第4讲 泵与风机_第1章 叶轮理论(3)[1]

泵与风机第4讲第1章泵与风机的叶轮理论1.1流体在叶轮中的运动及速度三角形1.2离心式泵与风机的基本方程-欧拉方程1.3离心式叶轮叶片形式分析1.4有限叶片叶轮中流体的运动1.5流体进入叶轮前的预旋能量方程揭示了决定泵与风机本身扬程的一些内在因素如何与管路系统进行配合？§1泵与风机的叶轮理论§1-1离心式泵与风机的叶轮理论gwwguugννHT222222121222122能量方程的另一种形式：动压水头静压水头gvvppZZH221221212gvpZ22常数伯努利方程：单位重量流体获得的能量增量：位置水头（位能）压强水头（压能）流速水头（动能）τ=1/2τ=1τ=02a对HT、HTj和HTd影响:τ=1-HTd/HT=1-v2u/2u2)ctg(a2m222νuguHT上一讲回顾：轴向涡流的后果I：1）轴向涡流与均匀流体合成后，在顺叶片转动方向的流道前部，助长了原有的相对流速，在后部抑制原有的相对流速；1.4有限叶片叶轮中流体的运动欧拉方程（修正）压力面吸力面2）相对流速在同一半径的圆周上的分布变得不均匀起来；3）叶片两面形成压力差，成为作用于轮轴上的阻力矩，需原动机克服此力矩而耗能。轴向涡流的后果II：1）叶轮出口处，相对速度将朝旋转反方向偏离切线，切向分速度v2uT将减小，流动角2小于叶片安装角2a2）叶轮进口处，相对速度将朝叶轮转动方向偏移，进口切向分速v1uT增加；1.4有限叶片叶轮中流体的运动欧拉方程（修正）HT=1/g(u2Tv2uT-u1Tv1uT)3）导致实际扬程HT降低。v2mv2mv2m=v2m2a22av2u1.4有限叶片叶轮中流体的运动欧拉方程（修正）出口速度三角形变化：u2=v2u+∆v2u+v2mctg2av2u滑移速度有限叶片叶轮流道中，由于流体惯性出现了轴向涡流，使叶轮出口处流体的相对速度产生滑移。HT=1/gu2v2uHT=1/gu2v2u有限叶片欧拉方程：无限叶片欧拉方程：1.4有限叶片叶轮中流体的运动欧拉方程的修正系数HT=KHT欧拉方程修正：欧拉方程揭示了决定泵与风机本身扬程的一些内在因素。环境工程中，从泵的使用角度，如何进行与管路系统的配合？如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？gvgPZHgvgPZ2222222111真空表压力表00332211进水断面1-1和出水断面2-2能量方程水泵扬程：)22()()(21221212gvgvgPgPZZH位置水头位能压强水头压能速度水头动能绝对压力如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？VaPPP1真空表压力表00332211绝对压力：daPPP2大气压力真空表读数大气压力压力表读数)22()()(21221212gvgvgPgPZZHgvvgPPZHVd22122以水柱表示的压力表、真空表读数gvvHHZHVd22122如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？真空表压力表00332211gvvHHZHVd22122gvvZ22122gwwguugννHT222222121222122可忽略实际中：VdHHH泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？真空表压力表00332211断面0-0和断面1-1能量方程：HSSHSdHST2221ZgvhHHsSSV断面2-2和断面3-3能量方程：2222ZgvhHHdSdd吸水、压水管路的水头损失hHHHHSTVd泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？真空表压力表00332211HSSHSdHSTdShhhhHHHHSTVdSdSSSTHHH泵的静扬程：泵吸水井的设计水面与水塔最高水位之间的测管高差；吸水地形高度压水地形高度管路水头损失之和：泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？hHHHHSTdd'自灌式水泵：HSSHSTHSd1压力表压力表0012233消防喷嘴射流需考虑gv223【思考题】岸边取水泵房，流量Q=120L/s，吸水管路（i=0.0065）长度20m，压水管路（i=0.0148）长300m，均采用铸铁管，吸水管径350mm，压水管径300mm。吸水井水面标高58.00m，泵轴标高60.00m，水厂混合池水面标高90.00m，吸水进口采用无底阀滤水网（ξ=2），90°弯头一个（ξ=0.59）DN350×300减缩管一个（ξ=0.17）求所需泵的扬程？1.5流体进入叶轮前的预旋预旋：流体进入叶轮之前，受到下游流体的作用，已经开始进行旋转运动，这种进入叶轮前的旋转运动称为预旋（先期旋绕）。