華科大能源與動(dòng)力裝置基礎(chǔ)課件第3章 葉片式工作機(jī)

第三章葉片式工作機(jī)以不可壓流體為主，即研究泵與通風(fēng)機(jī)為主應(yīng)用范圍ф=q/nD3ψ=gH/n2D2ψ=0.04~0.06ψ=0.07~0.4ψ=0.006~0.09過流（通流）部件:吸入室（集風(fēng)器、進(jìn)風(fēng)口）葉輪擴(kuò)壓器（導(dǎo)葉），彎道回流器（反導(dǎo)葉），蝸殼第一節(jié)葉片式工作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式一、葉輪功能：將機(jī)械功傳遞給流體結(jié)構(gòu)：離心、軸流、斜流（混流）、橫流離心又分前彎、后彎、徑向；多葉；單吸、雙吸；閉式、半開式三種不同出口角βb2的葉輪比較歐拉方程hth=u2c2u-u1c1u=1-πsinβ2b/z-φ2rctgβ2b二、吸入室（集風(fēng)器、進(jìn)風(fēng)口）功能：為葉輪進(jìn)口組織所要求的均勻流場(chǎng)（速度大小和方向）型式：圖3-2a）最好，流動(dòng)沒有轉(zhuǎn)彎,懸臂葉輪采用;其他型式流場(chǎng)不容易均勻，損失也比較大特點(diǎn)：加速流動(dòng)，與外界沒有能量交換——葉輪前部件三、擴(kuò)壓器(導(dǎo)葉)等——葉輪后部件無葉擴(kuò)壓器葉片擴(kuò)壓器無葉擴(kuò)壓器葉片擴(kuò)壓器彎道彎道回流器回流器蝸殼蝸殼導(dǎo)葉導(dǎo)葉三、擴(kuò)壓器(導(dǎo)葉),彎道回流器(反導(dǎo)葉),蝸殼擴(kuò)壓器(導(dǎo)葉):減速、提高壓力無葉cr=常數(shù)

有葉彎道回流器(反導(dǎo)葉)：為下一級(jí)進(jìn)口引導(dǎo)組織所要求的流場(chǎng)回流器一定有葉片？；速度變化不大蝸殼：收集沿葉輪或擴(kuò)壓器圓周的流體并送到機(jī)器的出口非軸對(duì)稱；稍有加速第二節(jié)主要性能參數(shù)和特性曲線一、主要性能參數(shù)1、流量:2、揚(yáng)程H、壓力升Δp（與能量頭hx有關(guān)）泵為不可壓縮介質(zhì),有效能量頭h揚(yáng)程H為單位重力流體獲得的有效能量，常用液體的高度m表示；通風(fēng)機(jī)全壓ptF：定義為其進(jìn)出口的全壓差Δ

ptF，對(duì)于氣體，位能差可以忽略；h=gH

（泵）

=ptF

/ρ（通風(fēng)機(jī)）

ptF

=

Δ

ptF

=Δp*=p2-p1+0.5ρ(c22-c12)=ρh有效能量頭h

=

gH(泵)=pf/ρ(通風(fēng)機(jī))=(壓縮機(jī))壓縮機(jī)工質(zhì)是氣體，進(jìn)出口動(dòng)能、位能差可以忽略；有效能量頭h=4、功率P:P=qmh

/η

5、轉(zhuǎn)速n——r.p.m;參變量理論功率Pth

=qmh/ηhyd內(nèi)(軸)功率Pi=qm

h/ηi=ρqv

gH/ηi=qv

ptF

/ηi整機(jī)功率Pe

=qm

h/ηe3、效率（第2章的內(nèi)容）

流動(dòng)(水力)效率ηhyd=有效能量頭h/（h+δhhyd

）=h/hth

內(nèi)(全壓、多變)效率ηi=h/(hth+非流道損失)

整機(jī)(總)效率ηe=h/(hth+非流道損失+軸承等損失)

例3-1

已知葉輪直徑D2=0.88m，出口寬b2=0.182m，流量系數(shù)

r2=0.24，葉片數(shù)z=16，葉片出口角β2b=50o，轉(zhuǎn)速2900rpm，通風(fēng)機(jī)的流動(dòng)效率

=0.85，假設(shè)泄露和輪阻損失為3%hth，求標(biāo)準(zhǔn)空氣的理論壓力升和實(shí)際壓力升，容積流量，實(shí)際輸入功率。解：由例2-3計(jì)算該葉輪的理論能量頭hth=11574J/kg，這也是空氣得到的能量。容積流量qv=φr2u2b2πD2

