流机第5章(9-10)第五章 轴流泵与风机

流体机械,辽宁工程技术大学机械工程学院,第五章轴流泵与风机,第一节轴流泵与风机的特点第二节轴流式叶轮几何参数及流体流动第三节叶轮沿叶高方向气流参数的变化第四节轴流式叶轮的基本方程,第一节轴流泵与风机的特点,主要特点：流量大较大，压力较小。实际应用:发电厂大容量汽轮发电机组的大流量的循环水泵，锅炉送、引风机基本结构组成：叶轮、导叶、吸入装置和压出装置等按叶轮叶片和导叶能否转动分类：动叶可调式、静叶可调、固定叶片式,（1）相同容量下，结构比较紧凑，外形尺寸小，重量轻；（空间尺寸可减少30）（2）变工况经济性能好；（3）转子结构较复杂，转动部件多，制造、安装精度要求高，维护工作量大。（4）轴流风机噪声大（110130dB（A）；（离心风机90110dB（A）。我国300MW及以上火力发电机组的送、引风机一般都采用轴流式风机，其循环水泵也越来越多地采用轴流式和混流式水泵。,动叶可调特点：,一、轴流式叶轮工作过程轴流式叶轮的基本原理：翼型升力原理流体绕流翼型叶片时，对翼型叶片产生升力作用；而翼型叶片在流体中运动时，对流体产生与升力方向相反的作用力，从而使流体获得能量。,第二节轴流式叶轮几何参数及流体流动,二、叶型和叶栅的主要几何参数,1叶型及主要几何参数叶型：叶片的横截面形状（截面形状为机翼形翼型）型线：翼型的轮廓线,（1）翼型中线（骨架线）：翼型上、下型线之间内切圆圆心的连线（构成翼型形状的基础，影响翼型的空气动力学特性）；（2）翼型前、后缘点：翼型中线与翼型型线前、后交点；（3）弦长b：翼型前、后缘点的连接直线（翼弦）长度；（4）翼展l：叶片的长度（叶片长度）；（5）展弦比：翼展l与弦长b之比，l/b；（6）翼型厚度c：翼型中线的法线与翼型轮廓线交点间的距离（翼型内切圆直径）。最大内切圆直径为翼型最大厚度cmax。（7）翼型相对厚度cmax/b：通风机中，弧形板叶片cmax/b=0、翼型叶片cmax/b=0.050.12；（8）翼型弯度f：翼型中线到翼弦间的垂直距离，最大距离为翼型最大弯度fmax；（9）翼型的相对弯度fmax/b：通风机中，fmax/b=0.030.15。,主要几何参数：,2叶栅及其主要几何参数平面直列叶栅：任意半径r处截取圆柱面，圆柱面沿母线割开后与各叶片相交得到一系列截面(翼剖面或翼型)，将它展开成平面后的图形。,叶栅的前额线：叶栅上各翼型入口切线连线；叶栅的后额线：叶栅上各翼型出口的切线连线。,（1）栅距t：叶栅的圆周方向上两相邻叶型对应点的距离相对栅距t/b：栅距t与弦长b的比值（2）叶栅稠度：弦长b与栅距t之比b/t，在轴流通风机中，一般=0.22（3）叶片安装角b：翼弦b与额线间的夹角（4）翼型进口几何角1g：通过翼型前缘点向翼型中线所做的切线与前额线间的夹角（5）翼型出口几何角2g：通过翼型后缘点向翼型中线所做的切线与后额线间的夹角,主要几何参数：,1流体在叶轮中的运动分析在轴流式叶轮中，流体的运动是牵连运动（圆周分速度）、轴向相对运动（轴向分速度）、径向相对运动（径向分速度）的空间流动三个相互垂直的运动分量的合成。圆柱层无关性假设：在轴流式叶轮中流体质点是在以轴线为中心的圆柱面上流动(圆柱流面)，且相邻各圆柱流面上流体质点的运动互不相关。即：在叶轮的流动区域内，流体质点不存在径向分速度。*对于直列叶栅：每个翼型的绕流情况是相同的，只研究一个翼型的绕流情况。,三、流体在叶轮中的运动分析及速度三角形,=u+wu、w和构成的叶轮速度三角形平面，与圆柱面相切=u+mu圆周分量，m轴面分量（轴面速度）轴流式叶轮的速度三角形特点：（1）叶轮进、出口圆周速度相等：（2）叶轮进、出口通流面积如果相同时，流体在叶轮进、出口处的轴面速度相等，即,2速度三角形,设：叶栅进、出口处的流入角为1、流出角为2叶栅进口、出口相对速度为w1、w2叶栅进、出口速度三角形绘制在一起：,作业:,P152-153：思考题：5-1、5-3、5-4习题：5-1,第三节沿叶高方向气流参数的变化,一、等环流（自由涡）设理想流体在动叶与导叶之间作定常轴对称沿柱面流动，叶轮所产生的全压及轴向分速度沿叶高不变，则：,即：轴向间隙中的圆周分速度，是按等环量规律分布的。二、气流参数沿叶高方向上的变化1.气流速度沿叶高方向上的变化：圆周分速度随半径的增加而降低。2.气流角度沿叶高方向上的变化：进出口气流角：1、2随半径的增加而增大1、2随半径的增加而减小,自由涡公式,一、理论压头方程式（扬程或风压）依据：动量矩定理（同离心式叶轮的基本方程式推导一样）在不考虑任何损失的情况下，叶栅输入功率N等于输出功率为：,第四节轴流式叶轮的基本方程,动量矩定理：在定常流动中，单位时间内流体动量矩的变化量等于同一时间的外力对同一轴线的外力矩。则：,方程式分析：（1）当1=2时，pT（HT）=0，流体不能获得能量，为使HT增加，必须使21，而且二者之差越大，则pT（HT）越大。（2）由于u1=u2=u，所以，在其它条件相同的情况下，轴流式泵与风机的静压要低于离心式泵与风机。（3）要提高流体流出叶轮时的压力能，要求w1w2。并且安装时要求叶片出口安装角2g大于叶片入口安装角1g。（4）如叶轮加装前导叶时，产生预旋，这时可改变叶轮的压头（当1u与u同向时取“-”，1u与u反向时取“+”）。,气流速度和压力沿叶片高