流体力学和流体机械基本定律和性质课件

流体力学流体力学和和流体机械流体机械基本定基本定律和性质律和性质第十一章第十一章 离心式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机的叶轮理论第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类第二节第二节 泵与风机的工作原理及性能参数泵与风机的工作原理及性能参数第三节第三节 流体在叶轮中的运动流体在叶轮中的运动第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程第五节第五节 理论压头的组成理论压头的组成第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类内内 容容 提提 要要一、泵与风机的用途一、泵与风机的用途二、泵与风机的分类二、泵与风机的分类 (一一)叶轮式泵与风机叶轮式泵与风机 (二二)容积式泵与风机容积式泵与风机 (三三)其它形式的泵与风机其它形式的泵与风机第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 一、泵与风机的用途一、泵与风机的用途 泵泵与与风风机机是是日日常常生生活活中中及及工工程程实实际际上上用用途途非非常常广广泛泛的的流流体体机械机械。泵泵与与风风机机的的作作用用：是是将将原原动动机机的的机机械械能能转转换换成成为为流流体体的的压压力力能能、位位能能和和动动能能，以以克克服服流流体体的的流流动动阻阻力力，达达到到输输送送流流体体的的目的。目的。其中：其中：用于输送水或其它液体的机械称为用于输送水或其它液体的机械称为泵泵；用于输送空气或其它气体的机械称为用于输送空气或其它气体的机械称为风机风机。泵与风机在供热、采暖、通风、空调、燃气、给排水、环境等工程中得到广泛的应用。二、泵与风机的分类二、泵与风机的分类第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 按工作原理不同，泵与风机通常分为三大类。按工作原理不同，泵与风机通常分为三大类。(一一)叶轮式泵与风机叶轮式泵与风机 通通过过高高速速旋旋转转的的叶叶轮轮对对流流体体做做功功，使使流流体体获获得得能能量量。根根据据流体流过叶轮时的方向不同，又可分为三种。流体流过叶轮时的方向不同，又可分为三种。(1)(1)离心式泵与风机离心式泵与风机 离离心心泵泵的的示示意意图图见见图图11-1。离心泵启动前使泵体和吸水管内充充满满水水，启动后叶轮高速旋转，叶轮内的水随之旋转获得能量。同时由于惯性沿沿离离心心方方向向流流出出叶轮进入螺旋形机壳，将一部分动能转化为压力能，通过压水管排出。这时叶轮入口处形成真空，在大气压作用下，吸水池的水经底阀、吸水管被压入水泵，从而压水吸水过程得以连续进行。第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 图11-1 离心离心泵示意示意图图11-2 立式立式轴流流泵示意示意图1-底底阀;2-吸水管吸水管;3-叶叶轮;1-吸入管吸入管;2-叶片叶片;3-轮毂;4-导叶叶;4-轴;5-机壳机壳;6-压水管水管5-机壳机壳;6-轴;7-出水弯管出水弯管第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 (2)(2)轴流式泵与风机轴流式泵与风机 图图11-2是是立立式式轴轴流流泵泵的的示示意意图图。叶轮由叶片和轮毂组成，在转轴带动下在圆筒形泵壳内旋转。流体由吸入管沿轴轴向向流流入入叶轮，随之旋转获得能量，然后沿轴轴向向经经导导叶叶流流出出。导叶固定在泵壳上不动，它的作用是消除水流的旋转运动，将动能转变为压力能。(3)(3)混流式泵与风机混流式泵与风机 混流式也称斜斜流流式式。流体沿轴轴向向流流入入叶轮，斜斜向向流流出出，介于离心式与轴流式之间。叶叶轮轮式式泵泵与与风风机机的的优优点点是是构构造造简简单单，效效率率高高，且且易易于于调调节节。因此得到普遍应用。其中尤以离心式泵与风机应用最多。第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 (二二)容积式泵与风机容积式泵与风机 通通过过工工作作室室容容积积的的改改变变对对流流体体做做功功，使使流流体体获获得得能能量量。根根据工作室容积改变的方式不同，又可分为两种。据工作室容积改变的方式不同，又可分为两种。(1)(1)往复式往复式 以以活活塞塞泵泵为为例例。