=0.24×133.6×0.182×π×0.88=16.133m3/s理論壓力升pth=ρhth=1.2×11574=13889Pa實(shí)際壓力升ptF=pth=0.85×13889=11806Pa實(shí)際輸入功率P=ρqv

hth(1+3%)=1.2×16.133×11574×1.03=230791J/s=231Kw理論功率Pth

=ρ

qv

hth

=1.2*3.8*11574J/kg=52777w=52.81Kw解：理論全壓pth

=

ρ

hth=1.2*11574=13889Pa=0.134大氣壓力例3-2：已知

hth=11574J/kg,流量qv=3.8m3/s

，如果流動(dòng)效率ηhyd=0.85，求實(shí)際的全壓和理論功率Pth？如果還已知風(fēng)機(jī)全壓效率為80%，求內(nèi)功率？機(jī)械等外部損失3%，求整機(jī)功率？配用多少電機(jī)功率？理論功率Pth

〈內(nèi)功率Pi〈整機(jī)功率Pe

〈配用電機(jī)功率=ρhthηhyd=13889*0.85=11806Pa=0.118大氣壓力實(shí)際全壓ptF

內(nèi)功率Pi=ρqv

hi=ρqv

h

/ηi=ρqvhth

ηhyd

/ηi

=1.2*3.8*11574*0.85/0.8=54708w=54.7Kw相同能量頭，工質(zhì)不同，壓力提高和功率差別很大！

密度引起理論功率Pth

=ρqv

hth=1000qv

hth=43981000w=43981Kw實(shí)際揚(yáng)程H=hth

ηhyd

/g=

11574*0.85/9.807=1003m相當(dāng)100.3個(gè)大氣壓力例3-2-1：例3-2中，如果工質(zhì)是清水，求實(shí)際的揚(yáng)程和理論功率Pth？0.118個(gè)大氣壓力空氣54.81Kw空氣例3-3已知原葉輪hth=11574J/kg，φm2=c2m/u2=0.24，u2=133.6

，流動(dòng)效率ηhyd=0.85，如果要求風(fēng)機(jī)流量不變，全壓p=13000Pa，此時(shí)，該葉輪是否滿足要求，如果不滿足，葉輪的幾何參數(shù)應(yīng)該如何變化？試畫改變后的葉輪出口速度三角形？u2cm2c2w2解：hth=pth

/

ρ=p

/ηhyd

/ρ=10000/0.85/1.2=12745Pac2m=

u2*φm2

=133.6*0.24=74m/s由hth=(σ-φm2ctgβ2b)u22=(1–πsinβ2b/z-φm2ctgβ2b)u22>已有的hth=11574J/kg,不滿足要求增加葉輪的β2b或z或u2增加葉片的β2b或z，即流動(dòng)角β2增加u2，即葉輪直徑或轉(zhuǎn)速，？？二、工況與變工況時(shí)機(jī)器的工作

工況——機(jī)器的工作狀況與介質(zhì)進(jìn)口狀態(tài)（例如R、

和機(jī)器進(jìn)口處的p、T等）和機(jī)器工作參數(shù)（qV、H(pf)、n等）有關(guān)；（實(shí)際工況還與系統(tǒng)有關(guān)）設(shè)計(jì)工況（名義工況、額定工況）——各工作參數(shù)都為設(shè)計(jì)值。設(shè)計(jì)工況葉片進(jìn)口由速度三角形,葉片進(jìn)口處的相對(duì)速度的方向與葉片的方向一致，即沖角i=

b1-

1

=0

，沒有沖擊損失，效率高非設(shè)計(jì)工況——變工況葉片進(jìn)口葉片出口設(shè)計(jì)工況

沖角i=

b1-

1

<0，紅色虛線，c1m?c2m?

流量變大；c2u?能量頭變??；效率？下降

沖角i=

b1-

1

>0，綠色點(diǎn)劃線，流量變小，能量頭變大，效率下降結(jié)論：

b2（

<90時(shí)？）

qV增大（減少）

H(pf)下降（上升）偏離設(shè)計(jì)工況，效率都下降功率隨流量增加而增加設(shè)計(jì)工況由葉輪進(jìn)出口速度三角形四、特性（性能）曲線各主要性能參數(shù)之間的關(guān)系用曲線表示由歐拉方程h

th=u2c2u=u2(u2-c2mcotβ2)和c1u=0，則：=a-bqv

直線Pth=ρ

qv

h

th

=aqv

–bqv2拋物線式中a>0；b<0β2>

90o=0β2=90o

>0β2<90o

理論性能曲線，β2=β2b，沒有考慮損失實(shí)際性能曲線(圖中藍(lán)線)理論值d

區(qū)約為一常量，是機(jī)械和圓盤磨擦功率δP