流体机械(第一章)

第一章泵与风机的分类及原理§1-1泵与风机国民经济中地位与作用§1-2泵与风机的分类及工作原理§1-3泵与风机的主要参数△流体机械：包括原动机和工作机。☆工作机：水泵、风机、空气压缩机。☆原动机：水轮机、汽轮机、风力机、气动工具；（以水、汽、风、气为动力，将其能量转为机械能）（将机械能转为流体的能量。包括压力能和动能）。绪论提高液体（气体）机械能的机械称为泵（风机）。§1-1泵与风机在国民经济中的地位与作用第一章泵与风机分类及工作原理绪论0-拦河大坝：提高了上游水位，增大了水的位能；5-进水道阀门；3-水轮：水沿进水道冲泄下来，将水的位能传递给水轮；4-发电机：水轮带动水轮机组转动，并使发电机发电。（5）1-泄洪口：防洪及调节水位。小知识：船闸（0）2-拦河大坝断面;（1）（2）（5）（3）水的位能转变水轮机的机械能绪论蒸汽在喷嘴4中发生膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能；高速汽流冲击动叶片3，推动叶轮2旋转做功，并将蒸汽的动能变成轴1旋转的机械能。整套转子的叶轮风的动能转变风力机的机械能压气压力能转变气动工具机械能压汽的热能先转变成动能，再转变成汽轮机机的机械能绪论△流体机械的应用：是国民经济各部门使用的通用机械。广泛应用在煤炭、石油、钢铁、化工、造船、水利、轻工、电力等国民经济的各个领域中。☆农业灌溉与排涝：离心泵、轴流泵。☆城市给排水工程：抽水、一级泵站、水厂、增压泵站、用户提压设备等要使用大量的水泵。☆电力工业：主要是水轮机发电和汽轮机发电。全国发电量的约1/3用来驱动工作机。泵与风机在发电厂中有非常重要性的地位。☆采矿工业：水、尘、有害气体。用泵、风机、压缩机；绪论☆钢铁工业：冶炼需要空气和氧气来提高温度，同时对物件要进行冷却。要使用大量的泵、风机；☆化学工业：参与化学反映的原料大多为气体和液体，泵和压缩机称为化工厂心脏；☆采暖、工业通风、空调、降尘、消防、污水处理：大量的泵（泵2）和风机。☆石油工业：石油开采、输送用大量的潜油泵、注水泵、管道泵；绪论有“亚洲第一斜轴泵”之称的河套灌区红圪卜扬水站的斜轴泵。曾经是黄河流域超量用水大户的内蒙古自治区八百里河套灌区，近年来在农业开发中注重发展节水灌溉，增粮不增水，初步建成优质、高产、高效、低耗的节水灌溉农业示范区。绪论依靠汽在系统中流动，实现热功转换，为发电机提供足够的机械能，实现机械能与电能间的转换。风机：分别维持着空气、烟气、含煤粉的空气等流动。泵：分别维持着系统中给水、凝结水、冷却水、润滑油等的流动。进出水口供水管路１供水管路２烟道（）锅炉给水泵除氧器（减少汽泡）冷凝泵（能排水、汽）凝汽器（汽冷凝成水）发电机汽轮机烟囱引风机鼓风机锅炉立管锅炉汽包省煤器第五章给排水系统~图5-1热力发电厂系统简图00300200空气绪论灰渣泵冲灰水泵排粉风机升压泵凝结泵给水泵循环水泵射水泵疏水泵送风机引风机蒸汽水绪论锅炉供水给水泵突然发生故障或给水管道破裂发生严重泄漏，会使锅炉缺水，甚至发生烧干锅炉而被迫停止发电的重大事故。泵与风机运行状况以及流体在系统内的流动正常与否都直接影响着发电厂生产的安全性和经济性。当流体在泵与风机内流动的阻力损失增大，或是泵与风机运行工况的调节不当时，又会使泵与风机的效率降低，耗电量增加。绪论绪论●近代：由于蒸汽机的发明和采矿、钢铁工业的需要，出现了一种比较完善的以蒸汽机为动力的往复式泵与风机。△流体机械的发展：●古代：人类为了生存，在向自然要动力的过程中，积累了简单的流体机械知识。如：生产和生活中使用的序斗、吊杆、辘轳、水车、风箱等简单流体机械；绪论●现代：流体力学与流体机械在水利工程、航空航天、电力、石化、水利工程、高速列车等领域内得到了广泛的应用和高速发展。△国外轴流式送引风机：电动机功率已达11000kw；已有轮毂直径超过3200mm的特大型轴流风机。△世界最大长江三峡水电站：总装机容量达18200MW,单机容量为700MW。△国外锅炉给水泵：驱动功率高达55MW，转速高达7500r/min。