叶轮机械原理 71.ppt
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叶轮机械原理_第五章
发出音调低而沉闷的放炮声；
非常强烈的机械振动；转速不稳定。 喘振时，其气流脉动频率和脉动振幅与流路容积特性 相关，频率低、强度大。 只要具备一定的出口高反压管路系统，旋转失速基本 上会成为喘振的前奏。
25
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
失速裕度的定义
流量稳定裕度 增压比稳定裕度 综合稳定裕度的定义
27
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
（2）压气机中间级放气
28
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
（3）可调进口导流叶片和静子叶片
29
第五章 轴流压气机性能特性
（4）双转子压气机工作原理
• 若工作压比高于设计值，此时流道收缩太慢，轴向速 度逐级加速变小； • 若工作压比低于设计值，此时流道收缩太快，轴向速 度逐级加速变大。
4
上节课内容回顾
四类非设计工况分析
G A1 1c1a A2 2c2a Az z cza
p const
c1a＝
c1a
u1
n
c za＝
16
5.3 轴流压气机相似准则的应用
求解：
（1） “加零级”设计的相似准则是
G T0 / p0
n / T0
在什么截面上应用如下等式？
G T1* G ` T1* ` * * P P 1 1 `
n T
* 1
n` T1* `
问：是否满足雷诺数大于2×105？
17
5.3 轴流压气机相似准则的应用
Maa0 , Mau1
q(a0 )，u1
G
T0 / p0 , n / T0
2
上节课内容回顾
单级压气机的实验特性曲线
叶轮机械原理第二章+基本方程
Lad
2 1
1
dp
k
k 1 RT1
p2 p1
k
1
多变压缩过程：过程中存在损失和热交换，产生了多变指
数 p / n 常数
n=k时，绝热过程 n=1时，等温过程
多变压缩功
n1
Lpol
2 1
1
dp
n
n
1
RT1
Lf
0
机械能形式的能量方程
2 dp w22 w12
1
2
Lf
0
➢ 压气机： >0 <0 >0
气体的相对动能减少，用于克服流阻和压缩功
➢ 涡轮： <0 >0 >0
膨胀功用于克服流阻和增加气体的相对动能
➢ 机械能形式的能量方程没有显式地反映气体与 外界热量交换的情况，但对与外界有或无热量 交换的流动过程都是适用的。气体与外界的热 量交换对压缩功或膨胀功项有影响，进而会影 响到气体绝对和相对动能变化量的大小
T
v
2k RT *
k 1
其中K为综合常数，
k=1.4 ,R=287.06J/(kg·K)时， K=0.0404sK0.5/m;
k=1.33,R=287.4 J/(kg·K)时，K=0.0397
0.5
连续方程
如果在叶轮机中沿轴向任一截面Ai上气流参数 是均匀的，即一维流动（气体参数仅沿流动方向发
叶轮机械原理
第二章 气动热力学基本方程 在叶轮机械中的应用
➢ 在气体动力学和工程热力学中已介绍过描述气 体运动的基本方程（三大守恒）
