第十一章 叶片式泵与风机

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1、第十一章叶片式泵与风机第一节离心式泵与风机的叶轮理论第二节轴流式泵与风机的叶轮理论第三节比例定律及比转速第四节叶片式泵与风机的结构讨论泵与风机的原理和性能，就是要研究流体在泵与风机内的流动规律，从而找出流体流动与各过流部件几何形状之间的关系，确定适宜的流道形状，以便获得符合要求的水力（气动）性能。流体流经泵与风机内各过流部件的对比情况如下表所示。第一节离心式泵与风机的叶轮理论流体流经泵与风机内各过流部件的对比情况叶片式泵与风机过流部件工作特点作用运动情况分析和研究吸入室固定不动将流体引向工作叶轮相对简单比较容易叶轮旋转完成转换能量比较复杂较为困难压出室固定不动将流体引向压

2、出管路相对简单比较容易欲开展对叶片式泵与风机的基本理论的研究工作，应将主要精力集中于流体在叶轮流道内流动规律的研究上。叶片轮毂轴前盘后盘空心叶片板式叶片一、离心式叶轮的投影图平面投影图轴面投影图叶片出口宽度叶片出口直径叶轮投影图二、叶轮内流体的运动及其速度三角形叶轮内流体的运动及其速度三角形由于速度是矢量，所以绝对速度等于牵连速度和相对速度的矢量和：即：叶轮进出口速度速度图速度三角形是研究流体在叶轮内能量转化及其参数变化的基础。在恒定流假设的基础上，要了解流体流经叶轮后所获得的能量。只需知道进出口处的速度三角形即可。为区别这两处的参数，分别用下标“1、2”表示叶轮叶片进口

3、、出口处的参数；并用下标“”表示叶片无限多无限薄时的参数。速度三角形绝对流动角圆周分速度径向分速度相对流动角当叶片无限多时进口速度三角形2.叶轮流道进、出口速度的计算进口（1）圆周速度式中n——叶轮转速，r/min;D1——叶轮内径，m；进口速度三角形(2)轴面速度式中——理论流量，；——叶轮内径，m；——叶轮的进口宽度；m——排挤系数（对于水泵，进口的排挤系数为：1=0.75~0.88；)(3)进口绝对流动角进口速度三角形的数值取决于吸入室及叶轮前是否有导流器。1a出口（1）圆周速度出口速度三角形式中n——叶轮转速，r/min;——叶轮内径，m；(2)轴面速度出口速

4、度三角形式中——理论流量，——叶轮内径，m；——叶轮的进口宽度；m——排挤系数（对于水泵，出口的排挤系数为：1=0.85~0.95；)(3)出口相对流动角出口速度三角形在叶片无限多的假设条件下，叶轮出口处流体运动的相对速度方向沿着叶片切线方向，即出口相对流动角的数值与叶片出口处的安装角度相同。三、离心泵与风机的基本方程由于流体在叶轮内流动相当复杂，为了分析其流动规律，常作如下假设：（1）叶轮中的叶片为无限多无限薄，流体微团的运动轨迹完全与叶片型线相重合。（2）流体为理想流体，即忽略了流体的粘性。因此可暂不考虑由于粘性使速度场不均匀而带来的叶轮内的流动损失。（3）流动为恒

5、定流，即流动不随时间变化。（4）流体是不可压缩的，这一点和实际情况差别不大，因为液体在很大压差下体积变化甚微，而气体在压差很小时体积变化也常忽略不计。1.离心式叶轮理论压头方程能量方程式的推导流体进入叶轮后，叶片对流体做功使其能量增加。利用流体力学中的动量矩定理，可建立叶片对流体作功与流体运动状态变化之间的联系，推得能量方程式。则dt在时间内流入和流出进出口控制面的流体相对于轴线的动量矩分别为：流进：流出：由此得单位时间内，叶轮进、出口处流体动量矩的变化为：根据动量矩定理，上式应等于作用于该流体上的合外力矩，即等于叶轮旋转时给予该流体的转矩，设作用在流体上的转矩为M,则有

6、：叶轮以等角速度ω旋转时，该力矩对流体所做的功率为:这里：所以有:得:全式除以为理想流体通过无限多叶片叶轮时的扬程，单位为m。上式即为离心式泵的能量方程。若单位重量流体通过无限多叶片叶轮时所获得的能量，则单位时间内流体通过无限多叶片叶轮时所获得的总能量为，对理想流体而言、叶轮传递给流体的功率应该等于流体从叶轮中所获得的功率。即对风机而言，通常用风压来表示所获得的能量，因此，风机的能量方程为：能量方程式的分析1）分析方法上的特点:避开了流体在叶轮内部复杂的流动问题，只涉及叶轮进、出口处流体的流动情况。２）理论能头与被输送流体密度的关系:pT=(u22u-u11u

7、)3）提高无限多叶片时理论能头的几项措施：1u反映了泵与风机的吸入条件。设计时一般尽量使1≈90（1u0），流体在进口近似为径向或轴向流入。增大叶轮外径和提高叶轮转速。因为u2=2D2n/60，故D2和nHT。绝对速度的沿圆周方向的分量2u。提高2u也可提高理论能头，而2u与叶轮的型式即出口安装角2a有关，这一点将在后面专门讨论。能量方程式的第二形式：由叶轮叶片进、出口速度三角形可知：其中i=1或i=2，将上式代入理论扬程HT的表达式，得：第一部分Hst：共同表示了流体流经叶轮时静能