泵与风机的叶轮理论ppt课件

第一章第一章 泵与风机的叶轮理论泵与风机的叶轮理论1-1 1-1 离心式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机的叶轮理论 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件 二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理 三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形 四、速度三角形的计算四、速度三角形的计算 五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析 六、离心式叶轮叶片形式的分析六、离心式叶轮叶片形式的分析 七、有限叶片叶轮中流体的运动七、有限叶片叶轮中流体的运动1-2 1-2 轴流式泵与风机的叶轮理论轴流式泵与风机的叶轮理论第一章第一章 泵泵与与风风机的叶机的叶轮轮理理论论1-1 离心式离心式泵泵与与风风机的叶机的叶轮轮理理论论1-1 1-1 离心式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机的叶轮理论 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件 （一）离心泵的主要部件一）离心泵的主要部件 1 1、叶轮：前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。、叶轮：前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体，提高液体叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体，提高液体 能量的核心部件。能量的核心部件。1-1 离心式离心式泵泵与与风风机的叶机的叶轮轮理理论论 一、离心式一、离心式泵泵与与风风机的构机的构（一）离心泵的主要部件（一）离心泵的主要部件 2 2、吸入室、吸入室 吸水管法兰接头至叶轮入口的空间。作用是以最小吸水管法兰接头至叶轮入口的空间。作用是以最小的阻力损失，引导液体平稳进入叶轮。的阻力损失，引导液体平稳进入叶轮。一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件（一）离心（一）离心泵泵的主要部件一、离心式的主要部件一、离心式泵泵与与风风机的构造及主要部件机的构造及主要部件（一）离心泵的主要部件（一）离心泵的主要部件 3 3、压出室、压出室 叶轮出口至压水管法兰接口的空间，作用是使从叶叶轮出口至压水管法兰接口的空间，作用是使从叶轮出来的高速流体以最小的阻力损失引入压水管。轮出来的高速流体以最小的阻力损失引入压水管。一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件（一）离心（一）离心泵泵的主要部件一、离心式的主要部件一、离心式泵泵与与风风机的构造及主要部件机的构造及主要部件（一）离心泵的主要部件（一）离心泵的主要部件 4 4、导叶、导叶 导叶的作用是汇集前一级叶轮流出的液体，以最小的导叶的作用是汇集前一级叶轮流出的液体，以最小的阻力损失引入次级叶轮的进口或者是压出室。阻力损失引入次级叶轮的进口或者是压出室。