1第八章葉片式泵與風(fēng)機(jī)的理論第一節(jié)離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)三、教學(xué)方式及教具五、教學(xué)內(nèi)容提要一、離心式泵與的運(yùn)動(dòng)速度三角形七、本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)2第一節(jié)離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論2．掌握有限葉片葉輪對(duì)總能頭的影響及總能頭的修正二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)三、教學(xué)方式及教具五、教學(xué)內(nèi)容提要V2uHT∞τ小小大中中中大大小七、本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)3第二節(jié)軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論1.深刻理解軸流式泵與風(fēng)機(jī)的工作原理是升力原理;了解翼型及葉柵的空二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)三、教學(xué)方式及教具五、教學(xué)內(nèi)容提要一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本型式七、本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)4第三節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的功率、損失和效率二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)難點(diǎn)：圓盤摩擦損失和沖擊損失。三、教學(xué)方式及教具五、教學(xué)內(nèi)容提要七、本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)5第四節(jié)泵與風(fēng)機(jī)性能曲線二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的特點(diǎn)；難點(diǎn)：理論分析法繪制泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線。三、教學(xué)方式及教具五、教學(xué)內(nèi)容提要三、流量—效率曲線七、本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)90思考題：4；習(xí)題：6、76第四節(jié)泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的分析二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的特點(diǎn)；難點(diǎn)：泵與風(fēng)機(jī)性能曲線對(duì)其運(yùn)行的指導(dǎo)意義。三、教學(xué)方式及教具五、教學(xué)內(nèi)容提要一、離心式泵與風(fēng)三、分析與比較七、本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)7第五節(jié)相似定律在泵與風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用一相似定律二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)難點(diǎn)：相似定律。三、教學(xué)方式及教具五、教學(xué)內(nèi)容提要相似定律及其特例幾何尺寸D七、本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)8二、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)三、教學(xué)方式及教具五、教學(xué)內(nèi)容提要七、本節(jié)課內(nèi)容小結(jié)第八章葉片式泵與風(fēng)機(jī)的理論第一節(jié)離心式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論離心式泵與風(fēng)機(jī)是由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪上的葉片就對(duì)流體做功，從而使流體獲得壓能及動(dòng)能。