华科大能源与动力装置基础课件第3章 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ф=q/nD3ψ=gH/n2D2ψ=0.04~0.06ψ=0.07~0.4ψ=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βb2的叶轮比较欧拉方程hth=u2c2u-u1c1u=1-πsinβ2b/z-φ2rctgβ2b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：图3-2a）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——叶轮前部件三、扩压器(导叶)等——叶轮后部件无叶扩压器叶片扩压器无叶扩压器叶片扩压器弯道弯道回流器回流器蜗壳蜗壳导叶导叶三、扩压器(导叶),弯道回流器(反导叶),蜗壳扩压器(导叶):减速、提高压力无叶cr=常数

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？；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；稍有加速第二节主要性能参数和特性曲线一、主要性能参数1、流量:2、扬程H、压力升Δp（与能量头hx有关）泵为不可压缩介质,有效能量头h扬程H为单位重力流体获得的有效能量，常用液体的高度m表示；通风机全压ptF：定义为其进出口的全压差Δ

ptF，对于气体，位能差可以忽略；h=gH

（泵）

=ptF

/ρ（通风机）

ptF

=

Δ

ptF

=Δp*=p2-p1+0.5ρ(c22-c12)=ρh有效能量头h

=

gH(泵)=pf/ρ(通风机)=(压缩机)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=4、功率P:P=qmh

/η

5、转速n——r.p.m;参变量理论功率Pth

=qmh/ηhyd内(轴)功率Pi=qm

h/ηi=ρqv

gH/ηi=qv

ptF

/ηi整机功率Pe

=qm

h/ηe3、效率（第2章的内容）

流动(水力)效率ηhyd=有效能量头h/（h+δhhyd

）=h/hth

内(全压、多变)效率ηi=h/(hth+非流道损失)

整机(总)效率ηe=h/(hth+非流道损失+轴承等损失)

例3-1

已知叶轮直径D2=0.88m，出口宽b2=0.182m，流量系数

r2=0.24，叶片数z=16，叶片出口角β2b=50o，转速2900rpm，通风机的流动效率

=0.85，假设泄露和轮阻损失为3%hth，求标准空气的理论压力升和实际压力升，容积流量，实际输入功率。解：由例2-3计算该叶轮的理论能量头hth=11574J/kg，这也是空气得到的能量。容积流量qv=φr2u2b2πD2

=0.24×133.6×0.182×π×0.88=16.133m3/s理论压力升pth=ρhth=1.2×11574=13889Pa实际压力升ptF=pth=0.85×13889=11806Pa实际输入功率P=ρqv

hth(1+3%)=1.2×16.133×11574×1.03=230791J/s=231Kw理论功率Pth

=ρ

qv

hth

=1.2*3.8*11574J/kg=52777w=52.81Kw解：理论全压pth

=

ρ

hth=1.2*11574=13889Pa=0.134大气压力例3-2：已知

hth=11574J/kg,流量qv=3.8m3/s

，如果流动效率ηhyd=0.85，求实际的全压和理论功率Pth？如果还已知风机全压效率为80%，求内功率？机械等外部损失3%，求整机功率？配用多少电机功率？理论功率Pth

〈内功率Pi〈整机功率Pe

〈配用电机功率=ρhthηhyd=13889*0.85=11806Pa=0.118大气压力实际全压ptF

内功率Pi=ρqv

hi=ρqv

h

/ηi=ρqvhth

ηhyd

/ηi

=1.2*3.8*11574*0.85/0.8=54708w=54.7Kw相同能量头，工质不同，压力提高和功率差别很大！

密度引起理论功率Pth

=ρqv

hth=1000qv

hth=43981000w=43981Kw实际扬程H=hth

ηhyd

/g=

11574*0.85/9.807=1003m相当100.3个大气压力例3-2-1：例3-2中，如果工质是清水，求实际的扬程和理论功率Pth？0.118个大气压力空气54.81Kw空气例3-3已知原叶轮hth=11574J/kg，φm2=c2m/u2=0.24，u2=133.6

，流动效率ηhyd=0.85，如果要求风机流量不变，全压p=13000Pa，此时，该叶轮是否满足要求，如果不满足，叶轮的几何参数应该如何变化？试画改变后的叶轮出口速度三角形？u2cm2c2w2解：hth=pth

/

ρ=p

/ηhyd

/ρ=10000/0.85/1.2=12745Pac2m=

u2*φm2

=133.6*0.24=74m/s由hth=(σ-φm2ctgβ2b)u22=(1–πsinβ2b/z-φm2ctgβ2b)u22>已有的hth=11574J/kg,不满足要求增加叶轮的β2b或z或u2增加叶片的β2b或z，即流动角β2增加u2，即叶轮直径或转速，？？二、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，c1m?c2m?

流量变大；c2u?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四、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h

th=u2c2u=u2(u2-c2mcotβ2)和c1u=0，则：=a-bqv

直线Pth=ρ

qv

h

th

=aqv

–bqv2抛物线式中a>0；b<0β2>

90o=0β2=90o

>0β2<90o

理论性能曲线，β2=β2b，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δP