1
第三节 液力传动的损失
液力传动在传递动力的过程中，有能量损失。
包括三种：液力损失、容积损失、机械损失。
损失的表示用液力效率,容积效率,
机械效率 （注意：在这里为了与工程习惯上一
致，便于阅读文献，效率下标的表示与, 流体机
械原理, 中表示不同）。
Q?
j?
Y?
2
一、液力损失
由于液体有粘性，在运动过程中，必
然产生摩阻损失；在传动的工作腔内液体
还要产生各种损失（局部损失），这些损
失包括叶轮进口冲击损失、局部扩大或收
缩损失、流道中的扩散损失等。
这些损失是液体流动过程中引起，统
称液力损失 。
fh
3
1.摩擦阻力损失
主要为流体质点（流层间）的粘性摩阻和液体
与边壁间的摩阻引起，以 表示,
1fh
g
W
R
Lh
r
f 24
2
1 ??
L — 流道长度；
rR
— 流道水力半径；
? — 摩阻系数；
W — 液流相对速度（由于叶轮与液体有
相对运动 )
4
g
Wh c
cf 2
2
2 ??
c?
— 冲击损失系数； cW — 冲击损失速度。
1W
0W
2W
2W
0W
1W
1??
2??
2???
1???
0??
U
V
冲角
2??
2,局部损失
（ 1）冲击损失 —— 泵轮和涡轮的液流进口均可能产
生冲击损失，主要是液流方向与叶片骨线方向不同
引起。
,1??
5
（ 2）突然扩散或收缩损失 —— 液流由叶轮进口前无叶
片进入叶片，会产生过流断面的突然收缩。而液流由
叶轮出口离开叶片时，会产生过流断面的突然扩大。
出口突然扩大
进口突然收缩
（ 3）叶轮流道扩散损失 —— 在叶轮内流道的扩散引起
gVVh mmkf 2)(
2
323 ?? ?
gVVh mmsf 2)(
2
104 ?? ?
gVVh mmkf 2)(
2
215 ?? ?
6
3.液力效率,
总液流引起的液力损失为,
54321 fffff hhhhhh ?????
对泵轮为,
Bh
涡轮为,
Th
导轮为 。
Dh
由此，在单位重量的液体经过泵轮后，能量的增加为,
BBLB hHH ??
单位重量的液体流过涡轮后的能量为,
TTLT hHH ??
单位重量的液体流过导轮时，损失的能量为 。
Dh
7
在工作腔内，液体沿着轴面液流的流线旋转一
周，最后回到原来位置，其总能量是不变的（因为
稳定流动 ）。
0???????? DTBTLBLDTB hhhHHhHH
说明在液流过程中，液体质点从泵轮中获得 的能量,
传给涡轮为 ( 为负数），剩余的能量全部损失了。 BL
H
TLH TLH
因此，液力传动的液力效率由液力损失确定,
BL
DTB
BL
TL
Y H
hhh
H
H ?????? 1?
8
在液力传动中，泵轮与输入的动力机相联，输出是
由涡轮带动工作机。导轮只是改变动量和增加损失，
若把此部分损失计入泵轮（算入泵轮损失），则,
TB HH ??
YTYB
T
TL
BL
B
T
B
BL
TL
Y H
H
H
H
H
H
H
H ??? ????
??
??
液力传动的液力效率为泵轮的液力效率
与涡轮的液力效率的乘积。
9
泵轮由动力机获得能量（即泵轮轴能量）为,而液
BLH
流经过泵轮后获得的能量为,因此泵轮的液力效率为,
BH
BL
BBL
BL
B
YB H
hH
H
H ???? （ 中包括 在内） Bh Dh
涡轮输出带动工作机的能量为 （即涡轮轴能量）,
TLH
而液体从泵轮获得的能量为 ( )。
TH BT HH ??
因此涡轮的液力效率为,
T
TT
T
TL
YT H
hH
H
H ????
10
二、容积损失
在液力传动的液流工作腔内，有间隙存在，由于各处的
压力变化，使部分液体没有经过泵轮 ?涡轮 ?导轮的顺序循
环，而是由间隙中通过（有利润滑），损失部分流量，则形
成能量（功率）的损失，使效率降低。
A
B C
B
BQ TQ
1q
2q
D
T
泵轮出口 A点压力
高，泵轮进口 B点和涡
轮出口 C点压力低，部
分液流（ q1,q2) 经泵轮
内环和涡轮内环由 B点
间隙或 C点间隙流入泵
轮内，而未进入涡轮做
功。
11
21 qqQQ TB ???
q1和 q2未损失掉（未漏走），但造成功率损失，影响效率。
容积效率
BB
B
B
T
Q Q
qq
Q
qqQ
Q
Q 2121 1 ????????
