叶轮机械原理

49
压气机的相似参数
? 几何关系： ? 相似转速： ? 相似流量： ? 压比 ? 效率： ? 压头系数：
Kl =
'
D D
'
=
b b
' '
n = Kl
Q1 =
*' c '
T1
T1
T1
' 2
n
Q1
1 Kl
T1
* c
G =G
'
p1 p1 K l
2
'
T1
'
T1
π =π
η =η L
*' ad
*' s
* s
=L
2 2 2 1
+
W -W 2
2 1
2 2
+
V - V 2
2 2
2 1
16
离心压气机的性能参数
? 离心压气机的主要性能参数
压比：
π=
* c
p p
* 5 * 0
效率：
k- 1
η=
? c
π
T T
? k c ? c ? 1
-1 -1
17
离心压气机的性能参数
扬程 (泵 )：
在水泵中的能头一般用扬程 H来表示。所谓扬程， 是每公斤液体通过泵后所获得的能量增加值。 H = V -V 2g
59
水泵的气蚀
? 水泵的气蚀现象及其对泵工作的影响
60
水泵的气蚀
? 气蚀现象的机理浅析
61
水泵的气蚀
? 如何避免或减小气蚀的影响
(1). (2). 水泵的叶轮设计合理，尽可能提高表面质量； 水泵的安装高度不能过大；
(3). 水泵不能在超过额定转速和额定流量的情况下 工作； (4). (5). 所抽送水的温度不能过高； 尽可能避免产生涡流。
N = GLu
N = Qρ gH
N = QP
20
? 离心叶轮主要几何参数
叶轮理论
D 2 ——
叶轮外径； D1 —— 叶轮叶片进口直径； D 0 —— 叶轮进口直径； d —— 叶轮进口轮壳直 离心式叶轮主要几何参数 径； b 2—— 叶轮叶片出口宽度； b1—— 叶片进口宽度，指叶片轮盖侧面边缘 AB 延长到 C 点 ( 叶片进 口中心点的直径 D1 处 ) 所量得的宽度； δ—— 叶片厚度； N —— 叶片数； β k 1—— 叶片进口构造 角；β ；γ—— 叶片进口斜角，一般为 40o-80o k 2 —— 叶片出口构造角； θ —— 叶轮的轮盖斜度 o 21； r —— 轮盖进口固角半径。
2
2
(2)
代入 (1)式并消去
1
K l ，可得：
3 * ' ad * ad
? Q ? ?L n = n? ' ? ? ?Q ? ? L
'
2
?4 ? ?
(3)
53
相似理论的应用－比转速
?当
Q = 1m / s
' 3
和
L ad = 1m / s
*'
2
2
时 (3) 式可简化为：
n = ns = n
'
Q
(L )
* ad
3
4
(4)
54
相似理论的应用－比转速
压缩机效率与比转速倒数的关系
55
相似理论的应用－比转速
? 泵的比转速 用扬程代替 和
H = 1m
'
(4)
Q
3
Q = 1 m / s 中的等熵功，并取
'
3
，则得到泵的运动比转速：
nsQ = n H
4
'
如果取
H = 1m
'
和
N
5
N = 1KW
进行类似的推
导，可以得到泵的动力比转速：
非工作面 (吸力面 )的分离
叶轮子午面上的流动
43
离心叶轮损失－流动损失
? 二次流损失
闭式叶轮顶部的二次涡流
半开式叶轮顶部的二次涡流
? 尾迹损失 ? 攻角损失
44
离心叶轮损失－轮盘摩擦
? 轮阻损失（摩擦损失）
叶轮轮盘鼓风摩擦损失 45
离心叶轮损失－轮盘摩擦
? 泄漏损失 ? 回流损失
气体在密封中的流动
1
叶轮机械原理
第六章 离心压气机
2
叶轮机械原理
? 6.1 离心压气机的工作过程及性能参数 ? 6.2 离心压气机的叶轮理论 ? 6.3 离心式叶轮机的固定元件 ? 6.4 离心压气机的叶轮损失 ? 6.5 离心压气机的性能曲线 ? 6.5 相似理论的应用－比转速 ? 6.6 水泵的气蚀
3
离心压气机的工作过程
26
离心压气机的叶轮理论
径向直叶片式叶轮
目前在离心式鼓风机和压缩机中，得到广泛采用的是 径向直叶片式叶轮以及后弯型叶轮。
27
离心压气机的叶轮理论
? 闭式、 半开式叶轮 ，双面进气叶轮
半开式叶轮
半开式叶轮中的泄漏流
28
离心压气机的叶轮理论
双面进气叶轮
29
离心压气机的叶轮理论
长短叶片结构
30
离心压气机的叶轮理论
叶片数的影响
叶片数与轮径比、安装角的关系 34
叶轮机械原理
? 作业： 新书 Page 181 9、 10、 11
35
离心式叶轮机的固定元件
? 吸气室
各种型式的吸气室 36
离心式叶轮机的固定元件
? 无叶扩压器
无叶扩压器 37
离心式叶轮机的固定元件
? 叶片扩压器
叶片扩压器
38
离心式叶轮机的固定元件
13
离心压气机的工作过程
? 离心压气机级的工作过程
14
离心压气机的工作过程
? 离心压气机速度三角形
15
离心压气机的工作过程
? 离心压气机中的能量方程
U -U 2
2 2 2 1
(相对坐标系 )
?