➢ 连续方程
叶轮机械原理-第二章单级蒸汽透平
透平级
进汽管路
前后 轴承
汽封 汽缸
转子
排汽管路
② 从流动过程、能量转换的损失、作功上：
蒸汽流程： 透
级前→喷管→动叶1→导叶→动叶2→级后
涉 及: 平
级通流部分中的流动情况和能量转换
考 虑: 级
级的喷管/动叶1/导叶/动叶2/余速损失
功率和效率：轮周功率和轮周效率
单 级
蒸汽流程：阀前→主汽阀→调节阀→进汽部分 →透平级→排汽部分→汽缸外
④ 辐流式速度级透平 → 只适用于功率要求很小的场合。
图2.6 辐流式汽轮机纵剖面图
◆ 单级透平的损失、功率和效率
单 → 包含主汽阀、进排汽部分、透平级等许多零部件。 级 → 蒸汽流经的路程和零部件多。 透 → 由于结构和流动而产生能量损失的地方也多， 平 导致能量转换效率低。
① 节流损失
◆ 进汽节流损失： 原 因：是由于进汽阀门和进汽管道引起的能量损失。
图2.8 汽轮机机械效率与有效功率的关系曲线
表 2.1 双列复速级透平的损失、功率和效率对应表
损失名称及损失项目
符 号 计算根据 单 位
效率和功率名称
节流 进汽节流损失
损失 排汽节流损失
透 透
平 平
损级
轮
流 喷管损失
周
动 动叶Ⅰ损失
损
失
损 导叶损失
失
动叶Ⅱ损失
u
…… 余速损失
损 结构损失 失 失 轮面摩擦损失
影响因素：与排汽管的直径和结构、排汽速度有关。
计算公式：
pk
pk
pk
cex
2
100
pk
图2.7 多级汽轮机示意图和焓-熵图
泵与风机课件--泵与风机的叶轮理论
送
叶轮类型包括 离心式、轴流 式、混流式等， 适用于不同的 流体输送场景
叶轮的分类
离心式叶轮：叶片沿径向分布，适用于低压、大流量场合
轴流式叶轮：叶片沿轴向分布，适用于高压、小流量场合
混流式叶轮：叶片沿径向和轴向混合分布，适用于中压、中流 量场合
旋流式叶轮：叶片沿径向和轴向旋转分布，适用于高压、大流 量场合
铸造工艺：砂型铸造、金属型铸造、离心铸造等 材料选择：不锈钢、铸铁、铝合金、铜合金等 铸造方法：重力铸造、低压铸造、高压铸造等 材料性能：耐磨性、耐腐蚀性、耐热性等 铸造缺陷：气孔、缩孔、裂纹等 铸造工艺优化：提高铸造质量，降低成本，提高生产效率
焊接工艺与材料选择
焊接工艺：包括电弧焊、激光焊、电子束焊等 材料选择：根据叶轮的工作环境和性能要求选择合适的材料，如不锈钢、铝合金、钛合金等 焊接质量控制：通过无损检测、金相分析等方法确保焊接质量 焊接工艺优化：通过优化焊接参数、改进焊接设备等方法提高焊接效率和质量
斜流式叶轮：叶片沿斜向分布，适用于低压、中流量场合
轴向流叶轮：叶片沿轴向分布，适用于低压、大流量场合
叶轮的工作原理
叶轮是泵与风机的核心部件，负责将流体能量转化为机械能
叶轮由叶片和轮毂组成，叶片负责将流体能量转化为机械能，轮毂负责支撑叶片
叶轮通过旋转将流体吸入，加速，排出，பைடு நூலகம்现流体能量的转换 叶轮的工作原理涉及到流体力学、机械工程等多个学科领域
风压：气流通过叶轮的压力
叶片角度与风量、风压的关系：叶片角度越大，风量越大，风压越小；叶片角度越小， 风量越小，风压越大。
叶片形状对风量与风压的影响
叶片形状：影响 风量与风压的主 要因素
叶片形状与风量： 叶片形状不同， 风量也不同