因此，葉輪是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流體能量的泵與風(fēng)機(jī)的工作過程可以用圖2—l來說明。后沿壓出管道排出。由于葉輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，就形成了泵與風(fēng)機(jī)的連續(xù)工作過程。流體在封閉的葉輪中所獲得的能（靜壓能進(jìn)出口的壓力差與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的平方成正比關(guān)系變?cè)酱?，但進(jìn)出口直徑均受一定條件的限制；且與密度成正比關(guān)系變化，密度大的流體壓力差也越大。二、流體在葉輪內(nèi)的運(yùn)動(dòng)及速度三角形為討論葉輪與流體相互作用的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，首先分量和絕對(duì)速度在軸面(通過泵與風(fēng)機(jī)軸心線所作的平面)上的分量。絕對(duì)速度v與圓周速為流動(dòng)角。葉片切線與圓周速度反方向的夾角，稱為葉片安裝角用βa表示。流體2無限多葉片時(shí)的參數(shù)。度使流道有效斷面積減小的程度。求出u、vm及βa后，即可按比例畫出速度三角形。三、能量方程式(歐拉方程式)及其分析(二)能量方程式的分析(1)單位重量和單位體積的理想流體流過無限多葉片葉輪時(shí)所獲得的而全風(fēng)壓與流體密度有關(guān)。因此，不同密度的流體所產(chǎn)生的壓力是不同的。lu＝0，流體徑向流人葉輪時(shí)，獲得最大的理3比較之下，用提高轉(zhuǎn)速來提高理論能頭，仍是當(dāng)前普遍采用的主要方法。當(dāng)β2a<90°,這種葉片的彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，如圖2—7(a)所示，稱為當(dāng)β2a>90°,葉片的彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，如圖2—7V2uHT∞τ小小大中中中大大小對(duì)離心泵而言，為什么一般均采用為β2a=20°~35°范圍的后彎式葉片，而對(duì)風(fēng)機(jī)則五、有限葉片葉輪中流體的運(yùn)動(dòng)4力，所以流體不轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)箭頭的方向未變，這說明流體內(nèi)由于本身的慣性保持原有的狀流道就相當(dāng)于一個(gè)繞中心軸旋轉(zhuǎn)的容器，此時(shí)在流道中的流體就有一個(gè)和葉輪旋轉(zhuǎn)方向相而是向葉輪旋轉(zhuǎn)的反方向轉(zhuǎn)動(dòng)了個(gè)角度，使流動(dòng)角β2葉片安裝角β2a，出口速度三角形由v2u<v2u∞,使有限葉片葉輪的理論能頭下降。則數(shù)K來修正無限多葉片葉輪的理論能頭，即六、對(duì)流體粘性的修正由于流體粘性，流體在葉輪中產(chǎn)生水力阻力損失，使流體在葉輪中獲得的能頭進(jìn)一步H=hhHT=KhhHT5七、流體進(jìn)入葉輪前的預(yù)旋流體經(jīng)管道進(jìn)入葉輪之前，并不是平穩(wěn)的無旋運(yùn)動(dòng)，而是具有所示，為具有強(qiáng)制預(yù)旋的進(jìn)口速度三角形。vlm保持不變。強(qiáng)制預(yù)旋是由吸人室或背導(dǎo)葉第二節(jié)軸流式泵與風(fēng)機(jī)的葉輪理論一、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)現(xiàn)代大容量機(jī)組的循環(huán)水泵與送、引風(fēng)機(jī)采用這種型式。二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的原理三、翼型及葉柵的空氣動(dòng)力特性(1)骨架線通過翼型內(nèi)切圓圓心(2)前緣點(diǎn)＼后緣點(diǎn)骨架線與型線(3)弦長b前緣點(diǎn)與后緣點(diǎn)連接的直線稱弦長或翼弦(4)翼展l垂直于紙面方向葉片的長度(機(jī)翼的長度)稱翼展(5)展弦比σ翼展l與弦長b之比稱展弦比6(8)沖角口翼型前來流速度的方向與弦長的夾角稱沖角，沖角在翼弦以下時(shí)為正沖角如圖所示，以上時(shí)為負(fù)沖角。