=
W -W 2
2 2
2 1
2
+∫ + Lf R 1 ρ
dp
? 离心压气机中的欧拉方程
Lu = U -U 2
23
离心压气机的叶轮理论
? 叶轮叶片的三种形式
a、后弯叶片式叶轮
b、径向叶片式叶轮 叶轮叶片的三种形式及出口速度三角形
c、前弯叶片式叶轮
24
离心压气机的叶轮理论
a、后弯叶片式 b、前弯叶片式 前、后弯叶片式叶轮的流道比较
25
离心压气机的叶轮理论
a、后弯叶片式 b、前弯叶片式 前、后弯叶片叶轮流道内部速度分布比较
? 直壁形扩压器
直壁形扩压器
39
离心式叶轮机的固定元件
? 弯道和回流器
弯道与回流器 40
离心式叶轮机的固定元件
? 排气管
a、等截面排气管 b、蜗壳
41
离心式叶轮机的固定元件
? 蜗壳的结构形式
a、蜗壳前为扩压器；
b、蜗壳前为叶轮；
c、不对称内蜗壳 42
离心叶轮损失－流动损失
? 摩擦损失 ? 分离损失
nsp = n H
4
56
相似理论的应用－比转速
? 水泵：
nsp = 3.13n Q
3
H
4
? 风机：
ny = n Q
3
P
4
57
相似理论的应用－比转速
? 比转速在泵与风机中的应用
1. 用比转速进行泵与风机的分类 2. 用比转速确定泵与风机的型式 3. 用比转速进行泵与风机的相似性设计
58
相似理论的应用－比转速
11
离心压气机的工作过程
? 离心压气机的基本结构 (军用 )
? 径向扩压器和轴向扩压器，无蜗壳
12
DA120 － 61 离心式压缩机纵剖面构造图 、吸气室； 2、叶轮； 3、扩压器； 4、弯道； 5、回流器； 6、蜗室； 7、 8、轴端密封； 9、隔板密封； 10、轮盖密封； 11、平衡盘； 12、推力盘； 13、联轴器； 14、卡环； 15、主轴； 16、机壳； 17、支持轴承； 18、止推轴承； 19、隔板； 20、回流器导流叶片； 21、中间冷却吸气管 ； 22 、出气管
? 作业： ? 新书 Page181 ? 1、 2、 3、 4 ? 实验
第五组（张康） 第六组（蒋豪）Байду номын сангаас第七组（刘小华） 第八组（苏航） 2006年 6月 11日上午 实验一（任丽芸、侯安平） 实验二（刘火星） 实验三（史伟、袁巍） 实验四（马宏伟） 2006年 6月 11日下午 实验一（任丽芸、侯安平） 实验二（刘火星） 实验三（史伟、袁巍） 实验四（马宏伟）
? 离心式叶轮机的应用－离心式风机
7
离心压气机的工作过程
? 离心式叶轮机的应用－涡轮增压器
8
离心压气机的工作过程
? 涡轮增压器
车用废气涡轮增压器
B-17 发动机增压器结构图
9
离心压气机的工作过程
? 离心式叶轮机的应用－航空发动机
10
离心压气机的工作过程
? 离心压气机的基本结构 (民用 )
典型的单级离心压气机 主要由进气道 (Inlet) 、 叶轮 (Impeller) 、扩压 器 (Diffuser) 、出气蜗 壳 (Volute) 等组成
2 2 2 1
+
p2 - p1 g ρ
(m)
风机的能头：
? ρ V ? ? ρ V ? P = ? p2 + ? - ? p1 + ? 2 ? ? 2 ? ?