叶轮类型包括 离心式、轴流 式、混流式等， 适用于不同的 流体输送场景
叶轮的分类
离心式叶轮：叶片沿径向分布，适用于低压、大流量场合
轴流式叶轮：叶片沿轴向分布，适用于高压、小流量场合
混流式叶轮：叶片沿径向和轴向混合分布，适用于中压、中流 量场合
旋流式叶轮：叶片沿径向和轴向旋转分布，适用于高压、大流 量场合
铸造工艺：砂型铸造、金属型铸造、离心铸造等 材料选择：不锈钢、铸铁、铝合金、铜合金等 铸造方法：重力铸造、低压铸造、高压铸造等 材料性能：耐磨性、耐腐蚀性、耐热性等 铸造缺陷：气孔、缩孔、裂纹等 铸造工艺优化：提高铸造质量，降低成本，提高生产效率
焊接工艺与材料选择
焊接工艺：包括电弧焊、激光焊、电子束焊等 材料选择：根据叶轮的工作环境和性能要求选择合适的材料，如不锈钢、铝合金、钛合金等 焊接质量控制：通过无损检测、金相分析等方法确保焊接质量 焊接工艺优化：通过优化焊接参数、改进焊接设备等方法提高焊接效率和质量
斜流式叶轮：叶片沿斜向分布，适用于低压、中流量场合
轴向流叶轮：叶片沿轴向分布，适用于低压、大流量场合
叶轮的工作原理
叶轮是泵与风机的核心部件，负责将流体能量转化为机械能
叶轮由叶片和轮毂组成，叶片负责将流体能量转化为机械能，轮毂负责支撑叶片
叶轮通过旋转将流体吸入，加速，排出，பைடு நூலகம்现流体能量的转换 叶轮的工作原理涉及到流体力学、机械工程等多个学科领域
风压：气流通过叶轮的压力
叶片角度与风量、风压的关系：叶片角度越大，风量越大，风压越小；叶片角度越小， 风量越小，风压越大。
叶片形状对风量与风压的影响
叶片形状：影响 风量与风压的主 要因素
叶片形状与风量： 叶片形状不同， 风量也不同
泵与风机课件2泵与风机的叶轮理论
叶轮振动的原因
叶轮的不平衡、转子弯曲、轴承 磨损等都会引起叶轮振动。
稳定性分析
对叶轮进行稳定性分析，可以判断 其在不同工况下的稳定性，避免发 生共振和失稳现象。
减振措施
为减小叶轮振动，可采取增加支撑 刚度、优化转子平衡等措施。
04
CATALOGUE
叶轮的应用与优化
叶轮在不同领域的应用
01
02
03
泵与风机课件2泵与风机的叶轮 理论
目 录
• 叶轮理论概述 • 叶轮的设计与制造 • 叶轮的性能分析 • 叶轮的应用与优化 • 叶轮的未来发展展望
01
CATALOGUE
叶轮理论概述
叶轮的基本概念
叶轮是泵与风机中的核心部件 ，主要由叶片和轮毂组成。
叶片的形状、大小、角度等参 数对泵与风机的性能有重要影 响。
叶轮的未来发展展望
新型叶轮材料的研究与应用
高强度轻质材料
利用新型复合材料和金属基复合 材料，提高叶轮的强度和减轻重 量，从而提高泵与风机的效率。
耐腐蚀和耐磨材料
研究和发展具有优异耐腐蚀和耐 磨性能的材料，提高叶轮的使用 寿命和可靠性。
先进制造技术在叶轮制造中的应用
精密铸造和锻造技术
利用精密铸造和锻造技术，制造出高 精度和高质量的叶轮，提高产品的稳 定性和可靠性。
叶轮的材料选择
高强度材料
耐腐蚀材料
为了满足叶轮的强度和刚度要求，应 选择高强度材料，如铸钢、不锈钢等 。
对于在腐蚀性环境中工作的叶轮，应 选择耐腐蚀的材料，如不锈钢、镍基 合金等。
轻质材料
为了减小叶轮的质量和转动惯量，提 高泵和风机的响应速度，可以选择轻 质材料，如铝合金、钛合金等。
