叶轮机械原理_第七章1.
叶轮机械原理-演示文稿(1)
→ 气 特 → 流 性 → → 加工工艺： 加工工艺：
气流马赫数 M、气流雷诺数 Re 、 气流进口角 α 0、β1(攻角 i = α 0 g − α 0 ) 气流湍流度
……
→ 叶型表面加工的粗糙度
ξ p = ξ p (α、t 、α s、M、 、∆、粗糙度、叶栅型式等 ) Re
热力叶轮机械原理（1） 主要影响型面损失的因素： 主要影响型面损失的因素： ① 叶型进口气流角度 α 0、β1/攻角 i 的影响
图1.31 冲击式叶栅表面的压力分布图
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
四、型面损失和冲波损失
型面损失：叶型表面附近产生的损失。 ◆ 型面损失：叶型表面附近产生的损失。
图1.26 叶型表面边界层示意图
图1.27 叶栅尾迹区示意图
叶型表面边界层中的摩擦损失 摩擦损失； ① 叶型表面边界层中的摩擦损失； ② 边界层脱离叶片表面形成的涡流损失； 边界层脱离叶片表面形成的涡流损失； 涡流损失 叶片出口边（尾迹区）产生的涡流损失 涡流损失。 ③ 叶片出口边（尾迹区）产生的涡流损失。
(a) 膨胀式叶栅压力分布曲线
热力叶轮机械原理（1）
XJTU
图1.30
冲击式叶栅的压力分布曲线
热力叶轮机械原理（1） ◆ 叶型表面压力矢量图
XJTU
说明： 叶片背面至腹面的两相应点之间， 说明：① 叶片背面至腹面的两相应点之间， 存在一个压力梯度，气流对叶栅作功的来源； 存在一个压力梯度，气流对叶栅作功的来源； 气流在进口斜切部分有一个扩压段，流动效率较低。 ② 气流在进口斜切部分有一个扩压段，流动效率较低。
XJTU
2）气动参数
表示方向： 表示方向： 气流进、出汽角（ ① 气流进、出汽角（ α 0、α 1、β 1、β 2 ） —— 叶栅进、出口气流方向与叶栅额线的夹角。 叶栅进、出口气流方向与叶栅额线的夹角。 冲角（攻角） ② 冲角（攻角） —— 叶栅进口几何角与气流角的差值。 叶栅进口几何角与气流角的差值。 喷管： 喷管： i = α 0 g − α 0 动叶： 动叶： i = β 1g − β 1
PO320叶轮机械原理pdf
课程基本信息（Course Information） 课程代码 （Course Code） *课程名称 （Course Name） 课程性质 (Course Type) 授课对象 （Audience） 授课语言 (Language of Instruction) *开课院系 （School） 先修课程 （Prerequisite） 授课教师 （Instructor） PO320 *学时 （Credit Hours） 48 *学分 （Credits） 3
教学内容 概论 流道中的一 元流动 参观 透平级工作 原理 4 12 学时 2 4 教学方式 课堂教学 课堂教学 课外进行 课堂教学 课堂教学 章节作业 章节作业 资料查阅 现代叶轮 机械的设 计特点 章节作业 章节作业 章节作业 章节作业 复习 至少完成本章 节作业 60% 至少完成本章 节作业 60% 至少完成本章 节作业 60% 至少完成本章 节作业 60% 至少完成本章 节作业 60% 至少完成本章 节作业 60% 交作业、 批 改、订正 交作业、 批 改、订正 交报告、 交 流 交作业、 批 改、订正 交作业、 批 改、订正 交作业、 批 改、订正 交作业、 批 改、订正 作业及 要求 基本要求 考查方式
叶轮机械原理
Principles of Turbomachinery 专业选修课 本科三年级
中文
机械与动力工程学院
叶轮机械研究所
工程热力学、空气动力学、流体力学、理论力学
忻建华 课程网址 tion）
