`時間：2023年2月13日星期一地點：動力樓副樓5、6層
內容：一、 熱力發電廠：汽輪機、鍋爐
注意：葉輪過大採取措施避免離心力過大造成損壞
二、 內燃機（課本p132）
兩個機構：曲柄連桿機構（活塞、活塞環、活塞銷、連桿、曲柄、飛輪）
配氣機構（氣門頂柱、氣門推桿、凸輪軸、正時齒輪）
兩個固定部件：機架、箱體
四個系統：燃油系統、點火系統、潤滑系統、冷卻系統
三、 流體機械
軸流式、離心式、斜流式各自特點
導葉的作用
葉輪的形狀
速度三角形
四、 製冷系統
工質：製冷劑，需在環境溫度下易相變，發生熱交換，形成迴圈
4個過程：壓縮機壓縮、冷凝吸熱、蒸發放熱、膨脹
需要考慮的問題：
1、 電流電壓保護：工作時間不能過長，當室內溫度到達設定溫度後壓縮機就會停機，當室內溫度高於設定溫度後壓縮機就會自動啟動執行，從而達到省電並避免溫公升過高
2、 氣液分離器：貯存系統內的部份液體製冷劑防止壓縮機液擊和因製冷劑過多而稀釋潤滑油；送足夠的製冷劑和潤滑油回到壓縮機,保護系統的執行效率和保持曲軸箱內的正常油麵；氣液分離器內的盤管可作為高壓供液過冷和回氣過熱的熱交換器,以提高迴圈效率。
3、 潤滑保護：控制油溫在40℃
4、 冬天防室外機結冰：採用毛細管，降低溫差
5、 排水管：將製冷機外部空氣產生的液態水引出，也可以採用空調自身噴氣乾燥
6、 製冷劑純度：乾燥處理
7、 管路熱脹冷縮
8、 共振：利用三維管道及氣液分離器，還可採用變頻機常用的阻尼塊
葉輪機械（一）
一、 各種形式的葉輪機械
1、軸流式：軸向進斜向出，增壓較小，例如日常用的風扇等通風機
2、斜流式：軸向進斜向出，增壓較大，常用於工業，如鼓風機
3、徑流式（離心式）：軸向進徑向出，增壓最大，例如壓縮機，其原理是進氣口周圍空氣受到離心力作用，向四周流動，中心壓力降低，形成吸入力。其分為閉式、半開式和多翼離心風機，其中多翼離心風機主要用於空調櫃機、抽油煙機中。
4、橫流式：徑向進徑向出，例如分體式空調掛機風扇，葉片傾斜，沿軸向的壓力脈動相互抵消，具有降噪功能
5、衝動式：周向進周向出，例如汽輪機
注：1、按照增壓大小，進出口壓差小於15kpa為通風機，增壓比小於3為鼓風機，增壓比大於3為壓縮機。具體分析時，通風機與鼓風機只考慮壓強變化，而對於壓縮機，需要考慮氣體的可壓縮性及溫度變化。
2、空氣相對水而言存在密度小、可壓縮的特點，因而在相同功率下，風機的機械尺寸較大、轉速更高，振動和雜訊很大，在壓縮時內能增加，出口溫度較高，壓比變化範圍大，需要考慮進行散熱措施
3、據統計，葉輪機械的耗電量約佔總發電量的1/3，因為合理設計機械，提高效率，對於節能減排有十分重要的意義
4、風力發電：原理是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提公升，來促使發電機發電。目前歐洲已建成7mw的風力發電廠，其葉片面積可達兩個足球場大小，輪轂可通過一輛雙層巴士。
二、 葉輪機械的結構及運動規律
1、 斜流風機：翼型葉片，微呈s形，前緣厚，尾緣薄，旋轉方向為尾緣追前緣
2、 軸流風機：翼型葉片，前緣厚，尾緣薄，旋轉方向為尾緣追前緣
3、 離心風機：s形葉片，按葉片出口角分為前彎、徑向、後彎三種，旋轉方向可根據蝸殼方向判斷
蝸殼用途：收集葉輪流出的流體，消除流體所具有的環量
閉式多級離心風機：無葉擴壓器，將流體引入下一級進氣口
4、 渦輪增壓機：
長短葉片：中心處葉片應盡量少，減少對流體的阻礙，外圍葉片盡量多，增大做功量，提高功率
有葉擴壓器：截面增大，速度減小，進一步增大壓強
增壓器原理：將仍具有一定溫度的廢氣引入軸流式原動機，帶動軸旋轉，將廢氣的內能轉化為軸的機械能，帶動離心式壓縮機工作，提高吸入空氣的壓強，增大一次吸入單位體積的含氧量，提高功率，節省油量，多用於輪船、汽車發動機