（1）强制预旋（与结构有关）（2）自由预旋（与结构无关）1.5流体进入叶轮前的预旋（1）强制预旋（由结构上的外界因素造成）强制预旋α1＜90°，预旋的方向与叶轮旋转方向相同，正预旋；1≠90°，v1u≠0)(11122uTuTTνuνugHα1＞90°，预旋方向与叶轮旋转方向相反，负预旋。（2）自由预旋（与结构无关，由流量改变造成）1.5流体进入叶轮前的预旋自由预旋(a)v1m’＜v1m(b)v1m’’＞v1m产生正预旋产生负预旋§1-2轴流式泵与风机的叶轮理论1.1轴流式泵与风机的速度三角形；1.2轴流式泵与风机的能量方程。轴流式泵与风机的特点：（1）能量获得（利用旋转叶轮的翼型叶片在流体中旋转产生的升力）；结构特点：（1）结构简单、紧凑，外形尺寸小，重量轻；特点：（2）流动方向（轴向进入、轴向流出）；（3）流量大、扬程低。（2）变工况时调节性能好，可保持较宽的高效工作区；（3）转子结构复杂，制造安装精度要求高；（4）噪声大，需要装设消声器。1.1轴流式泵与风机速度三角形流体微团的空间运动流体微团运动为复杂的空间运动：•圆周分速度vu•轴向分速度va•径向分速度vr•圆周运动；•相对运动；•绝对运动。轴流式泵与风机：wuv轴面分速度vmvvuvmva≠0,vr≠vmvvuvmvavuvr1.1轴流式泵与风机速度三角形流体微团的空间运动va≠0,vr≠vmvr=0,va=vmvavu径向分速度为零vuwvvuvm离心式泵与风机：速度三角形所在的平面与叶轮平面重合。va=0,vr=vm离心式泵与风机流体微团的空间运动：1.1轴流式泵与风机速度三角形流体微团空间运动（简化）“圆柱层无关性假设”：相邻圆柱面上流体微团的流动互不相关轴流式叶轮内复杂的空间运动→圆柱面上的流动vavu离心式泵与风机流体微团的空间运动（简化）：vuvrv=（圆周分速度）vu+（轴面分速度）vm1.1轴流式泵与风机速度三角形速度三角形离心式叶轮：vm=（径向分速度）vr+（轴向分速度）va轴面流向为径向（va=0）时：vm=vr轴流式叶轮：vm=（径向分速度）vr+（轴向分速度）va径向分速度为零，vm=vav=（圆周分速度）vu+（轴向分速度）vav=（圆周分速度）vu+（径向分速度）vrwuv1.1轴流式泵与风机速度三角形速度三角形离心式叶轮：过流断面、过流断面面积轴流式叶轮：过流断面、过流断面面积)(4π222dDbzDbπ1.1轴流式泵与风机速度三角形速度三角形离心式叶轮：轴流式叶轮：轴面分速度vm=轴向分速度vaaavv21211AvAvaa2轴面分速度vm=径向分速度vrAqvvVTmaAqvvVTmr211AvAvrr2rrvv211.1轴流式泵与风机速度三角形速度三角形离心式叶轮：轴流式叶轮：进、出口圆周速度u1、u260πDn60πDn进、出口圆周速度u1、u221uu21uu1.2轴流式泵与风机能量方程式u=u1=u2=πDn/60，va=v1a=v2av1u=u-vactg1v2u=u-vactg2能量方程（演化）离心式泵与风机的能量方程：轴流式泵与风机：轴流泵的能量方程：轴流风机的能量方程：gvuvuHuuT)(1122gvvuHuuT)(12)(21ctgctgguvHaT)(21ctgctguvpaTgvvgwwguuHT222212222212122u1=u2gwwgvvHT2222212122能量方程（演化）离心式泵与风机的能量方程（第二种表达式）：轴流式泵与风机：轴流泵与风机的能量方程（第二种表达式）：1.2轴流式泵与风机能量方程式gwwgvvHT2222212122（1）轴流式泵与风机的扬程（全压）远低于离心式；能量方程（物理意义）动力能压力能总能量与流动参数间的关系：（2）当1=2时，HT为零，流体不能从叶轮获得能量。必须使得12，气流转折角∆=2-1越大，获得的能量越大；（3）为了提高流体经过叶轮后获得的压力能，必须使入口相对速度大于出口相对速度，即：叶轮入口断面小于出口断面，进口为圆形的机翼型叶片。)(21ctgctgguvHaT1.2轴流式泵与风机能量方程式【习题1-2】已知：一台单级轴流式水泵，转速n=300r/min，在直径为980mm处的叶栅，水以v1=4.01m/s的速度从轴向流入叶轮，以v2=4.48m/s的速度从叶轮流出。求：理论扬程HT，并求叶轮进、出口相对速度的角度变化2-1。轴流式：v=（圆周分速度）vu+（轴向分速度）va)()(2112ctgctgguvvvguHauuTv1u=0,v1=v1a=v2a=va=4.01m/sm/s2212222222222vvvvvvvaau解：【习题1-2】v1=4.01m/s,轴向流入：n=300r/min，直径=980mm:u=πDn/60=15.39m/sv2=v2u+v2av2=4.48m/s:HT=u/g(v2u-v1u)=3.14mv1u=0=u-vactg1tg1=va/u=v1/u=0.2611=14°38’v2u=u-vactg22=16°42’2-1=2°4’v1u=0u1w1v1谢谢各位！欢迎同学讨论！