作为动力机械，热力叶轮机械在能源利用和能量转换中占有非常重要 的位置。从发电、供热、能源勘采，一直到海、陆、空运载工具的推进领 域，已得到非常广泛的应用。可以说，没有叶轮机就没有现代的电力工业； 没有叶轮就没有现代的航天、航空、航海等事业。该课程是能源、动力和 航空航天专业的核心专业课程。 本课以热力学、传热学、气动力学和理论力学为基础，着重介绍燃气 轮机和蒸汽轮机工作原理和结构，使学生深刻地了解一次能源重要的能量 转换装置之一燃气轮机蒸汽轮机在国民经济发展中的重要作用，熟练地掌 握叶轮机械中的气体流动、能量转换、损失形成等重要工作过程及设计计 算理念，较为清晰的了解叶轮机械发展过程的中遇到的技术瓶颈，以拓宽 学生的知识面，为后需续的蒸汽轮机、燃气轮机的设计和研究提供坚实的 理论基础和实际能力。
叶轮机械原理
第一章 绪 论
• 气流在涡轮中是从压力高的地方流向压 力低的地方，沿流向是顺压梯度；
• 涡轮一级的作功能力相对较大，涡轮的 级数少；
第一章 绪 论
• 多级压气机存在一个非常重要的问题— —级与级之间的匹配问题
第一章 绪 论
五、叶轮机研究的意义 • 叶轮机与能源的消耗和能源的利用密切相关； • 研制各种类型的高效率、低消耗的叶轮机，
“飞行者”1号采用的活塞式发动
第一章 绪 论
1930年，英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡 轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动 机设计。但第一架喷气飞机（He-178）却出现在 德国，于1939年8月27日首飞。
The Second Jet Flight - Aug. 27, 1940 Caproni-Campini CC-2
第一章 绪 论
• 叶片造型 ； • 三维数值分析；
第一章 绪 论
作业 1）1以能量转换形式区分，叶轮机械有哪两类？并举例。
2）叶轮机械存在几种典型的流动形式？分别是什么？ 3）什么是S1流面？什么是S2流面？ 4）叶轮机内部流动的复杂性主要体现在哪些方面？
第一章 绪 论
• 本课程的学习 • 作业（40％）、考试（60％） • 教材：
1）航空燃气轮机原理（上） 彭泽琰、刘刚 编著 国防工业出版社 2000年 2）叶轮机械原理（讲义） 流体机械系 编 2006年
第一章 绪 论
• 主要参考书：
1）船用燃气轮机轴流式叶轮机械气动热力学（原理、 设计与试验研究），李根深、陈乃兴、强国芳， 国防工业出版社，1980年 2）叶轮机械原理 舒士甄、朱力、柯玄龄、蒋滋康， 清华大学出版社，1991年 3）Cumpsty N.A., Compressor aerodynamics, Longman Scientific & Technical, 1989.
叶轮机械原理作业资料
叶轮机械原理作业张硕 201520503005离心通风机设计设计一台离心通风机，其流量Q=90000m³/h ，压力P=4000pa ，介质为空气，进气状态为通风机的标准状态。
要求确定流通部分的形状和尺寸，并进行主要零部件的强度计算和材料选用。
一、叶轮设计制定390000/360025/Q m s ==；P=4000pa;进口压力pa P in 101325=，进口温度︒=20in t ，空气密度3/205.1m kg air =ρ (1)转速、叶片出口角和轮径的确定 选取转速n=1300r/min ， 比转速为6.71400025130054.554.5n 4343=⨯⨯=⨯=PQ s根据比转速值，由图5-5预选8.0=ψ，根据比转速和压力系数估算出叶片出口角2b β：︒---=⨯-⨯⨯+=⨯-⨯+=3.32107966.23835.06.711044.128.0107966.23835.0n 1044.1232532s 5-b 2ψβ 2b β值与通风机的压力P 关系密切。
经过多次试算，为了保证获得所需要的通风机压力，确定︒=352b β。
