泵与风机的叶轮理论课件.pptx
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- 风机 叶轮 理论 课件
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1、第一章第一章 泵与风机的叶轮理论泵与风机的叶轮理论1-1 1-1 离心式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机的叶轮理论 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件 二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理 三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形 四、速度三角形的计算四、速度三角形的计算 五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析 六、离心式叶轮叶片形式的分析六、离心式叶轮叶片形式的分析 七、有限叶片叶轮中流体的运动七、有限叶片叶轮中流体的运动1-2 1-2 轴流式泵与风机的叶轮理论轴流式泵与风机的叶轮理论1-1 1-1 离心
2、式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机的叶轮理论 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件 (一)离心泵的主要部件一)离心泵的主要部件 1 1、叶轮:前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。、叶轮:前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体,提高液体叶轮是将原动机输入的机械能传递给液体,提高液体 能量的核心部件。能量的核心部件。(一)离心泵的主要部件(一)离心泵的主要部件 2 2、吸入室、吸入室 吸水管法兰接头至叶轮入口的空间。作用是以最小吸水管法兰接头至叶轮入口的空间。作用是以最小的阻力损失,引导液体平稳进入叶轮。的阻力损失,引导液体平稳进入叶轮。一
3、、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件(一)离心泵的主要部件(一)离心泵的主要部件 3 3、压出室、压出室 叶轮出口至压水管法兰接口的空间,作用是使从叶叶轮出口至压水管法兰接口的空间,作用是使从叶轮出来的高速流体以最小的阻力损失引入压水管。轮出来的高速流体以最小的阻力损失引入压水管。一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件(一)离心泵的主要部件(一)离心泵的主要部件 4 4、导叶、导叶 导叶的作用是汇集前一级叶轮流出的液体,以最小导叶的作用是汇集前一级叶轮流出的液体,以最小的阻力损失引入次级叶轮的进口或者是压出室。的阻力损失引入次级叶轮的
4、进口或者是压出室。5 5、密封装置、密封装置 (1)(1)密封环密封环 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件(一)离心泵的主要部件(一)离心泵的主要部件 5 5、密封装置、密封装置 (2)(2)轴端密封轴端密封 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件(二)离心风机的主要部件(二)离心风机的主要部件 1 1、叶轮、叶轮 前盘、后盘、叶片和轮毂组成前盘、后盘、叶片和轮毂组成 一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件(一)离心风机的主要部件(一)离心风机的主要部件 2 2、蜗壳、蜗壳 汇集从叶轮流出的气体并引向
5、风机出口。汇集从叶轮流出的气体并引向风机出口。一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件(一)离心风机的主要部件(一)离心风机的主要部件 3 3、集流器与进气箱、集流器与进气箱 集流器装在叶轮进口,作用是以最小的阻力引导气集流器装在叶轮进口,作用是以最小的阻力引导气流均匀的充满叶轮入口。流均匀的充满叶轮入口。一、离心式泵与风机的构造及主要部件一、离心式泵与风机的构造及主要部件二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理离心式泵与风机的工作原理:离心式泵与风机的工作原理:叶轮高速旋转时产生的离心力叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量,即流体通过使流体获得