(9)前駐點(diǎn)、后駐點(diǎn)來流接觸翼型后，開始分離的點(diǎn)(此點(diǎn)型。由相同翼型等距排列的翼型系列稱為葉柵。這種葉柵稱為平面直列葉柵，如圖2—18個(gè)翼型的繞流情況相同，因此只要研究一個(gè)翼型的繞流情況即可。(1)列線或額線葉柵中翼型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)(3)軸線與列線相垂直的直線。(4)葉柵稠度弦長與柵距之比。(5)葉片安裝角βa弦長與列線之間的夾角。翼型的空氣動(dòng)力特性系指翼型上升力和阻力的特性，即這些特性與翼型的幾何形狀、氣流參數(shù)的關(guān)系。實(shí)際流體繞流翼型時(shí)，在翼型上產(chǎn)生一個(gè)垂直于來流方向的升力Fy1和的摩擦阻力，是形狀阻力及由于有限翼展而產(chǎn)生的誘導(dǎo)阻力之和。升力系數(shù)cy1和阻力系數(shù)cx1與翼型的幾何形狀及沖角有關(guān)。對(duì)于各種翼型的cy1和cx17Fy1之間的夾角稱為升力角用符號(hào)λ表示。且λ越小，則升力越大而阻力越小，翼型的空氣動(dòng)力特性越好?？捎蒙堑恼械扔赾x1小的升力角。由于葉柵是由多個(gè)單翼型組成的，因此在葉柵中的升力和阻力分別用以下公式計(jì)算：板直列葉柵的修正資料，用修正系數(shù)l進(jìn)行修正。cy1——單個(gè)平板的升力系數(shù)。數(shù)自身又很小，對(duì)葉柵計(jì)算無顯著影響，所以不作修正。對(duì)風(fēng)機(jī)流體升壓很小，葉輪進(jìn)出口軸面速度可視為相等，即va1＝8離心式泵與風(fēng)機(jī)用動(dòng)量矩定理推導(dǎo)出(2)當(dāng)β1=β29五、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的基本型式導(dǎo)葉可消除葉輪出口處流體的圓周分速，而導(dǎo)向軸向流動(dòng)，并使這部分動(dòng)能通過導(dǎo)葉用于高壓風(fēng)機(jī)及水泵。如目產(chǎn)(300Mw)機(jī)組使用的軸流式送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)以及50ZLQ—50葉片角度則只能在停運(yùn)的情況下調(diào)整。零，如圖2—26(c)中虛線所示。這種前置導(dǎo)葉型，流體進(jìn)入葉輪時(shí)的相對(duì)速度，比后置導(dǎo)葉型的大，因此能量損失也在設(shè)計(jì)工況下，前置導(dǎo)葉的出口速度為軸向，當(dāng)工況變化時(shí)，可改變導(dǎo)葉角度來適應(yīng)第三節(jié)功率、損失與效率從原動(dòng)機(jī)輸入的能量因?yàn)榇嬖诟鞣N損失不可能全部傳遞給流體。這些損失用相應(yīng)的效失、效率及其相互關(guān)系。有效功率是單位時(shí)間內(nèi)通過泵或風(fēng)機(jī)的流體實(shí)際所得到的功率。設(shè)流過葉輪的體積流因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的能頭用全壓戶表示，所以其有效功率為軸功率是原動(dòng)機(jī)傳給泵或風(fēng)機(jī)軸上的功率。由于泵或風(fēng)機(jī)Pe<P。如果總效率η為已知，則泵的軸功率用下式計(jì)風(fēng)機(jī)的用下式計(jì)算：原動(dòng)機(jī)功率系指原動(dòng)機(jī)輸出功率。泵用下式計(jì)算：原動(dòng)機(jī)輸入功率。泵用下式計(jì)算：在選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)要考慮過載，故應(yīng)加一富裕量，因此選擇原動(dòng)機(jī)功率為PM=K rgqvH1000ηηtmηgKqvp1000ηηtmηg由泵與風(fēng)機(jī)損失的性質(zhì)可將其分為三種：機(jī)械損失、容積損失和流動(dòng)損失。軸功率減損失功率與有效功率之間的能量平衡關(guān)系。(一)機(jī)械損失和機(jī)械效率機(jī)械損失主要包括軸端密封與軸承的摩擦損失及葉輪前后蓋板外表面與流體之間的圓盤摩擦損失兩部分。軸端密封和軸承的摩擦損失與軸端密封和軸承的結(jié)構(gòu)型式以及輸送流體的密度有關(guān)。