内部泄漏量 的计算，用密封泄
漏的公式进行计算
? ??? ?21 qqq
??
pgFq ?? 2
? — 流量系数；
F — 密封环面积；
p?— 密封进出口压差。
12
三、机械损失
在液力传动过程中，机械损失主要由轴承、密封损失
及泵轮和涡轮的轮盘损失。由于轴承、密封损失与转速
无关，不专门分析。轮盘损失与叶轮的直径与转速有关
，这种损失要消耗功率，使液力传动效率降低。
圆盘摩擦力矩为,
52 RM YPYP ????
（ ） mN?
YP? — 圆盘阻力系数，与液流流态有关（紊流、层流）
13
D?
泵轮轮盘外表面,Ⅰ, Ⅱ 空间
涡轮轮盘外表面,Ⅰ, Ⅱ 空间
泵轮与导轮间表面,Ⅲ 空间
涡轮与导轮间表面,Ⅳ 空间
14
各轮摩擦面间的相对旋转角速度 ?
泵轮与涡轮间 （ ） )1( iB ?? ??
B
Ti
?
??
泵轮与导轮间 （ ） )1( iB ??? ??
B
Di
?
???
涡轮与导轮间 （ ） )1( iT ???? ??
T
Di
?
????
液力传动机械效率
JTJBJ ??? ??
15
泵轮机械效率,
JB?
B
Z M BDY P BTY P BB
B
YB
IB M
MMMM
M
M ????? ????
BM
— 泵轮轴的扭矩（动力机作用,动力矩 ）；
TYPBM ?
— 泵轮与涡轮间（ Ⅰ, Ⅱ 空间）的圆盘摩擦力矩；
当 (即 )时，为阻力矩，取（ -）；
当 (即 )时，为动力矩，取（ +）；
TB ?? ? 1?i
TB ?? ? 1?i
DYPBM ? — 泵轮与导轮间（ Ⅲ 空间）的圆盘摩擦力矩；
ZMBM — 泵轮轴承与密封的摩擦力矩。
16
涡轮机械效率
JT?
TY
Z M TDY P TBY P TTY
TY
T
IT M
MMMM
M
M
?
???
?
???????
TM
— 涡轮轴输出力矩（工作机对涡轮轴作用力矩） ;
TYM ?
— 液体对涡轮的作用力矩，为 动力矩,
BYPTM ?
— 涡轮与泵轮间（ Ⅰ, Ⅱ 空间）的圆盘摩擦力矩；
BT ?? ? 1?i
BT ?? ? 1?i
DYPTM ?
— 涡轮与导轮间（ Ⅳ 空间）的圆盘摩擦力矩；
ZMTM
— 涡轮轴承和密封的摩擦力矩。
当 (即 )时，为动力矩，取（ +）；
当 (即 )时，为阻力矩，取（ -）；
17
四、液力传动总效率 ?
根据定义,
BB
TT
M
M
?
?? ??
将此式分子、分母同乘,,则,TYM ? YBM ?
（在 式中，代入时清去 ） ?
1??
T
B
B
T
?
?
?
?
18
T
BTL
YTTY
gqQHMM
?
?)( ??????
??
B
BBL
YB
gQHM
?
??
?
T
B
B
B
BL
TL
YB
TY
QY
Q
qQ
H
H
M
M
?
?
??
?
?
?
?
? ?
?
?
??? ?????
又,
TTYT MN ??? ??
（在 式中，代入时清去 ） ?
1??
T
B
B
T
?
?
?
?
19
又,
TLTT HgQN ??
而
??? qQQ BT
JQYQYJTJB
J
????????
?
??? ???
20
第四节 相似理论在液力传动中的应用
液力传动为叶片式流体机械的工作过程，其原
理和模型的特性关系符合流体机械（泵和水轮机）
的相似规律，当满足：几何相似、运动相似和动力
相似条件时，原型和模型的特性可进行换算。
21
主要有 Q, H 和 M
一、流量关系,
I
pBp
p
mBm
m Q
Dn
Q
Dn
Q ??
33
IQ － 单位流量（无因次）
相似工况时,
IpQQ ?Im
三个参数。
22
二、能头关系：（叶轮能头,)
LH
I
pBp
Lp
mBm
Lm H
Dn
H
Dn
H ??
2222
IH － 单位能头（ ) ms2
相似工况时,
IpHH ?Im
23
三、泵轮液力扭矩系数,
由 （ ）
BLBYB g Q HM ?? ?? smN ?
由,
IBBL HDnH 22?
gDnHQ BII ?? 52Y-B 260M ??