6、能量,即流体通过叶轮后,压能和动能都得到提叶轮后,压能和动能都得到提高,从而能够被输送到高处或高,从而能够被输送到高处或远处。远处。二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理 图 1-3 离离心心式式风风机机主主要要结结构构分分解解示示意意图图 1吸入口;2叶轮前盘;3叶片;4后盘;5机壳;6出口 7截流板,即风舌;8支架 二、离心式泵与风机的工作原理二、离心式泵与风机的工作原理三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形假设:假设:1 1、叶轮中的叶片数为无限多;、叶轮中的叶片数为无限多;2 2、理
7、想流体;、理想流体;3 3、叶轮中的流体的运动为稳定流动;、叶轮中的流体的运动为稳定流动;4 4、叶轮中的流体为不可压缩的流体;、叶轮中的流体为不可压缩的流体;流体在叶轮里的运动:流体在叶轮里的运动:复合运动复合运动流体和叶轮一起作流体和叶轮一起作旋转运动旋转运动;流体从叶轮的流道里流体从叶轮的流道里向外流动向外流动;uwv绝对速度与相对速度绝对速度与相对速度绝对速度绝对速度指运动物体相对于指运动物体相对于静止参照系静止参照系的运动速度的运动速度V V ;相对速度相对速度指运动物体相对于指运动物体相对于运动参照系运动参照系速度速度w w ;牵连速度牵连速度是指是指运动参照运动参照系相对于系相对
8、于静止参照系静止参照系的速度的速度u u 。三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形流体在叶轮中的运动与速度三角形流体在叶轮中的运动与速度三角形u 当叶轮旋转时,在叶片进口当叶轮旋转时,在叶片进口“1 1”或出口或出口“2 2”处,处,流体随叶轮旋转作圆周牵连运动,其流体随叶轮旋转作圆周牵连运动,其圆周速度圆周速度为为u u;见图见图。u 流体沿叶片方向作流体沿叶片方向作相对流动相对流动,其,其相对速度相对速度为为w w;u 流体在进、出口处的流体在进、出口处的绝对速度绝对速度v v应为应为w w与与u u两者之两者之矢量和。矢量和。u 流体在叶轮内任何瞬间都既做圆
9、周运动又做相对流体在叶轮内任何瞬间都既做圆周运动又做相对运动。我们把流体相对于机壳的运动称为绝对运运动。我们把流体相对于机壳的运动称为绝对运动,其运动速度称为绝对速度。动,其运动速度称为绝对速度。见图见图将绝对速度将绝对速度v v分解为与在轴面上的分量称为轴面速度分解为与在轴面上的分量称为轴面速度v vr r,它是流体沿轴面向叶轮流出的分量,与通过叶轮的它是流体沿轴面向叶轮流出的分量,与通过叶轮的流量流量有关,也称为有关,也称为径向分速度径向分速度v vr r和在圆周方向的分量,称为和在圆周方向的分量,称为圆周分速度,它的大小与流体流过叶轮后所获得的能量圆周分速度,它的大小与流体流过叶轮后所获
10、得的能量有关,即与有关,即与压力压力有关的有关的切向分速切向分速v vu u。切向分速切向分速度度与叶轮的圆周运动方向相同与叶轮的圆周运动方向相同v vu u 。径向分速度径向分速度的方向与半径方向相同的方向与半径方向相同v vr r ,将上述流体质点诸速度共同绘制在一张速度将上述流体质点诸速度共同绘制在一张速度图上(图上(如图如图),就是流体质点的速度),就是流体质点的速度三角形图三角形图。返回返回返回返回三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形 当叶轮带动流体作旋转运动时,流体当叶轮带动流体作旋转运动时,流体具有圆周运动具有圆周运动(牵连运动牵连运动),称为圆周
11、,称为圆周速度,用符号速度,用符号u u表示,其方向与圆周切表示,其方向与圆周切线方向一致,大小与所在半径及转速线方向一致,大小与所在半径及转速有关。有关。流体沿叶轮流道的运动,其运动速度流体沿叶轮流道的运动,其运动速度称相对速度符号,称相对速度符号,w w表示,其方向为叶表示,其方向为叶片的切线方向、大小与流量及流道形片的切线方向、大小与流量及流道形状有关。状有关。vuw流体相对于机壳的运动,称绝对运动,其运动速度称绝对速流体相对于机壳的运动,称绝对运动,其运动速度称绝对速度,用符号度,用符号V V表示。表示。VuVu表示圆周分速度,表示圆周分速度,VmVm径向分速度。径向分速度。由这三个速
12、度向量组成的向量图,称为速度三角形。由这三个速度向量组成的向量图,称为速度三角形。对于速度三角形的几点讨论对于速度三角形的几点讨论 绝对速度绝对速度 与圆周速度与圆周速度 的夹角用的夹角用 表示,称为叶片的工表示,称为叶片的工作角。作角。相对速度相对速度 与圆周速度的与圆周速度的 反方向的夹角用反方向的夹角用 表示,称表示,称为流动角。为流动角。叶片切线与圆周切线速度反方向之间的夹角用叶片切线与圆周切线速度反方向之间的夹角用 表示,表示,称为叶片安装角。称为叶片安装角。注意特定条件:当流体沿叶片型线运动时,流动角注意特定条件:当流体沿叶片型线运动时,流动角 =安装安装角角 。vuuw 三、流体
