《水泵水力设计CH》PPT课件

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1、第五章轴流泵的水力设计主要内容轴流泵概述液体在叶轮中的运动分析机翼与叶栅的升力理论叶轮的设计计算导叶的设计计算吸水室的设计计算5-1轴流泵概述一、特点流量大、扬程低、比转速高Q：0.3～70(m3/s)当Q>8(m3/s)时，属大型轴流泵H：1.0～15(m)D:0.2～5(m)ns:500～1600例：南水北调东线，从长江调水1000m3/s，35座泵站，几乎全部用轴流泵二、结构型式按叶片的安放角度是否可调，分为：固定式叶片轴流泵：叶片固定在轮毂体上（一体结构），角度不可调半调节叶片轴流泵：停机拆下叶轮后可调整叶片的

2、角度全调节叶片轴流泵：借助调节机构，在泵运行时可自动调节叶片角度三、组成基本部件：1、叶轮2、导叶3、轴4、进水喇叭管5、出水弯管结构划分：调节机构转轮室轮毂体扩散管四、叶轮设计方法1、升力法以翼型的绕流特性并依据实验数据进行修正的叶片设计法，是一半理论、半经验的方法2、圆弧法利用无限薄的圆弧翼型叶栅代替叶片栅，借助绕流圆弧翼型叶栅的积分方程式的解，来计算叶片。程序简单、实用3、奇点分布法采用分布的奇点系列（涡、源、汇）代替叶片5-2流体在叶轮中的运动分析一、圆柱层无关性假定在叶轮中液体质点是在以泵轴线为中心的圆柱面上

3、流动，且相邻各圆柱面上液体质点的运动互不相关。即液体质点运动的Vr=0.圆柱面即是流面。二、直列叶栅因为无关性假定，所以，流动可简化为研究圆柱面上的流动，用dr截取微小圆柱层，取出后沿母线切开，展为平面，叶片截面（翼型）组成平面直列叶栅。考虑到翼型等距，所以，可视为平面无限直列叶栅。这样，轴流泵内的流动，可简化为研究对应几个圆柱流面的叶栅中的绕翼型的流动。叶栅的主要性能参数：1、列线——栅中翼型对应点的连线2、栅轴——与列线垂直的直线3、栅距——翼型间的距离t4、稠密度——翼弦l与栅距t之比5、安放角——翼弦与列线的夹

4、角βe6、冲角α——无穷远处来流方向与弦夹角7、叶轮直径D，轮毂直径dh三、速度三角形1、进口速度三角形2、出口速度三角形或：（进出口速度三角形可重叠画在一起）注意：一般3、在叶栅计算时，取叶栅前后相对速度W1，W2的平均值W∞，作为无穷远处来流的速度。Vm可用Vm’代替：其中：k为排挤系数，可按下式计：四、径向平衡理论由于沿半径方向上各个流面（基元级）上的流动不是相互独立的，因此，要建立之间的联系。本章引入如下简化（假定）：(1)介质的流动是理想的稳定流动，与外界没有热交换，并略去策略影响。(2)圆柱层无关性假定，即

5、(3)流动是轴对称的，即由达朗倍尔原理，作用在流体微元上的压力与离心力相平衡，则可推得：该式即为径向平衡方程（详细过程见教科书P.231，还可通过流体运动微分方程式来推导，自学推导过程）。由于假定了Vr=0,故称之为简化的径向平衡方程，据此条件的设计，叫简化三元设计。将压力p用扬程H表示后，有：五、流型与叶片扭曲规律流动参数沿径向的分布必须满足径向平衡方程，不能任意给定，但满足这个条件的分布并不是唯一的。流动参数沿径向的分布就称之为流型。不同流型所对应的叶片形状不同。常用的流型主要有：等环量级、等反作用度级、变环量级。

6、1、等环量级（自由旋涡级）等环量级或称自由旋涡级，是指环量Γ（或）沿半径方向不变。当假定各流面上的翼型产生相同的扬程，则由前式有：该结果也可由无旋运动微分方程式中得到（见教科书P235，自学推导过程）。因此，又叫自由旋涡级。下面讨论在等环量级中各流动参数沿半径的变化。这里以平均半径处（下标为av）的参数为基础。故Δwu随着半径的增加而减少，说明等环量级叶片在叶根处弯曲度在，而在轮缘处弯曲度小。(1)ΔWu沿半径的变化在某一半径r处，有：而,且理论扬程沿半径方向不变，则有：故切向速度随着半径的增加而减少，轴向速度沿径向不

7、变。(2)Vu和Vm沿半径的变化由（沿半径方向不变），有：进口处：出口处：所以，当半径r增加时，绝对流动角α1和α2均增加。(3)流动角沿半径的变化所以，当半径r增加时，绝对流动角β1和β2均减小。(4)等环量级的优缺点优点：沿半径扬程和轴向速度不变，计算简单具有无旋运动的形式，可以认为效率比较高计算值与实际情况较接近缺点：轮毂处的安放角很大，叶片扭曲严重，绘型、铸造困难沿半径相对速度增加较快，会使NPSHr的值增加，降低抗汽蚀性能改进：一般降低轮毂处的Γ，这样使叶片平坦，水力性能变好2、等反作用度级反作用度Ω的定义：

8、Ω一般在0至1之间，当Ω=0.5时，进出口速度三角形是对称的。3、变环量级考虑到等环量级的缺点，当轮毂比较小时，为改善叶片过分扭曲的弱点，采用变环量来设计。在该流型中，扬程（负荷）沿半径增加，一般可按下述规律给定：α可在+1～-1间变化，一般α=0～1。若α=+1，，即等环量级流型。若α=-1，，就是“刚体旋转”（亦称“强迫旋涡”