图图11-3是是活活塞塞泵泵的的示示意意图图。曲柄连杆机构带动活活塞塞在在泵泵缸缸内内往往复复运运动动。当活塞由左向右运动时，工工作作室室容容积积扩扩大大，压压强强降降低低，液体顶开吸水阀进入泵缸，是吸吸水水过过程程。当活塞由右向左运动时，工工作作室室容容积积减减小小，液液体体受受压压，吸水阀关闭，顶开压水阀而排出，是压压水水过过程程。活塞不断往复运动，吸水与压水过程就不断交替进行。第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 图11-3 活塞活塞泵示意示意图图11-4 齿轮泵示意示意图 1-活塞活塞;2-压水水阀;3-吸水吸水阀;1-主主动轮;2-从从动轮;3-吸液口吸液口;4-工作室工作室;5-泵缸缸4-排液口排液口第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 (2)(2)旋转式旋转式 以以齿齿轮轮泵泵为为例例，如如图图11-4所所示示。齿轮泵有一对互相啮合的齿轮。主动轮由原动机带动旋转，并带动从动轮反向旋转。液体由吸液口进入，在齿的挤压下分左右沿泵壳流向排液口。容积式泵与风机由于构造不同，各有特点，可以应用于各种不同情况。如在锅炉房中，利用锅炉产生的蒸汽为动力的蒸汽活塞泵，可以做为停电时锅炉的补给水泵。齿轮泵常用来做输送润滑油的油泵。第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 (三三)其它形式的泵与风机其它形式的泵与风机 如射射流流泵泵，示示意意图图见见图图11-5。射流泵的工作原理是，高压工作流体A从喷嘴高速射出，使吸入室形成真空，流体B在大气压作用下进入吸入室。二者在混合室中相混，经过扩散管使部分动能转化为压力能，然后输送出去，输出的是混合流体C。射流泵的工作流体可以是高压水，也可以是高压气体，抽吸的流体可以是水、药液、空气等。射流泵的用途很广，可以做水处理工艺中的投药装置，充气、曝气装置，可以做水泵启动前排气设备，还可以与离心泵联合工作以增加离心泵的吸水高度，等等。第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 图11-5 射流射流泵示意示意图1-喷嘴；嘴；2-吸入室；吸入室；3-混合管；混合管；4-扩散管散管 由于液体是不可压缩流体，而风机对气体的增压不高，通常不超过1000mmH2O，故以下内容都按不可压缩流体进行论述。第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 按按流流体体的的压压力力大大小小不不同同，泵泵与与风风机机通通常常又又可可分分为为低低压压、中中压和高压三类：压和高压三类：(一一)泵的分类：泵的分类：低压泵低压泵 低压泵的总压头小于低压泵的总压头小于2.0MPa；中压泵中压泵 中压泵的总压头在中压泵的总压头在2.06.0MPa之间；之间；高压泵高压泵 高压泵的总压头大于高压泵的总压头大于6.0MPa。(二二)风机分类：风机分类：全风压小于全风压小于15KPa的风机为低压风机，通常称为通风机。的风机为低压风机，通常称为通风机。低压通风机低压通风机 低压通风机的全风压小于低压通风机的全风压小于1.0KPa；中压通风机中压通风机 中压通风机的全风压在中压通风机的全风压在1.03.0KPa之间之间；高压通风机高压通风机 高压通风机的全风压大于高压通风机的全风压大于3.0 15KPa。第一节第一节 泵与风机的用途及分类泵与风机的用途及分类 鼓鼓风风机机 鼓鼓风风机机为为中中压压风风机机，其其全全风风压压通通常常一一般般在在15 340KPa之间之间；压压气气机机(压压缩缩机机)压压气气机机为为高高压压风风机机，全全风风压压在在340KPa以上。以上。第二节第二节 离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理及性能参数及性能参数内内 容容 提提 要要一、离心式泵与风机的工作原理一、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的性能参数二、离心式泵与风机的性能参数第二节第二节 离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理及性能参数及性能参数 一、离心式泵与风机的工作原理一、离心式泵与风机的工作原理 离心式泵与风机启动前叶轮内充满流体(水水泵泵应应预预先先充充水水)，启动后叶轮内流体在叶轮带动下旋转，从而能量增加，同时在惯性作用下产生离心方向的位移，沿叶片之间的通道流向机壳，机壳收集从叶轮中流出的流体，导向出口排出，见图11-6。