绪论△世界上迄今为止最大的“南水北调”水利工程：惠及中国长江、黄河、淮河和海河四大流域。△X-43A飞机：是目前世界上飞行速度最快的飞行器，高达9.8倍音速（11265千米/小时）绪论宝贵历史遗产古人在流体力学、泵与风机学科中留下的宝贵历史遗产。辘轳绪论水车宝贵历史遗产古人在流体力学、泵与风机学科中留下的宝贵历史遗产。将水位能转换成机械能—相当水轮机将机械能转换成水的位能—相当于泵泄水点绪论风箱宝贵历史遗产古人在流体力学、泵与风机学科中留下的宝贵历史遗产。●低压泵：中压泵：高压泵：第一章泵与风机分类及工作原理△泵与风机按压力分类：§1-2泵与风机的分类及工作原理●通风机：鼓风机：压缩机：压力；压力；压力。全压；全压；全压。15pKPa340pKPa1pKPa低压离心通风机：中压离心通风机：高压离心通风机：低压轴流通风机：高压轴流通风机：500pPa50015pKPaKPa2MPa6MPaMPa62KPa31KPa153KPa3015)()11(8102)(244262mQddgppHgvhHHHpxzywpx)(22)(22211Pavvpppa空空主要分为叶片式、容积式和其它型式三大类。第一章泵与风机分类及工作原理一、泵的分类及工作原理（一）叶片式泵：分为离心式、轴流式和混流式泵。图1-4离心运动示意流体高速旋转时产生离心力而获得能量，其压能和动能都得到提高，从而能被输送到高处或远处（见图1-4）。1、离心式泵：主要结构：由可旋转、带叶片的叶轮和固定的机壳组成。△泵与风机按结构分类：（1）结构及原理：通过叶轮旋转对流体作功，流体获得能量。则叶轮进口形成真空，使液体源源不断轴向流入叶轮并被径向排出（特点：中、高压）。第一章泵与风机分类及工作原理图1-6叶轮工作原理图1-5叶轮与泵壳第一章泵与风机分类及工作原理叶轮结构型式：半开式、开式、闭式三种。图1-7叶轮型式（a）半开式(b)开式(c)闭式图1-10叶轮结构简图叶轮结构简图：闭式例。图1-8前盖板拿掉（闭式变成半开式）图1-9部分后盖板(半开式变开式)第一章泵与风机分类及工作原理图1-11蜗壳形泵壳图1-12离心泵工作原理泵壳结构型式：蜗壳式例。泵工作原理示意图：图1-12。第一章泵与风机分类及工作原理●单吸和双吸泵：以叶轮一侧进水或两侧进水表示。●单级和多级泵：以单个或多个叶轮表示。图1-13多级泵简图图1-15双吸叶轮（a）泵(b)风机图1-14单吸叶轮（2）离心泵分类：按叶轮级数、入口数、主轴布置、外壳接缝形式分。第一章泵与风机分类及工作原理图1-18卧式泵图1-16立式泵-17●立式和卧式泵：以泵轴竖直布置或水平布置表示。第一章泵与风机分类及工作原理●中开、分段和筒壳式泵：以外壳接缝形式表示。分段式泵：图1-18所示；中开式泵：上、下壳体；(见上页照片)筒壳式泵：圆筒型整体。第一章泵与风机分类及工作原理2、轴流式泵：图1-19立式轴流泵○适应：中小型广泛用于农田排灌、城市给排水、热电站输送循环水、船升降水位、水产养殖、盐场汲送池水及其它水利工程；大型用于大面积农田排灌、跨流域调水和低洼地区、湖区大面积排水。○特点：大流量、低压力。○结构及原理：旋转叶片挤压推进力(因叶轮放在水中)使流体获得能量。则流体轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。图1-20三种泵的叶轮比较图1-21轴流泵与混流泵比较（b）混流泵结构1-滤水管2-轴3-轴承4、6、9-下中上导流壳5-轴套7-叶轮8-螺母（a）轴流泵1-吸入管2-叶片4-导叶5-泵轴6-机壳7-压水管第一章泵与风机分类及工作原理3、混（斜）流式泵：离心泵和轴流泵的混合体（泵）。流体沿轴向进入叶轮，而斜向流出。（特点：介于两者间）第一章泵与风机分类及工作原理○结构及原理：借助活塞在气缸内的往复作用，使缸内容积反复变化，以吸入和排出流体。机壳内的转子或转动部件旋转时，转子与机壳之间的工作容积发生变化，借以吸入和排出流体动画演示产品例证活塞泵齿轮泵，螺杆泵(二)叶片式backtotop叶片式泵与风机的主要结构是可旋转、带叶片的叶轮和固定的机壳。