能源与动力装置基础叶片式工作机

第三章叶片式工作机 以不可压流体为主 即研究泵与通风机为主 应用范围 q nD3 gH n2D2 0 04 0 06 0 07 0 4 0 006 0 09 过流 通流 部件 吸入室 集风器 进风口 叶轮 扩压器 导叶 弯道回流器 反导叶 蜗壳 第一节叶片式工作机的结构形式和应用范围 一 叶轮 功能 将机械功传递给流体 结构 离心 轴流 斜流 混流 横流 离心又分前弯 后弯 径向 多叶 单吸 双吸 闭式 半开式 三种不同出口角 b2的叶轮比较 二 吸入室 集风器 进风口 功能 为叶轮进口组织所要求的均匀流场 速度大小和方向 型式 a 最好 流动没有转弯 悬臂叶轮采用 其他型式流场不容易均匀 损失也比较大 特点 加速流动 与外界没有能量交换 叶轮前部件 进口导流器 前导叶 扩压器 导叶 减速 提高压力无叶有叶 弯道回流器 反导叶 为下一级进口引导组织所要求的流场回流器一定有叶片 一般都装有导流叶片 使气体均匀地沿轴向进入下一级工作轮 速度变化不大 蜗壳 收集沿叶轮或扩压器圆周的流体并送到机器的出口非轴对称 稍有加速 三 压水室与扩压元件 叶轮后部件 性能参数 一 流量q单位时间内流过机器的介质的量 体积或质量 二 能量 水头 扬程 压力 能量头 压缩比 单位数量介质与机器所交换的能量1 液体 不可压缩 介质 第二节主要性能参数和特性曲线 泵的装置扬程 装置静扬程 扬程之间的关系 问题1 扬程的定义中的 单位数量 是什么 扬程表示每一牛顿 单位重量 的液体通过机器时发生的能量的变化量 问题2 扬程的定义能否用在 神舟 上 可以引入一个与重力无关的定义 只需将 重量 改为 质量 这个定义称为能量头 能源与动力装置基础 叶轮机械基本理论 2 不可压缩气体介质 通风机 风压 全压与静压 静压不等于p2 p1 是全压与出口动能之差 注意 通风机全压ptF 定义为其进出口的全压差 ptF 对于气体 位能差可以忽略 能源与动力装置基础 叶轮机械基本理论 3 可压缩气体介质 压缩机 能量头与压缩比 压缩机工质是气体 进出口动能 位能差可以忽略 有效能量头h gH 泵 pf 通风机 压缩机 几个能量参数之间的关系 三 转速n 四 功率P工作机输入功率对不可压缩流体 定义流体功率 效率可表示为 不可压 损失分类1 流动损失 水力损失 H 或 h p 摩擦损失 冲击损失 分离损失 二次流损失 叶端损失本质上是压力损失2 容积损失 qV本质上是流量损失3 机械损失本质上是力矩 功率 损失 四 效率与损失 介质不可压缩时效率的定义 叶片的 总效率 对于风机和泵内部损失 流动损失 容积损失和机械损失中的圆盘摩擦 轮阻 损失 外部损失 为轴承和密封等处的机械摩擦损失 内功率 内效率 圆盘 轮阻 效率 机械传动效率 静压总效率 静压内效率 工质为可压缩时效率的定义 为什么与不可压缩介质不同 1 压缩机级的功率 引入泄漏损失系数和轮阻损失系数 V和 r 有 2 压缩机和压缩机级的效率 有用功的计算 标准过程 绝热 等温 多变 多变效率 略去动能差 有 能量头之间的关系 绝热效率 等温效率 流动效率 整机效率 机组级效率和级效率 工况与变工况时机器的工作 工况 机器的工作状况 与介质进口状态 例如R 和机器进口处的p T等 和机器工作参数 qV H pf n等 有关 实际工况还与系统有关 设计工况 名义工况 额定工况 各工作参数都为设计值 设计工况 叶片进口 由速度三角形 叶片进口处的相对速度的方向与叶片的方向一致 即 冲角i b1 1 0 没有冲击损失 效率高 非设计工况 变工况 叶片进口 叶片出口 设计工况 冲角i b1 1 0 红色虚线 流量变大 能量头变小 效率下降 冲角i b1 1 0 绿色点划线 流量变小 能量头变大 效率下降 结论 b2 90时 qV增大 减少 H pf 下降 上升 偏离设计工况 效率都下降功率随流量增加而增加 设计工况 由叶轮进出口速度三角形 特性 性能 曲线 各主要性能参数之间的关系用曲线表示 由欧拉方程hth u2c2u u2 u2 c2mcot 2 和c1u 0 则 a bqv直线 Pth qvhth aqv bqv2抛物线 式中a 0 b 理论性能曲线 2 2b 没有考虑损失 实际性能曲线 图中蓝线 理论值 d区约为一常量 是机械和圆盘磨擦功率 P等 与流量关系不大 b区冲击损失 在设计工况下 没有冲击损失 在非设计工况下 冲击损失值与流量偏离值的平方 