流体机械—总

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2.1.3 离心式泵与风机的工作原理
• 叶轮随原动机的轴转时，叶片间的流体也随叶轮高速旋转， 受到离心力的作用，被甩出叶轮的出口。 • 被甩出的流体挤入机（泵）壳后，机（泵）壳内流体压强增 高，最后被导向泵或风机的出口排出。
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矿山机械
总学时： 32 主 讲：田贵山
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第一章 绪论
1.1 矿山机械用途与分类
通用机械（流体机械）：水泵、通风机、空气压缩机
采掘机械：穿孔凿岩机械、挖掘机械、装岩机械。
煤矿（在和采煤机、液压支架等）。
• 速度v和u之间的夹角叫做叶片的工作角α，β 为安装角。
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2.2.5 离心式泵与风机的基本方程—欧拉方程
假定把它当做一元流动来讨论，也就是用流束理论进行分析。 这些基本假定是： （1）流动为恒定流 （2）流体为不可压缩流体 （3）叶轮的叶片数目为无限多，叶片厚度为无限薄 （4）流体在整个叶轮中的流动过程为一理想过程，即泵与风 机工作时没有任何能量损失 对于那些与实际情况不符的地方，对计算结果再逐步加以 修正。
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合力矩为： M=ρQT ∞ （r2vu2 T ∞ - r1vu1 T ∞ ） u=ωr, r=u/ω M= ρQT ∞ （ u2T∞vu2 T ∞ - u1T∞ vu1 T ∞ ）/ ω 有效功率等于流体的合外力矩M与角速度之积： N=M· ω＝ρQT ∞ （ u2T∞vu2 T ∞ - u1T∞ vu1 T ∞ ） = γQT ∞ HT ∞ 经移项，得理想化条件下单位重量流体的能量增量与流体 在叶轮中的运动的关系，即欧拉方程：
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2.2.4 流体在叶轮中的运动与速度三角形
当叶轮旋转时，在叶片进口“1”或出口“2”处， 流体一方面随叶轮旋转作圆周牵连运动，其圆周 速度为u；见图。 另一方面又沿叶片方向作相对流动，其相对速度 为w； 流体在进、出口处的绝对速度v应为w与u两者之 矢量和。
运输提升机械：皮带输送机械、罐笼、钢丝绳等。
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1.2
通用机械用途与分类
1.2.1 流体机械（设备）的分类
（1）按工作介质分类（流体机械、叶轮机械）
（2）按工作原理分类：容积式、透平（涡轮）式
（3）按介质的流动方向：离心式、轴流式、混流式 （4）按压力大小分：低压、中亚、高压 （5）按用途分：主扇、局扇 （6）按可否移动分：固定式、运动式
同时，叶轮中心由于流体被甩 出而形成真空，外界的流体在 大气压的作用下，沿泵或风机 的进口吸入叶轮，如此源源不 断地输送流体。
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2.2 离心式叶轮的基本方程—欧拉方程
2. 2. 1绝对速度与相对速度 绝对速度是指运动物体相对于静止参照系的运动速度； 相对速度则是指运动物体相对于运动参照系的速度； 牵连速度是指运动参照系相对于静止参照系的速度。
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二、机壳
由蜗壳、进风口和风舌等零部件组成。 1）蜗壳 蜗壳是由蜗板和左右两块侧板焊接或咬口而成。 作用： – 是收集从叶轮出来的气体； – 引至蜗壳的出风口，把风输送到管道中或排到大气； –有的风机将风的一部分动压通过蜗壳转变为静压。 2）进风口 –进风口又称集风器，它保证气流能均匀地充满叶轮进口， 使气流流动损失最小。 –离心式泵与风机的进口有圆筒形，圆锥形、弧形、锥筒 形、弧筒形、锥弧形等多种。如图示。
• 速度v和u之间的夹角叫做叶片的工作角α，β 为安装角。
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2.2.3离心式泵与风机的基本方程—欧拉方程
假定把它当做一元流动来讨论，也就是用流束理论进行分析。 这些基本假定是： （1）流动为恒定流（定常流动） （2）流体为不可压缩流体 （3）叶轮的叶片数目为无限多，叶片厚度为无限薄 （4）流体在整个叶轮中的流动过程为一理想过程，即泵与风 机工作时没有任何能量损失 对于那些与实际情况不符的地方，对计算结果再逐步加以 修正。
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• 1.3.2 通风和排水机械在矿山中的作用与组成 • 通风机械设备的作用及其组成 作用：“矿井肺脏”-排出有害气体和带走飞扬的矿尘 组成：主扇、进风井、大巷、工作面、回风巷
• 排水机械设备的作用及其组成 作用：及时排出涌入矿井的水，否则，有被淹没的危险 组成：水泵、排水管 泵房:三台（一台工作、一台备用、一台检修） 四台、五台
HT ∞ = （ u2T∞vu2 T ∞ - u1T∞ vu1 T ∞ ）/g
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欧拉方程的特点：
1．推导基本能量方程时，未分析流体在叶轮流道 中途的运动过程，得出流体所获得的理论扬程 HT ∞ ，仅与流体在叶片进、出口处的速度三角 形有关，而与流动过程无关。 2．流体所获得的理论扬程HT ∞ 与被输送流体的 种类无关。