5 5、密封装置、密封装置 (1)(1)密封环密封环 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件（一）离心（一）离心泵泵的主要部件一、离心式的主要部件一、离心式泵泵与与风风机的构造及主要部件机的构造及主要部件（一）离心泵的主要部件（一）离心泵的主要部件 5 5、密封装置、密封装置 (2)(2)轴端密封轴端密封 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件（一）离心（一）离心泵泵的主要部件一、离心式的主要部件一、离心式泵泵与与风风机的构造及主要部件机的构造及主要部件（二）离心风机的主要部件（二）离心风机的主要部件 1 1、叶轮、叶轮 前盘、后盘、叶片和轮毂组成前盘、后盘、叶片和轮毂组成 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件（二）离心（二）离心风风机的主要部件一、离心式机的主要部件一、离心式泵泵与与风风机的构造及主要部件机的构造及主要部件（一）离心风机的主要部件（一）离心风机的主要部件 2 2、蜗壳、蜗壳 汇集从叶轮流出的气体并引向风机出口。汇集从叶轮流出的气体并引向风机出口。一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件（一）离心（一）离心风风机的主要部件一、离心式机的主要部件一、离心式泵泵与与风风机的构造及主要部件机的构造及主要部件（一）离心风机的主要部件（一）离心风机的主要部件 3 3、集流器与进气箱、集流器与进气箱 集流器装在叶轮进口，作用是以最小的阻力引导气流集流器装在叶轮进口，作用是以最小的阻力引导气流均匀的充满叶轮入口。均匀的充满叶轮入口。一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件（一）离心（一）离心风风机的主要部件一、离心式机的主要部件一、离心式泵泵与与风风机的构造及主要部件机的构造及主要部件二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理：离心式泵与风机的工作原理：叶轮高速旋转时产生的离心力叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处或高，从而能够被输送到高处或远处。远处。二、离心式二、离心式泵泵与与风风机的工作原理离心式机的工作原理离心式泵泵与与风风机的工作原理：叶机的工作原理：叶轮轮高高二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式二、离心式泵泵与与风风机的工作原理机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式二、离心式泵泵与与风风机的工作原理机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式二、离心式泵泵与与风风机的工作原理机的工作原理三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形假设：假设：1 1、叶轮中的叶片数为无限多；、叶轮中的叶片数为无限多；2 2、理想流体；、理想流体；3 3、叶轮中的流体的运动为稳定流动；、叶轮中的流体的运动为稳定流动；4 4、叶轮中的流体为不可压缩的流体；、叶轮中的流体为不可压缩的流体；流体在叶轮里的运动：流体在叶轮里的运动：复合运动复合运动流体和叶轮一起作流体和叶轮一起作旋转运动旋转运动；流体从叶轮的流道里流体从叶轮的流道里向外流动向外流动；三、流体在叶三、流体在叶轮轮内的运内的运动动及速度三角形假及速度三角形假设设：1、叶、叶轮轮中的叶片数中的叶片数为为绝对速度与相对速度绝对速度与相对速度绝对速度绝对速度指运动物体相对于指运动物体相对于静止参照系静止参照系的运动速度的运动速度V V ；相对速度相对速度指运动物体相对于指运动物体相对于运动参照系运动参照系速度速度w w ；牵连速度牵连速度是指是指运动参照运动参照系相对于系相对于静止参照系静止参照系的速度的速度u u 。