压力系数为：()815.06.711044.135107966.23835.02253=⨯⨯-⨯⨯+⨯=--ψ圆周速度为：()s m Pu 44.90815.02.14000222=⨯⨯==ρψ329.114.3130044.906013006022=⨯⨯==πu D取整，确定m D 3.12=()s m u 44.8860130014.33.16013003.12=⨯⨯=⨯=π853.044.8822.140002222=⨯==u P ρψ(2)确定叶轮入口参数。
由式（7-10），叶轮入口喉部直径为：330110)1(25.3v n n Q D ηνμτξ-=，由于是径向自由入口，轮毂比0d==D ν。
采用锥弧形集流器，叶轮入口截面气流充满系数10=μ。
叶轮机械原理
叶轮机械原理
叶轮机械是一种以连续旋转叶片为本体，使能量在流体工质与轴动力之间相互转换的动力机械。
它包括涡轮、蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机等，广泛应用于能源、动力、航空航天等领域。
叶轮机械的工作原理基于动量矩定理和欧拉方程。
在叶轮机械中，工质进入叶栅通道后，通过收敛或扩张的流道，速度逐渐增大或减小，工质在经过导向器时改变流动方向，然后冲击工作轮，使工作轮旋转做功。
涡轮是叶轮机械的一种，它包括静子和转子两部分。
气流以高速冲击涡轮工作轮旋转做功，气流经过涡轮基元级时，速度、压力、温度和焓都会发生变化。
涡轮的效率和经济性都与这些参数密切相关。
叶轮机械的设计和制造需要考虑到多种因素，如工质的物理性质、流道的设计、叶片的材料和形状等。
因此，在实际应用中需要根据具体情况进行设计和优化。
《叶轮机械原理》课件
03
叶轮机械的设计与优化
叶轮机械的参数设计
叶轮参数
01
包括叶片数、叶片型线、进出口安放角等。这些参数的选择和
优化对叶轮机械的性能有着重要影响。
流道参数
02
包括流道截面形状、流道面积等。这些参数的合理设计可以改
善流体在叶轮机械内的流动状态，从而提高效率。
转速与扬程
03
转速和扬程是叶轮机械的基本参数，它们的选择和优化对于确
02
叶轮机械的基本理论
流体动力学基础
流体静力学基本概念
流体的密度、压强、重力场等。
流体动力学基本方程
Navier-Stokes方程、连续性方程、动量方程等。
流体流动的基本特性
层流与湍流、边界层等。
叶轮机械中的能量转换
叶轮机械的工 力能、热能、动能等之间的转换。
04
叶轮机械的实验研究
实验设备与实验方法
实验设备
介绍进行叶轮机械实验所需的设 备和工具，如风洞、测试台、传 感器等。
实验方法
详细说明实验的操作流程和步骤 ，包括实验前的准备、实验过程 中的操作以及实验后的数据收集 等。
实验数据的处理与分析
数据处理
介绍如何对实验中收集的大量数据进 行整理、筛选和初步处理的方法。
总结词
随着科技的进步，叶轮机械的智能化与自动化成为了新的发展方向。
详细描述
通过引入先进的传感器、控制系统和人工智能技术，叶轮机械可以实现智能化控制和自动化运行。这不仅可以提 高设备的运行效率和稳定性，还能降低人工干预和故障率。
叶轮机械在新能源领域的应用
总结词
随着新能源产业的快速发展，叶轮机械在新能源领域的应用越来越广泛。
定叶轮机械的功率和效率至关重要。
叶轮机械原理_第七章2解读
)
cm
cos
Rm
sin
cm
cm m
6
级空间的气流组织
优点：
反力度沿叶高分布均匀，根部反力度提高，尖部反力度降低
改善动叶根部流动状态，减小顶部径向间隙漏气量
静叶根部出马赫数和动叶顶部出口马赫数相应减小
反力 度均 匀化
减弱静叶叶片表面边界层内潜移现象，避免了过多的 附面层在根部的堆积，降低叶栅根部的能量损失
流道形式：等内径、等外径、等中径
16
多级涡轮内的绝热效率
多级涡轮滞止绝热效率范围：0.91-0.94
流动损失： 多变功：
LfT Lfi LnT Lni
轮缘功：
LuT Lui
绝热功：
P*I
P* II
A BC DEF
P* III P3*
GH I
Lad
* I
k
k
1
R
TI
*
1
PII* PI *
12
多级涡轮
