泵與風(fēng)機的葉輪理論與性能(張勝亮)

1、第二節(jié)泵與風(fēng)機的葉輪理論一、離心式泵與風(fēng)機的葉輪理論離心式泵與風(fēng)機是由原動機拖動葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪上的葉片就對流體做功，從而使流體獲得壓能及動能。因此，葉輪是實現(xiàn)機械能轉(zhuǎn)換為流體能量的主要部件。(1)離心式葉輪葉片型式對HT∞的影響一般葉片的型式有以下三種：葉片的彎曲方向與葉掄的旋轉(zhuǎn)方向相反，稱為后彎式葉片。葉片的出口方向為徑向，稱徑向葉片。葉片的彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，稱為前彎式葉片。前彎式葉片產(chǎn)生的能頭最大，徑向式次之，后彎式最小

2、。對流體所獲得的能量中動能和壓能所占比例的大小比較可知：后彎式葉片時，流體所獲得的能量中，壓能所占的比例大于動能；徑向式葉片做功時，壓能和動能各占總能的一般；前彎式葉片做功時總能量中動能所占的比例大于壓能。那么，對離心泵而言，為什么一般均采用后彎式葉片，而對風(fēng)機則可根據(jù)不同情況采用三種不同的葉片形式，其原因如下：在轉(zhuǎn)速n、葉輪外徑、流量及入口條件均相同的條件下，前彎式葉片產(chǎn)生的絕對速度比后彎式葉片大，而液體的流動損失與速度的平方成正比。

3、因此，當(dāng)流體流過葉輪及導(dǎo)葉或蝸殼時，其能量損失比后彎葉片大。同時為把部分動能轉(zhuǎn)換為壓能，在能量轉(zhuǎn)換過程中，必然又伴隨較大的能量損失，因而其效率遠低于后彎式葉片。反之，前彎式葉片有以下優(yōu)點：當(dāng)其和后彎式葉片的轉(zhuǎn)速、流量及產(chǎn)生的能頭相同時，可以減小葉輪外徑。因此，可以減小風(fēng)機的尺寸，縮小體積，減輕質(zhì)量。又因風(fēng)機輸送的流體為氣體，氣體的密度遠小于液體，且摩擦阻力正比于密度，所以風(fēng)機損失的能量遠小于泵。鑒于以上原因，在低壓風(fēng)機中可采用前彎式葉片

4、。二、軸流式泵與風(fēng)機的葉輪理論（一）、概述軸流式和離心式的泵與風(fēng)機同屬葉片式，但從性能及結(jié)構(gòu)上兩者有所不同。軸流式泵與風(fēng)機的性能特點是流量大，揚程(全壓)低，比轉(zhuǎn)數(shù)大，流體沿軸向流入、流出葉輪。其結(jié)構(gòu)特點是：結(jié)構(gòu)簡單，重量相對較輕。因有較大的輪轂動葉片角度可以作成可調(diào)的。動葉片可調(diào)的軸流式泵與風(fēng)機，由于動葉片角度可隨外界負荷變化而改變，因而變工況時調(diào)節(jié)性能好，可保持較寬的高效工作區(qū)。鑒于以上特點，目前國外大型制冷系統(tǒng)中普遍采用軸流式風(fēng)機

5、作為鍋爐的送引風(fēng)機、軸流式水泵作為循環(huán)水泵。今后隨著容量的提高，其應(yīng)用范圍將會日益廣泛。(二)、軸流式泵與風(fēng)機的葉輪理論1、翼型和葉柵的概念由于軸流式泵與風(fēng)機的葉輪沒有前后蓋板，流體在葉輪中的流動，類似飛機飛行時，機翼與空氣的作用。因此，對軸流式泵與風(fēng)機在研究葉片與流體之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系時，采用了機翼理論。為此下面介紹翼型，葉柵及其主要的幾何參數(shù)。翼型機翼型葉片的橫截面稱為翼型，它具有一定的幾何型線，和一定的空氣動力特性。翼型見圖：呈直

