流体机械原理 教学课件

兰州理工大学流体学院主要参考资料•丁成伟离心泵与轴流泵•关醒凡现代泵设计手册•查森.叶片泵原理及水力设计.北京：机械工业出版社•曹鵾等编.水轮机原理及水力设计.北京：清华大学出版社•徐忠等编.离心式压缩机原理.北京：机械工业出版社舒士甄•蒋磁康等.叶轮机械原理.北京：清华大学出版社兰州理工大学流体学院第一章叶片式流体机械概述第一节叶片式流体机械的工作过程•叶片式流体机械中的能量转换，是在带有叶片的转子及连续绕流叶片的流体介质之间进行的。叶片与介质间的作用力是惯性力。该力作用在转动的叶片上，因而产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向而定）。•功率计算兰州理工大学流体学院cmcuc1、叶轮内的流动过程:轴流式叶轮原动机工作机兰州理工大学流体学院2、叶片式机器的特点：1）具有一个带有叶片（动叶）的转子（叶轮impeller或转轮runer）；2）工作时介质对叶片连续绕流；3）介质作用于叶片的力是惯性力；速度分量cu的影响?兰州理工大学流体学院3、壳体与静止叶栅的引入：4）壳体与静止叶栅（静叶）转轮（动叶）导叶（静叶）流线2007-08-29I兰州理工大学流体学院4、圆周分速度的变化及其意义：原动机：cu=0导叶cu叶轮cu=0工作机：cu=0叶轮cu导叶cu=0兰州理工大学流体学院结论：•叶轮进、出口cu的变化与叶轮所转换的能量成正比；•机器进口处通常没有cu•机器出口处，通常不希望有cu•通过动叶与静叶的配合，可以满足以上要求兰州理工大学流体学院5、反击式（反动式）流体机械：轴流式、径流式和混流式（斜流式）兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院5、反击式（反动式）流体机械：轴流式、径流式和混流式（斜流式）原动机静叶：c↑，p↓，但p0；叶轮（转轮）中，c↓，p↓工作机叶轮（转轮）中，c↑，p↑，静叶中，c↓，p↑兰州理工大学流体学院5、冲击式（冲动式）流体机械：（切击式（轴流）、斜击式和双击式）原动机静叶：c↑，p↓至p=0；叶轮（转轮）中，c↓，p不变工作机无冲击式！！！兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院部分进汽（部分进水）兰州理工大学流体学院水轮是否属于我们所讨论的叶片式流体机械？兰州理工大学流体学院第二节叶片式流体机械的主要性能参数性能参数：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2007-08-29II兰州理工大学流体学院)](2[12222212zzgccgppH兰州理工大学流体学院电站水头与电站静水头：stspspspHzzgccgppH222水轮机水头（净水头）与电站（毛）水头HHHst引水损失兰州理工大学流体学院泵的装置扬程HzzgccgppHspspspG222装置静扬程sdspstzzgppH扬程之间的关系HHHHstG兰州理工大学流体学院水头与扬程表示每一牛顿（单位重量）的液体通过机器时发生的能量的变化量问题1：水头与扬程的定义中的“单位数量”是什么？问题2：水头与扬程的定义能否用在“神舟六号”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gHzzgccpph)(212212212兰州理工大学流体学院2、不可压缩气体介质（通风机）风压（全压与静压）2212212ccppptF222211222212212cppcccpppsF兰州理工大学流体学院3、可压缩气体介质（压缩机）能量头与压缩比2)(2212212212212ccTTccchhhp)(21212221ccvdph12pp兰州理工大学流体学院tFpgHh几个能量参数之间的关系三、转速n四、功率P与效率原动机输出功率工作机输入功率对不可压缩流体，定义流体功率tFVVmfpqHgqhqP兰州理工大学流体学院效率可表示为（不可压）fTPPPPfP1)(PPf或者问题：对可压缩介质，效率的定义应该有什么考虑？