文档介绍：流体力学与流体机械 (十四)
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第十四章其它常用泵与风机
第一节轴流式泵与风机
第二节活塞泵
第三节水环式真空泵
第一节轴流式泵与风机
内容提要
一、工作原理
二、性能曲线
三、轴流式泵与风机的调节
四、常用轴流式泵与风机介绍
第一节轴流式泵与风机
如前所述,轴流式泵与风机与离心式相同,都是通过高速旋转的叶轮对流体做功,使流体获得能量。它的特点是流体轴向流入,轴向流出,没有沿径向的运动,在理论压头公式(11-11)中(u22-u12)/2g项为零。因此,它所产生的压头远低于离心式。轴流式泵与风机适用于大流量、小压头的情况,属于高比转数范围。
一、工作原理
轴流式泵与风机的主要构造见图14-1。叶轮由叶片与轮毂组成,叶片以一定的安装角固定在轮毂上,轮毂固定在转轴上。由轴带动在机壳内高速旋转。
第一节轴流式泵与风机
图14-1 轴流式泵与风机示意图
1-轴;2-轮毂;3-叶片;4-机壳
第一节轴流式泵与风机
图14-2 进口与出口速度图
第一节轴流式泵与风机
流体质点轴向流入叶轮,随叶轮旋转做圆周运动,圆周速度为u。同时沿叶片做相对运动,相对速度为w,并沿轴向流出叶轮。圆周运动与相对运动合成为绝对运动,绝对速度为c=u+w。由于流体没有沿径向的运动,因此它的绝对速度c可以分解为:沿圆周切线方向的切向分速度cu及沿轴线方向的轴向分速度ca。见图14-2。
因为流体质点从叶轮进口到出口始终在同一半径的圆周上运动,故进口圆周速度与出口圆周速度相等,即
(14-1)
式中r为流体质点所在的半径。
第一节轴流式泵与风机
叶轮的进口过流面积与出口过流面积相等,如不考虑叶片厚度的影响,过流面积为
(14-2)
式中D为叶轮外径,d为轮毂直径。
叶轮进口轴向分速度ca1与出口轴向分速度ca2相等,即
(14-3)
式中QT为理论流量。
因u1=u2=u,ca1=ca2=ca,则进口速度图与出口速度图可以画在一起,见图14-2。
第一节轴流式泵与风机
轴流式泵与风机的理论压头与离心式相同,可用欧拉方程式表示,即
(14-4)
为了得到最大的压头,选择进口安装角1,使cu1=0。因此,在设计工况下有
(14-5)
轴流式叶轮不同半径处的圆周速度不同(见式14-1),流体获得的能量不相等。r较大的地方u较大,产生的压头也较大。能量分布的不均匀,增加于能量损失,降低了效率。为了避免
第一节轴流式泵与风机
这种情况,使不同半径处压头大致相等,需要在不同半径处,采用不同的出口安装角2。由于
(14-6)
在半径大的地方采用较小的2,使ucu2大致保持常数,于是整个叶轮出口截面上的压头基本保持均匀分布。
轴流式泵与风机的叶片,由于不同半径处采用不同的出口安装角,经常做成扭曲的形状。