三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形绝对绝对速度与相速度与相对对速度速度绝对绝对速度指运速度指运动动物体相物体相对对于静止参照系的运于静止参照系的运动动速速流体在叶轮中的运动与速度三角形流体在叶轮中的运动与速度三角形u当叶轮旋转时，在叶片进口当叶轮旋转时，在叶片进口“1 1”或出口或出口“2 2”处，处，流体随叶轮旋转作圆周牵连运动，其流体随叶轮旋转作圆周牵连运动，其圆周速度圆周速度为为u u；见图见图。u流体沿叶片方向作流体沿叶片方向作相对流动相对流动，其，其相对速度相对速度为为w w；u流体在进、出口处的流体在进、出口处的绝对速度绝对速度v v应为应为w w与与u u两者之矢两者之矢量和。量和。u流体在叶轮内任何瞬间都既做圆周运动又做相对流体在叶轮内任何瞬间都既做圆周运动又做相对运动。我们把流体相对于机壳的运动称为绝对运运动。我们把流体相对于机壳的运动称为绝对运动，其运动速度称为绝对速度。动，其运动速度称为绝对速度。见图见图流体在叶流体在叶轮轮中的运中的运动动与速度三角形与速度三角形将绝对速度将绝对速度v v分解为与在轴面上的分量称为轴面速度分解为与在轴面上的分量称为轴面速度v vr r，它是流体沿轴面向叶轮流出的分量，与通过叶轮的它是流体沿轴面向叶轮流出的分量，与通过叶轮的流量流量有关，也称为有关，也称为径向分速度径向分速度v vr r和在圆周方向的分量，称为和在圆周方向的分量，称为圆周分速度，它的大小与流体流过叶轮后所获得的能量圆周分速度，它的大小与流体流过叶轮后所获得的能量有关，即与有关，即与压力压力有关的有关的切向分速切向分速v vu u。切向分速切向分速度度与叶轮的圆周运动方向相同与叶轮的圆周运动方向相同v vu u 。径向分速度径向分速度的方向与半径方向相同的方向与半径方向相同v vr r ，将上述流体质点诸速度共同绘制在一张速度将上述流体质点诸速度共同绘制在一张速度图上（图上（如图如图），就是流体质点的速度），就是流体质点的速度三角形图三角形图。将将绝对绝对速度速度v分解分解为为与在与在轴轴面上的分量称面上的分量称为轴为轴面速度面速度vr，切向分速，切向分速返回返回返回返回返回返回返回返回三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形当叶轮带动流体作旋转运动时，流体当叶轮带动流体作旋转运动时，流体具有圆周运动具有圆周运动(牵连运动牵连运动)，称为圆周，称为圆周速度，用符号速度，用符号u u表示，其方向与圆周切表示，其方向与圆周切线方向一致，大小与所在半径及转速线方向一致，大小与所在半径及转速有关。有关。流体沿叶轮流道的运动，其运动速度流体沿叶轮流道的运动，其运动速度称相对速度符号，称相对速度符号，w w表示，其方向为叶表示，其方向为叶片的切线方向、大小与流量及流道形片的切线方向、大小与流量及流道形状有关。状有关。流体相对于机壳的运动，称绝对运动，其运动速度称绝对速流体相对于机壳的运动，称绝对运动，其运动速度称绝对速度，用符号度，用符号V V表示。表示。VuVu表示圆周分速度，表示圆周分速度，VmVm径向分速度。径向分速度。由这三个速度向量组成的向量图，称为速度三角形。由这三个速度向量组成的向量图，称为速度三角形。三、流体在叶三、流体在叶轮轮内的运内的运动动及速度三角形当叶及速度三角形当叶轮带动轮带动流体作旋流体作旋转转运运动时动时对于速度三角形的几点讨论对于速度三角形的几点讨论绝对速度绝对速度 与圆周速度与圆周速度 的夹角用的夹角用 表示，称为叶片的工表示，称为叶片的工作角。作角。相对速度相对速度 与圆周速度的与圆周速度的 反方向的夹角用反方向的夹角用 表示，称表示，称为流动角。为流动角。叶片切线与圆周切线速度反方向之间的夹角用叶片切线与圆周切线速度反方向之间的夹角用 表示，表示，称为叶片安装角。称为叶片安装角。注意特定条件：当流体沿叶片型线运动时，流动角注意特定条件：当流体沿叶片型线运动时，流动角 =安装安装角角 。