多级采用的优点 ： ➢级数多，每级焓降较小，工作时圆周速度不高，涡轮的安全 性好，寿命长 ➢级焓降减少，变工况性能也较好 ➢多级涡轮中，上一级的损失会引起下一级温度的升高，使 各级理想焓降之和大于整个涡轮的理想焓降，这个现象称为 重热现象
13
多级涡轮
参数分配原则 ：（考虑涡轮级间的协调以及部件间的匹配） 功的分配：总焓降逐级下降为佳。
2
级空间的气流组织
➢等环量叶片
cur const
ca
const
Lu
const
1
arctan
c1a c1u
1
arctan
c1a c1u
u
叶轮机械原理
叶轮机械原理
叶轮机械原理是通过旋转的叶轮来转化或传递能量的一种机械原理。
叶轮通常由装备在轴上的叶片构成，这些叶片通过旋转提供机械能或液压能。
叶轮的工作原理基于牛顿第三定律，即作用力与反作用力相等而方向相反。
当叶轮旋转时，它会通过叶片与流体之间的相互作用产生一个作用力。
这个作用力会将流体推动并转化为机械能。
叶轮机械用于很多不同的应用，例如水泵、涡轮机和风力发电机等。
在水泵中，叶轮通过转动将流体吸入并推出，提供压力和流动。
在涡轮机中，叶轮则通过流体的作用转动轴，从而驱动发电机或者其他机械设备。
风力发电机中的叶轮接收风的能量，将其转化为旋转能量，然后由发电机生成电力。
叶轮机械的效率取决于其设计和操作参数，例如叶轮的形状、角度和转速等。
优化这些参数可以提高叶轮机械的效率和性能。
同时，叶轮机械还需要定期的维护和保养，以确保其正常运行和寿命。
总之，叶轮机械原理是一种通过旋转的叶轮将流体能转化为机械能的重要机械原理。
它在各种领域中都有广泛的应用，并且对于能源转换和流体传输具有重要意义。
叶轮机械原理
叶轮机械原理
目录
• 叶轮机械概述 • 叶轮机械基本原理 • 叶轮机械设计参数及性能分析 • 叶轮机械结构特点及材料选择 • 叶轮机械运行特性及故障诊断技
术 • 叶轮机械发展趋势及挑战
01
叶轮机械概述
定义与分类
定义
叶轮机械是一类利用叶轮旋转运 动实现能量转换或传递的机械设 备。
多功能化、集成化
为了满足不同领域的需求，叶轮机械将向多功能 化、集成化方向发展。
当前面临主要挑战和问题
1 2
设计制造难度大
叶轮机械设计制造涉及多个学科领域，技术难度 较大。
能耗高效率低
当前部分叶轮机械存在能耗高效率低的问题，亟 待解决。
3
智能化程度不足
当前叶轮机械的智能化程度相对较低，难以满足 日益增长的需求。
04
叶轮机械结构特点及材料选 择
结构类型与特点分析
离心式叶轮机械
主要由进气口、叶轮、扩 压器、蜗壳等组成，具有 结构简单、紧凑、高效率 等特点。
轴流式叶轮机械
由进气室、导叶、叶轮、 扩压器等组成，具有流量 大、压力低、效率高、结 构紧凑等优点。
混流式叶轮机械
结合了离心式和轴流式的 特点，具有较宽的运行范 围和较高的效率。
应用领域与前景
应用领域
叶轮机械在能源领域（如火力发电、水力发电、风力发电等 ）、化工领域（如石油炼制、化肥生产等）、航空航天领域 （如飞机发动机、火箭推进器等）以及交通运输领域（如汽 车、船舶等）都有广泛应用。
前景
随着科技的不断进步和工业的不断发展，叶轮机械的应用领 域将进一步拓展，同时对其性能、效率和可靠性等方面的要 求也将不断提高。未来，叶轮机械将朝着更高效、更环保、 更智能的方向发展。
热能工程基础(5)
为说明工质在动叶气道中膨胀的程度， 常用级的焓降反动度来表示，简称反动 度。它等于气流在动叶气道内膨胀时的 理想焓降与整个级的滞止理想焓降之比。 即
b h b h * * m t n h h h b
h b 表示理想焓降
h t* h n*
第五章 叶轮式动力机械
第五章 叶轮式动力机械
二、流动模型的简化
•不考虑工质粘性 •工质在叶栅内的流动为稳定流动 •工质的流动是平面二元流动 •流动是等熵或绝热的
•定性分析时将工质作为理想气体