13、在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形说明:说明:三、流体在叶轮内的运动及速度三角形三、流体在叶轮内的运动及速度三角形1 1、用下标、用下标1 1表示叶片进口处的参数表示叶片进口处的参数2 2、用下标、用下标2 2表示叶片出口处的参数表示叶片出口处的参数3 3、用下标、用下标表示无限多叶片时的参数表示无限多叶片时的参数四、速度三角形的计算四、速度三角形的计算1 1、圆周速度、圆周速度 :1u11u=60nD叶片的进口直径;叶片的进口直径;叶轮转速叶轮转速1Dn11VTmqVA理论流量;理论流量;叶轮入口处有效断面叶轮入口处有效断面VTq1A2 2、径向分速度、径向分速度
14、:1mV圆周分速度圆周分速度 和入口角和入口角 :1uV1111cosuVV 当当 时,时,-叶片入口安装角,由经验定。叶片入口安装角,由经验定。3 3、出口速度三角形:、出口速度三角形:圆周速度圆周速度 ,-叶片出口宽叶片出口宽度度 径向分速度径向分速度 和出口安装角和出口安装角 :z 12226030D nr nu222VmvqVD b2b2uV222222cosuVV四、速度三角形的计算四、速度三角形的计算五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析 流体流经旋转的叶轮后,能量增加,所增加的能量流体流经旋转的叶轮后,能量增加,所增加的能量可以用流体力学中的动量矩定律推导而得,所得方程即可
15、以用流体力学中的动量矩定律推导而得,所得方程即为能量方程,也称欧拉方程。为能量方程,也称欧拉方程。2 21 11()TuuHu vuvg 为理想流体通过无限多叶片叶轮时的扬程,单位为为理想流体通过无限多叶片叶轮时的扬程,单位为m。TH能量方程的几点假设:能量方程的几点假设:1、理想流体、理想流体 2、定常流动、定常流动 3、无限多叶片、无限多叶片 4、不可压缩、不可压缩221 1()Tuupu vu v 假定把它当做一元流动来讨论,也就是用流束理假定把它当做一元流动来讨论,也就是用流束理论进行分析。这些论进行分析。这些基本假定是基本假定是:(1 1)流动为)流动为恒定流恒定流(2 2)流体为)
16、流体为不可压缩不可压缩流体流体(3 3)叶轮的)叶轮的叶片叶片数目为数目为无限多无限多,叶片厚度为,叶片厚度为无限薄无限薄(4 4)流体在整个叶轮中的流动过程为一)流体在整个叶轮中的流动过程为一理想过程理想过程,即泵与风机工作时即泵与风机工作时没有没有任何能量损失任何能量损失 对于那些与实际情况不符的地方,对计算结果再对于那些与实际情况不符的地方,对计算结果再逐步加以修正。逐步加以修正。五、能量方程式及其分析五、能量方程式及其分析欧拉方程的导出:欧拉方程的导出:动量矩定理:动量矩定理:质点系对某一转轴的动量矩对时间质点系对某一转轴的动量矩对时间的变化率,等于作用于该质点系的所有外力对该轴的变化
17、率,等于作用于该质点系的所有外力对该轴的合力矩的合力矩M M。角标角标“T T”表示流动过程理想,表示流动过程理想,“”表示叶片为无表示叶片为无限多,限多,“1 1”表示叶轮进口参数,表示叶轮进口参数,“2 2”表示叶轮出口表示叶轮出口参数。参数。则则Q QT T 表示流体在一个理想流动过程中流经叶片为表示流体在一个理想流动过程中流经叶片为无限多的叶轮时的体积流量无限多的叶轮时的体积流量 在每单位时间内流经叶轮进出口流体动量矩的变化在每单位时间内流经叶轮进出口流体动量矩的变化则为:则为:QQT T (r r2 2v vu2 T u2 T -r-r1 1v vu1 T u1 T )五、能量方程式
18、及其分析五、能量方程式及其分析合力矩为:合力矩为:M=QM=QT T (r r2 2v vu2 T u2 T -r-r1 1v vu1 T u1 T )u=r,r=u/u=r,r=u/M=Q M=QT T (u u2T2Tv vu2 T u2 T -u-u1T 1T v vu1 T u1 T )/有效功率等于流体的合外力矩有效功率等于流体的合外力矩M M与角速度之积:与角速度之积:M MQQT T (u u2T2Tv vu2 T u2 T -u-u1T 1T v vu1 T u1 T )=Q =QT T H HT T 经移项,得理想化条件下单位重量流体的能量增量与流体经移项,得理想化条件下单位
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