即,
II
B
YB
YmB HQDgn
M
??? 2
60
52 ??
?
?
YmB?? — 泵轮液力扭矩系数（ ) ms2
当为相似工况时（ ),consti ?
YpBYmB ?? ? ??
YmB??
— 物理意义：当工作液的 3 1 mNg ??,转速
m in 1 rn B ?,有效直径 mD 1?
时，泵轮对工作液的作用扭矩。
，IB QDnQ 3?，BB n)60/2( ?? ?
24
名称：流体机械及工程 （二级学科）
研究方向,1、流体机械内部流场流动分析及试验
2、流体机械优化设计理论
3、流体机械空化及多相流动
4、流体机械系统的瞬变流动
5、流体机械强度分布、振动及稳定性
学 科 介 绍
25
博士生导师,曹树良, 吴玉林, 陈乃祥, 许洪元
课题介绍,1、大型水轮机稳定性分析、流场计算
2,PIV,LDV试验
3、状态监测
4、固液两相流泵、气液混输泵
5、瞬变流（水电站系统、水泵站系统）
6、可逆式水泵、水轮机
7、航天高速泵
8、微小型泵
学 科 介 绍
26
曹树良（教授,博导 ） 吴玉林（教授,博导 ）
陈乃祥（教授,博导 ) 许洪元（教授,博导 ）
王正伟（副教授 ) 刘树红（副教授）
罗先武 赵令家
研 究 所 介 绍
27
博士生导师,曹树良, 吴玉林, 陈乃祥, 许洪元
课题介绍,1、大型水轮机稳定性分析、流场计算
2,PIV,LDV试验
3、状态监测
4、固液两相流泵、气液混输泵
5、瞬变流（水电站系统、水泵站系统）
6、可逆式水泵、水轮机
7、航天高速泵
8、微小型泵
学 科 介 绍
第三节 液力传动的损失
液力传动在传递动力的过程中，有能量损失。
包括三种：液力损失、容积损失、机械损失。
损失的表示用液力效率,容积效率,
机械效率 （注意：在这里为了与工程习惯上一
致，便于阅读文献，效率下标的表示与, 流体机
械原理, 中表示不同）。
Q?
j?
Y?
2
一、液力损失
由于液体有粘性，在运动过程中，必
然产生摩阻损失；在传动的工作腔内液体
还要产生各种损失（局部损失），这些损
失包括叶轮进口冲击损失、局部扩大或收
缩损失、流道中的扩散损失等。
这些损失是液体流动过程中引起，统
称液力损失 。
fh
3
1.摩擦阻力损失
主要为流体质点（流层间）的粘性摩阻和液体
与边壁间的摩阻引起，以 表示,
1fh
g
W
R
Lh
r
f 24
2
1 ??
L — 流道长度；
rR
— 流道水力半径；
? — 摩阻系数；
W — 液流相对速度（由于叶轮与液体有
相对运动 )
4
g
Wh c
cf 2
2
2 ??
c?
— 冲击损失系数； cW — 冲击损失速度。
1W
0W
2W
2W
0W
1W
1??
2??
2???
1???
0??
U
V
冲角
2??
2,局部损失
（ 1）冲击损失 —— 泵轮和涡轮的液流进口均可能产
生冲击损失，主要是液流方向与叶片骨线方向不同
引起。
,1??
5
（ 2）突然扩散或收缩损失 —— 液流由叶轮进口前无叶
片进入叶片，会产生过流断面的突然收缩。而液流由
叶轮出口离开叶片时，会产生过流断面的突然扩大。
出口突然扩大
进口突然收缩
（ 3）叶轮流道扩散损失 —— 在叶轮内流道的扩散引起
gVVh mmkf 2)(
2
323 ?? ?
gVVh mmsf 2)(
2
104 ?? ?
gVVh mmkf 2)(
2
215 ?? ?
6
3.液力效率,
总液流引起的液力损失为,
54321 fffff hhhhhh ?????
对泵轮为,
Bh
涡轮为,
Th
导轮为 。
Dh
由此，在单位重量的液体经过泵轮后，能量的增加为,
BBLB hHH ??
单位重量的液体流过涡轮后的能量为,
TTLT hHH ??
单位重量的液体流过导轮时，损失的能量为 。
Dh
7
在工作腔内，液体沿着轴面液流的流线旋转一
周，最后回到原来位置，其总能量是不变的（因为
稳定流动 ）。
0???????? DTBTLBLDTB hhhHHhHH
说明在液流过程中，液体质点从泵轮中获得 的能量,
传给涡轮为 ( 为负数），剩余的能量全部损失了。 BL
H
TLH TLH
因此，液力传动的液力效率由液力损失确定,
BL
DTB
BL
TL
Y H
hhh
H
H ?????? 1?
