流体机械原理

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2、不可压缩气体介质（通风机） 风压（全压与静压）
p tF
p sF
c 22 − c12 = p 2 − p1 + ρ 2
c 22 − c12 c 22 c12 = p 2 − p1 + ρ −ρ = p 2 − p1 − ρ 2 2 2
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3、可压缩气体介质（压缩机） 能量头与压缩比
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
p 2 − p 1 c 22 − c12 h = ± + + g (z 2 − z 1 ) = gH ρ 2
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p 2 − p 1 c 22 − c 22 H = ±[ + + (z 2 − z 1 )] ρg 2g
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电站水头与电站静水头：
H = p p − ps
ρg
+
2 c p − cs2
2g
+ z p − z s ≈ H st
水轮机水头（净水头）与电站（毛）水头
H = H st − ∆H
c 22 − c12 c 22 − c12 h = h 2 − h1 + = c p (T 2 − T1 ) + 2 2
1 2 h = ∫ vdp + (c 2 − c12 ) 1 2
2
p2 ε= p1
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几个能量参数之间的关系
h = gH =
p tF
ρ
三、转速n 四、功率P与效率η 原动机 输出功率 工作机 输入功率
6 7 8 5 4 3 1
2
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9、航空发动机用离心和轴流式压缩机
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9. 蜗壳式多级泵（水平中开式多级泵） 1 2 3
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11、立式轴流泵
出水弯管
导叶 叶轮室 叶轮 吸入室
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转轮 尾水管
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2、贯流式水轮机：
全贯流式：
活动导叶
发电机转子
尾水管
转 轮 叶 片
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灯泡式
活动导叶
发电机 转 轮
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轴伸式
发 电 机
活 动 导 叶
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转 轮
3、混流式水轮机
蜗壳 导水机构
固 转轮 导 活 动 尾水管 叶 导 叶 定
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过流部件（通流部件）和结构部件
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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
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背靠背
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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
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导 水 机 构 活 动 导 叶 蜗 壳 叶 导 定 固
11、多级轴流式压缩机
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（二）叶片泵、风机和压缩机的过流部件 1、吸入室： 将水流按所需的速度均匀引入叶轮
处于叶轮的低压侧
直锥形 弯管形 肘管形
环形
半螺旋形
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2、叶轮 离心叶轮
后盖板(轮盘) 前盖板(轮盖)
叶片
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轴流叶轮
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1、单级单吸悬臂式离心泵
泵体（蜗壳） 泵盖 悬架（轴承支架）
轴
叶轮
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2、潜水污水泵 潜水电机
叶轮
蜗壳
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3、单级离心风机
蜗壳
前导叶
叶轮 轴承座
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4、单级双吸水平中开式离心泵
叶轮
泵体 轴
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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 惯性力 产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向 而定）。 • 功率计算
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轴流式、径流式和混流式（斜流式） 原动机 静叶：c↑，p↓，但p>0；叶轮（转轮）中，c↓，p↓ 工作机 叶轮（转轮）中，c↑，p↑，静叶中，c↓，p↑
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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
1、叶轮内的流动过程:
轴流式叶轮
原动机 工作机 c cm cu
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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?
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工作机无冲击Βιβλιοθήκη Baidu！！！
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部分进汽（部分进水）
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水轮是否属于我们所讨论的叶片式流体机械？
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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
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： 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： 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
3、壳体与静止叶栅的引入：
4）壳体与 静止叶栅 （静叶）
流线
转轮（ 转轮（动 叶）
2007-08-29I
导叶（静叶） 导叶（静叶）
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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
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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
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5、反击式（反动 式）流体机械：
轴流式、径流式和 混流式（斜流式）
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5、反击式（反动式）流体机械：
叶片
轮毂
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斜流叶轮
转叶机构
轮毂体
叶片
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蜗壳
无叶扩压器
3、压水室 与扩压元 件
环形室
导叶＋蜗壳
空间导叶 径向导叶
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过流部件总结 原 动 机 工 作 机
流 流 流 部件 流 流
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外壳 7、双壳泵
内壳（中段） 内壳（中段）
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引水损失
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泵的装置扬程
HG = p p − ps
ρg
p p − ps
+
2 c p − cs2
2g
+ z p − z s + ∆H
装置静扬程
H st =
ρg
+ zd − zs
扬程之间的关系
H = H G = H st + ∆H
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问题1：水头与扬程的定义中的“单位数量”是什么？
三者的相互位置与关系
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4、尾水管 ：收集和排出水流，回收能量 5、喷嘴与喷针
折向器
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喷针
折向器
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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
控制流量、 控制流量、调节功率 控制环 连杆
拐臂
活动导叶
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导水机构的分类：
径向（圆柱）、斜向（圆锥）和轴向（圆盘）导水机构
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3、转轮： 转轮：
混流式
上冠
叶片
下环
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轴流式
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斜流式
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切击式
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对不可压缩流体，定义流体功率
P f = hq m = ρgq V H = qV p tF
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效率可表示为（不可压）
ηT = P P f
或者
ηP =
Pf P
η = (P f P ) ±1
问题：对可压缩介质，效率的定义应 该有什么考虑？
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第三节 叶片式流体机械结构形式简介
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5、废气增压涡轮机组
压缩机蜗壳 燃气涡轮
压缩叶轮
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6、节段式多级泵
进水段 中段 出水段
叶 轮
导 叶
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外壳 7、双壳泵
内壳（中段） 内壳（中段）
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8、多级离心式压缩机
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4、斜流式水轮机
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5、冲击（切击）式水轮机
喷嘴 喷针 调节机构
转轮
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（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
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开式引水室＝明槽
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2、导水机构 ＝活动导叶＋控制传动机构