第二章叶片式流体机械概述详解.ppt

西华大学 宋文武 教授 第二章 叶片式流体机械概述 何谓叶片式流体机械 叶片式流体机械能量传递图 当倾斜平板在流体中运动时，由于平板的作用，流体沿平板流动的同时，还获得了与平板运动方向垂直的加速度，即从平板处获得了能量。那么处于这种状态的平板在流体力学中叫做机翼，在流体机械中被称作叶片（blade)。在实际使用中，一般将一定数目的叶片布置在一个圆周或一个圆柱面上组成所谓的转轮（runner)或叶轮( impeller)，并通过转轮（叶轮）转动来实现叶片与流体间的能量转换。 一、叶片式流体机械的特征 具有一个带叶片的转轮（叶轮）； 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； 具有一个静止叶栅（大多数流体机械均有）。 当流体连续绕流转轮（叶轮）叶片时，由于流体与叶片的相互作用力，即当流体的惯性力作用于转动的叶片上，而对转轮轴心线产生力矩，形成功率，这就是叶片式流体机械中流体与流体机械进行能量转换的过程。 二、分类 流体具有的机械能 一般根据流体机械在能量转换过程中主要是何种能量发生变化而将叶片式流体机械分成了两大类：反击式和冲击式。 1、反击式：流体的动能和势能发生变化； 2、冲击式：仅流体的动能发生变化； 水轮机（泵） 反击式水轮机在整个工作过程中，转轮是浸在有压的水流中，且P1P2 ，反击式水轮机获得的机械能是通过水流的动能和压能转换得来的。比较起来，通常水流进入转轮的流速较小，即水流中包含的动能成分很小，可进一步说反击式水轮机主要是以水流压能进行工作的。 冲击式水轮机在工作过程中，转轮只有部分充水（转轮处于大气中，它是靠高速水流“冲击”转轮作功的，即冲击式水轮机仅利用水流的动能，在进入转轮进口之前，具有压力的水流已全部转换成了动能（由喷咀）。 按转轮区域中液流流动方向 反击式 冲击式 三、关于水轮机（泵）在国民经济中的用途 在河道上 修建水电站，水流——上游水库——引水钢管——水轮机 ——尾水管——排进下游河道。 当水流通过水轮机的中心部分时，转轮会转动起来，并带动和水轮机同轴连接的发电机轴也旋转起来。这正是由于水流和水轮机转轮叶片的相互作用，使水流的能量转换成转轮的旋转机械能，再通过主轴传给发电机，带动发电机转子也旋转起来，在发电机定子中感应出电势，带上外载负荷后就可以输出电流，最后通过输变电设备向电网送电。 从上述水电站的大致工作情况可看出，水轮机是水电站的主要动力设备之一（作为发电机的原动力部分）。一般把这种将水流能量转换为机械能的机器定义为水力原动机。 水泵是把原动机（如电动机）传给的机械能转换成抽送液体的能量的机器。所以水泵被称作为工作机（流体输送机）。 既然水轮机是作为一种原动机，那么水电站就是把水能这个一次性能源转换成二次能源。 它与主要以煤作为燃料的火电厂（热电厂）相比，水力发电特点： 1、成本低、效率高不污染环境； 2、起动迅速，事故应变能力强； 3、具有同时性，动态平衡性。 如建相同容量的水、火电站，水电站投资明显高于火电厂——水工建筑。水电厂建设周期长，但一旦投入运行，很短时间即可把成本回收，而且管理简单，事故少，效率高除开日常维护费用外，就可以获净利润。一般水电价只占火电价的1/4。另外水电站有一个最大特点是机组起动迅速，当电网的负荷变化很大时，可以起动水轮发电机组马上投入运行。 通常，电力生产和电力消费水平，标志着一个国家和地区技术经济发展水平。过去我们国家的电力生产布局一直是以火电为主，但是从长远观点来看，常会出现能源短缺（煤、油、气）等的危机。中国人口在增长，工农业生产要发展，人们的物资生活也在向电气化方向发展，明显暴露出电力供不应求的矛盾，所以中央早已作出了把开发水力资源，放在优先位置，发展水电来解决电力紧张局面。 我们国家的水力资源丰富，居世界第一位，按500KW以上的可开发水电统计，对水力资源的可开发电力为3.92亿万千瓦，已开发量20% ，对于发达国家比如美国已开发量达60~90%。这说明我国对水力资源的利用率相当低。尤其是从1910年到解放前的四十年中，除了在被日本侵占过的东北和台湾修了几座中型水电站及十几座小型