水力机械现代设计方法全套课件
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水力机械原理与设计
HSJ
水力机械概述
第一章
水力机械概述
HSJ
华中科技大学能源与动力学院水机教研室
水力机械概述
第一节 水力机械的定义
流体机械是指以流体为工作介 质的机械设备。
流体机械的工作过程，是流体 的能量与机械的机械能相互转换过 程或是不同能量的流体之间能量传 递的过程。
HSJ
水力机械概述
原动机和工作机： 能量传递的方向不同
HSJ
华中科技大学能源与动力学院水机教研室
水力机械概述
装置静扬程
华中科技大学能源与动力学院水机教研室
水力机械概述
冲 击 式 水 轮 机 转 轮 （ 水 斗 ）
HSJ
华中科技大学能源与动力学院水机教研室
水力机械概述
Βιβλιοθήκη Baidu
HSJ
华中科技大学能源与动力学院水机教研室
水力机械概述
水力机械：
以液体为工作介质叶片式
HSJ
华中科技大学能源与动力学院水机教研室
水力机械概述
水力机械的主要类型有：
水力机械概述
第三节 水力机械的主要性能参数
流量、水头（扬程）、转速、 效率、空蚀、水压脉动参数，称 为水力机械的性能参数。
HSJ
华中科技大学能源与动力学院水机教研室
水力机械概述
一、流量Q 单位时间内通过机器的介质的 量（体积或质量）称为流量。
体积流量 ：单位为m3／s、l／s或m3／h 质量流量：单位为kg／s、kg／min或kg／h
HSJ
华中科技大学能源与动力学院水机教研室
水力机械概述
冲击式叶轮：
流体的压力是不变的，流体与叶片 交换的能量中只有速度能（动能）。 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！！！
HSJ
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水力机械概述
冲 击 式 水 轮 机
HSJ
±号是分别用于泵与水轮机，液体通过泵时吸收能 量，而通过水轮机时释放能量。 HSJ
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水力机械概述
电站水头与电站静水头的关系：
H' p p ps
g
2 c2 c p s
2g
z p z s H st
水轮机水头与电站水头的关系：
H H st H
HSJ
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水力机械概述
涡 壳 、 固 定 导 叶 、 活 动 导 叶 、 转 轮 HSJ
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水力机械概述
泵 体 、 叶 轮 、 导 叶
HSJ
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水力机械概述
叶片式机器中流体圆周分速度的变 化及其意义：
HSJ
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水力机械概述
叶片式流体机械可分成反击式 和冲击式：
取决于流体在叶轮内的压力与 速度的变化情况
HSJ
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水力机械概述
反击式叶轮： 流体的压力和速度都发生 变化，流体与叶片交换的能量 中既有压力能（势能）也有速 度能（动能）；
HSJ
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水力机械概述
反击式机器包括：
（轴流式、径流式和混 流式（斜流式））
HSJ
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水力机械概述
轴 流 式 机 组
HSJ
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水力机械概述
在反击式机器中：
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↑
活塞与缸体形成一个封闭工作 腔，介质与机械间的相互作用力为 活塞表面的压力。
当介质推动活塞运动时，是原动机。 当活塞推动介质流动时，是工作机。
HSJ
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水力机械概述
叶片式流体机械的特点：
具有一个带有叶片（动叶）的转子 （叶轮impeller或转轮runer）； 工作时介质对叶片连续绕流； 介质作用于叶片的力是惯性力； 流体由壳体与静止叶栅的引入。
切击式水轮机、双击式水轮机、 混流式水轮机、斜流式水轮机、 轴流式水轮机、离心泵、混流泵、 斜流泵、轴流泵
HSJ
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水力机械概述
第二节 水力机械在国民经济中的应用 电力工业 水利工程 化学工业 石油工业 采矿工业 航天技术 环保部门
HSJ
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原动机：
cu=0 — （涡壳）导叶— cu — 叶轮 — cu=0
工作机：
cu=0 — 叶轮 — cu — 导叶（涡壳） — cu=0
HSJ
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水力机械概述
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 通过动叶与静叶以及涡壳的配合， 可以满足以上要求。
HSJ
水力机械概述
流体机械可分成容积式和叶片式：
取决于流体与机械相互作用 的方式。
HSJ
水力机械概述
容积式流体机械：
工作介质处于一个或多个封闭的 工作腔中，工作腔的容积是变化的， 机械与流体之间的相互作用力主要是 静压力。
HSJ
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水力机械概述
例如往复活塞式流体机械：
ΔH为引水管路的水力损失 HSJ
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水力机械概述
泵装置扬程 ：
HG p p ps
g
2 c2 p cs
2g
z p z s H
H——全部管路损失的总和
装置扬程：泵将单位重力液体介质 从下游容器抽送到上游容器所做的功。 在系统处于稳定状态时，装置扬程 必等于泵的扬程。
HSJ
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水力机械概述
二、水头、扬程
以液柱高度表示的机器进、 出口断面单位数量液体能量的差 值H
水轮机中：称为水头 叶片泵中：称为扬程 单位：m（N· m／N＝m）
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计算公式：
水力机械概述
2 2 p 2 p1 c 2 c2 H [ ( z 2 z1 )] g 2g
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水力机械概述
原动机将流体的能量转换为机 械能用于驱动其他的机械设备。 水轮机、汽轮机、燃气轮机、 风力机、各种液压马达和各种气动 工具等。
HSJ
水力机械概述
工作机则将机械能转换为流体 的能量，以便将 • 流体输送到高处
• 有更高压力的空间
• 克服管路阻力将流体输送到远处 例如各种泵、风机和压缩机等。
