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1、泵与风机,第4讲,第1章 泵与风机的叶轮理论,1.1 流体在叶轮中的运动及速度三角形 1.2 离心式泵与风机的基本方程-欧拉方程 1.3 离心式叶轮叶片形式分析 1.4 有限叶片叶轮中流体的运动 1.5 流体进入叶轮前的预旋,能量方程揭示了决定泵与风机本身扬程的一些内在因素,如何与管路系统进行配合？,1 泵与风机的叶轮理论 1-1 离心式泵与风机的叶轮理论,能量方程的另一种形式：,动压水头,静压水头,伯努利方程：,单位重量流体获得的能量增量：,位置水头（位能）,压强水头（压能）,流速水头（动能）,2a对HT、HTj和HTd影响:,=1- HTd /HT =1- v2u /2u2,上一讲回顾：,
2、轴向涡流的后果I：,1）轴向涡流与均匀流体合成后， 在顺叶片转动方向的流道前 部，助长了原有的相对流速， 在后部抑制原有的相对流速；,1.4 有限叶片叶轮中流体的运动,欧拉方程（修正）,压力面,吸力面,2）相对流速在同一半径的圆周 上的分布变得不均匀起来；,3）叶片两面形成压力差，成为作 用于轮轴上的阻力矩，需原动 机克服此力矩而耗能。,轴向涡流的后果II：,1）叶轮出口处，相对速度将朝旋转反方向偏离切线，切向分速度v2uT将减小，流动角2小于叶片安装角2a 2）叶轮进口处，相对速度将朝叶轮转动方向偏移，进口切向分速v1uT增加；,1.4 有限叶片叶轮中流体的运动,欧拉方程（修正）,HT= 1
3、/g(u2Tv2uT- u1Tv1uT),3）导致实际扬程HT降低。,2 2a,v2u,1.4 有限叶片叶轮中流体的运动,欧拉方程（修正）,出口速度三角形变化：,u2 = v2u+v2u+ v2mctg2a,v2u,滑移速度,有限叶片叶轮流道中，由于流体惯性出现了轴向涡流，使叶轮出口处流体的相对速度产生滑移。,HT= 1/g u2v2u,HT= 1/g u2v2u,有限叶片欧拉方程：,无限叶片欧拉方程：,1.4 有限叶片叶轮中流体的运动,欧拉方程的修正系数,HT= KHT,欧拉方程修正：,欧拉方程揭示了决定泵与风机本身扬程的一些内在因素。,环境工程中，从泵的使用角度，如何进行与管路系统的配合？
4、,如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？ 泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？,如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？,进水断面1-1和出水断面2-2能量方程,水泵扬程：,位置水头 位能,压强水头 压能,速度水头 动能,绝对压力,如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？,真空表,压力表,0,0,3,3,2,2,1,1,绝对压力：,大气压力,真空表读数,大气压力,压力表读数,以水柱表示的压力表、真空表读数,如何确定正在运转中的离心泵装置的扬程？,真空表,压力表,0,0,3,3,2,2,1,1,可忽略,实际中：,泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？,真空表,压力表,0
5、,0,3,3,2,2,1,1,断面0-0和断面1-1能量方程：,HSS,HSd,HST,断面2-2和断面3-3能量方程：,吸水、压水管路的水头损失,泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？,真空表,压力表,0,0,3,3,2,2,1,1,HSS,HSd,HST,泵的静扬程： 泵吸水井的设计水面与水塔最高水位之间的测管高差；,吸水地形高度,压水地形高度,管路水头损失之和：,泵站工艺设计和选泵时，如何依据原始资料计算所需扬程？,自灌式水泵：,HSS,HST,HSd,消防喷嘴射流需考虑,【思考题】,岸边取水泵房，流量Q=120L/s，吸水管路（i=0.0065）长度20m，压水管路（ i
6、=0.0148 ）长300m，均采用铸铁管，吸水管径350mm，压水管径300mm。吸水井水面标高58.00m，泵轴标高60.00m，水厂混合池水面标高90.00m，吸水进口采用无底阀滤水网（=2），90弯头一个（=0.59）DN350300减缩管一个（=0.17） 求所需泵的扬程？,1.5 流体进入叶轮前的预旋,预旋：,流体进入叶轮之前，受到下游流体的作用，已经开始进行旋转运动，这种进入叶轮前的旋转运动称为预旋（先期旋绕）。,（1）强制预旋（与结构有关） （2）自由预旋（与结构无关）,1.5 流体进入叶轮前的预旋,（1）强制预旋 （由结构上的外界因素造成）,强制预旋,190，预旋的方向与叶轮