通过叶轮旋转对流体作功，从而使流体获得能量。根据流体的流动情况，可将它们再分为下列数种：分类离心式轴流式混流式贯流式基本原理叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能离心式和轴流式的混合体原理同离心式结构演示做功部件整体结构做功部件整体结构做功部件整体结构做功部件整体结构见后一节（略）见后一节（略）产品例证中央空调用离心风机中央空调或冷库用轴流式送水泵混流送水泵家用空调室内风机第二节泵与风机的工作原理backtotop一、离心式泵与风机的工作原理backtotop工作原理叶轮高速旋转时产生的离心力使流体获得能量，即流体通过叶轮后，压能和动能都得到提高，从而能够被输送到高处或远处。叶轮装在一个螺旋形的外壳内，当叶轮旋转时，流体轴向流入，然后转90度进入叶轮流道并径向流出。叶轮连续旋转，在叶轮入口处不断形成真空，从而使流体连续不断地被泵吸入和排出。图样表现总体结构二．轴流式泵与风机工作原理backtotop轴流式泵与风机的工作原理是，，风机结构如下左边两图所示,下第三个图为轴流泵的结构图(点击可放大)。工作原理旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，叶轮安装在圆筒形(风机为圆锥形)泵壳内,当叶轮旋转时，流体轴向流入，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。轴流式泵与风机适用于大流量、低压力，制冷系统中常用作循环水泵及送引风机。图样表现三．贯流式风机的工作原理backtotop工作原理由于空气调节技术的发展，要求有一种小风量、低噪声、压头适当和在安装上便于与建筑物相配合的小型风机。贯流式风机就是适应这种要求的新型风机。图样表现近年来贯流式风机的主要特点如下：(一)叶轮一般是多叶式前向叶型，但两个端面是封闭的。(二)叶轮的宽度b没有限制，当宽度加大时．流量也增加。(三)贯流式风机不像离心式风机是在机壳侧板上开口使气流轴向进入凤机，而是将机壳部分地敞开使气流直接径向进入风机。气流横穿叶片两次。某些贯流式风机在叶轮内缘加设不动的导流叶片，以改善气流状态。(四)在性能上，贯流式风机的全压系数较大．性能曲线是驼蜂型的，效率较低，一般约为30％一50％。(五)进风口与出风口都是矩形的，易与建筑物相配合。贯流式风机至今还存在许多问题有待解决。特别是各部分的几何形状对其性能有重大影响。不完善的结构甚至完全不能工作，但小型的贯流式风机的使用范围正在稳步扩大。四、其他常用泵backtotop1、往复泵的工作原理工作原理利用偏心轴的转动通过连杆装置带动活塞的运动，将轴的圆周转动转化为活塞的往复运动。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就连续不断地交替进行。图样表现总体结构特殊结构示例2、水环式真空泵backtotop工作原理水环式真空泵叶片的叶轮偏心地装在圆柱形泵壳内。泵内注入一定量的水。叶轮旋转时，将水甩至泵壳形成一个水环，环的内表面与叶轮轮毂相切。由于泵壳与叶轮不同心，右半轮毂与水环间的进气空间4逐渐扩大，从而形成真空，使气体经进气管进入泵内进气空间。随后气体进入左半部，由于毂环之间容积被逐渐压缩而增高了压强，于是气体经排气空间及排气管被排至泵外。图样表现3、罗茨真空泵工作原理backtotop工作原理罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。但当转子顶部转过排气口边缘，v0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0中去，使气体压强突然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。一般来说，罗茨泵具有以下特点：在较宽的压强范围内有较大的抽速；●起动快，能立即工作；●对被抽气体中含有的灰尘和水蒸气不敏感；●转子不必润滑，泵腔内无油；