兰州理工大学流体学院第三节叶片式流体机械结构形式简介兰州理工大学流体学院过流部件（通流部件）和结构部件兰州理工大学流体学院问题：单个叶轮的流量和能量头有没有限制？一、叶轮的配置方式，多级与多流，级的概念兰州理工大学流体学院背靠背兰州理工大学流体学院二、水轮机的结构（一）水轮机的整体结构立式与卧式1、轴流式水轮机兰州理工大学流体学院转轮尾水管蜗壳活动导叶固定导叶导水机构兰州理工大学流体学院2、贯流式水轮机：全贯流式：活动导叶发电机转子转轮叶片尾水管兰州理工大学流体学院活动导叶发电机转轮尾水管灯泡式兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院轴伸式活动导叶转轮发电机尾水管兰州理工大学流体学院3、混流式水轮机蜗壳尾水管转轮活动导叶固定导叶导水机构兰州理工大学流体学院4、斜流式水轮机兰州理工大学流体学院5、冲击（切击）式水轮机转轮喷嘴喷针调节机构兰州理工大学流体学院（二）水轮机的过流部件1、引水室：以合适的速度将水流均匀引入转轮闭式＝蜗壳＋固定导叶兰州理工大学流体学院开式引水室＝明槽兰州理工大学流体学院2、导水机构活动导叶拐臂连杆控制环＝活动导叶＋控制传动机构控制流量、调节功率兰州理工大学流体学院径向（圆柱）、斜向（圆锥）和轴向（圆盘）导水机构导水机构的分类：兰州理工大学流体学院3、转轮：混流式上冠下环叶片兰州理工大学流体学院轴流式兰州理工大学流体学院斜流式兰州理工大学流体学院切击式兰州理工大学流体学院三者的相互位置与关系兰州理工大学流体学院4、尾水管：收集和排出水流，回收能量5、喷嘴与喷针折向器兰州理工大学流体学院折向器喷针兰州理工大学流体学院三、叶片泵、风机与压缩机的结构（一）叶片泵、风机与压缩机的整体结构用途广泛，结构种类繁多•泵与通风机：能量头接近，压力相差很大，由压力引起的结构不同•泵与压缩机：压力接近，能量头相差很大，由能量头引起的结构不同•介质可压缩性的影响冷却问题•介质可压缩性的影响多级结构的不同兰州理工大学流体学院1、单级单吸悬臂式离心泵叶轮泵体（蜗壳）泵盖悬架（轴承支架）轴兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院2、潜水污水泵潜水电机叶轮蜗壳兰州理工大学流体学院3、单级离心风机蜗壳轴承座叶轮前导叶兰州理工大学流体学院4、单级双吸水平中开式离心泵叶轮泵体轴兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院5、废气增压涡轮机组压缩叶轮燃气涡轮压缩机蜗壳兰州理工大学流体学院6、节段式多级泵叶轮导叶进水段出水段中段兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院7、双壳泵外壳内壳（中段）兰州理工大学流体学院8、多级离心式压缩机13456782兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院9、航空发动机用离心和轴流式压缩机兰州理工大学流体学院9.蜗壳式多级泵（水平中开式多级泵）123兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院11、立式轴流泵叶轮吸入室叶轮室导叶出水弯管兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院11、多级轴流式压缩机兰州理工大学流体学院（二）叶片泵、风机和压缩机的过流部件1、吸入室：直锥形弯管形肘管形环形半螺旋形将水流按所需的速度均匀引入叶轮处于叶轮的低压侧兰州理工大学流体学院2、叶轮离心叶轮后盖板(轮盘)前盖板(轮盖)叶片兰州理工大学流体学院兰州理工大学流体学院轴流叶轮轮毂叶片兰州理工大学流体学院斜流叶轮轮毂体叶片转叶机构兰州理工大学流体学院3、压水室与扩压元件蜗壳无叶扩压器环形室径向导叶导叶＋蜗壳空间导叶兰州理工大学流体学院过流部件总结原动机引水部件：工作机吸入室：将水流均匀引入转轮；压力速度排出水流，回收能量；速度压力将水流均匀引入转轮；压力速度排出水流，回收能量；速度压力转换能量，速度压力导水机构：控制流量，调节功率转轮：尾水管：叶轮：压出室：转换能量，速度压力兰州理工大学流体学院7、双壳泵外壳内壳（中段）