叶轮叶片型式及其对理论性能的影响

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摘要:在设计泵或风机时,总是使进口绝对速度v1与圆周速度u1间的工作角α1=90°。这时流体按径向进人叶片间的流道,理论扬程方程式就简化为

在设计泵或风机时,总是使进口绝对速度v1与圆周速度u1间的工作角α1=90°。这时流体按径向进人叶片间的流道,理论扬程方程式就简化为

叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-1  (2-12)

 

要使流体径向地进入叶片间的流道,可以适当设计叶片的进口方向来保证,因叶片的方向是取决于安装角。当叶片进口安装角在设计流量下保证流体径向进人流道后,剩下的问题是以式(2-12)表达的理论扬程HT与出口安装角β2有什么样的关系?

将图2-4(e)所示的速度三角形按叶片出口2处的参数进行讨论,可得:

叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-2

代入式(2-12),就有:叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-3 (2-13)

就叶轮直径固定不变的某一设备而论,在相同的转速下,从式(2-13)可以发现叶片出口安装角β2的大小对理论扬程HT是有直接影响的。

图2-7绘有三种不同出口安装角的叶轮叶型示意图。

叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-4

图2-7叶轮叶型与出口安装角

(a)后向叶塑(b)径向叶型(c)前向叶型

当β2<90°时,cotβ2>0,这时HT<u2?/g,叶片出口方向和叶轮旋转方向相反,这种叶型叫做后向叶型,如图2-7(a)所示;

当β2=90°时,cotβ2=0,这时HT=u2?/g,叶片出口按径向装设,这种叶型称为径向叶型,如图2-7(b)所示;

当β2>90°时,cotβ2<0,这时HT>u2?/g,叶片出口方向和叶轮旋转方向相同,这种叶型叫做前向叶型,如图2-7(c)所示。

根据以上分析,在流量、尺寸、转速相同的情况下,似乎可以得出以下结论:具有前向叶型的叶轮所获得的扬程最大,其次为径向叶型,而后向叶型的叶轮所获得的扬程最小,因此似乎具有前向叶型的泵与风机的效果最好。

但是,这种看法是不全面的,下面进一步分析不同叶轮型式对理论扬程组成的影响。下面首先研究分析总能中的动压头情况。

通常在离心泵和风机的设计中.除使流体径向进入流道外,常令叶片进口截面积近似等于出口截面积。以A代表这些截面积时,根据连续性原理可得出:

叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-5

将此式代入式(2-10),并按速度三角形(图2-4(e))可得到动压头HTd与出口切向分速vu2之间的关系:

叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-62-14)

由此可见,理论扬程HT中的动压水头成分HTd是与出口速度的切向分速vu2的平方成正比的。

当β2<90°时,cotβ2>0,vu2=u2—vr2cotβ2<u1所以有则HTd=叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-7,则动压水头小于理论扬程的一半;

当β2=90°时,cotβ2=0,vu2=u2,所以有HT=叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-8,则HTd=叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-9,动压水头等于理论扬程的一半;

当β2>90°时cotβ2<0,vu2=u2—vr2cotβ2所以有HT=叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-10,则HTd=叶轮叶片型式及其对理论性能的影响-11,动压水头大于理论扬程的一半。

如前所述,动压水头成分大,流体在蜗壳及扩压器中的流速大,从而动静压转换损失必然较大。在其他条件相同时,尽管前向叶型的泵与风机总的扬程较大,但能量损失也大,效率较低。因此,离心式水泵及大型风机,为了增加效率或降低噪声水平,也几乎都采用后向叶型。但就中小型风机而论,效率不是主要考虑因素,也有采用前向叶型的,这是因为叶轮是前向叶型的风机,在相同的压头下,轮径和外形可以做得较小。根据这个原理,在微型风机中,大多采用前向叶型的多叶叶轮。至于径向叶型叶轮的泵或风机的性能,由于它加工容易,出口沿径向,不易积尘堵塞,多用于污水泵、排尘风机以及耐高温风机等。

标签:叶轮叶片

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