三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形对对于速度三角形的几点于速度三角形的几点讨论绝对讨论绝对速度速度 与与圆圆周速度周速度 的的夹夹角用角用 说明：说明：三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形1 1、用下标、用下标1 1表示叶片进口处的参数表示叶片进口处的参数2 2、用下标、用下标2 2表示叶片出口处的参数表示叶片出口处的参数3 3、用下标、用下标表示无限多叶片时的参数表示无限多叶片时的参数说说明：三、流体在叶明：三、流体在叶轮轮内的运内的运动动及速度三角形及速度三角形1、用下、用下标标1表示叶片表示叶片四、速度三角形的计算四、速度三角形的计算1 1、圆周速度、圆周速度 ：叶片的进口直径；叶片的进口直径；叶轮转速叶轮转速理论流量；理论流量；叶轮入口处有效断面叶轮入口处有效断面2 2、径向分速度、径向分速度 ：圆周分速度圆周分速度 和入口角和入口角 ：四、速度三角形的四、速度三角形的计计算算1、圆圆周速度周速度 ：叶片的叶片的进进口直径；口直径；当当 时，时，-叶片入口安装角，由经验定。叶片入口安装角，由经验定。3 3、出口速度三角形：、出口速度三角形：圆周速度圆周速度 ，-叶片出口宽度叶片出口宽度 径向分速度径向分速度 和出口安装角和出口安装角 ：四、速度三角形的计算四、速度三角形的计算 五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析 流体流经旋转的叶轮后，能量增加，所增加的能量流体流经旋转的叶轮后，能量增加，所增加的能量可以用流体力学中的动量矩定律推导而得，所得方程即可以用流体力学中的动量矩定律推导而得，所得方程即为能量方程，也称欧拉方程。为能量方程，也称欧拉方程。为理想流体通过无限多叶片叶轮时的扬程，单位为为理想流体通过无限多叶片叶轮时的扬程，单位为m。能量方程的几点假设：能量方程的几点假设：1、理想流体、理想流体 2、定常流动、定常流动 3、无限多叶片、无限多叶片 4、不可压缩、不可压缩五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析 流体流流体流经经旋旋转转的叶的叶轮轮后，能量增加后，能量增加 假定把它当做一元流动来讨论，也就是用流束理假定把它当做一元流动来讨论，也就是用流束理论进行分析。这些论进行分析。这些基本假定是基本假定是：（1 1）流动为）流动为恒定流恒定流（2 2）流体为）流体为不可压缩不可压缩流体流体（3 3）叶轮的）叶轮的叶片叶片数目为数目为无限多无限多，叶片厚度为，叶片厚度为无限薄无限薄（4 4）流体在整个叶轮中的流动过程为一）流体在整个叶轮中的流动过程为一理想过程理想过程，即泵与风机工作时即泵与风机工作时没有没有任何能量损失任何能量损失 对于那些与实际情况不符的地方，对计算结果再对于那些与实际情况不符的地方，对计算结果再逐步加以修正。逐步加以修正。五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析 假定把它当做一元流假定把它当做一元流动动来来讨论讨论，也就是用流束理，也就是用流束理论进论进行分析行分析欧拉方程的导出：欧拉方程的导出：动量矩定理：动量矩定理：质点系对某一转轴的动量矩对时间质点系对某一转轴的动量矩对时间的变化率，等于作用于该质点系的所有外力对该轴的变化率，等于作用于该质点系的所有外力对该轴的合力矩的合力矩M M。角标角标“T T”表示流动过程理想，表示流动过程理想，“”表示叶片为表示叶片为无限多，无限多，“1 1”表示叶轮进口参数，表示叶轮进口参数，“2 2”表示叶轮表示叶轮出口参数。出口参数。