当叶轮中流体在离心方向运动时，叶轮入口处压强降低形形成成真真空空，在大气压作用下，流体由吸入口进入叶轮，使泵或风机连续工作，这就是离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理。第二节第二节 离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理及性能参数及性能参数 图11-6 离心离心泵工作示意工作示意图1-轴;2-叶叶轮;3-机壳机壳;4-吸入口吸入口;5-压出口出口第二节第二节 离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理及性能参数及性能参数 二、离心式泵与风机的性能参数二、离心式泵与风机的性能参数 泵与风机的工作特性，通常可以用以下性能参数表示。泵与风机的工作特性，通常可以用以下性能参数表示。(1)流流量量Q 单单位位时时间间内内输输送送流流体体的的数数量量，常常用用体体积积流流量量表表示，单位为示，单位为m3/s或或m3/h等。等。(2)压压头头H 单单位位重重量量流流体体所所获获得得的的能能量量，即即单单位位重重量量流流体体从泵或风机的进口至出口能量的增值。从泵或风机的进口至出口能量的增值。进口截面单位重量流体具有的能量为 出口截面单位重量流体具有的能量为第二节第二节 离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理及性能参数及性能参数 则，泵或风机的压头为泵或风机的压头为 (11-1)对于水泵，压头常称为对于水泵，压头常称为扬程扬程，常用单位为常用单位为mH2O。对对于于风风机机，习习惯惯上上常常用用风风压压p表表示示气气体体能能量量的的增增值值，p=H。它它实实际际上上是是单单位位体体积积气气体体通通过过风风机机获获得得的的能能量量。p的的单单位位与与压压强相同，可用强相同，可用Pa或或mmH2O表示表示。(3)功功率率N 原原动动机机传传到到泵泵或或风风机机转转轴轴上上的的功功率率是是输输入入功功率率，称为泵与风机的称为泵与风机的轴功率轴功率，用，用N表示，表示，单位为单位为W或或kW。第二节第二节 离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理及性能参数及性能参数 泵泵或或风风机机的的输输出出功功率率，即即流流体体单单位位时时间间内内获获得得的的能能量量，称称为为有效功率有效功率，用，用Ne表示。表示。计算式为 (11-2)式中-流体的重度，kg/m3。(4)效效率率 有有效效功功率率Ne与与轴轴功功率率N之之比比，即即为为泵泵或或风风机机的的效率，效率，它表示输入功率被流体利用的程度。(11-3)(5)转转速速n 转转速速即即为为泵泵或或风风机机的的叶叶轮轮每每分分钟钟的的转转数数，单单位位为为rpm(r/min)。第二节第二节 离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理及性能参数及性能参数 泵或风机的其它性能参数，将在有关内容中论述。第三节第三节 流体在叶轮中的运动流体在叶轮中的运动内内 容容 提提 要要 圆周运动、相对运动、绝对运动圆周运动、相对运动、绝对运动 速度图速度图(速度三角形速度三角形)、安装角和工作角、安装角和工作角第三节第三节 流体在叶轮中的运动流体在叶轮中的运动 流体在叶轮中的运动很复杂。它一方面随随叶叶轮轮旋旋转转作作圆圆周周运运动动，即即牵牵连连运运动动，另一方面沿沿叶叶片片方方向向作作相相对对于于叶叶片片的的相相对对运运动动，二二者者合合成成为为绝绝对对运运动动，如图11-7所示。圆圆周周速速度度u沿圆周的切线方向，相相对对速速度度w沿叶片弯曲方向，绝绝对对速速度度c是是u与与w的的向量和向量和，即 流体在流道中任意点的三种速度，可以绘成速速度度图图(即速速度度三三角角形形)，如图11-8。其中圆圆周周速速度度u沿沿圆圆周周切切线线方方向向，用用水水平平线线段段表表示示。相相对对速速度度w与与圆圆周周速速度度u的的反反向向夹夹角角，叫叫做做安安装装角角，它它表表示示叶叶片片弯弯曲曲的的方方向向。绝绝对对速速度度c与与圆圆周周速速度度u的的夹夹角角，叫做叫做工作角工作角，它表示流体它表示流体运动的方向。运动的方向。