第一章葉片式流體機械概述

1、第一章 葉片式流體機械概述1-1 葉片式流體機械的工作過程1-2 葉片式流體機械的主要性能參數(shù)1-3 葉片式流體機械的機構(gòu)型式 1-1 葉片式流體機械的工作過程 葉片式流體機械中的能量轉(zhuǎn)換，是在帶有葉片的轉(zhuǎn)子及連續(xù)繞流葉片的流體介質(zhì)之間進行的。葉片與介質(zhì)間的作用力是慣性力。該力作用在轉(zhuǎn)動的葉片上，因而產(chǎn)生了功（正或負視力矩和葉輪運動方向而定）。葉片式流體機械的組成元件: 吸入部分（直錐形，環(huán)形，半螺旋形）1. 引流部分 蝸殼（導(dǎo)水機構(gòu)） 葉輪2.做功部分（轉(zhuǎn)子） 轉(zhuǎn)輪 渦輪 蝸殼（導(dǎo)流器，導(dǎo)葉）3.出流部分 尾水管以風(fēng)扇或泵為例說明特點:特點：具有一個帶有葉片的轉(zhuǎn)子; 工作時介質(zhì)對葉片連續(xù)繞流

2、; 介質(zhì)作用于葉片的力是慣性力; 部分流體機械有一個靜止的葉柵。 以軸流式流體機械為例說明工作過程: 從上面的討論還可以得出：葉片式流體機械介質(zhì)速度圓周分量的變化即葉輪前后介質(zhì)動量矩的變化與能量轉(zhuǎn)換過程有緊密的關(guān)系。介質(zhì)在進入或流出流體機械前后都沒有圓周方向的分量（即介質(zhì)對轉(zhuǎn)輪軸線的動量矩為零）,也就是說介質(zhì)動量矩的變化是在轉(zhuǎn)輪內(nèi)產(chǎn)生的。而研究流體機械就是設(shè)法使能量轉(zhuǎn)換的效率在轉(zhuǎn)輪內(nèi)盡可能的高（在滿足工作的前提下）。 1-2 葉片式流體機械的主要性能參數(shù)表征流體機械性能的參數(shù)叫性能參數(shù):一、流量q二、水頭，揚程，壓力，能量頭，壓縮比三、轉(zhuǎn)速 n (rpm)四、功率P 及效率五、特性曲線一、流量

3、q單位時間內(nèi)通過機器的介質(zhì)的量（體積或質(zhì)量）稱為流量。 體積流量qv m3/s L/s m3/n 質(zhì)量流量qm kg/s kg/min kg/h特點：依質(zhì)量守恒定律，流體機械在穩(wěn)定條件下工作時，如果忽略機器內(nèi)部的泄露，通過流體機械各斷面的質(zhì)量流量是相同的。對不可壓縮介質(zhì)，qv也將保持不變。對于可壓縮介質(zhì)，體積隨壓力和溫度的變化而變化，所以，各斷面的體積流量也將是不同的（在質(zhì)量流量qm保持不變）。在通風(fēng)機中，將體積流量也稱為風(fēng)量。二、水頭，揚程，壓力，能量頭，壓縮比 是單位質(zhì)量（體積）的介質(zhì)與葉輪所交換的能量，是衡量葉輪做功能力的參數(shù)。此參數(shù)可用機械進入出口斷面單位質(zhì)量（或體積）介質(zhì)所具有的能量

4、的差值來衡量。（一） 不可壓介質(zhì)（1）對于水輪機（2）對于泵（3）對于風(fēng)機（二）可壓縮介質(zhì)a) 泵、水輪機以液體為工作介質(zhì)，以液柱高表示單位重力的液體具有的能量方便直觀。單位為m(Nm/N=m)。對于不可壓介質(zhì)，不考慮內(nèi)能的變化，能量差值只有壓力能、位置能、及速度能。 則：對不可壓介質(zhì)有：水頭與揚程的定義如圖16。（一） 不可壓介質(zhì))(212212212ZZgCCgPPHstspspspHzzgCCgppH222H（1）對于水輪機定義：Hst電站靜水頭，是上下游水位差 。 由于上下游水面一般均為大氣壓 Ps=Pp=1atm，上下游水庫河道流速一般很小，故電站水頭考慮引水管路損失 ，故水輪機水頭