叶轮的制造工艺
叶轮的不平衡、转子弯曲、轴承 磨损等都会引起叶轮振动。
稳定性分析
对叶轮进行稳定性分析，可以判断 其在不同工况下的稳定性，避免发 生共振和失稳现象。
减振措施
为减小叶轮振动，可采取增加支撑 刚度、优化转子平衡等措施。
04
CATALOGUE
叶轮的应用与优化
叶轮在不同领域的应用
01
02
03
泵与风机课件2泵与风机的叶轮 理论
目 录
• 叶轮理论概述 • 叶轮的设计与制造 • 叶轮的性能分析 • 叶轮的应用与优化 • 叶轮的未来发展展望
01
CATALOGUE
叶轮理论概述
叶轮的基本概念
叶轮是泵与风机中的核心部件 ，主要由叶片和轮毂组成。
叶片的形状、大小、角度等参 数对泵与风机的性能有重要影 响。
叶轮的未来发展展望
新型叶轮材料的研究与应用
高强度轻质材料
利用新型复合材料和金属基复合 材料，提高叶轮的强度和减轻重 量，从而提高泵与风机的效率。
耐腐蚀和耐磨材料
研究和发展具有优异耐腐蚀和耐 磨性能的材料，提高叶轮的使用 寿命和可靠性。
先进制造技术在叶轮制造中的应用
精密铸造和锻造技术
利用精密铸造和锻造技术，制造出高 精度和高质量的叶轮，提高产品的稳 定性和可靠性。
叶轮的材料选择
高强度材料
耐腐蚀材料
为了满足叶轮的强度和刚度要求，应 选择高强度材料，如铸钢、不锈钢等 。
对于在腐蚀性环境中工作的叶轮，应 选择耐腐蚀的材料，如不锈钢、镍基 合金等。
轻质材料
为了减小叶轮的质量和转动惯量，提 高泵和风机的响应速度，可以选择轻 质材料，如铝合金、钛合金等。
叶轮的制造工艺
离心泵叶轮水力设计讲解ppt课件.ppt
S
Su
sin
sin
1 ctg 2
sin 2 cos2 ctg 2 cos2 sin 2
1 ctg 2 (1 cos2 ) 1 ctg 2
sin 2
sin 2
Sm
S
cos
1 ctg 2 cos2 cos2
1 tg 2 ctg 2
Sr Sm sin 1 tg 2 ctg 2 sin
可根据汽蚀比转数选取
5.62n Q C
NPSH3r / 4
离心泵设计
离心泵设计
四、计算比转数ns，确定 水力方案
3.65n Q ns H3/4
离心泵设计
在确定比转数时应考虑下列因素 • ns=120~210的区间，泵的效率 最高，ns〈60的效率显著下降 • 可以采用单吸或双吸的结构形 式来改变比转数的大小
tg1'
v m1 u1 v u1
ｖｕ１由吸水室的结构确定。对直锥形吸水 室ｖｕ１＝０；对螺旋形吸水室，可按经验 公式确定各流线的ｖｕ1值。
离心泵设计
K vur m3 Q2n
式中 ｍ＝0.055～0.08，nｓ小取小值。
叶片进口轴面速度
v m1
Q v F1k1
k1
1
ZSu D1
1
ZS1 D1sin 1
第三节 速度系数设计法
比转数相等的泵的速度系数是相等 的。不同的比转速就有不同的速度系数。 我们以现有性能比较好的产品为基础， 统计出离心泵的速度系数曲线，设计时 按ｎＳ选取速度系数，作为计算叶轮尺 寸的依据，这样的设计方法就叫做速度 系数设计法。
离心泵设计
叶轮主要几何参数有：
• 叶轮进口直径D0 • 叶片进口直径D1 • 叶轮轮毂直径dh • 叶片进口角β1
叶轮机械原理第二章 基本方程..