第五章 叶轮式动力机械 稳定流动时气流的基本方程式 稳定流动：管道内各点的状态及流速、流量等都 不随时间变化。 假设：①状态及流速只沿流动方向变化；②流动 中能量转换过程是可逆的。 分析气体流动过程所依据的主要方程式：①连续性方程式；②能量方程式；③动 量方程式；④状态方程式。 由能量守恒关系，有：
qm
Acf v
C
对其取对数再求微分，有：
dA dcf dv 0 A cf v
上二式称为稳定流动过程的连续性方程式。
第五章 叶轮式动力机械 喷管—利用气体压降使气流加速的管道。即dcf>0。 气流流经喷管的时间很短，因此，喷管中气体的流动可作为绝热流动过 程处理。
按能量方程式，当q = 0时，有：
w 1
对离心叶轮，
1
为已知，通过连续性方程可求得c 1 r ，则
2 1 2 1
c1 r w1 sin 1
wsin 1 1 c w 1 cos arcsin c 21 u w u 1 1 1 1
第五章 叶轮式动力机械
六、涡轮级损失
1 2 h 2 ( f 2 2 ) c c1 1 h f 2
叶轮机械原理西安交大演示文稿PPT学习教案
vdp sdx cdc
忽略侧面的 粘性阻力，有：
cdc vdp 0
对于绝热的理想 （等熵）流动，有：
p pvk const
k
带入上式得：
c1s
2k k 1
p0
0
1 (
p1 p0
k 1 )k
c0
2k k 1
R
T0
1
(
p1 p0
)
k 1 k
c0
第16页/共146页
4 ） 能 量 方程
cr
Hale Waihona Puke pcr p0*(2
k
) k1
k 1
（ 空气：cr 0.528
）
临界密度：
cr
0
(
pcr p0
)
1 k
；cr 过 0热.5蒸46汽：
A1
Acr
G
A1 1c1
Acr
G
cr ccr
第29页/共146页
2 ） 喷 管 中的 实际流 动过程
向心式透平级 第4页/共146页
离心式透平级
◆ 按 蒸 汽 在 静 叶栅 和动叶 栅中的 能量转 换情况 分：
冲动级、反动级、带反动度的冲动级、复速级
轴 流 式 透 平 级：
蒸汽在通过透平级时，它所释放的热能全部在喷管中
① 冲动级：
转化为蒸汽的动能；在动叶栅中蒸汽不再膨胀加速， 而只是改变汽流的流动方向。
根据动量 方程：
可以看出 ：动能↑ → 速 度↑（ ）→ → 流动 过程： 膨胀过 程 → 理想 无损失 情况:等 熵膨胀 过程
cdc dp 0
dc 0
dp 0
第21页/共146页
② 几何条件 根 据 等 熵 过 程方程 ： 代 入 动 量 方 程：
叶轮机械原理作业资料
叶轮机械原理作业张硕 201520503005离心通风机设计设计一台离心通风机，其流量Q=90000m³/h ，压力P=4000pa ，介质为空气，进气状态为通风机的标准状态。
要求确定流通部分的形状和尺寸，并进行主要零部件的强度计算和材料选用。
一、叶轮设计制定390000/360025/Q m s ==；P=4000pa;进口压力pa P in 101325=，进口温度︒=20in t ，空气密度3/205.1m kg air =ρ (1)转速、叶片出口角和轮径的确定 选取转速n=1300r/min ， 比转速为6.71400025130054.554.5n 4343=⨯⨯=⨯=PQ s根据比转速值，由图5-5预选8.0=ψ，根据比转速和压力系数估算出叶片出口角2b β：︒---=⨯-⨯⨯+=⨯-⨯+=3.32107966.23835.06.711044.128.0107966.23835.0n 1044.1232532s 5-b 2ψβ 2b β值与通风机的压力P 关系密切。
经过多次试算，为了保证获得所需要的通风机压力，确定︒=352b β。
压力系数为：()815.06.711044.135107966.23835.02253=⨯⨯-⨯⨯+⨯=--ψ圆周速度为：()s m Pu 44.90815.02.14000222=⨯⨯==ρψ329.114.3130044.906013006022=⨯⨯==πu D取整，确定m D 3.12=()s m u 44.8860130014.33.16013003.12=⨯⨯=⨯=π853.044.8822.140002222=⨯==u P ρψ(2)确定叶轮入口参数。
