低 （3 3）葉片角度可調(diào)，變工況調(diào)節(jié)性能好）葉片角度可調(diào)，變工況調(diào)節(jié)性能好 （4 4）葉片可調(diào)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜）葉片可調(diào)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 （5 5）噪音大）噪音大泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans 葉輪流道投影圖葉輪流道投影圖列線列線列線列線弦長弦長葉片安裝角葉片安裝角柵距柵距泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps a

35、nd FansPumps and Fans（一）葉輪流道投影圖及其流動分析假設(shè)（一）葉輪流道投影圖及其流動分析假設(shè) （1 1）認(rèn)為流體流過軸流式葉輪時，與飛機(jī)在大氣中飛行）認(rèn)為流體流過軸流式葉輪時，與飛機(jī)在大氣中飛行十分相似，十分相似，。 （2 2），即認(rèn)為葉輪中流體微團(tuán)是在以，即認(rèn)為葉輪中流體微團(tuán)是在以泵與風(fēng)機(jī)的軸線為軸心線的圓柱面（稱為流面）上流動，且泵與風(fēng)機(jī)的軸線為軸心線的圓柱面（稱為流面）上流動，且相鄰兩圓柱面上的流動互不相干，也就是說，相鄰兩圓柱面上的流動互不相干，也就是說，。 除可以采用研究離心式泵與風(fēng)機(jī)時所采用的方法外，常除可以采用研究離心式泵與風(fēng)機(jī)時所采用的方法外，常做如下假設(shè)

36、：做如下假設(shè)： 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans1 1流體在葉輪內(nèi)的運動仍是一種流體在葉輪內(nèi)的運動仍是一種uw圓周速度圓周速度u 仍為：仍為：u=60Dn在同一半徑上，在同一半徑上，u1= u2=u，且且 w1a=w2a=wa=1a=2a=a泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans（二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形（二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形與離心式葉輪比較，不同點有：與離心式葉輪比較，不同點有：4/ )(2h22TDDqVa理論流量理論流量輪轂直徑輪轂直徑Dh與與比較，不同點是：比較，不同點是：葉柵改變了柵

37、前來流的方向和大小，即：周向速度分葉柵改變了柵前來流的方向和大小，即：周向速度分量。量。泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans（二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形（二）葉輪內(nèi)流體的運動及其速度三角形在進(jìn)行葉柵計算時，以在進(jìn)行葉柵計算時，以幾何平均值幾何平均值w等價于單個翼型等價于單個翼型時無窮遠(yuǎn)處的來流速度，其速度三角形如圖所示。時無窮遠(yuǎn)處的來流速度，其速度三角形如圖所示。2212221222uuauuavvuvwwwwuuauawwwarctanwwarctan212 （一）孤立翼型的空氣動力特性（一）孤立翼型的空氣動力特性 1、孤立翼型是指流體繞翼型的流

38、動是在一個無限大的、孤立翼型是指流體繞翼型的流動是在一個無限大的平面內(nèi)進(jìn)行的。平面內(nèi)進(jìn)行的。 （一）孤立翼型的空氣動力特性（一）孤立翼型的空氣動力特性 1、升力、升力Fy的方向與流體無窮遠(yuǎn)來流速度的方向垂直，的方向與流體無窮遠(yuǎn)來流速度的方向垂直，對于翼展為對于翼展為l的翼型，其升力為的翼型，其升力為 2、實際流體繞流翼型時也受到阻力為、實際流體繞流翼型時也受到阻力為 ，與，與升力的方向相垂直，升力的方向相垂直， 作用在翼型上的力，應(yīng)該是升力和阻力的合力作用在翼型上的力，應(yīng)該是升力和阻力的合力F，合力，合力與升力之間的夾角為升力角與升力之間的夾角為升力角，它表示阻力與升力之比，它表示阻力與升力之

39、比。221vblcFyy221vlbcFxx升力角升力角角越小，則升力越大而阻力角越小，則升力越大而阻力越小，翼型的空氣動力學(xué)特性越小，翼型的空氣動力學(xué)特性越好。越好。1111tanyxyxccFF 升力系數(shù)升力系數(shù)c1x與阻力系數(shù)與阻力系數(shù)c1y與翼型的幾何形狀及來流的與翼型的幾何形狀及來流的沖角沖角有關(guān)。有關(guān)。C1y，當(dāng)，當(dāng)達(dá)達(dá)11時時, C1y則急劇下降，則急劇下降，C1x則增大。這一點稱為失速點。沖角增大到失速點后則增大。這一點稱為失速點。沖角增大到失速點后，空氣動力特性就大為惡化。，空氣動力特性就大為惡化。 在軸流式泵與風(fēng)機(jī)中失速工況將使性能惡化，效率降在軸流式泵與風(fēng)機(jī)中失速工況將使