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水力机械概述
第一章
水力机械概述
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水力机械概述
第一节 水力机械的定义
流体机械是指以流体为工作介 质的机械设备。
流体机械的工作过程，是流体 的能量与机械的机械能相互转换过 程或是不同能量的流体之间能量传 递的过程。
HSJ
水力机械概述
原动机和工作机： 能量传递的方向不同
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装置静扬程
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冲 击 式 水 轮 机 转 轮 （ 水 斗 ）
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水力机械：
以液体为工作介质叶片式
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水力机械的主要类型有：
水力机械概述
第三节 水力机械的主要性能参数
流量、水头（扬程）、转速、 效率、空蚀、水压脉动参数，称 为水力机械的性能参数。
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水力机械概述
一、流量Q 单位时间内通过机器的介质的 量（体积或质量）称为流量。
体积流量 ：单位为m3／s、l／s或m3／h 质量流量：单位为kg／s、kg／min或kg／h
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水力机械概述
冲击式叶轮：
流体的压力是不变的，流体与叶片 交换的能量中只有速度能（动能）。 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！！！
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冲 击 式 水 轮 机
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±号是分别用于泵与水轮机，液体通过泵时吸收能 量，而通过水轮机时释放能量。 HSJ
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电站水头与电站静水头的关系：
H' p p ps
g
2 c2 c p s
2g
z p z s H st
水轮机水头与电站水头的关系：
H H st H
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涡 壳 、 固 定 导 叶 、 活 动 导 叶 、 转 轮 HSJ
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泵 体 、 叶 轮 、 导 叶
HSJ
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叶片式机器中流体圆周分速度的变 化及其意义：
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水力机械概述
叶片式流体机械可分成反击式 和冲击式：
取决于流体在叶轮内的压力与 速度的变化情况
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水力机械概述
反击式叶轮： 流体的压力和速度都发生 变化，流体与叶片交换的能量 中既有压力能（势能）也有速 度能（动能）；
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反击式机器包括：
（轴流式、径流式和混 流式（斜流式））
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轴 流 式 机 组
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在反击式机器中：
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↑
活塞与缸体形成一个封闭工作 腔，介质与机械间的相互作用力为 活塞表面的压力。
当介质推动活塞运动时，是原动机。 当活塞推动介质流动时，是工作机。
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叶片式流体机械的特点：
具有一个带有叶片（动叶）的转子 （叶轮impeller或转轮runer）； 工作时介质对叶片连续绕流； 介质作用于叶片的力是惯性力； 流体由壳体与静止叶栅的引入。
切击式水轮机、双击式水轮机、 混流式水轮机、斜流式水轮机、 轴流式水轮机、离心泵、混流泵、 斜流泵、轴流泵
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第二节 水力机械在国民经济中的应用 电力工业 水利工程 化学工业 石油工业 采矿工业 航天技术 环保部门
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原动机：
cu=0 — （涡壳）导叶— cu — 叶轮 — cu=0
工作机：
cu=0 — 叶轮 — cu — 导叶（涡壳） — 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 通过动叶与静叶以及涡壳的配合， 可以满足以上要求。
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水力机械概述
流体机械可分成容积式和叶片式：
取决于流体与机械相互作用 的方式。
HSJ
水力机械概述
容积式流体机械：
工作介质处于一个或多个封闭的 工作腔中，工作腔的容积是变化的， 机械与流体之间的相互作用力主要是 静压力。
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例如往复活塞式流体机械：
ΔH为引水管路的水力损失 HSJ
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泵装置扬程 ：
HG p p ps
g
2 c2 p cs
2g
z p z s H
H——全部管路损失的总和
装置扬程：泵将单位重力液体介质 从下游容器抽送到上游容器所做的功。 在系统处于稳定状态时，装置扬程 必等于泵的扬程。
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水力机械概述
二、水头、扬程
以液柱高度表示的机器进、 出口断面单位数量液体能量的差 值H
水轮机中：称为水头 叶片泵中：称为扬程 单位：m（N· m／N＝m）
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水力机械概述
2 2 p 2 p1 c 2 c2 H [ ( z 2 z1 )] g 2g
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原动机将流体的能量转换为机 械能用于驱动其他的机械设备。 水轮机、汽轮机、燃气轮机、 风力机、各种液压马达和各种气动 工具等。
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工作机则将机械能转换为流体 的能量，以便将 • 流体输送到高处
• 有更高压力的空间
• 克服管路阻力将流体输送到远处 例如各种泵、风机和压缩机等。