6、線關(guān)系變化，來決定。（1）后彎式葉輪，qVT增加時，逐漸減小，如圖2－30（a）所示；（2）徑向式葉片，qVT增加時，恒定，如圖2－30（b）所示；（3）前彎式葉片，qVT增加時，逐漸增大，如圖2－30（c）所示；以上的直線為理論的－qVT性能曲線。由于考慮到有限葉片數(shù)和粘性流體的影響，需對上述曲線進行修正?，F(xiàn)以β2a∞90o的后彎式葉片為例，分析曲線的變化。考慮實際流體粘性的影響，并減去因摩擦、擴散和沖擊而損失的揚程。除此之外，還需考

7、慮容積損失對性能曲線的影響，因此，還需減去相應(yīng)的泄漏量q，即得到實際揚程和流量的性能曲線qvH，如圖2－31中e線所示。對風(fēng)機的性能曲線qv－p分析和泵的qv－H分析相同。2、流量和功率（qv－P）性能曲線以后彎式葉輪為例，在流量與流動功率(qVTPh)曲線上加一等值的(實際上qV大時△Pm稍小些)機械損失功率△Pm再考慮到泄漏量的影響即得到qVP性能曲線。當(dāng)qVT=0時，軸功率不為零，由此，將流量為零的這一工況稱為空載工況，此時的功率

8、就等于泵與風(fēng)機在空轉(zhuǎn)時的機械損失功率△Pm和容積損失功率△PV之和。3、流量與效率（qv－η）性能曲線泵與風(fēng)機的效率等于有效功率與軸功率之比，即η＝PｅP＝ρｇqvＨ1000P由上式可見，效率η有兩次為零的點，即當(dāng)qv＝0時，η＝0，當(dāng)H=0時，η=0。因此，qvη曲線是一條通過坐標原點與橫坐標軸相交于qv＝qvmax點的曲線。這是理論分析的結(jié)果，實際上qv－H性能曲線不可能下降到與橫坐標軸相交，因而qv－η曲線也不可能與橫坐標軸相交。

9、如圖234所示，實際的qv－η性能曲線位于理論曲線的下方。曲線上最高效率ηvmax點，即為泵與風(fēng)機的設(shè)計工況點。性能曲線是制造廠通過實驗得到的。載入泵與風(fēng)機樣本，供用戶使用。以風(fēng)機為例，實際使用中，為方便起見，一般將上述曲線按同一比例畫在一張圖中，如右圖所示，不同型號的風(fēng)機，其性能曲線也不同。從圖中可以看出，在轉(zhuǎn)速不變的情況下，當(dāng)風(fēng)量發(fā)生改變時，風(fēng)壓隨風(fēng)量的增大而減?。还β孰S風(fēng)量的增大而增大；風(fēng)機效率存在一個最高值。相應(yīng)于最高效率下的風(fēng)

10、量、風(fēng)壓和軸功率稱為通風(fēng)機的最佳工況。在選擇風(fēng)機或風(fēng)機運行時，應(yīng)使其實際運轉(zhuǎn)效率不低于最高效率的90％。這也就確定了一臺風(fēng)機其風(fēng)量的允許調(diào)節(jié)范圍。4、離心泵與風(fēng)機性能曲線的分析（1）當(dāng)閥門全關(guān)時，工況為空轉(zhuǎn)狀態(tài)。這時候，空載功率Po主要消耗在機械損失上，而這會導(dǎo)致局部水溫迅速升高以致汽化。因此，為防止汽化，一般不允許在空轉(zhuǎn)狀態(tài)下運行（除特殊注明允許的外）。（2）離心泵與風(fēng)機，在空轉(zhuǎn)狀態(tài)時，軸功率最小，一般為設(shè)計軸功率的百分之三十左右，為