1、 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論第二章第二章 葉片式機械的基本理論葉片式機械的基本理論v 結構簡單 v 理論復雜 v 用途廣泛v 三元、非定常的粘性流動； v 兩相或多相流； v 幾何形狀復雜。 在工程上簡化處理v 流動被看成是穩定的、與外界沒有熱交換的一元流動； v 不考慮粘性的局部影響而只考慮整體的能量損失等； v 假設流體是單相介質，氣體還認為是理想氣體。 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論第一節葉輪機械的典型結構第一節葉輪機械的典型結構單級汽輪機單級汽輪機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論工作原理工作原理葉輪內的流動過程葉輪內的流動過程: :cm cu c 以軸流式葉輪為例以軸流

2、式葉輪為例葉片式機器的特點葉片式機器的特點： v 具有一個帶有葉片的轉子(葉輪impeller或轉輪runer)； v 工作時介質對葉片連續繞流； v 介質作用于葉片的力是慣性力； 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論v 殼體與靜止葉柵（靜葉）殼體與靜止葉柵（靜葉）轉輪（動葉）轉輪（動葉） 導葉（靜葉）導葉（靜葉） 流線 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論多級汽輪機多級汽輪機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論汽輪機靜葉汽輪機靜葉 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論汽輪機葉輪汽輪機葉輪 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論汽輪機葉片汽輪機葉片 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論渦輪風扇發動機渦輪風

3、扇發動機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論渦輪增壓器渦輪增壓器空氣進口壓縮機葉輪擴壓器燃氣進口渦輪機噴嘴渦輪燃氣出口 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論風力發電風力發電 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論可逆式機組可逆式機組 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論混流式水輪機轉輪混流式水輪機轉輪 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論蝸殼蝸殼 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論水泵水輪機過流部件造型水泵水輪機過流部件造型 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論軸流式水輪機軸流式水輪機渦殼固定導葉活動導葉葉輪水導軸承上導軸承推力軸承發電機轉子 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論燈泡貫流燈泡貫流 能源與動力

4、裝置基礎葉輪機械基本理論沖擊式水輪機沖擊式水輪機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論沖擊式轉輪沖擊式轉輪 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論單級單吸懸臂式離心泵單級單吸懸臂式離心泵葉輪泵體（蝸殼）泵蓋懸架（軸承支架）軸 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論節段式多級泵節段式多級泵中段進水段出水段導葉葉輪 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論鍋爐給水泵鍋爐給水泵 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論雙吸泵雙吸泵 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論離心風機離心風機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理

5、論軸流風機軸流風機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論多級離心壓縮機多級離心壓縮機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論軸流離心壓縮機軸流離心壓縮機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論二、葉輪的配置方式、級的概念二、葉輪的配置方式、級的概念多級多級 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論多流多流 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論第二節第二節 流體在葉輪中的運動分析流體在葉輪中的運動分析一、葉片形狀及其表達方法一、葉片形狀及其表達方法 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論汽輪機和壓縮機葉片汽輪機和壓縮機葉片 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論徑流式（離心式）葉輪徑流式（離心式）葉輪 能源與動力裝置基礎

6、葉輪機械基本理論斜流式葉輪斜流式葉輪 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論軸流式葉輪軸流式葉輪 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論葉片表面方程：（r，z）工程中表達葉片表面的方法： 投影圖圓柱坐標系中的投影方法： 旋轉投影 軸面投影平面投影 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論葉輪的軸面投影圖： 反映了葉輪的總體尺寸和特征葉片投影圖 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論軸面投影軸面投影 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論軸面投影 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論徑流式： 圓環面（平面）流線和流面 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論軸流式： 圓柱面 展開成平面流線和流面 能源與動力裝置基礎葉輪機械基

7、本理論軸面過流面積的計算： 徑流和軸流式葉輪A2 Rb22thA(rr ) 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論二、速度矢量在圓柱坐標系中的分解二、速度矢量在圓柱坐標系中的分解c ccr+cz+cu=cm+cucm=cr+cz cm 流量cu 能量頭 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論三、絕對運動與相對運動三、絕對運動與相對運動速度三角形絕對速度 c 牽連速度（圓周速度）u 相對速度 w c cu uw wc=u+w 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論軸流式葉輪內的運動合成 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論靜止與運動部件中的運動軌跡軸面投影平面投影 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論泵、離心風