则则Q QT T 表示流体在一个理想流动过程中流经叶片为表示流体在一个理想流动过程中流经叶片为无限多的叶轮时的体积流量无限多的叶轮时的体积流量在每单位时间内流经叶轮进出口流体动量矩的变化在每单位时间内流经叶轮进出口流体动量矩的变化则为：则为：QQT T （r r2 2v vu2 T u2 T -r-r1 1v vu1 T u1 T ）五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析欧拉方程的欧拉方程的导导出：五、能量方程式及其分析出：五、能量方程式及其分析合力矩为：合力矩为：M=QM=QT T （r r2 2v vu2 T u2 T -r-r1 1v vu1 T u1 T ）u=r,r=u/u=r,r=u/M=Q M=QT T （u u2T2Tv vu2 T u2 T -u-u1T 1T v vu1 T u1 T ）/有效功率等于流体的合外力矩有效功率等于流体的合外力矩M M与角速度之积：与角速度之积：M MQQT T （u u2T2Tv vu2 T u2 T -u-u1T 1T v vu1 T u1 T ）=Q =QT T H HT T 经移项，得理想化条件下单位重量流体的能量增量与流体经移项，得理想化条件下单位重量流体的能量增量与流体在叶轮中的运动的关系，即欧拉方程：在叶轮中的运动的关系，即欧拉方程：H H H HT T T T =（u u u u2T2T2T2Tv v v vu2 T u2 T u2 T u2 T -u-u-u-u1T 1T 1T 1T v v v vu1 T u1 T u1 T u1 T ）/g/g/g/g 五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析合力矩合力矩为为：五、能量方程式及其分析：五、能量方程式及其分析欧拉方程的特点：欧拉方程的特点：1 1推导基本能量方程时，未分析流体在叶轮流道推导基本能量方程时，未分析流体在叶轮流道中途的运动过程，得出流体所获得的理论中途的运动过程，得出流体所获得的理论扬程扬程 H HT T ，仅与流体在叶片进、出口处的速度三角，仅与流体在叶片进、出口处的速度三角形有关，而形有关，而与流动过程无关与流动过程无关。2 2流体所获得的理论扬程流体所获得的理论扬程H HT T 与被输送流体的种与被输送流体的种类无关类无关。五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析欧拉方程的特点：欧拉方程的特点：1推推导导基本能量方程基本能量方程时时，未分析流体在叶，未分析流体在叶轮轮流道流道2 2、当当 =90=90时，时，=0=0。此时，能量方程为：。此时，能量方程为：五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析能量方程是泵与风机理论中的重要公式。现分析如下：能量方程是泵与风机理论中的重要公式。现分析如下：1 1、理论扬程与流体的种类和性质无关理论扬程与流体的种类和性质无关。但由于介质密度不。但由于介质密度不同，所产生的压力和需要的功率也不同。同，所产生的压力和需要的功率也不同。3 3、由上式可得：径向入流、由上式可得：径向入流 与与 、有关。有关。4 4、利用速度三角形以及余弦定理可以得到能量方程的另一种表达式：、利用速度三角形以及余弦定理可以得到能量方程的另一种表达式：推导过程推导过程2、当当 =90时时，=0。此。此时时，能量方程，能量方程为为（C C）是是绝对速度变化所获得的动压增量绝对速度变化所获得的动压增量，是流体通，是流体通过叶轮后所增加的动能。这个动能的一部分可以通过以后过叶轮后所增加的动能。这个动能的一部分可以通过以后的蜗壳，在出口处加装导叶转变为（静）压能。的蜗壳，在出口处加装导叶转变为（静）压能。（B B）是由于是由于叶轮流道断面的变化，以至相对速度有所叶轮流道断面的变化，以至相对速度有所降低降低而产生的（静压）压力势能增量。而产生的（静压）压力势能增量。（A A）是由于是由于叶轮旋转得到离心力叶轮旋转得到离心力而产生的静压增量。而产生的静压增量。(1)(1)-在四个基本假设的情况下，通过无限多叶片，单位在四个基本假设的情况下，通过无限多叶片，单位重量流体所获得的能量。重量流体所获得的能量。