第三节第三节 流体在叶轮中的运动流体在叶轮中的运动 图11-7 流体在叶流体在叶轮中的运中的运动(a)圆周运周运动；(b)相相对运运动；(c)绝对运运动第三节第三节 流体在叶轮中的运动流体在叶轮中的运动 图11-8 速度速度图(速度三角形速度三角形)第三节第三节 流体在叶轮中的运动流体在叶轮中的运动 绝对速度c可以分解为径径向向分分速速度度cr和切切向向分分速速度度cu。径径向向分速度与流量有关，切向分速度与压头有关。分速度与流量有关，切向分速度与压头有关。即 速速度度图图是是研研究究流流体体在在叶叶轮轮内内能能量量转转换换及及其其性性能能的的基基础础。由以后的分析得知，泵泵与与风风机机的的性性能能主主要要与与叶叶轮轮进进口口及及出出口口处处的的流流体体运运动动情情况况有有关关。以后用角标“1”表示进口处的物理量，用角标“2”表示出口处的物理量。设叶轮进口直径为D1。出口直径(即叶轮外径)为D2，叶轮转速为n，则叶轮的进口圆周速度u1及出口圆周速度u2分别为第三节第三节 流体在叶轮中的运动流体在叶轮中的运动 (11-4)设叶轮的进口宽度为b1，出口宽度为b2，泵或风机的流量为Q，则叶轮进口的径向分速度cr1及出口径向分速度cr2分别为 (11-5)式中1、2为排排挤挤系系数数，考虑叶片厚度对流动通道的影响。对对于水泵于水泵 值在值在0.750.95之间。小泵取低限，大泵取高限。之间。小泵取低限，大泵取高限。第三节第三节 流体在叶轮中的运动流体在叶轮中的运动 根根据据圆圆周周速速度度u1、u2和和径径向向分分速速度度cr1、cr2及及叶叶片片的的安安装装角角 1、2，或或者者根根据据叶叶轮轮的的转转速速n和和流流体体的的流流量量Q及及叶叶片片的的安安装装角角 1、2，则可以作出，则可以作出叶轮进口及出口的速度图。叶轮进口及出口的速度图。第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程内内 容容 提提 要要一、一、基本假设基本假设二、二、方程式推导方程式推导三、三、欧拉方程式的修正欧拉方程式的修正第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程 从理理论论上上研究流体在叶轮中的运动情况和获得能能量量的的关关系系式式，就是泵与风机的基本方程式。一、基本假设一、基本假设 为了使问题简化，在推导过程中采用以下几个基本假设，建立流动模型。1)1)叶叶轮轮具具有有无无限限多多个个叶叶片片，叶叶片片厚厚度度极极薄薄。流体在叶片之间的流道中流动时，流速方向与叶片弯曲方向相同，同一圆周上流速的大小是均匀的。2)2)流流过过叶叶轮轮的的流流体体是是不不可可压压缩缩理理想想流流体体，流动过程中没有能量损失。3)3)流体在叶片之间的流道中流动时，为稳定的分层流动。流体在叶片之间的流道中流动时，为稳定的分层流动。第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程 二、方程式推导二、方程式推导 在以上基本假设下，应应用用动动量量矩矩方方程程推推导导离离心心式式泵泵与与风风机机的的基基本本方方程程式式。由动量矩方程得知，作用于控制体内流体上的外力对转轴的力矩等于单位时间内控制体内流体对该轴的动量矩的增量与通过控制面净流出的动量矩之和。取叶轮进口及出口圆柱面为控制面。当叶轮转速恒定时，流体运动是稳稳定定流流动动，控制面内流体动量矩增量为零，则外外力力矩等于单位时间内通过控制面流出与流入的动量矩的差值矩等于单位时间内通过控制面流出与流入的动量矩的差值。由于假设叶轮无穷多叶片，同一圆周上速度的大小是均匀的，故单位时间内通过叶轮整个出口截面流出的动量矩为单位时间内通过叶轮整个出口截面流出的动量矩为第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程 单位时间内通过叶轮整个进口截面流入的动量矩为单位时间内通过叶轮整个进口截面流入的动量矩为 其中流量Q及切向分速度cu的角标“T”表示理想流体及无穷多叶片，r1、r2是叶轮进口半径及出口半径。由动量矩方程得 将此式两边同乘以角速度。而M=N。N是是外外加加功功率率，在没有能量损失的条件下，N=HTQT。又考虑到u=r，则上式可写为 整理之，就得到单位重量流体获得的能量为第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程 (11-6)或 (11-6)这这就就是是离离心心式式泵泵与与风风机机的的基基本本方方程程，它是1754年首先由欧拉提出的，故又称为欧拉方程欧拉方程。由欧拉方程式看出：由欧拉方程式看出：1)1)流流体体所所获获得得的的理理论论压压头头HT仅仅与与流流体体在在叶叶轮轮进进口口与与出出口口处的速度有关，与叶轮内部的流动过程无关；处的速度有关，与叶轮内部的流动过程无关；2)2)流体所获得的理论压头流体所获得的理论压头HT与被输送流体的种类无关。