這項(xiàng)損失的功率約為軸功率的1％一5％，大中型泵中多采用機(jī)械密封、浮動(dòng)密封等結(jié)構(gòu)，軸端密封的摩擦損失就更小。圓盤摩擦損失是因?yàn)槿~輪在殼體內(nèi)的流體中旋轉(zhuǎn)，葉輪兩側(cè)的流體，由于受離心力的功率的2％一10是機(jī)械損失中的主要部分。由上式可知，圓盤摩擦損失與圓周速度的三次方成正比，與輪外徑成五次方關(guān)系增加，而采用提高轉(zhuǎn)速的方法，則成三次方械損失功率△Pm為即(二)容積損失和容積效率泵與風(fēng)機(jī)由于轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間存在間隙，當(dāng)力差，因而使部分由葉輪獲得能量的流體從高壓側(cè)通過間隙向低壓側(cè)泄漏，這種損失稱為容積損失或泄漏損失。入口與外殼密封環(huán)之間及平衡裝置與外殼之間的容積損失。(三)流動(dòng)損失和流動(dòng)效率流動(dòng)損失發(fā)生在吸人室、葉輪流道、導(dǎo)葉和殼體中。流體和各部分流道壁面摩擦?xí)a(chǎn)摩擦損失用下式計(jì)算：對(duì)泵與風(fēng)機(jī)來說，由于流道形狀比較復(fù)雜，各參數(shù)難以確定，因此可以把全部摩擦擴(kuò)散損失用下式計(jì)算：相對(duì)速度方向與葉片進(jìn)口切線方向之間的夾角稱為沖角α,當(dāng)泵與風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)工況工作時(shí)，流體相對(duì)沖擊損失用下式計(jì)算：應(yīng)該指出：在正沖角時(shí)，由于漩渦區(qū)發(fā)生在葉片非工作面上，因此沖角時(shí)小，流動(dòng)損失最小的點(diǎn)在設(shè)計(jì)流量的左邊。失用流動(dòng)效率ηh來衡量。流動(dòng)效率可用下式表示：(四)泵與風(fēng)機(jī)的總效率泵與風(fēng)機(jī)的總效率等于有效功率與軸功率之比，即風(fēng)機(jī)的總效率又稱全壓效率。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的動(dòng)壓在全壓中占較大比例，故有靜壓效率。靜壓效率用下式計(jì)算：第四節(jié)泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線對(duì)泵而言，還有汽蝕余量△h。這些參數(shù)之間有著一定的相互聯(lián)系，而反映這些性能參數(shù)間變化關(guān)系的曲線，稱為性能曲線。性能曲線通常是指在一定轉(zhuǎn)速下律以及影響性能曲線的各種因素，仍具有十分重要的意義。一、離心式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線(一)流量與揚(yáng)程qvT—HT∞（qvT—p）性能曲線設(shè)葉片無限多且無限薄并為理想流體時(shí)，葉輪出口速度三角形，如圖3—8所示。gπD2b2HT偽=A-BqVTcotβ2aT偽隨流量呈直線關(guān)系變化，且直線的斜率由β2a角來確2a<90°(后彎式葉片)為一條自左至右下降的直線，如圖3—9a所示。2.βvT于橫坐標(biāo)的直線，如圖3—9b所示。它與縱坐標(biāo)交于A，為一條自左至右上升的直分析qVT—HT∞性能曲線的變化。對(duì)于有限數(shù)葉片的葉輪，由于軸向渦流的影還要在qVT—HT曲線上減去因摩為摩擦及擴(kuò)散損失隨流量的平方散而損失的揚(yáng)程后即得圖3—10在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)則按拋物線增去因沖擊而損失的揚(yáng)程后即得d(二)流量與功率(qv一P)性能曲線流量與功率性能曲線，是指在一定轉(zhuǎn)速下泵與風(fēng)機(jī)的流量與軸功率之間的關(guān)系曲線。軸系曲線。流動(dòng)功率Ph為令A(yù)'=KB'=KHT=A'-B'qVTcotβ2aP=(A'-B'qVTcotβ2a)=1(A'qVT-B'qVT2cotβ2a)由此可見，流動(dòng)功率隨流量的變化為一拋物線關(guān)系，其曲線的形狀與β2a有關(guān)，現(xiàn)分2a<90°(后彎式葉片)P=1(A'qVT-B'qVT2cotβ2a)點(diǎn)與橫坐標(biāo)軸相交于qVT=點(diǎn)的拋物線。如圖3—2.β量的增加而急劇上升。