40、性能惡化，效率降低，并伴隨有噪聲與振動。低，并伴隨有噪聲與振動。為提高泵與風(fēng)機(jī)效率，為提高泵與風(fēng)機(jī)效率，應(yīng)使應(yīng)使11、較小。較小。極曲線：以升力系數(shù)為縱坐標(biāo)，阻力極曲線：以升力系數(shù)為縱坐標(biāo)，阻力系數(shù)為橫坐標(biāo)的曲線系數(shù)為橫坐標(biāo)的曲線極線：原點與曲線上點的連線極線：原點與曲線上點的連線斜率為升阻比斜率為升阻比效率最高點效率最高點 斜率最大點斜率最大點 最大升阻比最大升阻比 而理想流體繞流葉柵翼型時，作用在翼型上的升力而理想流體繞流葉柵翼型時，作用在翼型上的升力定理與流體繞流孤立翼型時具有相同的形式，但速定理與流體繞流孤立翼型時具有相同的形式，但速度要用葉柵進(jìn)、出口速度向量的平均值決定。度要用葉柵進(jìn)

41、、出口速度向量的平均值決定。 當(dāng)葉柵稠度當(dāng)葉柵稠度b/t0.50.7時，（軸流泵與風(fēng)機(jī)多半時，（軸流泵與風(fēng)機(jī)多半在此范圍內(nèi)）翼型間相互干擾比較小，其流動狀況在此范圍內(nèi)）翼型間相互干擾比較小，其流動狀況接近孤立翼型，孤立翼型升力系數(shù)與阻力系數(shù)可以接近孤立翼型，孤立翼型升力系數(shù)與阻力系數(shù)可以直接應(yīng)用于葉柵中。直接應(yīng)用于葉柵中。只要用 代替翼型無窮遠(yuǎn)來流速度，就可以借用孤立翼型升力理論研究葉的流體流動。w 當(dāng)葉時柵稠度當(dāng)葉時柵稠度b/t1時，實際翼型在葉柵中時，實際翼型在葉柵中的升力系數(shù)偏離孤立翼型的升力系數(shù)較大的升力系數(shù)偏離孤立翼型的升力系數(shù)較大，則需要進(jìn)行時柵試驗，確定其升力系數(shù)，則需要進(jìn)行時柵

42、試驗，確定其升力系數(shù)進(jìn)行葉柵的動力計算。進(jìn)行葉柵的動力計算。22wlbcFxx22wlbcFyy泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans借用離心式泵與風(fēng)機(jī)的推導(dǎo)公式：借用離心式泵與風(fēng)機(jī)的推導(dǎo)公式： ggwwguuHT222212222212122dstHH 1、對于軸流式泵與風(fēng)機(jī)，由于、對于軸流式泵與風(fēng)機(jī)，由于u1=u2=u，所以，所以Hst的第一項的第一項等于零，這說明，等于零，這說明，；2、為了提高軸流式泵與風(fēng)機(jī)的靜能頭，就必須設(shè)法提高、為了提高軸流式泵與風(fēng)機(jī)的靜能頭，就必須設(shè)法提高w1，為此，應(yīng)使葉片進(jìn)口面積小于其出口面積。實際中常常將軸為此，應(yīng)使葉片進(jìn)

43、口面積小于其出口面積。實際中常常將軸流式葉輪葉片進(jìn)口處稍稍加厚，做成翼形斷面（流式葉輪葉片進(jìn)口處稍稍加厚，做成翼形斷面（21）就是方法之一。就是方法之一。三、能量方程及其分析三、能量方程及其分析 泵與風(fēng)機(jī)泵與風(fēng)機(jī) Pumps and FansPumps and Fans四、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本類型四、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本類型 （1）單個葉輪）單個葉輪 速度三角形出口速度有圓周分速度速度三角形出口速度有圓周分速度 ，即出口旋轉(zhuǎn)，即出口旋轉(zhuǎn) ，有能，有能量損失。適用于低壓軸流風(fēng)機(jī)。量損失。適用于低壓軸流風(fēng)機(jī)。（2）單個葉輪，后置導(dǎo)葉）單個葉輪，后置導(dǎo)葉 消除葉輪出口處消除葉輪出口處 流體的圓周分速而導(dǎo)向軸向速度，并使流體的圓周分速而導(dǎo)向軸向速度，并使這部分旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為壓力能。減少旋轉(zhuǎn)帶來的損失，提這部分旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化為壓力能。減少旋轉(zhuǎn)帶來的損失，提高了效率。常用于高壓軸流式泵與風(fēng)機(jī)。高了效率。常用于高壓軸