第四章---轴流式泵与风机..

第四章轴流式泵与风机 重点 难点提示 重点 1 速度三角形 2 基本方程式 3 性能曲线难点 1 四种基本型式的特点 2 轴流式泵与风机性能曲线的特点与分析 第一节轴流式泵与风机的工作原理 1 工作原理轴流式泵与风机的工作原理可简述为 原动机带动叶轮旋转 流体在旋转叶轮中叶片的推动作用下产生流动并获得能量 流体是轴向流入叶轮 轴向流出叶轮 2 轴流式泵与风机的特点 流量大 扬程 或全压 低 结构简单 体积小 重量轻 其动叶片可以设计成可调式的 这样 轴流式泵与风机在很大的流量范围内能保持较高的效率 轴流式风机的耐磨性较差 噪音较高 立式轴流泵电动机位置较高 没有被水淹没的危险 这样其叶轮可以布置得更低 淹没到水中 启动时可无需灌水或抽真空吸水 3 流体在叶轮内的流动 速度三角形这两个速度三角形有下列两个特点 由于进出口所在的半径相同 均为r 所以 两个圆周速度相等 由于轴流式叶轮进出口通流面积相等 如忽略进出口处流体的密度差别 则流进叶轮的体积流量等于流出叶轮的体积流量 而体积流量等于轴向速度乘以通流面积 所以 这两个速度三角形的轴向速度相等 简单形象地说 这两个速度三角形等底等高 4 轴流式泵与风机的基本方程式与离心式泵与风机基本方程式的含义相同 轴流式泵与风机的基本方程式也是反映流体在叶轮中得到的能量与叶轮进出口流体速度的关系式 它可以根据动量矩定理推导得到 对基本方程式有如下说明 1 它主要有两种表示形式 对于泵 对于风机 2 当流体轴向流入叶轮时 即进口处流体绝对速度没有圆周分速度 则 叶轮扬程 或全压 的形式变为 对于泵 对于风机 3 轴流式叶轮的理论扬程 或全压 比离心式的少一项 离心力作用项 说明轴流式叶轮使流体获得的能量中没有离心力作用的成分 所以 轴流式泵与风机的扬程 或全压 比离心式低 4 由轴流式泵与风机能量基本方程式可以看出 如果要使流体流经轴流式叶轮时能获得能量 则必须大于零 而函数在 0 180 范围内是递减函数 所以必须要求 再考虑到叶轮扬程 或全压 在不同半径上应保持相等 不同半径上进出口速度三角形的区别 则不同半径上和的差值应不同 因此轴流式叶片须呈扭曲状 5 从基本方程式可以看出 泵叶轮的扬程与流体的密度无关 风机叶轮的全压与流体的密度成正比 6 由于轴流式叶片断面呈机翼型 所以 可以从机翼理论和平面叶栅理论来推导更为准确的基本方程式 翼型的主要几何参数 第二节轴流式泵与风机的结构 轴流式泵与风机有四种基本结构型式 1 第一种型式 单个叶轮 没有导叶 结构最简单 但效率较低 因为流体从这种型式的泵与风机中流出后 具有较大的圆周分速度 流动损失较大 因此这种型式只适用于低压风机 2 第二种型式单个叶轮后设置后导叶 损失小 效率高 因为从后置导叶流出后 流体轴向流动 没有圆周分速度 而且在后置导叶中部分流体动能可以转换成压力能 因此这种型式应用广泛 3 第三种型式 单个叶轮前设置前导叶 损失较大 效率较低 因为流体进入叶轮的相对速度较大 在非设计工况下 流体流出后具有圆周分速度 由于汽蚀原因 泵不能采用这种型式 但由于流体进入叶轮的相对速度较大 从基本方程式可以看出 风机的全压较大 所以 在相同的全压下 采用这种型式的风机体积小 重量轻 4 第四种型式 单个叶轮前后都设置导叶 损失小 效率高 而且具有较好的调节性能 但结构最复杂 另外 由于汽蚀原因 泵不宜采用这种型式 第三节轴流式泵与风机的性能 轴流式泵与风机的性能曲线一般是指在转速和叶片安装角一定的情况下 其它性能参数随流量变化的关系曲线 轴流式泵与风机的性能曲线形状主要有下列特点 曲线 或曲线 是一条陡降的或呈马鞍形的曲线 零流量时泵扬程 或风机全压 最高 曲线的形状与曲线 或曲线 有所相象 也是一条陡降的或呈马鞍形的曲线 零流量时泵与风机的轴功率最大 曲线在最高效率点附近较陡 轴流式泵与风机有下列运行特性 轴流式泵与风机往往有不稳定工作区 应在稳定工作区内运行 轴流式泵与风机轴功率随流量的增大而减小 所以不宜采用节流调节 轴流式泵与风机轴功率在零流量时最大 所以 不应在零流量工况下启停 即不应在关闭出口阀门 或风门 的情况下启停 轴流式泵与风机采用入口静叶调节或动叶调节可改善其运行特性 轴流式与离心式在性能曲线上的区别 归纳如下 离心式曲线 或曲线 比较平坦 一般来说 扬程或全压随流量增大而连续减小 轴流式曲线 或曲线 则是一条陡降的或呈马鞍形的曲线 离心式一般没有不稳定工作区 即使有 其不稳定工作区的范围也较小 而轴流式一般都有不稳定工作区 且不稳定工作区的范围较大 离心式曲线一般来说是一条连续上升的曲线 即轴功率随着流量的增加而增大 零流量时轴功率最小 轴流式曲线是一条陡降的或呈马鞍形的曲线 零流量时泵与风机的轴功率最大 在稳定工作区 轴功率随着流量的增加而减小 所以 离心式应零流量下启停 即关阀启停 可采用节流调节方法 轴流式应带负荷启停 即开阀启停 或者是将静叶 或动叶 安装角调至较小时关闭出口阀门 或风门 启停 轴流式不宜采用节流调节方法 离心式曲线在最高效率点附近较平坦 高效工作区较宽 轴流式曲线在最高效率点附近较陡 高效工作区较窄 但轴流式泵与风机一般采用静叶或动叶