第一章 叶片式泵与风机的基本理论

叶片式泵与风机流体的基本流动理论滨州市技术学院李静 256600研究流体在泵与风机内的流动规律要从泵与风机的原理和性能入手，就是要，进而找出流体流动与各过流部件几何形状之间的关系，确定适宜的流道形状，从而得到符合要求的水力（气动）性能。

一、流体在叶轮内的流动分析（一）叶轮流道的流动分析假设1、叶轮的结构组成：1——前盖板；2——后盖板；3——叶片；4、5——叶片进口、出口。

2、流动分析假设由于流体在叶轮内流动相当复杂，为了分析其流动规律，常作如下假设：（1）具有无穷多、厚度无穷薄叶片的叶轮称为理想叶轮，具有这种叶轮的叶片式泵与风机称为理想叶片式泵与风机。

由于叶片型线的约束，叶片型线与流体的运动轨迹重合。

（2）流体为理想流体，即忽略了流体的内摩擦力。

因此可不考虑由于粘性而引起的叶轮内的流动阻力损失。

（3）流动为稳定流的缓变流，即流动不随时间和空间位置的变化而变化。

（4）流体认为是不可压缩流体，这和电厂的实际情况相仿，因为液体在很大压差下体积变化甚微，而气体在压差很小时体积差值可以忽略不计。

（5）流体在叶轮内的流动是轴对称的流动。

即认为在同一半径的圆周上，流体微团有相同大小的速度。

因而，每层流面把一条流线作为研究对象即可。

（二）理想叶轮内流体的运动流体通过理想叶轮时候，流线与叶片的型显形状一致。

因此，假如旋转的叶轮的出口是封闭的，则轮内流体将随叶轮旋转作圆周运动，即为叶轮的圆周速度。

如果静止叶轮的出口通畅，则流入叶轮的流体将沿叶片的方向从进口到出口作相对于叶轮的运动，就是叶轮的相对速度。

所以，当理想叶轮旋转且出口畅开时，轮内流体一方面作圆周运动，同时又作相对运动。

它相对于静止的泵与风机的壳体的运动就是由这两种运动复合而成，称为绝对运动。

绝对运动等于圆周速度与相对速度的向量和，旋转且出口畅开的叶轮内任意点流体质点的运动状态都可以用这三个速度向量组成的向量三角形，即速度三角形表示。

二、理想轴流式泵与风机叶轮内流体的运动分析（一）叶轮流道流动分析假设流体在轴流式泵与风机叶轮内的流动同样是十分复杂，因此，为了使问题便于研究，通常根据轴流式泵与风机叶轮内流体轴向流入与流出叶轮的特点，将理想轴流式泵与风机叶轮内不可压缩流体的运动作如下简化：（1）研究对象为不可压缩流体。

第八章叶片式泵与风机的理论第一节离心式泵与风机的叶轮理论离心式泵与风机是由原动机拖动叶轮旋转，叶轮上的叶片就对流体做功，从而使流体获得压能及动能。

因此，叶轮是实现机械能转换为流体能量的主要部件。

一、离心式泵与风机的工作原理泵与风机的工作过程可以用图2—l来说明。

先在叶轮内充满流体，并在叶轮不同方向上取A、B、C、D几块流体，当叶轮旋转时，各块流体也被叶轮带动一起旋转起来。

这时每块流体必然受到离心力的作用，从而使流体的压能提高，这时流体从叶轮中心被甩向叶轮外缘，，于是叶轮中心O处就形成真空。

界流体在大气压力作用下，源源不断地沿着吸人管向O处补充，而已从叶轮获得能量的流体则流人蜗壳内，并将一部分动能转变为压能，然后沿压出管道排出。

由于叶轮连续转动，就形成了泵与风机的连续工作过程。

流体在封闭的叶轮中所获得的能（静压能）：上式指出：流体在封闭的叶轮内作旋转运动时,叶轮进出口的压力差与叶轮转动角速度的平方成正比关系变化；与进出口直径有关，内径越小，外径越大则压力差越大，但进出口直径均受一定条件的限制；且与密度成正比关系变化，密度大的流体压力差也越大。

二、流体在叶轮内的运动及速度三角形为讨论叶轮与流体相互作用的能量转换关系，首先要了解流体在叶轮内的运动，由于流体在叶轮内的运动比较复杂，为此作如下假设：①叶轮中叶片数为无限多且无限薄，即流体质点严格地沿叶片型线流动，也就是流体质点的运动轨迹与叶片的外形曲线相重合；②为理想流体，即无粘性的流体，暂不考虑由粘性产生的能量损失；③流体作定常流动。

流体在叶轮中除作旋转运动外，同时还从叶轮进口向出口流动，因此流体在叶轮中的运动为复合运动。

当叶轮带动流体作旋转运动时，流体具有圆周运动(牵连运动)，如图2—3(a)所示。

其运动速度称为圆周速度，用符号u表示，其方向与圆周切线方向一致，大小与所在半径及转速有关。

流体沿叶轮流道的运动，称相对运动，如图2—3(b)所示，其运动速度称相对速度，符号w表示，其方向为叶片的切线方向、大小与流量及流道形状有关。

《流体机械》部分第一章 泵与风机的分类及工作原理1、泵与风机的分类基工作原理2、泵与风机的特性参数水泵：流量，扬程H （单位重量的液体在泵内所获得的总能量，单位为m ），转速，功率（轴功率、有效功率()1000kW Na HQ γ=），效率，允许吸上真空度。

风机：风量，风压P （单位体积的气体在风机内所获得的总能量，单位为Pa ），转速，功率（轴功率、有效功率()1000kW Na HQ =），效率。

第二章 泵与风机的基本理论1、速度三角形2、离心式泵与风机的基本方程式 （1）理论流量：222T r Q D b c ψπ=（2）叶片无限多时的理论压头基本方程：()22111T u u H u c u c g∞=± 222222211221222T u u w w c c H g g g∞---=++（3）叶片出口安装角对压头分配的影响（前弯290β> 、径向290β= 、后弯290β< 叶片叶轮的性能）3、离心式泵与离心风机的典型特性曲线4、轴流风机的速度三角形和基本方程式()21T u u uH c c g=±，()21T u u P u c c ρ=± 5、轴流通风机的特性曲线（特点）全压特性曲线静压特性6、泵与风机的相似理论（1）相似条件：几何形似、运动相似、动力相似（含义）（2）相似定律：彼此相似的泵或风机在相似工况点的压头、流量、功率之间的比例关系，利用相似定律可以将依据模型实验的结果推算出实物的特性，以及当工作介质、转速发生变化后的特性。

2222m m m m D P n P n D ρρ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭322m m m D Q n Q n D ⎛⎫= ⎪⎝⎭3522m m m m D N n N n D ρρ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（3）比例定律：当泵或风机转速变化时，对应工况点的压头、流量和功率分别按转速比的平方、一次方和三次方而变化。