m m 泵：扬程，单位泵：扬程，单位mm液柱液柱;风机：称全压风机：称全压,单位单位papa五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析上述基本方程式的讨论：上述基本方程式的讨论：(2)(2)理论压头由三部分组成：理论压头由三部分组成：（C）是是绝对绝对速度速度变变化所化所获获得的得的动压动压增量，是流体增量，是流体 5 5、提高理论压头、提高理论压头 的方法：的方法：（1 1）希望：）希望：，则，则 较大。较大。当当 时，则时，则 即：流体径向流入，可提高即：流体径向流入，可提高 。（2 2）加大加大（3 3）提高提高五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析 5、提高理、提高理论压头论压头 的方法：（的方法：（2）加大（）加大（3）提高提高 叶片出口安装角叶片出口安装角 确定了叶片的型式，有以下三种：确定了叶片的型式，有以下三种：当当 909090，叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相同，称为前，叶片的弯曲方向与叶轮的旋转方向相同，称为前弯式叶片。弯式叶片。六、离心式叶轮叶片形式的分析六、离心式叶轮叶片形式的分析 叶片出口安装角叶片出口安装角 确定了叶片的型式，有以下三种：六、离心确定了叶片的型式，有以下三种：六、离心1 1、和和 的关系的关系（1 1）当）当 909090六、离心式叶轮叶片形式的分析六、离心式叶轮叶片形式的分析1、和和 的关系（的关系（1）当）当 90六、离心式叶六、离心式叶轮轮2 2、对对 和和 的影响的影响反作用度反作用度由于由于故故六、离心式叶轮叶片形式的分析六、离心式叶轮叶片形式的分析2、对对 和和 的影响反作用度六、离心式叶的影响反作用度六、离心式叶轮轮叶叶反作用度反作用度由于由于故故2 2、对对 和和 的影响的影响六、离心式叶轮叶片形式的分析六、离心式叶轮叶片形式的分析反作用度反作用度2、对对 和和 的影响六、离心式叶的影响六、离心式叶轮轮叶叶七、有限叶片叶轮中流体的运动七、有限叶片叶轮中流体的运动七、有限叶片叶七、有限叶片叶轮轮中流体的运中流体的运动动（1 1）有限数叶片的修正：）有限数叶片的修正：-有限多叶片的能头；有限多叶片的能头；-无限多叶片的压头。无限多叶片的压头。七、有限叶片叶轮中流体的运动七、有限叶片叶轮中流体的运动Z-Z-叶片数；叶片数；R R1 1,R,R2 2-叶轮出入口的半径。叶轮出入口的半径。K-K-滑移系数，与叶片数、叶轮内外径的比值、流体绝对黏度滑移系数，与叶片数、叶轮内外径的比值、流体绝对黏度等因素有关。等因素有关。K K值恒小于值恒小于1 1，只是说明在有限叶片叶轮内，由，只是说明在有限叶片叶轮内，由于轴向涡线的存在对理论能头产生的影响。于轴向涡线的存在对理论能头产生的影响。（1）有限数叶片的修正：七、有限叶片叶）有限数叶片的修正：七、有限叶片叶轮轮中流体的运中流体的运动动Z-叶叶1-2 1-2 轴流式泵与风机的叶轮理论轴流式泵与风机的叶轮理论轴流式泵与风机的主要部件轴流式泵与风机的主要部件翼型及叶栅的空气动力特性翼型及叶栅的空气动力特性能量方程式能量方程式 轴流式泵与风机的基本型式轴流式泵与风机的基本型式 特点：流量特点：流量Q Q大大 ,能头能头H H低低1-2 轴轴流式流式泵泵与与风风机的叶机的叶轮轮理理论轴论轴流式流式泵泵与与风风机的主要部件特机的主要部件特一、轴流式泵与风机的主要部件一、轴流式泵与风机的主要部件 轴流泵的特点是流量大，扬轴流泵的特点是流量大，扬程低。程低。其主要部件有：叶轮、轴、其主要部件有：叶轮、轴、导叶、吸人喇叭管等导叶、吸人喇叭管等 。一、一、轴轴流式流式泵泵与与风风机的主要部件机的主要部件 轴轴流流泵泵的特点是流量大，的特点是流量大，扬扬程低。程低。