由式（7-10），叶轮入口喉部直径为：330110)1(25.3v n n Q D ηνμτξ-=，由于是径向自由入口，轮毂比0d==D ν。
采用锥弧形集流器，叶轮入口截面气流充满系数10=μ。
1.1_离心式泵与风机的叶轮理论
涅维里松试验表明:风机预旋较大
例题 1
蜗壳式离心泵 n=1450r/min, qvT=0.09m3/s, D2=400mm, D1=140mm, b2=20mm β2a=25o, z=7, v1u∞=0 求: HT∞和HT 求解思路 先求得
17
HT∞= (u2v2u-u1v1u)/g
当α1∞＝90º时，能量方程式为 u 2 v 2 u H T g 而 v u v cot
2u 2 2 m
2a
有
H T
u2 (u2 v2 m cot 2 a ) g
18
H T
u2 (u2 v2 m cot 2 a ) g
径向式叶片
流道短，通畅，流动损失较小 出口绝对速度高，能量损失较大，效率低于后弯式、噪声较高 总扬程较高，制造简单，不易染尘 通风机或排尘风机β2a＝ 90º
前弯式叶片
流道短，叶片弯曲大 能量损失大、效率低、噪声低 总扬程较高，需较小叶轮和较低转速 低压通风机β2a＝ 90º～155º
五 有限叶片叶轮中流体的运动
5
二、流体在离心式叶轮内的运动及速度三角形
两点假设：1）叶片无限多，且无限薄 2）无粘性流体
叶片出口宽度 叶片出口直径
D1
轴面投影图
平面投影图
6
流体在叶轮中的运动——矢量法
牵连运动
相对运动
绝对运动
v wu
如图(a)所示，称为圆周速度u，其方向与圆周切线方向一致，大小与所在半径及 转速有关。 流体沿叶轮流道的运动，如图 (b)所示，称相对速度w，其方向为叶片的切线方 向，大小与流量及流道形状有关。 相对静止机壳的运动，如图(c)所示，称绝对速度V。
1 (1 K )
叶轮机原理
1.3
科研重点
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)
汽轮机的发展概况（续）
Байду номын сангаас
通流部分性能优化 末级长叶片的开发 强度振动 高温材料的研制 工艺的改进 自动化控制 冷凝器 双相流的研究（特别是原子能汽机） 老机组的改造
1.3
1) 2) 3)
汽轮机的发展概况（续）
汽轮机气动设计和试验研究技术； 汽轮机强度与振动研究； 汽轮机寿命评估与可靠性技术； 汽轮发电机组轴系动力特性技术研究； 汽轮机焊接转子技术； 超超临界火电机组耐热钢材料研究； 高温部件强度设计技术； 1400mm钛合金长叶片； 汽轮机产品的发展趋势。
国内大学：
清华大学、西安交大、哈工大、大连理工、航空院校、 上海交大、上海理工
国外大学：
MIT、剑桥、加州工学院
国外企业：
GE、ABB、R-R、三菱、日立、Siemens
国内企业：
大型国有或合资的汽轮机公司、压缩机、石油化工、电 力系统、航空、造船等领域研发机构
1.3
汽轮机的发展概况（续）
国内 ：1949年国内总的装机容量168万kW， 水力发电181万kW。 截止2006年底，国内总装机容量约为3.9亿KW。
蒸汽轮机和燃气轮机应用于动力工业上，是为了 驱动发电机供给大量的电能或驱动其他动力机械（如 大型水泵或高炉鼓风机等），以满足日益发展的工农 业生产的需要。目前发电厂的发动机主要是蒸汽透平。 燃气透平在航空上已大量被采用。作为发电厂用的燃 气轮机目前在我国还处在实验研究性的试制阶段,随 着燃气轮机技术的不断完善和天然气能源开发应用的 比重加大,燃气轮机发展迅速,正在成为世界火电的主 要动力和许多国家经济发展的关键技术。而随着我国 “西气东输”国家重大工程实施和东南沿海地区液化 天然气进口与气站建设,燃气轮机及其联合循环电站 发展前景广阔.
