能源与动力装置基础——叶片式工作机 XXXX

能源与动力装置基础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能源与动力装置基础应用范围能源与动力装置基础ф=q/nD3ψ=gH/n2D2ψ=0.04~0.06ψ=0.07~0.4ψ=0.006~0.09能源与动力装置基础过流（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和应用范围能源与动力装置基础一、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、半开式能源与动力装置基础三种不同出口角βb2的叶轮比较能源与动力装置基础二、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：a）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——叶轮前部件能源与动力装置基础能源与动力装置基础进口导流器（前导叶）能源与动力装置基础扩压器(导叶):减速、提高压力无叶有叶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？(一般都装有导流叶片，使气体均匀地沿轴向进入下一级工作轮。)；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；稍有加速三、压水室与扩压元件——叶轮后部件能源与动力装置基础涡壳无叶扩压器回流器回流器叶片扩压器后导叶能源与动力装置基础性能参数：（一）流量q单位时间内流过机器的介质的量（体积或质量）（二）能量（水头、扬程、压力、能量头、压缩比）单位数量介质与机器所交换的能量1、液体（不可压缩）介质第二节主要性能参数和特性曲线能源与动力装置基础泵的装置扬程22pspsGpsppccHzzHg2g装置静扬程psstpsppHzzgGstHHHH扬程之间的关系?能源与动力装置基础问题1：扬程的定义中的“单位数量”是什么？扬程表示每一牛顿（单位重量）的液体通过机器时发生的能量的变化量问题2：扬程的定义能否用在“神舟”上？可以引入一个与重力无关的定义，只需将“重量”改为“质量”，这个定义称为能量头22212121ppcchg(zHz)2g能源与动力装置基础《能源与动力装置基础——叶轮机械基本理论》2、不可压缩气体介质（通风机）风压（全压与静压）2221tF21ccppp222222121sF2121ccccppppp222静压不等于p2－p1，是全压与出口动能之差。注意通风机全压ptF：定义为其进出口的全压差ΔptF，对于气体，位能差可以忽略；能源与动力装置基础《能源与动力装置基础——叶轮机械基本理论》3、可压缩气体介质（压缩机）能量头与压缩比2222111hvdp(cc)221pp压缩机工质是气体，进出口动能、位能差可以忽略；能源与动力装置基础有效能量头h=gH(泵)=pf/ρ(通风机)=(压缩机)21vdp几个能量参数之间的关系能源与动力装置基础（三）转速n（四）功率P工作机输入功率对不可压缩流体，定义流体功率fmVVtFPhqgqHqp效率可表示为（不可压）fPPP能源与动力装置基础损失分类1、流动损失（水力损失）H（或h、p）摩擦损失、冲击损失、分离损失、二次流损失、叶端损失本质上是压力损失2、容积损失qV本质上是流量损失3、机械损失本质上是力矩(功率）损失（四）效率与损失能源与动力装置基础介质不可压缩时效率的定义qVthVHth、pthhPm泵qV＋qVVVthqqH＋HthHHPth＋PthPP风机qV＋qVVVthqqptF＋ptFthppPth＋PthPPmhv“叶片的”总效率：能源与动力装置基础对于风机和泵内部损失：流动损失、容积损失和机械损失中的圆盘摩擦（轮阻）损失。外部损失：为轴承和密封等处的机械摩擦损失。内功率：内效率：imPPPvvtFfiiiigqHqpPPPPirriPPPmimPPPPP圆盘（轮阻）效率：机械传动效率：能源与动力装置基础静压总效率：sFvsFsFtFpqpPp静压内效率：sFvsFsF,iiitFpqpPp能源与动力装置基础工质为可压缩时效率的定义为什么与不可压缩介质不同？1、压缩机级的功率引入泄漏损失系数和轮阻损失系数V和r，有totthVrVrthhhhh(1)htotmVrthPq(1)h2、压缩机和压缩机级的效率有用功的计算标准过程：绝热、等温、多变22221i11hvdp(cc)h2能源与动力装置基础多变效率n1n211polpoltotVrthnpRT1n1phh(1)h21222121nR(TT)n1ccR(TT)12略去动能差，有21pol21nlgpp1n1lgTT1能量头之间的关系poltotpolthVrpolhhh(1)能源与动力装置基础绝热效率1211adadtotVrthpRT11phh(1)h2ad1222121R(TT)1ccR(TT)12AadABCFFFFACpolABCFFFFF能源与动力装置基础等温效率：211T1TtotVrthppvlnhph(1)h流动效率：polhVrpolthh(1)h整机效率、机组级效率和级效率能源与动力装置基础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