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• 为了便于分析，将绝对速度v分解为与流量有 关的径向分速度vr和与压力有关的切向分速vu。 • 径向分速度的方向与半径方向相同，切向分速 与叶轮的圆周运动方向相同。
• 将上述流体质点诸速度共同绘制在一张速度图 上（如图），就是流体质点的速度三角形图。
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• 为了便于分析，将绝对速度v分解为与流量有 关的径向分速度vr和与压力有关的切向分速vu。 • 径向分速度的方向与半径方向相同，切向分速 与叶轮的圆周运动方向相同。
• 将上述流体质点诸速度共同绘制在一张速度图 上（如图），就是流体质点的速度三角形图。
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• 1.3.3 矿用涡轮机分类
1）按介质在叶轮内部的流动方向分类 离心式——介质按轴向进入叶轮，径向流出。 轴流式——介质按轴向进入叶轮，轴向流出。 混流式——介质在叶轮中斜向流动。 2）按叶轮的数目分类 单级——一台涡轮机中只有一个叶轮 多级——一台涡轮机中有2个以上的叶轮 3）主要通风机——主扇 局部通风机——局扇 4) 固定式，移动式，（L,Y型空压机）
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1.4 泵与风机的工作原理 1.4.1 离心式泵与风机的工作原理
轴向流入，径向流出
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1.4.2 轴流 式泵 与风 机的 工作 原理
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三．进气箱 一般只在大型或双吸的离心式风机上使用。 四．前导器 在大型离心式风机或要求性能调节的风机的进风 口或进风口的流道内装臵前导器。 前导器有轴向式和径向式两种。 五、扩散器 扩散器装于风机机壳出口处，其作用是降低出口 流体速度，使部分动压转变为静压， 有圆形截面和方形截面两种。
v wu
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2.2.2 流体在叶轮中的运动与速度三角形
当叶轮旋转时，在叶片进口“1”或出口“2”处， 流体一方面随叶轮旋转作圆周牵连运动，其圆周 速度为u；见图。 另一方面又沿叶片方向作相对流动，其相对速度 为w； 流体在进、出口处的绝对速度v应为w与u两者之 矢量和。
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• 1.5 矿用涡轮机工作参数
1）流量 Q（风量，排水量） m /s m /h 单位时间内涡轮机输出流体的体积。 ， 2）压头 H（风压，Pa; 水泵为扬程，m） 单位体积（风机）或单位重量流体自涡轮机获得的 能量（水泵）。 3）有益功率，指涡轮机输出的功率，kW QH Na , (kW ), Q(m 3 / s), H ( Pa ) 对于风机
3
3
1000
对于水泵
Na
gQH , (kW ), Q(m 3 / s), H (mH 2 O), (kg / m 3 ) 1000
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4）轴功率 N（kW） 涡轮机由原动机输入的功率。 5）效率 Na 涡轮机有益功率与轴功率的比值，即 N 6）转速，n r / min 涡轮机转子每分钟转数，单位为：
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2.1.2 离心式水泵的基本结构（如图）
一．叶轮 叶轮分为单吸叶轮和双吸叶轮两种；
目前多采用铸铁、铸钢和青铜制成； 叶轮按其盖板情况又可分为封闭式叶轮、敞开式 叶轮和半开式叶轮三种形式，如图所示。
二．泵壳 三、泵座 四、轴封装臵
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欧拉方程的导出： 动量矩定理：质点系对某一转轴的动量矩对时间的 变化率，等于作用于该质点系的所有外力对该轴的 合力矩M。 • 角标“T”表示流动过程理想，“∞”表示叶片为无 限多，“1”表示叶轮进口参数，“2”表示叶轮出口 参数。 • 则QT ∞ 表示流体在一个理想流动过程中流经叶片为 无限多的叶轮时的体积流量 • 在每单位时间内流经叶轮进出口流体动量矩的变化 则为：ρQT ∞ （r2vu2 T ∞ - r1vu1 T ∞ ）
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1.3 叶轮机械概述
1.3.1 叶轮机械——离心式水泵、离心式风机、轴流式风机 （原动机能量——流体能量） 动力叶轮机械——汽轮机（透平机械）、水轮机、燃气轮机 （流体能量——原动机能量）
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作业：1-1、1-2.
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第二章 泵和风机的基本理论
2.1 离心式叶轮机械的基本理论
2.1.1 离心式风机的基本结构 *离心式风机的主要部件有叶轮和机壳（如图） 一、叶轮 由前盘、后盘、叶片和轮毂组成。 前盘的形式有多种，如图示。 叶片是主要部件。 按叶片的出口安装角分类：有前向叶片、后向叶 片、径向叶片三种（如图）。 叶片的形状有：平板型、圆弧型和中空机翼型 （如图）。