1、第一章 叶片式流体机械概述1-1 叶片式流体机械的工作过程1-2 叶片式流体机械的主要性能参数1-3 叶片式流体机械的机构型式 第1页，共19页。1-1 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，因而产生了功（正或负视力矩和叶轮运动方向而定）。叶片式流体机械的组成元件:吸入部分（直锥形，环形，半螺旋形）1.引流部分 蜗壳（导水机构）叶轮2.做功部分（转子）转轮 涡轮 蜗壳（导流器，导叶）3.出流部分 尾水管第2页，共19页。以风扇或泵为例说明特点:特点：具有一个带有叶片的转子
2、;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;部分流体机械有一个静止的叶栅。以轴流式流体机械为例说明工作过程:从上面的讨论还可以得出：叶片式流体机械介质速度圆周分量的变化即叶轮前后介质动量矩的变化与能量转换过程有紧密的关系。介质在进入或流出流体机械前后都没有圆周方向的分量（即介质对转轮轴线的动量矩为零）,也就是说介质动量矩的变化是在转轮内产生的。而研究流体机械就是设法使能量转换的效率在转轮内尽可能的高（在满足工作的前提下）。第3页，共19页。1-2 叶片式流体机械的主要性能参数表征流体机械性能的参数叫性能参数:一、流量q二、水头，扬程，压力，能量头，压缩比三、转速 n(rpm)四、功
3、率P 及效率五、特性曲线第4页，共19页。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qv m3/s L/s m3/n 质量流量qm kg/s kg/min kg/h特点：依质量守恒定律，流体机械在稳定条件下工作时，如果忽略机器内部的泄露，通过流体机械各断面的质量流量是相同的。对不可压缩介质，qv也将保持不变。对于可压缩介质，体积随压力和温度的变化而变化，所以，各断面的体积流量也将是不同的（在质量流量qm保持不变）。在通风机中，将体积流量也称为风量。第5页，共19页。二、水头，扬程，压力，能量头，压缩比 是单位质量（体积）的介质与叶轮所交换的能量，是衡量叶轮做功能力的
4、参数。此参数可用机械进入出口断面单位质量（或体积）介质所具有的能量的差值来衡量。（一）不可压介质（1）对于水轮机（2）对于泵（3）对于风机（二）可压缩介质第6页，共19页。泵、水轮机以液体为工作介质，以液柱高表示单位重力的液体具有的能量方便直观。单位为m(Nm/N=m)。对于不可压介质，不考虑内能的变化，能量差值只有压力能、位置能、及速度能。则：对不可压介质有：水头与扬程的定义如图16。（一）不可压介质)(212212212ZZgCCgPPH第7页，共19页。第8页，共19页。stspspspHzzgCCgppH222H（1）对于水轮机定义：Hst电站静水头，是上下游水位差。由于上下游水面一般
5、均为大气压 Ps=Pp=1atm，上下游水库河道流速一般很小，故电站水头考虑引水管路损失 ，故水轮机水头和水电站水头关系为：H=Hst-H第9页，共19页。HzzgCCgppHspspsp222HsdspstzzgppH（2）泵 装置扬程HG：表示泵将单位重力液体介质从下游容器抽到a)下游容器所需要做的功。依定义：一般泵稳定工作时 ,故有 为管路损失GstHHHHGHH一般容器的流速很小，故又可定义装置静扬程为：第10页，共19页。b)扬程H 泵的扬程是单位重量的液体泵进口能量的增量（H）。扬程：指泵本身具有特性的参数，和抽送液体种类无关。但和泵所处地方的位置有关，即和重力加速度有关，在不同的
6、重力条件下，H值不同，在失重条件下，H无意义，但一般泵用在地球上，g相差不大，故可以。能量头：如果用质量作为液体量的度量，得到一个与重力无关的能量指标，称为能量头（或叫比能，比功）它是单位质量液体在流体机械进出口液体具有的能量的差值,h)(212212212zzgccppgHh22/smkgmN 单位:第11页，共19页。（3）对于风机工作介质是气体，但由于进出口压力变化很小，工程上仍可以将其流动的内介质视为不可压缩流体。对于风机进口出口，一般用压升来表示风机进出口断面上单位体积（1m3）气体能量差值，记为PtF,单位Pa(N/m2)能量差值包括压力差值、动能差值，故全压又叫风压。221221
7、2ccppptF静压 ，通风机的静压指全压与出口动能之差。SFP22211222cppCpptFSF风机一般不用液柱高表示第12页，共19页。（二）可压缩介质 当介质可压缩时，介质的能量变化包括宏观的动能及介质的内能。而内能的大小与介质的焓值有关，介质流过机械后焓值的变化量，不仅和叶轮所作的功大小有关，而且与机器内部的热力学过程及热量传递有关。故在透平压缩机中，用能量头表示单位质量(1kg)气体的能量变化量，故2)(2212212212212ccTTccchhhp (式中忽略了重力作的功)当不考虑损失时，上式还可写（h=u+pv）2212221ccvdph对于压缩机，机器的工作状况不仅和进出口
8、压力变化量有关，还和进口压力绝对值及热力学过程有关，所以用能量的变化量并不能完全的反映叶轮做功能力，在压缩机中用压缩比表示能量提高的程度。12pp第13页，共19页。tFvmvfpqhqHgqpfTppppfp四、功率P 及效率功率（P）对工作机是机器输入功率（kw）功率（P）对原动机是机器输出功率（kw）（1）介质不可压 机器功率机器都有损失存在，故机器功率和流体功率有差值，故用 来衡量损失大小 对于原动机对于工作机（2）介质可压效率定义更复杂，这是因为内能变化使焓值变化，影响了机器内部的热力学过程，也改变了机器工作。第14页，共19页。五、特性曲线第15页，共19页。1-3 叶片式流体机械
9、的结构型式一、叶轮的配置方式二、水轮机的结构三、叶片泵、风机与压缩机的结构第16页，共19页。一、叶轮的配置方式第17页，共19页。二、水轮机的结构（一）水轮机整体结构 1 轴流式 2 贯流式 3 混流式 4 斜流式 5 切击式（二）水轮机的过流部件 1 引水室 2 导水机构 3 转轮 4 尾水管 5 喷嘴与喷针第18页，共19页。三、叶片泵、风机与压缩机的结构（一）叶片泵、风机与压缩机整体结构 1 单级单吸悬臂式离心泵 2 单级离心式风机 3 单级双吸水平中开式离心泵 4 节段式多级泵 5 废气增压涡轮机组 6 多级离心式压缩机 7 航空发动机用离心压缩机 8 立式轴流泵 9 多级轴流式压缩机（二）水轮机的过流部件 1 吸入室 2 叶轮 3 压水室与扩压元件第19页，共19页。