叶轮机械原理
第二章 气动热力学基本方程 在叶轮机械中的应用
在气体动力学和工程热力学中已介绍过描述气 体运动的基本方程（三大守恒）
连续方程 热焓形式的能量方程 机械能形式的能量方程 热力学第一定律方程 （广义伯努利方程） 动量方程（欧拉方程） 动量矩方程（叶轮机欧拉方程）
本章重点介绍上述方程在叶轮机械中的应用
i1w i2 w 2 w12 w2 c pT1 c pT2 2 2
热力学第一定律方程
热力学第一定律
dq c p dT 1
dp di
1
dp
在叶轮机中，气体微团从截面1运动到截面2， 气体从状态1变化到状态2，过程积分
q i2 i1
n 1 n 2 1 p n dp RT1 2 1 1 p1 n 1
机械能形式的能量方程
气体压缩过程——焓熵图
热力学第二定律： dq Tds 热力学关系式： ds
cp T dT R dp p
s2 s1 c p ln T2 T1
2
1
p 1 pd( ) RTd( ) RT ln 1 RT ln 2 1 2 p1
1
2
故，压缩功 Lis 1
2
1
dp RT ln
p2 p1
机械能形式的能量方程
绝热压缩过程：过程与外界无热交换且无损失，即 qe q f =0
p / k 常数
vu
扭速
Lu u vu
第二章作业
以两种不同形式的能量方程(热焓形式和机械能 形式)解释涡轮中的能量转换 判断压气机转子所受轴向力是向前还是向后， 并解释之
第二章 气动热力学基本方程 在叶轮机械中的应用
在气体动力学和工程热力学中已介绍过描述气 体运动的基本方程（三大守恒）
连续方程 热焓形式的能量方程 机械能形式的能量方程 热力学第一定律方程 （广义伯努利方程） 动量方程（欧拉方程） 动量矩方程（叶轮机欧拉方程）
本章重点介绍上述方程在叶轮机械中的应用
i1w i2 w 2 w12 w2 c pT1 c pT2 2 2
热力学第一定律方程
热力学第一定律
dq c p dT 1
dp di
1
dp
在叶轮机中，气体微团从截面1运动到截面2， 气体从状态1变化到状态2，过程积分
q i2 i1
n 1 n 2 1 p n dp RT1 2 1 1 p1 n 1
机械能形式的能量方程
气体压缩过程——焓熵图
热力学第二定律： dq Tds 热力学关系式： ds
cp T dT R dp p
s2 s1 c p ln T2 T1
2
1
p 1 pd( ) RTd( ) RT ln 1 RT ln 2 1 2 p1
1
2
故，压缩功 Lis 1
2
1
dp RT ln
p2 p1
机械能形式的能量方程
绝热压缩过程：过程与外界无热交换且无损失，即 qe q f =0
p / k 常数
vu
扭速
Lu u vu
第二章作业
以两种不同形式的能量方程(热焓形式和机械能 形式)解释涡轮中的能量转换 判断压气机转子所受轴向力是向前还是向后， 并解释之
叶轮机械原理第五章ppt文档
n / T0
在什么截面上应用如下等式？
G
T1*
G`
T1* `
P1*
P1* `
n n`
T1*
T1* `
问：是否满足雷诺数大于2×105？
5.3 轴流压气机相似准则的应用
➢求解：
（2）“零级”后的总温为：
k 1
T 1 ' T 1 (*' k 1 )/ 'T 1 3K 51
满足相似准则所需达到的新转速、流量：
❖第二类是单纯气动现象，它也会激发叶片的振动，但 这种叶片振动性质属于他激振动。 ❖第二类非稳定工况又分为两种：一是旋转失速或称旋 转分离；另一种是喘振现象。二者既有差别又有联系。
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
➢一，旋转失速
➢当转速一定而空气流量减少时，就会引起转子动叶攻角 的增加。空气流量减少到一定程度就能观察到不稳定流动， 同时压气机发出特殊叫声，振动也增大。在转子后测得的 流场表明，有一个或多个低速气流区以某一转速沿动叶旋 转方向转动，这种非稳定工况被称为旋转失速。
n n`
T1*
T1* `
n' 1.104n
G
T1*
G`
T1* `
P1*
P1* `
G' 1.81G
5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
➢5.4 压气机的不稳定工况与扩稳
❖不稳定工况的分类
❖压气机非稳定工况可以分为两大类。第一类属于气 动弹性现象，这时叶片的振动属于自激振动，这种现 象被称之为颤振。这种现象不在这里介绍。
➢1，利用好的原型压气机进行缩放设计 ❖一台性能良好的多级压气机可以按相似准则进 行放大或缩小，应用到所需要的新机种中去。
热力叶轮机械原理第二章 单级蒸汽透平2
2019/11/1
27
双列复速级蒸汽透平的热力计算
四排叶栅采用的叶型：
喷 管 叶 栅：C-9012A叶栅，b1 44mm B1 30mm
第一列动叶栅： b2 B2 25mm
转 向 导 叶：P-3021A叶栅,
b1 B1 25mm 第二列动叶栅： b2 B2 25mm
叶轮摩擦损失原因
A-A 截面
径 向
汽缸壁面 静止
叶轮壁面 旋转
周向
② 叶轮两侧的旋涡区，产生涡流，也消耗一部 分轮周功。
2019/11/1
3
摩擦损失、鼓风损失和弧端损失
叶轮摩擦损失概述
摩擦损失：克 的轮服周叶功轮。摩擦阻力和涡流所消耗
摩擦损失位置：叶轮的两个端面/叶轮前后 的两个空间。