消音器：減少工作時的噪音
三、 進出口速度三角形
求空氣來流速度c：計算效率；
求牽連速度u：計算機器裝置要求；
求相對速度w：得到翼型合理形狀
對於離心式機械，速度三角形底（牽連速度u1w2，絕對速度c2>c1）
對於軸流式機械，速度三角形（牽連速度u相等，絕對速度軸向分速度cm相等）
葉輪機械（二）
一、 水輪機
水的勢能轉化為葉輪的動能，例如三峽直徑達10m的葉輪（水力發電核心部件），按流動方式可分為混流式、斜流式、貫流式和衝擊式等
二、 水幫浦
葉輪的動能轉化為水的壓力能
1、按其流動方式分為：軸流式（軸向進軸向出）、離心式（軸向進徑向出）、混流式（軸流與徑向流動的混合）
2、按葉輪的形式分為：半開式葉輪（無前蓋板，安裝精度要求較高）、閉式葉輪（有前蓋板）、全開式葉輪（無前蓋板，後蓋板不完整）
葉輪：葉輪的作用是將原動機的機械能直接傳給液體，以增加液體的靜壓能和動能主要增加靜壓能。葉輪一般有6~12片後彎葉片。
葉輪有開式、半閉式和閉式三種。
①開式葉輪在葉片兩側無蓋板，製造簡單、清洗方便，適用於輸送含有較大量懸浮物的物料，效率較低，輸送的液體壓力不高；
②半閉式葉輪在吸入口一側無蓋板，而在另一側有蓋板，適用於輸送易沉澱或含有顆粒的物料，效率也較低；
③閉式葉輪在葉輪在葉片兩側有前後蓋板，效率高，適用於輸送不含雜質的清潔液體。一般的離心幫浦葉輪多為此類。
3、按安裝方式分為：懸臂式（右方單個軸承支撐，葉輪懸空，有填料潤滑）、雙支撐（雙吸）（葉輪左右均有軸承支撐）
4、按進口(收縮流動，增速降壓)方式分為：直錐形、彎軸形、環形、半螺旋形p58
5、按出口形式分為：螺旋形（如蝸殼，截斷面逐漸增大，起到減速增壓的作用）、導葉式（如擴散導葉，引導流體進入後面一級或出口管道）
6、軸向力的平衡方式：對於單級葉輪有副葉輪和平衡孔兩種，對於多級葉輪常在末級安裝平衡盤、平衡鼓或將第一級與末級通過管道進行連線
軸向力平衡裝置在離心幫浦執行過程中，由於液體是在低壓下進入葉輪，而在高壓下流出，使葉輪兩側所受壓力不等，產生了指向入口方向的軸向推力，會引起轉子發生軸向竄動，產生磨損和振動，因此應設定軸向推力軸承，以便平衡軸向力
離心式壓縮機安置在末級葉輪的後面（高壓端）的盤，利用它兩側流體的壓差產生的軸向推力來部分抵消轉子軸向力。它的一側壓力，差不多就是末級葉輪輪盤間隙中的流體壓力（高壓），它的另一側常是與機器的吸入室連通，壓力是大氣壓或進氣壓力（低壓）。上述兩側壓力差就使轉子受到乙個與軸向力反向的力，其大小決定於平衡盤的受力面積。
平衡盤的外圓裝有密封裝置，以使盤維持壓差。為了避免工作時轉子的來回竄動，它只平衡一部分軸向力，剩餘軸向力由止推軸承承受。
平衡孔的工作原理是，在葉輪的前後兩面都裝口環，於是，在後蓋板的中心部分就開闢出一片與其他部分相隔離的區域來，然後通過平衡孔，把這片區域與吸入口相連通，使之也成為乙個「低壓區域」。這樣，葉輪的前後兩面受力就相同了。
7、徑向力的平衡方式：雙蝸殼（通過增加導葉個數使對稱布置）、蝸殼加擴散導葉
採用蝸形壓出室的幫浦在最優工況時，蝸室各斷面中的壓力基本上是均勻的。當幫浦的流量小於最優工況流量時，蝸室中的液體流速減慢，而葉輪出口液體的絕對速度，由出口速度三角形可看出，大於最優工況時的絕對速度，同時也大於蝸室中的速度，從葉輪中流出的液體不斷撞擊蝸室中的液體，使蝸室中的液體接受到能量，蝸室中的液體壓力自隔舌開始向擴散管進口不斷增加；當幫浦的流量大於最優工況流量時，與上述情況相反，從葉輪中流出的液體的絕對速度小於最優工況時的絕對速度，也小於蝸室中的液體流速，兩種液體在蝸室中撞擊的結果，蝸室中液體要不斷付出能量，以增大從葉輪中流出的液體的速度，這樣，蝸室中的液體壓力自隔舌至擴散管進ll是逐漸降低的由於蝸室各端麵中的壓力不相等。於是在葉輪上就產生乙個徑向力。