一、轴流式泵与风机的主要部件一、轴流式泵与风机的主要部件 轴流式风机的主要部件有：叶轮、集风器、整流轴流式风机的主要部件有：叶轮、集风器、整流罩、导叶和扩散筒等，如图所示。近年来，大型罩、导叶和扩散筒等，如图所示。近年来，大型轴流式风机还装有调节装置和性能稳定装置。轴流式风机还装有调节装置和性能稳定装置。一、一、轴轴流式流式泵泵与与风风机的主要部件机的主要部件 轴轴流式流式风风机的主要部件有：叶机的主要部件有：叶轮轮、二、轴流式泵与风机工作原理二、轴流式泵与风机工作原理 1 1、叶轮流道平面投影图及流动、叶轮流道平面投影图及流动分析假设分析假设（1 1）流体流过轴流式叶轮时，与飞）流体流过轴流式叶轮时，与飞机在大气中飞行相似。机在大气中飞行相似。（2 2）圆柱层无关性假设。简言之，）圆柱层无关性假设。简言之，流体微团在叶轮流动区域内不存在流体微团在叶轮流动区域内不存在径向分速度。径向分速度。（3 3）流体不可压缩。）流体不可压缩。二、二、轴轴流式流式泵泵与与风风机工作原理机工作原理 1、叶、叶轮轮流道平面投影流道平面投影图图及流及流动动二、轴流式泵与风机工作原理二、轴流式泵与风机工作原理 二、二、轴轴流式流式泵泵与与风风机工作原理机工作原理 二、轴流式泵与风机工作原理二、轴流式泵与风机工作原理 1 1、平面直列、平面直列叶栅叶栅用任意半径为用任意半径为r r和和r+drr+dr的两的两个同心圆柱面个同心圆柱面截取一小圆柱截取一小圆柱层，将其沿母层，将其沿母线切开，展开线切开，展开成平面。成平面。二、二、轴轴流式流式泵泵与与风风机工作原理机工作原理 1、平面直列叶、平面直列叶栅栅与离心式叶轮比较，相同点有：与离心式叶轮比较，相同点有：（1 1）流体在叶轮内的运动仍是一种复合运动，即：）流体在叶轮内的运动仍是一种复合运动，即：（2 2）圆周速度）圆周速度u 仍为：仍为：与离心式叶轮比较，不同点有：与离心式叶轮比较，不同点有：（1 1）在同一半径上：）在同一半径上：2 2、叶轮内流体的运动及其速度三角形、叶轮内流体的运动及其速度三角形 二、轴流式泵与风机工作原理二、轴流式泵与风机工作原理与离心式叶与离心式叶轮轮比比较较，相同点有：，相同点有：2、叶、叶轮轮内流体的运内流体的运动动及其速度三角及其速度三角二、轴流式泵与风机工作原理二、轴流式泵与风机工作原理（2 2）绝对速度轴向分量计算公式：）绝对速度轴向分量计算公式：叶轮内流体的运动叶轮内流体的运动二、二、轴轴流式流式泵泵与与风风机工作原理机工作原理（2）绝对绝对速度速度轴轴向分量向分量计计算公式：算公式：3 3、翼型及叶栅的空气、翼型及叶栅的空气动力特性动力特性(1)(1)骨架线骨架线 通过翼型内切圆圆心的连线，是构成翼型的基础，其形状决定通过翼型内切圆圆心的连线，是构成翼型的基础，其形状决定了翼型的空气动力特性。了翼型的空气动力特性。(2)(2)弦长弦长b b 前缘点与后缘点连接的直线称弦长或翼弦。前缘点与后缘点连接的直线称弦长或翼弦。(3)(3)翼展翼展l l 垂直于纸面方向叶片的长度垂直于纸面方向叶片的长度(机翼的长度机翼的长度)称翼展称翼展(4)(4)展弦比展弦比 翼展翼展l l与弦长与弦长b b之比称展弦比。之比称展弦比。(5)(5)挠度挠度f f 弦长到骨架线的距离。弦长到骨架线的距离。(6)(6)厚度厚度c c 翼型上下表面之间的距离，称翼型厚度。翼型上下表面之间的距离，称翼型厚度。(7)(7)冲角冲角 前来流速度的方向与弦长的夹角称冲角，冲角在翼弦以下时为正前来流速度的方向与弦长的夹角称冲角，冲角在翼弦以下时为正冲角如图所示，以上时为负冲角。冲角如图所示，以上时为负冲角。(8)(8)前驻点、后驻点前驻点、后驻点 来流接触翼型后，开始分离的点来流接触翼型后，开始分离的点(此点速度为零此点速度为零)，称，称前驻点；前驻点；二、轴流式泵与风机工作原理二、轴流式泵与风机工作原理3、翼型及叶、翼型及叶栅栅的空气的空气动动力特性力特性(1)骨架骨架线线 通通过过翼型内切翼型内切圆圆圆圆4、翼型及叶栅的空气动力特性、翼型及叶栅的空气动力特性轴流式泵与风机的叶片为机翼型叶片，它是利用机翼型叶轴流式泵与风机的叶片为机翼型叶片，它是利用机翼型叶片的升力原理工作的。