2 2 2 1
( Pa)
18
离心压气机的性能参数
流量：
质量流量 体积流量
G=ρ VA
Q = G/ρ
19
离心压气机的性能参数
功率： （ 1）压气机 （ 2）水泵 （ 3）风机
62
? 什么是离心压气机？
4
离心压气机的工作过程
? 叶轮机的分类
泵 (Pump) 、通风机（ Ventilator ) 、鼓风机 (Blower ) 、压缩机 / 压气机 (Compressor)
各类泵和风机的使用范围
[3]
5
离心压气机的工作过程
? 离心式叶轮机的应用－离心式水泵
6
离心压气机的工作过程
离心压气机的叶轮理论
? 无限叶轮流动理论与有限叶轮流动理论
轴向旋涡说明实验
叶轮流道中流体流动示意
22
离心压气机的叶轮理论
? 有限叶片叶轮出口速度三角形变化
无限叶片能头
L u∞ = U 2Vu 2∞
有限叶片能头
L u = U 2V u 2
滑移系数
μ=
有限叶片叶轮出口速度三角形的变化
Lu Lu∞
=
Vu 2 Vu 2∞
* ad
L
' ad
= L ad
L
* ad
=
L
U
* ad 2 2
或 L ad =
Lad U2
2
50
相似理论的应用－比转速
? 为什么要引入比转速？ 为了将具有共同基本性能的压缩机归纳 为单独的组，并且找出综合相似特征参 数，可以定义比转速ｎ s这个特征数。也称 高速性系数。比转速在泵与风机、水轮机 等压缩机的理论和设计中具有十分重要的 意义。它决定了泵与风机的分类和形式， 甚至可以利用它进行相似性设计。
51
相似理论的应用－比转速
根据相似准则。当几何相似，则：
D D
'
= Kl
速度三角形相似，则流量之间的关系为：
K =
3 l
Q n
'
'
Q n
(1)
52
相似理论的应用－比转速
由压头系数的定义式和压头相似参数的 关系，有 ：
L L
* ad * ' ad
?U 2 ? 2?n ? = ? ' ? = Kl ? ' ? ?n ? ?U 2 ?
叶轮机械原理
第一组（孙芊蔚） 第二组（张志博） 第三组（刘颖） 第四组（李峥） 33040101-17， 30160312 33040118-31， 32040105 33040201-09， 33040211-16 33040209 ， 33040217-31， 32040118 、 22 33040302-17 33040301 、 18-31 ， 32040316 33040401-14， 32040413 、 28 33040415-31， 32040409 08:00 第一组 第二组 第三组 第四组 02:00 第五组 第六组 第七组 第八组 09:00 第四组 第一组 第二组 第三组 03:00 第八组 第五组 第六组 第七组 10:00 第三组 第四组 第一组 第二组 04:00 第七组 第八组 第五组 第六组 11:00 第二组 第三组 第四组 第一组 05:00 第六组 第七组 第八组 第五组
? 叶轮几何对性能的影响
叶轮通道宽度的影响
1、带无叶扩压器的级 2、带叶片扩压器的级 叶片相对宽度对级效率的影响 31
离心压气机的叶轮理论
小流量叶轮叶片宽度影响
不同相对宽度的叶轮损失特性
32
离心压气机的叶轮理论
轮径比的影响
D 0 / D2
D1 / D 2
不同进口直径的速度三角形变化 33
离心压气机的叶轮理论
46
离心压气机的性能曲线
* 0
Gcor
101325 T =G * p0 288.15
ncor = n
288.15 T
* 0
47
离心压气机的性能曲线
? 与轴流压气机的比较
1. 稳定工作范围较宽，特性线相对较 为平坦。 2. 特性线失速点的突然压降相对缓和 一些。
48
压气机的相似准则
? 几何相似 ? 雷诺数相等 (进入自模区可忽略 ) ? 马赫数相等 ? 气体绝热指数 k 相等 (化工工业 ) ? 贝克列准则相等 (传热、忽略 )