叶轮泵工作原理(一)
叶轮泵工作原理(一)叶轮泵工作原理解析1. 概述叶轮泵是一种常见的流体输送设备，利用旋转叶轮的运动来传递能量，推动液体或气体的流动。
下面将详细介绍叶轮泵的工作原理。
2. 基本构造叶轮泵的基本构造包括以下几个部分：•叶轮：叶轮由多个叶片组成，通常呈螺旋状排列，叶片的形状和数量会影响泵的性能。
•泵壳：泵壳是叶轮的外包装，它的形状会对液体的流动产生一定的影响。
•进出口：泵壳上设置有进出口口径，用于液体的进出。
•轴和轴承：叶轮通过轴与驱动设备相连，同时需要轴承支撑以减小摩擦损失。
3. 工作原理叶轮泵的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.进口阶段：当叶轮开始旋转时，液体从进口进入泵壳。
此时，叶轮的叶片将液体引入叶轮内部。
2.吸入阶段：随着叶轮的旋转，叶片会把液体带向叶轮的中心。
由于叶轮的离心力作用，液体被迫离开叶片并进入泵壳的中央空腔。
3.推出阶段：当液体进入泵壳的中央空腔后，压力开始上升。
同时，叶轮的叶片将液体推向出口口径，完成液体的输送。
4.出口阶段：液体经过出口口径排出泵壳，继续流动到输送的目标位置。
4. 特点与应用叶轮泵具有以下几个特点：•高效能：叶轮泵的叶片排列紧密，能够将机械能高效转化为液体压力能。
•体积小：叶轮泵结构紧凑，体积相对较小，适用于有空间限制的场所。
•使用灵活：叶轮泵可以输送各种不同介质的液体或气体，具有很强的使用灵活性。
叶轮泵广泛应用于以下领域：•工业领域：用于输送液体或气体，广泛应用于石油化工、电力、制药等行业。
•农业领域：用于农田灌溉、水产养殖等水务工程。
•水处理领域：用于清洁水、废水处理等环境保护项目。
本文从叶轮泵的基本构造入手，详细解析了叶轮泵的工作原理。
叶轮泵作为一种常见的流体输送设备，在各个领域都发挥着重要的作用。
希望本文对读者对叶轮泵的了解有所帮助。
5. 工作过程分析为了更深入地理解叶轮泵的工作原理，我们可以对其工作过程进行详细分析。
5.1 进口阶段在叶轮开始旋转时，液体通过进口口径进入泵壳。
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T0 p0
c2 T2
p2
c0
0
1
2
气流通过涡轮基元级膨胀作功原理
从能量方程推导得到的膨胀功公式为： 2 C2 C12 * Lu qe C p (T2 T1 ) C p (T2 T1 ) h2 h1* 2
2 2 u2 u12 w2 w12 qe C p (T2 T1 ) h2 h w 1w 2 2
c1a＝c1u tan 1 c2 a c1a /(c1a / c2 a )
流量因子/流量系数
c1a u
与基元级流通能力和叶片形状有关,在 一定圆周速度下，大的流量因子标志 着设计者想通过增大气流轴向分速的 办法来减小叶片高度 应用
14
涡轮叶栅中的流动
等熵马赫数定义：
M a2
u HT 得 c1u u wu(1 T ) 2 负荷系数大，做功能力强 u c HT c2u u (1 T ) 2 当 c2a和 一定时，HT 上升，2下降 ，气流偏离轴向，动能损失大 知c1a / c2 a 和1，得
c w c 1a c w
Lu c2u r2 c1u r1
c 2a
u c1u
Lu u2c2u u1c1u
Lu ucu u(c2u c1u )
c2u
u
wu c u
决定涡轮基元级速度三角形的主要参数有五个： C1u、α、C2u、u和C1a/C2a。
冲动式涡轮和反力式涡轮
非冷却式涡轮和冷却式涡轮 单级涡轮和多级涡轮 常规涡轮和对转涡轮 带冠和不带冠
7.1 涡轮的基元级
基元级流动
0 1 2
动叶 静叶 0 1 2 工作轮 旋转轴
6
气流通过涡轮基元级速度的变化
导叶的作用：膨胀加速＋降温＋导向