摩擦损失功率的计算方法（通常用实验方法 来确定）：
30mm
e f
v
在一起，就可得相对内效
率与速比的变化曲线。
0 0.1 0.2 0.3 0.4 xa
双列复速级 oi 曲线
2019/11/1
18
级的相对内效率
2） f 、 v 、en 对相对内效o率i
的
影响
① 级相对内效率 < 轮周效
率；
0i u
较大A1 较小A1
u
(xa )opt 1
三排叶栅中。得到：
hs 261.30.9 235kJ / kg p1 1.57MPa
1 1.57 / 3.5 0.449 0.45 v1 v1s 0.171m3 / kg
根据：Gv1s 6.6 0.171 1.026m3 / s 必须采用较小的部分进汽度： e 0.25 则： xa 0.25
流体机械原理课件
流体机械原理课件
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2020/11/25
流体机械原理课件
•第一章 叶片式流体机械概述
•第一节 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）。
•水头与扬程表示每一牛顿（单位重量） 的液体通过机器时发生的能量的变化量
•问题2：水头与扬程的定义能否用在“神舟六号”上？
•可以引入一个与重力无关的定义，只需将 “重量”改为“质量”，这个定义称为能 量头
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流体机械原理课件
•2、不可压缩气体介质（通风机） •风压（全压与静压）
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流体机械原理课件
•第三节
•叶片式流体机械结构形式简 介
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流体机械原理课件
•过流部件（通流部件）和结构部件
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流体机械原理课件
•问题：单个叶轮的流量和能量头有没有限制？
•一、叶轮的配置方式，多级与多流，级的概 念
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流体机械原理课件
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•背靠背
流体机械原理课件
•二、水轮机的结构
•（一）水轮机的整体结构 •立式与卧式
•1、轴流式水轮机
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流体机械原理课件
•
导 水 机 构 活 动 导 叶
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•转 轮
•
Байду номын сангаас
固 定 导 叶 •蜗 壳
•尾水管
流体机械原理课件
•
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流体机械原理课件
•第一章 叶片式流体机械概述
•第一节 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）。
•水头与扬程表示每一牛顿（单位重量） 的液体通过机器时发生的能量的变化量
•问题2：水头与扬程的定义能否用在“神舟六号”上？
•可以引入一个与重力无关的定义，只需将 “重量”改为“质量”，这个定义称为能 量头
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流体机械原理课件
•2、不可压缩气体介质（通风机） •风压（全压与静压）
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•第三节
•叶片式流体机械结构形式简 介
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流体机械原理课件
•过流部件（通流部件）和结构部件
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流体机械原理课件
•问题：单个叶轮的流量和能量头有没有限制？
•一、叶轮的配置方式，多级与多流，级的概 念
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•背靠背
流体机械原理课件
•二、水轮机的结构
•（一）水轮机的整体结构 •立式与卧式
•1、轴流式水轮机
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流体机械原理课件
•
导 水 机 构 活 动 导 叶
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•转 轮
•
Байду номын сангаас
固 定 导 叶 •蜗 壳
•尾水管
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