5、和水電站水頭關(guān)系為： H=Hst-HHzzgCCgppHspspsp222HsdspstzzgppH（2）泵a) 裝置揚程HG ：表示泵將單位重力液體介質(zhì)從下游容器抽到下游容器所需要做的功。依定義： 一般泵穩(wěn)定工作時 , 故有 為管路損失GstHHHHGHH一般容器的流速很小，故又可定義裝置靜揚程為：b) 揚程H 泵的揚程是單位重量的液體泵進口能量的增量（H）。揚程：指泵本身具有特性的參數(shù)，和抽送液體種類無關(guān)。但和泵所處地方的位置有關(guān)，即和重力加速度有關(guān)，在不同的重力條件下， H值不同，在失重條件下，H無意義，但一般泵用在地球上，g相差不大，故可以。能量頭：如果用質(zhì)量作為液體量的度量，得到一個

6、與重力無關(guān)的能量指標，稱為能量頭（或叫比能，比功）它是單位質(zhì)量液體在流體機械進出口液體具有的能量的差值,h)(212212212zzgccppgHh22/smkgmN 單位:（3）對于風(fēng)機工作介質(zhì)是氣體，但由于進出口壓力變化很小，工程上仍可以將其流動的內(nèi)介質(zhì)視為不可壓縮流體。對于風(fēng)機進口出口，一般用壓升來表示風(fēng)機進出口斷面上單位體積（1m3）氣體能量差值，記為PtF ,單位Pa(N/m2)能量差值包括壓力差值、動能差值，故全壓又叫風(fēng)壓。2212212ccppptF靜壓 ，通風(fēng)機的靜壓指全壓與出口動能之差。SFP22211222cppCpptFSF風(fēng)機一般不用液柱高表示（二）可壓縮介質(zhì) 當(dāng)介質(zhì)可

7、壓縮時，介質(zhì)的能量變化包括宏觀的動能及介質(zhì)的內(nèi)能。而內(nèi)能的大小與介質(zhì)的焓值有關(guān)，介質(zhì)流過機械后焓值的變化量，不僅和葉輪所作的功大小有關(guān)，而且與機器內(nèi)部的熱力學(xué)過程及熱量傳遞有關(guān)。故在透平壓縮機中，用能量頭表示單位質(zhì)量 (1kg)氣體的能量變化量，故2)(2212212212212ccTTccchhhp (式中忽略了重力作的功)當(dāng)不考慮損失時，上式還可寫（h=u+pv） 2212221ccvdph對于壓縮機，機器的工作狀況不僅和進出口壓力變化量有關(guān)，還和進口壓力絕對值及熱力學(xué)過程有關(guān)，所以用能量的變化量并不能完全的反映葉輪做功能力，在壓縮機中用壓縮比表示能量提高的程度。 12pptFvmvfpq

8、hqHgqpfTppppfp四、功率P 及效率功率（P）對工作機是機器輸入功率（kw）功率（P）對原動機是機器輸出功率（kw）（1）介質(zhì)不可壓 機器功率機器都有損失存在，故機器功率和流體功率有差值，故用 來衡量損失大小 對于原動機對于工作機（2）介質(zhì)可壓效率定義更復(fù)雜，這是因為內(nèi)能變化使焓值變化，影響了機器內(nèi)部的熱力學(xué)過程，也改變了機器工作。五、特性曲線1-3 葉片式流體機械的結(jié)構(gòu)型式一、葉輪的配置方式二、水輪機的結(jié)構(gòu)三、葉片泵、風(fēng)機與壓縮機的結(jié)構(gòu)一、葉輪的配置方式二、水輪機的結(jié)構(gòu)（一）水輪機整體結(jié)構(gòu) 1 軸流式 2 貫流式 3 混流式 4 斜流式 5 切擊式（二）水輪機的過流部件 1 引水室 2 導(dǎo)水機構(gòu) 3 轉(zhuǎn)輪 4 尾水管 5 噴嘴與噴針三、葉片泵、風(fēng)機與壓縮機的結(jié)構(gòu)（一）葉片泵、風(fēng)機與壓縮機整體結(jié)構(gòu) 1 單級單