qV d qV th 2成正比 其中qV d为设计流量 a区以磨擦损失为代表的与流量的平方成正比的损失 a c b d c区表示泄漏损失等 第三节相似定律 比转数 一 相似理论 原型试验的意义模型试验的意义实验结果的推广数值试验 1 相似条件几何相似 运动相似 动力相似 工况相似 物性相似 2 相似准则 3 不完全相似在现有的技术条件下 不可能也不必要保证上述相似准则都保持相等 4 单位参数 对不可压缩介质 只要保证Sr和Eu相等即可 功率系数 5 相似换算 不可压缩介质 相似工况速度三角形等角工况 以上三个相似定理主要用于两台相似的机器之间的性能参数换算 也可以用于同一台机器在转速变化时的相似工况之间的参数换算 当机器的转速变化时 其性能曲线也随之改变 在两条曲线的对应的相似工况 如图中A B两点 之间 存在如下关系 当转速变化时 相似的工况分布在一条抛物线上 该抛物线称为相似抛物线 如果满足完全相似的条件 该抛物线上所有的工况的效率应该是不变的 所以该线也称为等效抛物线 二 比转速 1 比转速的定义及其物理意义引入比转速的目的 消去直径D 便于应用 相似判别数必要条件 非充分条件量纲问题 2 比转速与过流部件几何形状及性能的关系 反映一系列几何相似机器的共同特性的综合判别数 比转速与过流部件几何形状的关系 对水泵 ns 30 80ns 80 150ns 150 300ns 300 700ns 700 2000 第四节泵与风机在管网中的运行 一 管网特性曲线 为了确定流体机械的实际运行工况点及其变化 必需研究管网的特性以及机器特性与管网特性的相互作用 管网能量头 装置扬程 管网阻力 管网系统 管网特性曲线 Hst和k均可为零 二 流体机械与管网系统的联合工作 1 实际运行工况点 能量平衡和质量平衡 工况的调节 平衡点 2 工况点的稳定性 稳定条件的判据 特性曲线的稳定性 稳定与不稳定工况 3 串联与并联运行 工作机的串联运行 输送不可压介质时机器特性 qV qV1 qV2 H H1 H2 机器特性不变 搭配条件 最佳工况点的流量相等或相近 输送可压缩介质时的机器特性 总特性不等于两机器的和多级机器的特性 工作机的并联运行 H H1 H2qV qV1 qV2qm qm1 qm2 并联机器与管网的共同工作 三 工况调节 基本思路 改变管网或者机器的特性曲线 可能的方法 改变管网的特性 节流阀改变机器的特性 改变速度三角形 出口节流调节 改变管路特性 不改变机器特性 能量损失大 只用于小功率 进口节流调节 与出口节流的比较 改变管路阻力降低进口压力 调节效果的对比 A B C D E 采用可转动的叶片 动叶 调节 特点 节能结构复杂不能应用于离心式机器 能源与动力装置基础 叶片式工作机 采用可转动的进口导叶调节 预旋调节 前导叶 能源与动力装置基础 叶片式工作机 预旋调节的有效性 工作机和原动机的区别 特点 经济性好结构复杂不适用于多级和低比速工作机 能源与动力装置基础 叶片式工作机 变速调节 对于同一台机器在不同转速的相似工况下运行 变速特性曲线 相似抛物线 能源与动力装置基础 叶片式工作机 转动后导叶 静叶 调节 动叶没有变化 即理论欧拉功基本不变化 由于后导叶的转动 使后导叶进口产生冲击损失 冲击损失随流量变化而变化 从而改变机器的性能曲线 改变台数调节 能源与动力装置基础 叶片式工作机 1 喘振的发生 介质特性的影响 不可压 机器特性曲线不稳定时 只要管网静扬程小于关死扬程 亦可稳定工作 可压 只要机器的特性曲线的斜率大于零 工作就可能是不稳定的 两种不同的稳定不可压流体A B两点都可以工作 可压流体B点不能工作 第五节喘振与空化 一 喘振现象 能源与动力装置基础 叶片式工作机 影响喘振的因素 管网特性曲线 机器特性曲线 系统容积 介质 2 喘振的危害 压力和速度的变化 喘振界限 稳定工作条件 能源与动力装置基础 叶片式工作机 3 防喘措施 合理确定机器的设计点 防喘放空或回流 出口设置放空阀 回流阀 喘振现象出现的判断方法 测听机器出流管流体的噪声观测机器出口压力和进口流量的变化观测机体和轴承的振动情况 能源与动力装置基础 叶片式工作机 二 空化 能源与动力装置基础 叶片式工作机 1 空化机理 叶片表面压力分布 能源与动力装置基础 叶片式工作机 空蚀破坏机理 任何固体材料 包括化学惰性的 非导电的 甚至高强度的 在任何液体 包括海水 淡水 化学惰性液体 甚至金属性液体如汞 钠等