第四章 轴流式泵与风机

• (4)轴流式泵与风机的基本方程式 • 与离心式泵与风机基本方程式的含义相同， 轴流式泵与风机的基本方程式也是反映流 体在叶轮中得到的能量与叶轮进出口流体 速度的关系式，它可以根据动量矩定理推 导得到，对基本方程式有如下说明：
• 1）它主要有两种表示形式： • 对于泵： u u H T v2u v1u va ctg1e ctg 2e
•
•
5）从基本方程式可以看出，泵叶轮的扬 程与流体的密度无关，风机叶轮的全压与 流体的密度成正比。 6）由于轴流式叶片断面呈机翼型，所以， 可以从机翼理论和平面叶栅理论来推导更 为准确的基本方程式，
翼型的主要几何参数
第二节 轴流式泵与风机的结构
• • 轴流式泵与风机有四种基本结构型式， （1）第一种型式，单个叶轮，没有导叶， 结构最简单，但效率较低，因为流体从这 种型式的泵与风机中流出后，具有较大的 圆周分速度，流动损失较大。因此这种型 式只适用于低压风机。
• 离心式 qV 曲线在最高效率点附近较平坦，高 效工作区较宽；轴流式 qV 曲线在最高效率点 附近较陡，高效工作区较窄。但轴流式泵与风机 一般采用静叶或动叶调节，能在较大的工况范围 内保持较高的效率。
例题
• 【例题5－1】有一单级轴流式风机，转速 n=1450r/min，在半径为25cm处，空气沿 轴向以24m/s的速度流入叶轮，已知比 2 e 大 1e 20°，空气密度为1.2 kg/m3。试计 算此时的理论全压。
• • • •
• •
（2）轴流式泵与风机的特点 : 流量大、扬程（或全压）低； 结构简单、体积小、重量轻； 其动叶片可以设计成可调式的，这样，轴流式 泵与风机在很大的流量范围内能保持较高的效 率； 轴流式风机的耐磨性较差，噪音较高； 立式轴流泵电动机位置较高，没有被水淹没的 危险，这样其叶轮可以布置得更低，淹没到水 中，启动时可无需灌水或抽真空吸水。
第四章 轴流式泵与风机
重点、难点提示
重点 （1）速度三角形 （2）基本方程式 （3）性能曲线 难点 （1）四种基本型式的特点 （2）轴流 轴流式泵与风机的工作 原理
• （1）工作原理 • 轴流式泵与风机的工作原理可简述为：原 动机带动叶轮旋转，流体在旋转叶轮中叶 片的推动作用下产生流动并获得能量，流 体是轴向流入叶轮，轴向流出叶轮。
• •
• • •
轴流式泵与风机有下列运行特性： 轴流式泵与风机往往有不稳定工作区，应在稳 定工作区内运行； 轴流式泵与风机轴功率随流量的增大而减小， 所以不宜采用节流调节； 轴流式泵与风机轴功率在零流量时最大，所以， 不应在零流量工况下启停，即不应在关闭出口 阀门（或风门）的情况下启停； 轴流式泵与风机采用入口静叶调节或动叶调节 可改善其运行特性。
•
（2）第二种型式单个叶轮后设置后导叶， 损失小、效率高，因为从后置导叶流出后， 流体轴向流动，没有圆周分速度，而且在 后置导叶中部分流体动能可以转换成压力 能。因此这种型式应用广泛。
•
（3）第三种型式，单个叶轮前设置前导 叶，损失较大、效率较低，因为流体进入 叶轮的相对速度较大，在非设计工况下， 流体流出后具有圆周分速度。由于汽蚀原 因，泵不能采用这种型式。但由于流体进 入叶轮的相对速度较大，从基本方程式可 以看出，风机的全压较大，所以，在相同 的全压下，采用这种型式的风机体积小、 重量轻。
g g
H T
2 2 2 w12 w2 v v 2 1 2g 2g
• 对于风机： pT uv2u v1u uva ctg1e ctg 2e
pT
2 w12 w2
2

2 2 v2 v 1
2
• 2）当流体轴向流入叶轮时，即进口处流体 绝对速度没有圆周分速度，则 v1u 0 ，叶 轮扬程（或全压）的形式变为： • 对于泵： uv2u u H T u va ctg 2e
• （3）流体在叶轮内的流动—速度三角形 • 这两个速度三角形有下列两个特点： • 由于进出口所在的半径相同，均为r，所以，两个 圆周速度相等；由于轴流式叶轮进出口通流面积 相等，如忽略进出口处流体的密度差别，则流进 叶轮的体积流量等于流出叶轮的体积流量，而体 积流量等于轴向速度乘以通流面积，所以，这两 个速度三角形的轴向速度相等。 • 简单形象地说，这两个速度三角形等底等高
•
（4）第四种型式，单个叶轮前后都设置 导叶，损失小、效率高，而且具有较好的 调节性能，但结构最复杂，另外，由于汽 蚀原因，泵不宜采用这种型式。
第三节 轴流式泵与风机的性能
• 轴流式泵与风机的性能曲线一般是指在转 速和叶片安装角一定的情况下，其它性能 参数随流量变化的关系曲线。
• 轴流式泵与风机的性能曲线形状主要有下 列特点： • ① qV H 曲线（或 qV p 曲线）是一条陡 降的或呈马鞍形的曲线，零流量时泵扬程 （或风机全压）最高； • ② qV P 曲线的形状与 qV H曲线（或曲线） 有所相象，也是一条陡降的或呈马鞍形的 曲线，零流量时泵与风机的轴功率最大； • ③ qV 曲线在最高效率点附近较陡。
qV P 曲线一般来说是一条连续上升的曲 • 离心式 线，即轴功率随着流量的增加而增大，零流量时 轴功率最小；轴流式 qV P 曲线是一条陡降的或 呈马鞍形的曲线，零流量时泵与风机的轴功率最 大，在稳定工作区，轴功率随着流量的增加而减 小。所以，离心式应零流量下启停（即关阀启 停），可采用节流调节方法；轴流式应带负荷启 停（即开阀启停），或者是将静叶（或动叶）安 装角调至较小时关闭出口阀门（或风门）启停， 轴流式不宜采用节流调节方法。
g g
• 对于风机： p uv T 2u uu va ctg 2e
•
3）轴流式叶轮的理论扬程（或全压）比 离心式的少一项—离心力作用项，说明轴 流式叶轮使流体获得的能量中没有离心力 作用的成分，所以，轴流式泵与风机的扬 程（或全压）比离心式低。
•
4）由轴流式泵与风机能量基本方程式可 以看出，如果要使流体流经轴流式叶轮时 ctg1e ctg 2e 能获得能量，则 必须大于零， 而函数在（0°~180°）范围内是递减函 2e 1e 数，所以必须要求 ，再考虑到叶 轮扬程（或全压）在不同半径上应保持相 等、不同半径上进出口速度三角形的区别， 则不同半径上和的差值应不同，因此轴流 式叶片须呈扭曲状。
• •
轴流式与离心式在性能曲线上的区别，归纳如下： 离心式 qV H 曲线（或 qV p 曲线）比较平 坦，一般来说，扬程或全压随流量增大而连续减 小；轴流式 qV H 曲线（或 qV p 曲线）则 是一条陡降的或呈马鞍形的曲线。离心式一般没 有不稳定工作区，即使有，其不稳定工作区的范 围也较小；而轴流式一般都有不稳定工作区，且 不稳定工作区的范围较大。