又因為葉輪周圍液體壓力分布的不均勻，破壞了葉輪中液體的軸對稱流動，壓力大的部位的液體自葉輪流出的較少，壓力小的地方自葉輪中流出的較多。由於沿葉輪圓周流出的液體多少不一，所以作用於葉輪圓周上的液體反作用力也不一樣，這又產生乙個徑向力。作用於葉輪上的徑向力就是上述兩個徑向力的向量和。
在分段式多級離心幫浦中，當幫浦的工況離開最優工況時，如果葉輪偏心，則有乙個徑向力作用於葉輪上，此力的大小決定於幫浦的工況，並隨著偏心度的增加而增大。當流量很小時，徑向力則變化不定，並以遠低於幫浦轉速的頻率旋轉，從而導致轉子的振動。實踐證明，對於相同工況下的蝸殼幫浦，轉子偏離蝸形體基圓中心和沒有偏離中心相比，徑向力也有明顯的變化。
這種變化取決於偏心度的大小和方向。
徑向力的平衡
由於徑向力是和葉輪的出口直徑、葉輪出口寬度成正比的。因此，它的影響將隨著幫浦尺寸的增大而增大。當徑向力使軸產生較大的撓度時，將引起密封環和軸套的迅速磨損。
同時對於旋轉著的軸，徑向力是交變載荷，較大的徑向力會使軸因疲勞而損壞，所以，徑向力的平衡是十分重要的，對於尺寸較大、揚程較高的高能幫浦尤其如此。
單級蝸殼幫浦的徑向力平衡，可以採用雙蝸殼或加導葉來實現。在雙蝸殼中，每一蝸室雖沒有消除徑向力，但兩個蝸室相隔l80。對稱布置，作用於葉輪上的徑向力是相互平衡的。
如用導葉，雖能平衡徑向力，但幫浦的結構複雜化了。
蝸殼式多級幫浦(即中開式多級幫浦)徑向力的平衡，可以採用倒置蝸形壓出室的方法，即在每相鄰的兩級中把各自的蝸形壓出室布置成相差1800，如圖2—44所示，這樣，作用於相鄰兩級葉輪上的徑向力就相差180。互相抵消。但是因為這兩個力不在垂直於軸線的同一平面內，故又組成乙個力偶，其力臂等於兩葉輪間的距離。
此力偶需由另外兩級葉輪的徑向力所組成的力偶來平衡，或由軸承支反力組成的力偶來平衡。這種徑向力的平衡方式適用於級數為偶數、葉輪為單級吸式的中開式多級幫浦。對於級數為奇數，第一級葉輪是雙吸式的中開式多級幫浦，徑向力平衡的方法是，第一級蝸殼做成雙蝸殼的，以後各級每對蝸室彼此錯開18000 對於尺寸較大的中開式多級幫浦，徑向力的平衡也可考慮全部用雙蝸殼的方法。
對於分段式多級離心幫浦，必須盡量減小葉輪對導葉的偏心度，以減小徑向力。
8、與風機比較
風機轉速高、β1較小，r變化大，β1隨之變化也大
9、 優化設計
提高葉輪的效率除了取合適的β角還與蓋板、出口及轉速等很多尺寸大小引數有關，需要用到優化的方法，全面地進行考慮
三、裝拆與觀察
1、4級葉輪
具有反導葉和擴散導葉結構，其收縮結構可以起到改善流向的作用
如果將葉輪反轉，變工作機為原動機起到**能量作用，雖然可以實現，但效率較低
環形入口：用於流動性能要求不高場合
雙支撐，設有平衡盤（滾珠軸承無法承受軸向力）
水幫浦不使用後需要將內部水排出，因而在水幫浦下方設有放水螺栓
3、單級離心幫浦
錐形入口、懸臂式、螺旋形、平衡孔、閉式葉輪
填料密封：採用棉麻制密封圈套在端蓋處，與軸磨損較大，壽命短，填料密封是將一些鬆軟的填料用一定壓力壓緊在軸上達到密封目的。填料在使用一段時間後會損壞，所以需要定期檢查和置換。
這種密封形式使用中有小的洩漏是正常且有益的。
華中科技大學
附件5 學院 系 所 全英研究生課程簡介 中英文各乙份 課程名稱 材料力學行為的跨尺度模擬 課程型別 博士專修課程 碩士專修課程 考核方式 全英文考試教學方式 全英文講授適用專業 固體力學 材料學適用層次 碩士 博士開課學期 秋季總學時 32先修課程要求 無課程組教師姓名 職稱專業固體力學 年齡31...
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