与被输送流体的种类无关。第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程 三、欧拉方程式的修正三、欧拉方程式的修正 欧拉方程式是在无限多叶片和叶片无限薄的假设条件下得到的。实际上，叶轮的叶片数目只有几片或几十片，叶片之间 的流道有一定宽度。当叶轮旋转时，流体由于惯性产生与叶轮转动方向相反的相对涡流。如图11-9所示。相对涡流与沿叶片的均 匀流迭加，使顺转动方向的 流道前部相对流速增大，后 部相对流速减小，从而同一 半径圆周上速度分布不均匀。图11-9 相相对涡流流第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程 同时叶轮出口处相对速度的方向向叶轮转动的反方向偏移，由w2T偏移为w2T(见图11-9)。由于流量与转速不变，即cr2及u2不变，从出口速度图(图11-10)可以看出，相对速度的 偏移使切向分速度cu2T减 小为cu2T。从而有限叶片叶 轮的压头降低,可采用涡流 系数K来表示此项影响。即 (11-7)图11-10 出口速度出口速度图的的变化化 理论和试验表明，涡流系数K与叶片数目、叶轮内径与外径的比值、流体粘度等因素有关。第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程 对于水泵水泵常采用斯塔区金斯塔区金经验公式 (11-8)式中Z为叶片数；r1、r2为叶轮进出口半径。对于风风机机，板式前盘、且前后盘平行的叶轮，可采用艾艾克克经验公式计算 (11-9)上式适用于30250的范围。当250时，则采用下式计算第四节第四节 离心式泵与风机的基本方程离心式泵与风机的基本方程 (11-l0)粗略计算时，水泵的粗略计算时，水泵的K值可取为值可取为0.8，风机可取为，风机可取为0.80.85。在推导欧拉方程式时，假设流体是理想流体，流动过程中没有能量损失，而实际流体都有粘性，在叶轮内流动过程中必然产生能量损失。因此实际压头H必然小于理论压头HT。我们用水力效率水力效率 H考虑此项能量损失。为简便起见，以后写欧拉方程式时，将速度角标“T”省略。第五节第五节 理论压头的组成理论压头的组成内内 容容 提提 要要 理论压头中的动压头理论压头中的动压头 理论压头中的静压头理论压头中的静压头第五节第五节 理论压头的组成理论压头的组成 理理论论压压头头是是单单位位重重量量流流体体通通过过泵泵或或风风机机获获得得的的机机械械能能。流体的机械能包括压力能、位能、动能三部分，理论压头中这三部分能量的组成如何呢?首先看位能，由于叶轮的进口与出口截 面是同轴圆柱面，平均位置高度Z相等，都 在转轴上。因此理论压头中不包括位能。理论压头中不包括位能。为了将理论压头中压力能与动能 分开，将速度图用余弦定理余弦定理展开：得第五节第五节 理论压头的组成理论压头的组成 代入理论压头公式，则 (11-11)其中第一项中c1、c2是流体在叶轮进口与出口的绝对速度，是流体相对于固定在地球上的惯性坐标系的速度。因此绝对速度的流速压头是单位重量流体具有的动能。出出口口绝绝对对流流速速压压头头与与进进口口绝绝对对流流速速压压头头的的差差值值，就就是是流流体体所所获获得得的的动动能能，称称为为动动压头压头，记为第五节第五节 理论压头的组成理论压头的组成 (11-12)其余两项虽然形式上也是流速压头差，但实质上是单位重量流体获得的压力能，称为静压头静压头，记为 (11-13)其中(u22u12)/2g是进出口圆周速度不同转化的压力能，它是静压头的主要部分。如果叶轮中流体只作圆周运动，没有相对运动时，与容器作等角速度旋转流体相对平衡情况相同。由第二章第八节得知，流体各点的压强为(不考虑位置高度)第五节第五节 理论压头的组成理论压头的组成 由于叶轮出口半径r2大于进口半径r1，故出口压强p2大于进口压强p1，其差值正是 实际上流体除圆周运动外，还沿着叶片间的流通作相对运动。由于叶片自进口向出口展宽，相对速度降低而转化为压力能，即 这部分压力能在静压头中所占比例较小。第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 内内 容容 提提 要要 前弯式叶轮的影响前弯式叶轮的影响 径向式叶轮的影响径向式叶轮的影响 后弯式叶轮的影响后弯式叶轮的影响第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 泵与风机设计时，为了得到最大压头，一般选选定定一一个个合合适适的的进进口口安安装装角角 1，使使得得在在设设计计工工况况下下的的进进口口工工作作角角 1=90。