动叶的作用：做功＋膨胀＋导向
涡轮压气机叶栅通道形状的差异
根据反力度和载荷系数的定义： c2a c2a / u c1u c2u T 1 c 2a 2u HT uc ctg 2 (1 ) c1u c2u T HT u 2a 2
c1u
c2u c2a ct g2
c2u
涡轮基元级反力度
1 2 2 ( w2 w1 ) 2 Lu
u1＝u2 c1a＝c2a
c1u c2u T 1 2u
运动反力度
c
Ω ＝0 c1u－c2u＝2u， c1u－u＝u＋c2u，即w1u＝w2u 动叶特征：进出口形状对称。 气体流经动叶只拐弯不膨胀。 称为“冲击式”涡轮
物理意义：涡轮级的做功能力 典型数值范围1.4-1.7 HT↑，冲击涡轮速度三角形 给定轮缘功时，可以根据无量纲参 数HT，Ω T和C1a/C2a，静叶出口气流 角1确定速度三角形。
根据Lu 和H T 确定圆周速度： HT c c2u u (1 T ) Lu u 2 w c w 1a Hc T
按工质大致可分为：风车、水轮机、蒸汽涡轮、燃气 涡轮。。。
4
表7-1 常用的涡轮分类概念
根据工质
根据工质在叶栅中速度 蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、风车 亚音涡轮和超音涡轮
高压涡轮和低压涡轮/燃气涡轮和动力涡轮
根据驱动对象
根据工质流动方向
轴流式涡轮和向心式涡轮
根据反力度可分为
根据是否冷却 根据级数 根据气动布局 根据结构形式
第七章 涡轮工作原理及特性
1
涡轮工作原理及特性
涡轮是一种将工质的焓转换为机械能的旋转式动力机械， 是航空发动机、燃气轮机和蒸汽轮机等主要部件之一
2
涡轮工作原理及特性
涡轮的一般形式：静子（导向器）+转子＝一级。 • 气流以高速冲击工作轮旋转做功 • 工作环境特点：压力梯度、温度
3
涡轮分类（工质不同）
1 kk 2 p1 1 k 1 p 2
叶栅通道形式：
涡轮叶栅中的流动
涡轮叶栅中的流动
涡轮叶栅中的流动
18
7.2 涡轮基元级的损失
叶型损失
1 2 1 2 2 2 Lu ( w2 w1 ) (c1 c2 ) 2 2
2
dp
1
2 w2 w12 Lf 0 2
条件？进出口轮缘速度相等 压气机和涡轮轮缘功的比较？
速度三角形
0 1 2
动叶 静叶 0 1 2 工作轮 旋转轴
10
涡轮基元级速度三角形
压气机速度△由哪些参数决定？
哪是压力面？
气流通过涡轮基元级速度的变化
c1 T1 p1 工作轮：工作轮叶栅通道也呈收敛形， 燃气通过涡轮基元级膨胀作功，燃气的总 气流在其中继续膨胀加速，气体静压p、 温和总压都降低。 静温T、静焓h进一步降低。同时，气 导向器：改变气流方向。导向器通道呈收 流通过工作轮叶栅改变流动方向。由 敛形，气流膨胀加速，气体静压 于涡轮工作轮叶栅是收敛通道，气流 p、静温T、 静焓 在其中减压加速，不易产生分离，因 h相应降低。气流在导向器出口处的 速度 此与压气机工作轮叶栅相比，涡轮工 c1接近声速，有时甚至略超过声速。 速度 作轮叶栅可以有大得多的气流转折角 c1具有很大的切线方向分速度。由于 涡轮的工作轮前缘以切线速度 Δ β ，可以达到90～100°。 u1运动着， 因此气流相对于工作轮前缘 的运动速度 工作轮出口气流的相对速度w2大于进 为w1。 口相对速度w1，但是对于发动机的绝 对坐标系来说，工作轮出口气流的绝 对速度c2却小于工作轮进口绝对速度c1
w
c
1a
c
w
C2a
Ω ＝0.5，c1u＝u＋c2u＝w2u c1和w2大致对称。w1u=c2u 反力度大于零的涡轮称为： 反力式涡轮。
u
u c1u
w1u
C2u
w2u
u
wu c u
二者差异？ 航空发动机中典型涡轮平均半径处反力度为0.25-0.4
载荷系数/负荷系数
u (c1u c2u ) cu HT 2 u u