，效率高能源与动力装置基础非设计工况——变工况叶片进口叶片出口设计工况冲角i=b1-10，红色虚线，流量变大；能量头变小；效率下降冲角i=b1-10，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能源与动力装置基础特性（性能）曲线各主要性能参数之间的关系用曲线表示能源与动力装置基础22222cotFquupgHhVtFthth由欧拉方程hth=u2c2u=u2(u2-c2mcotβ2)和c1u=0，则：=a-bqv直线Pth=ρqvhth=aqv–bqv2抛物线式中a0；b0β290o=0β2=90o0β290o理论性能曲线，β2=β2b，没有考虑损失能源与动力装置基础能源与动力装置基础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等，与流量关系不大b区冲击损失，在设计工况下，没有冲击损失。在非设计工况下，冲击损失值与流量偏离值的平方（qV,d－qV,th）2成正比，其中qV,d为设计流量a区以磨擦损失为代表的与流量的平方成正比的损失acbdc区表示泄漏损失等能源与动力装置基础第三节相似定律、比转数一、相似理论原型试验的意义模型试验的意义实验结果的推广数值试验1、相似条件几何相似、运动相似、动力相似（工况相似）、物性相似能源与动力装置基础2、相似准则斯特劳哈尔数000tcLSr雷诺数0000LcRe2000cpEu欧拉数弗劳德数000LgcFr马赫数00200pcMa3、不完全相似在现有的技术条件下，不可能也不必要保证上述相似准则都保持相等能源与动力装置基础4、单位参数对不可压缩介质，只要保证Sr和Eu相等即可Sr流量系数nDqV322ucm224uDqVEu压力系数22uptFt22nDH222ugH功率系数35nDP32241000uDP000tcLSr2000cpEu能源与动力装置基础5、相似换算（不可压缩介质）相似工况速度三角形等角工况mpmpmVpVnnDDqq33,,2222mmppmpnDnDHH2222,,mmmpppmtFptFnDnDpp3,223,223535mmmpppmmmmpppmpuDuDPnDnDPP能源与动力装置基础以上三个相似定理主要用于两台相似的机器之间的性能参数换算，也可以用于同一台机器在转速变化时的相似工况之间的参数换算。qqnnVAVBAB,,22BABAnnHHPPnnABAB33能源与动力装置基础当机器的转速变化时，其性能曲线也随之改变。在两条曲线的对应的相似工况（如图中A、B两点）之间，存在如下关系HkQ2能源与动力装置基础当转速变化时，相似的工况分布在一条抛物线上，该抛物线称为相似抛物线。如果满足完全相似的条件，该抛物线上所有的工况的效率应该是不变的，所以该线也称为等效抛物线。能源与动力装置基础二、比转速1、比转速的定义及其物理意义引入比转速的目的：消去直径D，便于应用相似判别数必要条件，非充分条件量纲问题nqnDHnDnqHqVV1234312223434能源与动力装置基础泵4365.3HqnnVs43HqnnVq风机43tFVspqnn432.1tFVspqnn压缩机43hqnnVs无量纲比转速43434343gHPpqgHqhqKtFVVV双吸用一半流量、多级用单级扬程能源与动力装置基础2、比转速与过流部件几何形状及性能的关系反映一系列几何相似机器的共同特性的综合判别数比转速与过流部件几何形状的关系欧拉方程：＋速度三角形1122uucucuhhD2qVb2、D1、b1hb22Vthth2222qgHuuctgA能源与动力装置基础对水泵：ns=30~80ns=80~150ns=150~300ns=300~700ns=700~2000能源与动力装置基础第四节泵与风机在管网中的运行一、管网特性曲线为了确定流体机械的实际运行工况点及其变化，必需研究管网的特性以及机器特性与管网特性的相互作用。管网能量头（装置扬程、管网阻力）21212)(VstGKqhhppzzghΔρ管网系统能源与动力装置基础管网特性曲线Hst和k均可为零能源与动力装置基础二、流体机械与管网系统的联合工作1、实际运行工况点能量平衡和质量平衡工况的调节平衡点能源与动力装置基础2、工况点的稳定性稳定条件的判据VVGdqdhdqdh特性曲线的稳定性0Vdqdh稳定与不稳定工况能源与动力装置基础3、串联与并联运行能源与动力装置基础工作机的串联运行目的：pNPSHa输送不可压介质时机器特性：qV＝qV1＝qV2H=H1+H2机器特性不变搭配条件：最佳工况点的流量相等或相近能源与动力装置基础输送可压缩介质时的机器特性总特性不等于两机器的和多级机器的特性能源与动力装置基础工作机的并联运行H＝H1＝H2qV=qV1+qV2qm=qm1+qm2并联机器与管网的共同工作能源与动力装置基础三、工况调节基本思路：改变管网或者机器的特性曲线可能的方法：改变管网的特性：节流阀改变机器的特性：改变速度三角形能源与动力装置基础出口节流调节改变管路特性，不改变机器特性能量损失大，只用于小功率。能源与动力装置基础进口节流调节与出口节流的比较？改变管路阻力降低进口压力NPSH能源与动力装置基础调节效果的对比ⅠⅡⅢABCDE能源与动力装置基础采用可转动的叶片（动叶）调节特点：节能结构复杂不能应用于离心式机器能源与动力装置基础《能源与动力装置基础——叶片式工作