由于cu1=c1cos1=0，由欧拉方程式可知，理论压头HT得到最大值，即 (11-14)图11-11 叶叶轮进出口速度出口速度图(a)进口速度口速度图；(b)出口速度出口速度图第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 这时流体沿径向流入叶片间的流道，绝对速度c1与径向分速度相等，即c1=cr1。如图11-11(a)所示。为了讨论出口安装角2对理论压头的影响，将出口速度图画出，如图11-11(b)。由图看出 (11-15)代入式(11-14)，则 (11-16)上式表明，理理论论压压头头HT与与出出口口安安装装角角 2有有关关。按照2的不同，叶轮可分为三种型式：叶轮可分为三种型式：后弯式后弯式 290，叶片出口方向与叶轮旋转方向相反；，叶片出口方向与叶轮旋转方向相反；径向式径向式 2=90，叶片出口方向沿叶轮的半径方向；，叶片出口方向沿叶轮的半径方向；第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 图11-12 三种型式叶三种型式叶轮(a)后弯式后弯式 290；(b)径向式径向式 2=90；(c)前弯式前弯式 290第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 前弯式前弯式 290，叶片出口方向与叶轮旋转方向一致。，叶片出口方向与叶轮旋转方向一致。取外径相同、转速相同(u2相同)、流量相同(cr2相同)的三种型式叶轮，见图11-12，比较其理论压头。由式(11-16)可知：后弯式后弯式 290，cot 20，则，则 HTu22/g；径向式径向式 2=90，cot 2=0，则，则 HT=u22/g；前弯式前弯式 290，cot 20，则，则 HTu22/g。因此，在在流流量量、尺尺寸寸、转转速速相相同同的的条条件件下下，前前弯弯式式叶叶轮轮产产生生的的理论压头最大，后弯式叶轮的理论压头最小，径向式居中。理论压头最大，后弯式叶轮的理论压头最小，径向式居中。第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 下面进进一一步步分分析析不不同同叶叶轮轮型型式式对对理理论论压压头头组组成成的的影影响响。通常离心式泵与风机叶轮的进口截面积与出口截面积相差不大，因此进口和出口的径向分速度可以近似看作相等，即 又因为 故 将此关系代入式(11-12)，得动压头为 由前知第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 后弯式后弯式 叶轮叶轮 290，u2cu2，所以所以 则则 HdHT/2，动压头小于理论压头的一半动压头小于理论压头的一半。径向式径向式 叶轮叶轮 2=90，u2=cu2，所以，所以 则则 Hd=HT/2，动压头等于理论压头的一半动压头等于理论压头的一半。前弯式前弯式 叶轮叶轮 290，u2cu2，所以，所以 则则 HdHT/2，动压头大于理论压头的一半动压头大于理论压头的一半。由以上分析可见，流流体体通通过过前前弯弯式式叶叶轮轮所所获获得得的的压压头头中中，动动能能占占一一半半以以上上。后后弯弯式式叶叶轮轮则则相相反反，压压力力能能占占一一半半以以上上。动能占的比重越大，相应的能量损失也越大，因而前弯式叶轮效率较低。第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 对于泵来说，为了说明静扬程和动扬程在总扬程中所占的比例，引入反作用度的概念。所谓反反作作用用度度，就就是是静静扬扬程程在在总总扬程中所占的比例，常用希腊字母扬程中所占的比例，常用希腊字母来表示，即来表示，即第六节第六节 叶轮型式对压头的影响叶轮型式对压头的影响 综上所述，各各种种型型式式的的叶叶轮轮各各有有优优缺缺点点，对对于于离离心心式式水水泵泵及及大大型型风风机机，一一般般要要求求效效率率高高，多多采采用用后后弯弯式式叶叶轮轮。对于中小型风机，由于本身功率较小，效率成为次要的问题，为了缩小风机的尺寸，常采用前弯式叶轮。径向式叶轮的特点介于后弯式与前弯式之间，由于它加工容易，出口沿径向，不易积尘堵塞，叶片强度较好，多用于污水泵、排尘风机、耐高温风机等。本本 章章 小小 结结一、基本概念一、基本概念二、基本定律和基本方程二、基本定律和基本方程三、重要的性质和结论三、重要的性质和结论