泵與風(fēng)機(jī)的效率等于有效功率與軸功率之比，即坐標(biāo)原點(diǎn)與橫坐標(biāo)軸相交于qv＝qvm(四)離心式泵與風(fēng)機(jī)性能曲線的分析允許在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)行(除特殊注明允許的外)。如在運(yùn)行中負(fù)荷降低到所規(guī)定的最小流量%左右，為避免啟動(dòng)電流過大，原動(dòng)機(jī)過載，所以離心式的泵與風(fēng)機(jī)要在閥門全關(guān)的狀態(tài)下趨向于隨著流量的增加而下降，但由于其結(jié)構(gòu)型式和出口安裝角不同，就使后彎式葉輪的qV一P性能曲線，隨流量的增加功率變化緩慢。而前彎式葉值應(yīng)取得大些。程后，所得到的實(shí)際qv—H性能曲線是—具有較寬不穩(wěn)定工作段的駝峰形曲線。如果風(fēng)機(jī)(7)前彎式葉輪效率遠(yuǎn)低于后彎式。為了提高風(fēng)機(jī)效率，節(jié)約能二、軸流式泵與風(fēng)機(jī)的性能曲線在一定的轉(zhuǎn)速下，對(duì)葉片安裝角固定的軸流式泵與風(fēng)機(jī)，試驗(yàn)所測得的典型性能曲線開始上升直到流量為零時(shí)的最大值。此最大揚(yáng)程v<qvd時(shí)來流速度的流動(dòng)角減小，沖角α增大，由翼型的空氣動(dòng)力特性軸功率也小，所以對(duì)可調(diào)葉片的軸流式泵與風(fēng)機(jī)可在小安裝角時(shí)啟動(dòng)。保持高效率。這就是可調(diào)葉片軸流式泵與風(fēng)機(jī)較為突出的優(yōu)點(diǎn)。第五節(jié)相似理論在泵與風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用一、相似理論在泵與風(fēng)機(jī)中的重要作用：縮小為模型，進(jìn)行?；囼?yàn)以驗(yàn)證其性能是否達(dá)到要求。的)作為模型，按相似關(guān)系對(duì)該型進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種方法稱為相似設(shè)計(jì)法或?；O(shè)計(jì)法，其優(yōu)二、相似理論在泵與風(fēng)機(jī)中的理論形式：（1）相似條件：幾何相似，運(yùn)動(dòng)相似，動(dòng)力相似（2）相似定律：流量相似關(guān)系，揚(yáng)程(全壓)相似關(guān)系，功率相似關(guān)系三、相似理論在泵與風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用：（1）相似定律的特例：在實(shí)際工作中所見到的情況，往往并不是幾何尺寸、轉(zhuǎn)速和密度三個(gè)參數(shù)同時(shí)改變，而只是其中一個(gè)參數(shù)改變。但在具體設(shè)計(jì)、選型以及判別泵與風(fēng)機(jī)是否相似時(shí)，使用這些公式十分不便。三、比轉(zhuǎn)數(shù)：為保證流體流動(dòng)相似，必須具備幾何相似、運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似三個(gè)條件幾何相似是指模型和原型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的幾何尺寸成比例，比值相等，各對(duì)應(yīng)角、葉片數(shù)相等，即滿足上式就保證模型和原型的幾何相似。運(yùn)動(dòng)相似是指模型和原型各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度方向相滿足了上式，就保證了模型和原型的運(yùn)動(dòng)相似。而慣性力和粘性力的相似準(zhǔn)則是雷諾數(shù)R，所以只要模型和原型足了動(dòng)力相似。但要保證模型和原型的雷諾數(shù)相等，十分困難。實(shí)踐證明，泵與風(fēng)機(jī)中流泵與風(fēng)機(jī)的相似定律反映了性能參數(shù)之間的相似關(guān)系。這種相似關(guān)系是建立在上述相似條件基礎(chǔ)上的。在相似工況下模型和原型性能參數(shù)間有以下關(guān)系。量之比與幾何尺寸之比(一般用葉輪出口直徑D：)的三次方成正比，與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，與容積效率的一次方成正比。在相似工況下，揚(yáng)程相似關(guān)系為比與幾何尺寸比的平方成正比，與