7、旋转方向相同，正预旋；,190，v1u0,190，预旋方向与叶轮旋转方向相反，负预旋。,（2）自由预旋 （与结构无关，由流量改变造成）,1.5 流体进入叶轮前的预旋,自由预旋,(a) v1m v1m (b) v1m v1m,产生正预旋,产生负预旋,1-2 轴流式泵与风机的叶轮理论,1.1 轴流式泵与风机的速度三角形； 1.2 轴流式泵与风机的能量方程。,轴流式泵与风机的特点：,（1）能量获得（利用旋转叶轮的翼型叶片在流体中旋转产生的升力）；,结构特点：,（1）结构简单、紧凑，外形尺寸小，重量轻；,特点：,（2）流动方向（轴向进入、轴向流出）；,（3）流量大、扬程低。,（2）变工况时调节性能好，
8、可保持较宽的高效工作区；,（3）转子结构复杂，制造安装精度要求高；,（4）噪声大，需要装设消声器。,1.1 轴流式泵与风机速度三角形,流体微团的空间运动,流体微团运动为复杂的空间运动：,圆周分速度vu 轴向分速度va 径向分速度vr,圆周运动； 相对运动； 绝对运动。,轴流式泵与风机：,轴面分速度vm,v,vu,vm,va0, vr vm,v,vu,vm,va,vu,vr,1.1 轴流式泵与风机速度三角形,流体微团的空间运动,va0, vr vm,vr = 0, va = vm,va,vu,径向分速度为零,v,u,w,v,vu,vm,离心式泵与风机：速度三角形所在的平面与叶轮平面重合。,va=
9、0, vr=vm,离心式泵与风机流体微团的空间运动：,1.1 轴流式泵与风机速度三角形,流体微团空间运动（简化）,“圆柱层无关性假设”：相邻圆柱面上流体微团的流动互不相关,轴流式叶轮内复杂的空间运动 圆柱面上的流动,va,vu,离心式泵与风机流体微团的空间运动（简化）：,vu,vr,v = （圆周分速度）vu+（轴面分速度）vm,1.1 轴流式泵与风机速度三角形,速度三角形,离心式叶轮： vm = （径向分速度） vr+ （轴向分速度） va 轴面流向为径向（va=0）时：vm= vr,轴流式叶轮： vm = （径向分速度） vr+ （轴向分速度） va 径向分速度为零， vm = va v
10、= （圆周分速度） vu+ （轴向分速度） va,v = （圆周分速度） vu+ （径向分速度） vr,1.1 轴流式泵与风机速度三角形,速度三角形,离心式叶轮： 过流断面、过流断面面积,轴流式叶轮： 过流断面、过流断面面积,1.1 轴流式泵与风机速度三角形,速度三角形,离心式叶轮：,轴流式叶轮：,轴面分速度vm =轴向分速度va,轴面分速度vm =径向分速度vr,1.1 轴流式泵与风机速度三角形,速度三角形,离心式叶轮：,轴流式叶轮：,进、出口圆周速度u1、u2,进、出口圆周速度u1、u2,1.2 轴流式泵与风机能量方程式,u=u1=u2=D n/60，va=v1a=v2a,v1u= u -
11、vactg1,v2u= u -vactg2,能量方程（演化）,离心式泵与风机的能量方程：,轴流式泵与风机：,轴流泵的能量方程：,轴流风机的能量方程：,u1=u2,能量方程（演化）,离心式泵与风机的能量方程（第二种表达式）：,轴流式泵与风机：,轴流泵与风机的能量方程（第二种表达式）：,1.2 轴流式泵与风机能量方程式,（1）轴流式泵与风机的扬程（全压）远低于离心式；,能量方程（物理意义）,动力能,压力能,总能量与流动参数间的关系：,（2）当1= 2时，HT为零，流体不能从叶轮获得能量。必须使得1 2 ，气流转折角 = 2 -1 越大，获得的能量越大；,（3）为了提高流体经过叶轮后获得的压力能，必
12、须使入口相对速度大于出口相对速度，即：叶轮入口断面小于出口断面，进口为圆形的机翼型叶片。,1.2 轴流式泵与风机能量方程式,【习题1-2】,已知：一台单级轴流式水泵，转速n=300r/min，在直径为980mm处的叶栅，水以v1=4.01m/s的速度从轴向流入叶轮，以v2=4.48m/s的速度从叶轮流出。 求：理论扬程HT ，并求叶轮进、出口相对速度的角度变化2 -1。,轴流式： v = （圆周分速度） vu+ （轴向分速度） va,v1u = 0, v1=v1a=v2a=va=4.01m/s,解：,【习题1-2】,v1=4.01m/s, 轴向流入：,n=300r/min，直径=980mm:,u=D n/60=15.39m/s,v2 = v2u+ v2a,v2=4.48m/s:,HT= u/g(v2u- v1u)=3.14m,v1u= 0=u -vactg1 tg1=va/u=v1/u=0.261 1=1438,v2u= u -vactg2 2=1642,2-1 = 24,v1u = 0,u1,w1,v1,谢谢各位！,欢迎同学讨论！,