8、機軸面速度的關系： cmwm 圓周速度的關系： ucuwu 相對流動角 絕對流動角 水輪機 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論軸流風機、壓縮機汽輪機、燃氣輪機軸流泵速度三角形的表達方法 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論第四節第四節 靜止過流部件靜止過流部件1 1、原動機的噴嘴和導葉、原動機的噴嘴和導葉噴嘴用于沖擊式 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論汽輪機靜葉 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論導葉用于反擊式原動機中調節流量 形成（也可改變）cu1活動導葉的調節作用 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論不同翼型的導葉 a）負曲率導葉 b）對稱形導葉 c）正曲率導葉 能源與動力裝置基礎葉輪機械基

9、本理論2 2、蝸殼、蝸殼 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論工作機蝸殼 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論幾點假設： v 絕熱過程，對固定元件為絕能流動,葉輪 中，只通過葉片輸入（出）機械功。 v 穩定（定常）流動 v 亞音速 v 介質為理想氣體或液體第五節第五節 一元流動分析一元流動分析 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論一、滯止參數（對可壓縮介質）一、滯止參數（對可壓縮介質）2*pcTT2c2*pchc Th2*1Tpp()T2*pcHzconstg2g2*cppconst22、總水頭（對不可壓縮介質）總能量機械能機械能 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論靜止流道中工質參數的變化靜止流道中

10、工質參數的變化 可壓縮介質： 不考慮流動損失時：T*、h*、p*=const 考慮流動損失時：T*、h*=const ，p*降低不可壓縮介質： 不考慮流動損失時：H*,p*=const 考慮流動損失時：H*,p*降低 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論二、級中流體參數的變化二、級中流體參數的變化（級工作原理概述）（級工作原理概述）1、單級離心壓縮機、通風機(泵)= cp(T2-T1)+0.5(c22-c12)= h2* -h1* =cp(T2* -T1* ) 由能量方程式：W = dp/ +0.5(c22-c12)+g(z2-z1)+W滯止壓力p*=p+c2/2 加速 加 減 接近等速 功 速

11、 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論2、單級軸流水輪機（原動機）：活動導葉葉輪擴壓器固定導葉速度總水頭靜水頭Hhyh等速加速 減速 減速 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論3、反動式汽輪機 (9級)工質的絕對速度c有9次增加后又降低 的 過 程（進入導葉噴嘴速度增大，葉輪中速度下降），而靜焓、壓力隨流動方向逐步下降。動葉靜焓h壓力p速度C轉軸機殼靜葉 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論三. 級和機器的性能參數性能參數流量: 質量qm (kg/s), 容積qv(m3/s, m3/M, m3/h) 能量頭有關量: h(J/kg) ，焓差，壓力(膨脹)比等經濟性評價量: 效率等總能量: 功率P(J/

12、s) 有時還有噪聲、轉速等量關聯式：P=h qm/ (工作機)P=h qm* (原動機) 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論1. 能量頭有關量:n能量頭h(J/kg)，n功 w (J/kg)，n焓差h (J/kg),n揚程H（m）, n壓力差p (N/m2), n壓力(或膨脹)比，J/kg=Nm /kg=kg (m/s2) m /kg=(m/s2) m; h = g HJ/kg=Nm /kg = (N/m2)/(kg/m3) ; h = p/ H = h/gp= h 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論輪盤摩擦損失輪盤摩擦損失內泄露損失hrhv內總能量頭 htot(hi) = hth 非流道損失

13、(如hv+ hr )=有效能變化 hhyh 非流道損失(如hv+ hr ) 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論hs原動機he 工作機流動損失hhyh 外泄露損失hvo 內泄露損失hv 輪盤摩擦損失hr 軸承摩擦損失hm 原動機hehpolhthhtot用圖表示各種能量頭和損失的關系 hth htot he he hu hi 0)(0)過壓作用 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論假定Z 2b2 應用速度三角形可得：cu2hth 實際上，Z 2b2 第六節第六節 有限葉片數的影響有限葉片數的影響 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論2b2（滑移現象）的原因：1 1、慣性作用、慣性作用 對工作機：cu2指向u，2b2 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論對原動機： cu2 指向u，2b2 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論2 2、軸向旋渦（對徑流、混流式）、軸向旋渦（對徑流、混流式） 能源與動力裝置基礎葉輪機械基本理論二、滑移系數二、滑移系數考慮有限葉片數影響的方法： 軸流式：解析或半解析法計算平面葉柵，基于試驗數據的翼型和葉柵計算方法（升力法） 徑流式：用經驗系數（滑移系數）修正無窮葉片數的計算結果 混流式：兩種方法都