当流体与翼型叶片作相对运动时，片的升力原理工作的。当流体与翼型叶片作相对运动时，流体绕翼型叶片，在叶片的凸面上断面小，流速大，压强流体绕翼型叶片，在叶片的凸面上断面小，流速大，压强低，而在叶片的凹面上断面大，流速小，压强高，在叶片低，而在叶片的凹面上断面大，流速小，压强高，在叶片的凸、凹产生一压强差，这一压强差作用在垂直于机翼的的凸、凹产生一压强差，这一压强差作用在垂直于机翼的有效面积上，就产生一指向凸面的力，即升力，根据作用有效面积上，就产生一指向凸面的力，即升力，根据作用力与反作用力定律，叶片对流体产生一大小相等、方向相力与反作用力定律，叶片对流体产生一大小相等、方向相反的反作用力，即反升力，流体在叶轮中运动时，由于反反的反作用力，即反升力，流体在叶轮中运动时，由于反升力的作用，使流体的能量获得提高。升力的作用，使流体的能量获得提高。二、轴流式泵与风机工作原理二、轴流式泵与风机工作原理4、翼型及叶、翼型及叶栅栅的空气的空气动动力特性力特性轴轴流式流式泵泵与与风风机的叶片机的叶片为为机翼型叶片机翼型叶片三、轴流式泵与风机的基本型式三、轴流式泵与风机的基本型式 在机壳中只有一个叶轮，没有导叶。如图在机壳中只有一个叶轮，没有导叶。如图(a)(a)所示，这是最简单的所示，这是最简单的一种型式，这种型式易产生能量损失。因此这种型式只适用于低压一种型式，这种型式易产生能量损失。因此这种型式只适用于低压风机。风机。一个叶轮和出口加装导叶一个固定的导叶一个叶轮和出口加装导叶一个固定的导叶,图图(b)(b)所示。导叶所示。导叶的加装而减少了旋转运动所造成的损失，提高了效率，因而常的加装而减少了旋转运动所造成的损失，提高了效率，因而常用于高压风机与水泵。用于高压风机与水泵。一个叶轮和一个叶轮和个固定的入口导叶，图个固定的入口导叶，图(c)(c)所示，流体轴向进入前置导叶，所示，流体轴向进入前置导叶，经导叶后产生与叶轮旋转方向相反的旋转速度，即产生反强旋。这种前经导叶后产生与叶轮旋转方向相反的旋转速度，即产生反强旋。这种前置导叶型，流体进入叶轮时的相对速度比后置导叶型的大，因此能量损置导叶型，流体进入叶轮时的相对速度比后置导叶型的大，因此能量损失也大，效率较低。失也大，效率较低。一个叶轮并具有进出口导叶，图一个叶轮并具有进出口导叶，图(d)(d)所示，如前置导叶为可调的，在设所示，如前置导叶为可调的，在设计工况下前置导叶的出口速度为轴向，当工况变化时，可改变导叶角计工况下前置导叶的出口速度为轴向，当工况变化时，可改变导叶角度来适应流量的变化。因而可以在很大的流量变化范围内，保持高效度来适应流量的变化。因而可以在很大的流量变化范围内，保持高效率。这种型式适用于流量变化较大的情况。其缺点是结构复杂，增加率。这种型式适用于流量变化较大的情况。其缺点是结构复杂，增加了制造、操作、维护等的困难。了制造、操作、维护等的困难。三、三、轴轴流式流式泵泵与与风风机的基本型式机的基本型式 在机壳中只有一个叶在机壳中只有一个叶轮轮，没有，没有导导叶叶四、轴流式泵与风机的能量方程四、轴流式泵与风机的能量方程 用动量矩推导的离心式泵与风机的能量方程同样适用与用动量矩推导的离心式泵与风机的能量方程同样适用与轴流式泵与风机：轴流式泵与风机：或者：或者：分析：（分析：（1 1）流体在轴流式中获得的能量远小于离心式。）流体在轴流式中获得的能量远小于离心式。（2 2）当）当 时，时，=0.=0.只有当只有当 时时流体才能获得能量，两者差越大，获得的能量越多。流体才能获得能量，两者差越大，获得的能量越多。四、四、轴轴流式流式泵泵与与风风机的能量方程机的能量方程 用用动动量矩推量矩推导导的离心式的离心式泵泵与与风风机的机的由于：由于：所以：所以：返回返回能量方程的推导：能量方程的推导：由于：返回能量方程的推由于：返回能量方程的推导导：