級(jí)中能量損失

流體機(jī)械原理西安交通大學(xué)流體機(jī)械研究所西安交通大學(xué)流體機(jī)械國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室聞蘇平

流體機(jī)械原理（離心壓縮機(jī)部分）流體機(jī)械原理聞蘇平主講第二章級(jí)中的能量損失流體機(jī)械原理聞蘇平主講

摩擦損失流體的粘性是產(chǎn)生能量損失的根本原因。通常把級(jí)的通道部件看成依次連續(xù)的管道。利用流體熱力學(xué)管道的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可計(jì)算出沿程摩擦損失為：

式中：

l為沿程長度，dhm

為水平直徑，cm

為氣流平均速度,λ

為摩擦阻力系數(shù)，通常級(jí)中的Re>Recr，故在一定的相對(duì)粗糙度下，λ為常數(shù)。流體機(jī)械原理聞蘇平主講分離損失產(chǎn)生原因：通道截面突然變化，速度降低，近壁邊界層增厚，引起分離損失。大?。捍笥谘爻棠ψ钃p失。減少措施：（1）控制通道的當(dāng)量擴(kuò)張角（2）控制進(jìn)出口的相對(duì)速度比。減少措施：（1）控制通道的當(dāng)量擴(kuò)張角（2）控制進(jìn)出口的相對(duì)速度比。流體機(jī)械原理聞蘇平主講沖擊損失產(chǎn)生原因：流量偏離設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，使得葉輪和葉片擴(kuò)壓器的進(jìn)氣沖角i≠0，在葉片進(jìn)口附近產(chǎn)生較大的擴(kuò)張角，導(dǎo)致氣流對(duì)葉片的沖擊，造成分離損失。大小：采用沖擊速度來表示，正沖角損失是負(fù)沖角損失的10～15倍。減少措施：控制在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)附近運(yùn)行；在葉輪前安裝可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)向葉片。流體機(jī)械原理聞蘇平主講二次流損失產(chǎn)生原因：葉道同一截面上氣流速度與壓力分布不均勻，存在壓差，產(chǎn)生流動(dòng)，干擾主氣流的流動(dòng)，產(chǎn)生能量損失。在葉輪和彎道處急劇轉(zhuǎn)彎部位出現(xiàn)。減少措施：增加葉片數(shù)，避免急劇轉(zhuǎn)彎流體機(jī)械原理聞蘇平主講尾跡損失產(chǎn)生原因：葉片尾部有一定厚度，氣體從葉道中流出時(shí)，通流面積突然擴(kuò)大，氣流速度下降，邊界層發(fā)生突然分離，在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區(qū)，尾跡區(qū)。尾跡區(qū)氣流速度與主氣流速度、壓力相差較大，相互混合，產(chǎn)生的能量損失。大小：與葉道出口速度，葉片厚度及葉道邊界層有關(guān)。減少措施：采用翼型葉片代替等厚葉片；將等厚葉片出口非工作面削薄。流體機(jī)械原理聞蘇平主講漏氣損失（1）產(chǎn)生漏氣損失原因（2）密封件的結(jié)構(gòu)形式及漏氣量的計(jì)算（3）輪蓋密封的漏氣量及漏氣損失系數(shù)流體機(jī)械原理聞蘇平主講（1）產(chǎn)生漏氣損失的原因從右圖中可以看出，由于葉輪出口壓力大于進(jìn)口壓力，級(jí)出口壓力大于葉輪出口壓力，在葉輪兩側(cè)與固定部件之間的間隙中會(huì)產(chǎn)生漏氣，而所漏氣體又隨主流流動(dòng)，造成膨脹與壓縮的循環(huán)，每次循環(huán)都會(huì)有能量損失。該能量損失不可逆的轉(zhuǎn)化為熱能為主流氣體所吸收。流體機(jī)械原理聞蘇平主講（2）密封件的結(jié)構(gòu)形式及漏氣量的計(jì)算結(jié)構(gòu)形式：

在固定部件與輪蓋、隔板與軸套、軸的端部設(shè)置密封件，采用梳齒式（迷宮式）密封。工作原理：利用節(jié)流原理。減小通流截面積，經(jīng)多次節(jié)流減壓，使在壓差作用下的漏氣量盡量減小。即通過產(chǎn)生的壓力降來平衡密封裝置前后的壓力差。密封特點(diǎn)：非接觸式密封，有一定的泄漏量。流體機(jī)械原理聞蘇平主講

密封件的結(jié)構(gòu)形式流體機(jī)械原理聞蘇平主講漏氣量計(jì)算：

漏氣量大小取決于裝置前后壓力差、密封結(jié)構(gòu)型式、齒數(shù)和齒縫間隙截面積。分兩種情況計(jì)算：由連續(xù)方程和伯努利方程可知通過齒頂間隙的漏氣量，1）軸封處向機(jī)外泄漏的外泄漏，其大小取決于裝置前后壓力差。如果密封裝置前后壓力差小，氣體流過齒縫的速度低于音速，這時(shí)利用不可壓縮流體計(jì)算漏氣量。流體機(jī)械原理聞蘇平主講如果壓力差比較大（即達(dá)到某一臨界值），最后一個(gè)齒縫間隙的氣速達(dá)到臨界音速，使裝置發(fā)生堵塞工況，漏氣不再隨裝置前后壓力差的增大而增加，則最后一個(gè)齒縫間隙中的氣體比容最大，最先達(dá)到音速。流速達(dá)到臨界音速時(shí)，漏氣量計(jì)算式中為流量修正系數(shù)，一般，為齒頂間隙處的通流面積，Z為密封齒數(shù)，下標(biāo)a、b為密封前、后的幾何位置。，k為等熵指數(shù)，如空氣的等熵指數(shù)k=1.4,B=0.684。臨界壓力比的確定：流體機(jī)械原理聞蘇平主講（3）輪蓋密封的漏氣量及漏氣損失系數(shù)輪蓋密封處的漏氣能量損失使葉輪多消耗機(jī)械功。通常隔板與軸套之間的密封漏氣損失不單獨(dú)計(jì)算，只高考慮在固定部件的流動(dòng)損失之中。輪蓋密封處的漏氣量為：若通過葉輪出口流出的流量為則可求得輪蓋處的漏氣損失系數(shù)為：

流體機(jī)械原理聞蘇平主講輪阻損失

葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤、輪蓋的外側(cè)和輪緣要與它周圍的氣體發(fā)生摩擦，從而產(chǎn)生輪阻損失。其輪阻損失為對(duì)于離心葉輪而言，上式可簡化為：進(jìn)而可得輪阻損失系數(shù)為流體機(jī)械原理聞蘇平主講離心葉輪外側(cè)間隙內(nèi)部的流動(dòng)流體機(jī)械原理聞蘇平主講法型空壓機(jī)的高壓缸共有6級(jí)葉輪，單向排列。前3級(jí)為二段，后3級(jí)為三段，轉(zhuǎn)速為15340rpm。各段進(jìn)、出口氣動(dòng)參數(shù)如下：

輪蓋側(cè)

輪盤側(cè)

葉輪總

式(11)計(jì)算

式(12)計(jì)算

輪蓋側(cè)

輪盤側(cè)

葉輪總

式(11)計(jì)算

式(12)計(jì)算流體機(jī)械原理聞蘇平主講思考題1.離心壓縮機(jī)主要能量損失有哪些？2.流動(dòng)損失包括哪些損失？3.下列設(shè)計(jì)是為了減小哪些流動(dòng)損失？有葉擴(kuò)壓器；