第一章 叶轮理论.pptVIP

泵与风机的叶轮原理 高明 山东大学 离心式泵与风机的叶轮理论 离心泵的工作原理 离心泵启动前应在泵壳内灌满所输送的液体，当电机带动泵轴旋转时，叶轮亦随之高速旋转。受离心力的作用——液体向叶轮外缘作径向运动。 当液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心处形成了低压。在液面压强与泵内压强差的作用下，液体经吸入管路进入泵的叶轮内，以填补被排除液体的位置，此即为吸液原理。 在蜗壳中由于流道的逐渐扩大，将大部分动能转变为静压强——最终以较高的压强沿切向进入排出管道，实现输送的目的，此即为排液原理。 一、离心式泵与风机工作原理 定性描述： 叶轮中的流体随叶轮一起转动，受到离心力作用，从中心向边沿移动； 在离心力作用下，流体静压升高， 流体在边沿处以一定速度和压头流入蜗壳，然后排出泵外； 叶轮中心产生真空，吸入流体； 二、静压变化： －－－流体流动的推动力 叶轮以角速度ω旋转，在任意一个r处，取微元厚度dr，宽度b，圆心角dφ. 流道封闭、流体看作刚体分析（不可压缩） 质量dm： 简化为： 小结 由上式可知： ①ω一定时，叶轮外径r2越大，内径r1越小，产生的压差越大； ②叶轮尺寸一定时，ω越大，即n越大，压差越大； ③ρ大的流体，产生的压差越大，但H与流体密度无关。 三、流体在叶轮中的流动 叶轮旋转速度ω，产生的圆周速度：u=r.ω；沿叶轮圆周方向； 流体相对叶片流出速度：w，基本沿叶片型线方向； 绝对运动速度：v，上面两个速度的合成： 合成： 流体在任何时候，任何地方都同时进行相对运动和牵连运动（圆周运动），如果把相对于机壳的运动称为绝对运动(用v表示)的话，则 速度三角形 绝对速度V再分解成一个和u平行的分量和一个和u垂直的分量，分别用下标m和u表示 实际叶片方向与圆周速度反向的夹角，叫安装角，用βa表示。 速度三角形计算 圆周速度： 速度三角形（w，vu，v） 四、基本方程—确定扬程或全压 假设： 流体为无粘性（理想）流体，不计能量损失 叶片数无穷多，叶轮上叶片厚度无限薄。流体完全沿着叶片的弯曲形状流动， β=βa 稳定流动 不可压缩流体 推导依据：动量矩定理：在定常流动中，单位时间内流体动量矩的变化，等于作用在流体上的外力矩。 1、能量方程式的推导 结果 讨论 ①无限多叶片、无能量损失理论状态下扬程（满足四条假设条件） ②能量组成： 讨论 ③提高扬程措施： ③提高扬程措施： ③提高扬程措施： 讨论 ④对轴流式叶轮： a)u1=u2=u，理论扬程较离心式叶轮低的多，但功率相同时流量大； b)提高扬程，应该使w1∞》w2∞ ，为此可采用机翼型叶片，加厚入口。 ⑤理论扬程与流体种类无关，HT∞为输送流体的流体柱高度；但全压与流体密度成正比。 2、叶片型式（出口安装角β2a∞）对HT∞的影响 叶片型式（出口安装角β2a∞）对HT∞的影响 由速度三角形知： ②径向式叶片：β2a∞=900，cotβ2a∞=0， ③前弯式叶片：β2a∞﹥900，随着β2a∞增加， cotβ2a∞减小（负数），绝对值增加，HT∞增加，最大安装角时： 分析表明： 随着叶片安装角β2a∞的增加，流体从叶轮获得的能量越大，即：前弯式叶片产生的扬程最大，径向式次之，后弯式叶片最小。 3、β2a∞ (出口安装角)对压能所占比例的影响 ①后弯式叶片： 讨论 在最小和最大安装角范围内，随着安装角增加： a)理论扬程增加； b)动能增加； c)反作用度减小，从1到0。 d)静压能：从最小安装角时为0开始增加，至β2a∞=900时，达到最大，然后逐渐减小，至最大安装角时，又减少为0。 理论联系实际 三种型式叶片性能分析： a) 在转速及尺寸相同的情况下，前弯式叶片产生的扬程大，或者在转速、扬程相同的情况下，叶轮外径D2较小，可以减小风机尺寸（前弯式叶片只用于风机中）； b) 前弯式叶片扬程中动能比例很大，即其出口速度大，流动损失大；同时要把这部分动能转化为压能，又要伴随能量损失；叶道形状变化突然，造成扩散损失；因此效率较低； c) 对风机而言，由于流动损失与密度成正比，故损失较小，可以采用前弯式。对泵而言，考虑提高效率，只采用后弯式。 泵β2a∞为200～350 后弯式叶片风机β2a∞为300～600 前弯式叶片风机β2a∞为900～1550。 五、有限叶片叶轮中流体的运动 无限叶片叶轮中，流体完全沿着叶片流动（相对运动），流动角=安装角。 有限叶片叶轮中，两叶片之间有足够的空隙允许流体在其中产生涡流，而且由于流体的惯性作用，两叶片之间的流体必然存在一个与叶轮转向相反（角速度相等）的旋转运动 —轴向涡流 有限叶片理论扬程 仍然可以采用