西华大学能源与环境学院：《流体机械原理及结构》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 叶片式流体机械概述

第二章叶片式流体机械概述 叶片式流体机械的工作过程 何谓叶片式流体机械 叶片式流体机械能量传递图 2021-2-24

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 1 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 阻 力 升 力 a 第一节 叶片式流体机械的工作过程

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。 2021-2-24 西华大学宋文武教授

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 2 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

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) 2021-2-24 西华大学宋文武教授

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 3 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分上,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。 2021-2-24 西华大学宋文武教授

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 4 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

、分类 流体具有的机械能动能Y2 g 位能Z 势能 压能 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:水流的动能和势能发生变化。P)P2。(P2)P1) 2021冲击式:仅利用水流的动能P1=P2=Pa

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 5 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）           P Z 2g V 2 压能 位能 势能 动能    P1  P2  Pa P1 P2 P2 P1 冲击式：仅利用水流的 动能 反击式：水流的动能和 势能发生变化。 〉 。（ 〉 ）

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P1>P2,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) 2021-2-24 西华大学宋文武教授

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 6 ¡ 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P1>P2 ，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 高水头混流式水轮机 径流式{离心泵 离心风机 混流式水轮机 反击式混(斜)流式{斜流式水轮机 混流泵、斜流泵 轴流式水轮机 轴流式{轴流泵 轴流风机 2021-2-24 7

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 7 ¡ 按转轮区域中液流流动方向 反击式                    轴流风机 轴流泵 轴流式水轮机 轴流式 混流泵、斜流泵 斜流式水轮机 混流式水轮机 混（斜）流式 离心风机 离心泵 高水头混流式水轮机 径流式

切击式水轮机(水斗式) 冲击式斜击式水轮机 双击式水轮机 关于水轮机(泵)在国民经济中的用途 ■在河道上修建水电站,水流一上游水库 引水钢管——水轮机——尾水管—排进下游 河道。 2021-2-24 西华大学宋文武教授

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 8 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。      双击式水轮机 斜击式水轮机 切击式水轮机（水斗式）

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 2021-2-24 西华大学宋文武教授

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 9 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,享故应变能力强; 3、具有同时性,动态平衡性。 2021-2-24 西华大学宋文武教授 10

2021-2-24 西华大学 宋文武 教授 10 ¡ 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