《能源动力装置基础》02a.ppt

第二章 叶轮机械的基本理论 在实际叶轮机械中的流动是非常复杂的：是三元、不稳定的粘性流动，还有可能是超音速的流动。同时，叶轮机械的几何形状和尺寸也是非常复杂的。为了分析方便，往往对复杂的流动进行简化处理，如在流体机械中的流动是： （1）稳定流动：即流体通过计算面某一点的参数不随时间的变化而变化。 （2）一元流动：即流体通过计算面时，其参数只沿流动方向变化，而在与流 动方向相垂直的截面不变化。 （3）和外界没有热交换：即绝热流动。 （4）不考虑粘性的局部影响, 只考虑整体上的能量损失。 这样简化处理之后，能够满足工程要求。 3. 轴流式工作机 单级轴流通风机（图2-6）：其通流部分由集风器、叶轮、导叶和扩散管组成。 4. 原动机和工作机联合装置： 透平膨胀机（图2-7） 从压缩机来的高温、高压空气通过透平膨胀机，其温度下降，在膨胀机叶轮上的作功由制动风机叶轮所消耗。如图所示，两叶轮完全对称，为径—轴流式、单级、单吸。 二、级 叶轮机械的级是由一组固定的导向叶片（静叶栅、喷嘴叶栅）和一组安装在动叶轮上一组动叶片所组成。它是叶轮机械最小的工作单元。 图2-10为叶轮立体图；叶轮是流体（工质）能量与外界机械功进行传递的唯一部件。 第二节 流体在叶轮中的运动分析 一、叶轮流道投影图 左图的叶片一般为空间曲面，是关于轴对称的，故用柱面坐标表示为方便。用z轴表示轴向，r为半径方向，θ为圆周方向。则叶片表面可用曲面方程表示 * 第一节 叶轮机械的典型结构 一、典型结构 叶轮机械有汽轮机、燃气轮机、叶轮泵、透平压缩机、风机，其结构大体相同，也有区别，其共同特点： 离心式工作机 单级单吸离心泵和通风机（图2—1，图2—2）：其通流部分由吸入口（进气口）、叶轮、涡壳组成。两轴承在叶轮的一侧，叶轮悬臂，流体轴向吸入。液体机械，多为铸件或锻件；风机一般为薄板冲压后焊接成型。 工作过程：工作机由电动机带动旋转，在叶片作用下，形成吸入力，使叶轮中的流体获得能量，进入涡壳，此时流体速度降低，压力升高，然后从扩散管流出。由于叶轮连续运转，流通就不断地由叶轮吸入和排出，转轴的机械能就不断地转换为流体的压力能和速度能。 双吸单级离心泵（图2-3）：其通流部分由吸入口（进气口）、叶轮、涡壳组成。其叶轮相当于两个单吸叶轮背靠背联成一体，流体从叶轮两侧吸入，故吸入流量大。这种结构的吸入室复杂，流体常常是径向流入。 多级离心泵（图2-4） 图2-4为4级离心泵，有4个叶轮、吸入室、涡壳和4个径向导叶和反导板组成。多级机器的功率大。 双吸单级离心通风机、鼓风机和多级离心压缩机和泵结构类似。 轴流式原动机（图2—5） 图2—5所示为单级汽轮机示意图。具有一定压力、温度的蒸汽首先在喷嘴中膨胀加速，其压力降低、温度降低，速度增加。将热能转换成高速汽流的动能；然后进入动叶通道，汽流受到动叶形状的阻碍，改变方向，产生对叶片的作用力，推动叶轮旋转做功。完成能量转换过程。 （图2-5） 工作过程：气流进入集流器（吸入室），在叶轮中得到能量，在导叶3内速度减小，压力提高，改变方向，最后在扩散管内进一步减小速度，压力进一步提高。 增压器 （图2-8）所示为内燃机用的增压器，由由吸入口、叶轮、叶片扩压器和涡壳组成。增压器由膨胀机（右边所示）拖动。 航空涡轮喷气发动机（图2-9）：其中有17级的轴流压气机和3级轴流式气轮机（涡轮）每一级都有各自的导向叶片。 图2-10为径流式级{（a)为压缩机械，（b)膨胀机械。}；其中，压缩机械是外界输入机械功给流体；膨胀机械是流体对外输出机械功。 图2—11轴流式级，实线方向为压缩机械，虚线方向为膨胀机械。 通风机和泵常用单级结构，即一个进气室、一个叶轮、一个涡壳组成。径流式涡轮机也多用单级结构。但单级机器出口压力小，须采用多级串联形式。如多级汽轮机、多级压缩机。 （2-1） 叶片上任意一点的空间位置，可用坐标（ ）表示。 轴面投影图和平面投影图：轴面是指过叶轮轴线的平面（子午面）。轴面投影图是将每一点绕轴线旋转一定角度到同一轴面而成。 二、流体在叶轮中的流动速度 在圆柱坐标系中，任意矢量可用其在三个方向上的分量表示。速度矢量c分解为圆周、径向和轴向三个分量 （2—2） 径向分量和轴向分量的合成为 （2—3） 称为轴面速度，它和圆周速度合成速度矢量 （2—4） 各分量均为正交，故有 （2—5） 叶轮的流线为空间曲线，