8
在液力传动中，泵轮与输入的动力机相联，输出是
由涡轮带动工作机。导轮只是改变动量和增加损失，
若把此部分损失计入泵轮（算入泵轮损失），则,
TB HH ??
YTYB
T
TL
BL
B
T
B
BL
TL
Y H
H
H
H
H
H
H
H ??? ????
??
??
液力传动的液力效率为泵轮的液力效率
与涡轮的液力效率的乘积。
9
泵轮由动力机获得能量（即泵轮轴能量）为,而液
BLH
流经过泵轮后获得的能量为,因此泵轮的液力效率为,
BH
BL
BBL
BL
B
YB H
hH
H
H ???? （ 中包括 在内） Bh Dh
涡轮输出带动工作机的能量为 （即涡轮轴能量）,
TLH
而液体从泵轮获得的能量为 ( )。
TH BT HH ??
因此涡轮的液力效率为,
T
TT
T
TL
YT H
hH
H
H ????
10
二、容积损失
在液力传动的液流工作腔内，有间隙存在，由于各处的
压力变化，使部分液体没有经过泵轮 ?涡轮 ?导轮的顺序循
环，而是由间隙中通过（有利润滑），损失部分流量，则形
成能量（功率）的损失，使效率降低。
A
B C
B
BQ TQ
1q
2q
D
T
泵轮出口 A点压力
高，泵轮进口 B点和涡
轮出口 C点压力低，部
分液流（ q1,q2) 经泵轮
内环和涡轮内环由 B点
间隙或 C点间隙流入泵
轮内，而未进入涡轮做
功。
11
21 qqQQ TB ???
q1和 q2未损失掉（未漏走），但造成功率损失，影响效率。
容积效率
BB
B
B
T
Q Q
Q
qqQ
Q
Q 2121 1 ????????
内部泄漏量 的计算，用密封泄
漏的公式进行计算
? ??? ?21 qqq
??
pgFq ?? 2
? — 流量系数；
F — 密封环面积；
p?— 密封进出口压差。
12
三、机械损失
在液力传动过程中，机械损失主要由轴承、密封损失
及泵轮和涡轮的轮盘损失。由于轴承、密封损失与转速
无关，不专门分析。轮盘损失与叶轮的直径与转速有关
，这种损失要消耗功率，使液力传动效率降低。
圆盘摩擦力矩为,
52 RM YPYP ????
（ ） mN?
YP? — 圆盘阻力系数，与液流流态有关（紊流、层流）
13
D?
泵轮轮盘外表面,Ⅰ, Ⅱ 空间
涡轮轮盘外表面,Ⅰ, Ⅱ 空间
泵轮与导轮间表面,Ⅲ 空间
涡轮与导轮间表面,Ⅳ 空间
14
各轮摩擦面间的相对旋转角速度 ?
泵轮与涡轮间 （ ） )1( iB ?? ??
B
Ti
?
??
泵轮与导轮间 （ ） )1( iB ??? ??
B
Di
?
???
涡轮与导轮间 （ ） )1( iT ???? ??
T
Di
?
????
液力传动机械效率
JTJBJ ??? ??
15
泵轮机械效率,
JB?
B
Z M BDY P BTY P BB
B
YB
IB M
MMMM
M
M ????? ????
BM
— 泵轮轴的扭矩（动力机作用,动力矩 ）；
TYPBM ?
— 泵轮与涡轮间（ Ⅰ, Ⅱ 空间）的圆盘摩擦力矩；
当 (即 )时，为阻力矩，取（ -）；
当 (即 )时，为动力矩，取（ +）；
TB ?? ? 1?i
TB ?? ? 1?i
DYPBM ? — 泵轮与导轮间（ Ⅲ 空间）的圆盘摩擦力矩；
ZMBM — 泵轮轴承与密封的摩擦力矩。
16
涡轮机械效率
JT?
TY
Z M TDY P TBY P TTY
TY
T
IT M
MMMM
M
M
?
???
?
???????
TM
— 涡轮轴输出力矩（工作机对涡轮轴作用力矩） ;
TYM ?
— 液体对涡轮的作用力矩，为 动力矩,
BYPTM ?
— 涡轮与泵轮间（ Ⅰ, Ⅱ 空间）的圆盘摩擦力矩；
BT ?? ? 1?i
BT ?? ? 1?i
DYPTM ?
— 涡轮与导轮间（ Ⅳ 空间）的圆盘摩擦力矩；
ZMTM
— 涡轮轴承和密封的摩擦力矩。
当 (即 )时，为动力矩，取（ +）；
当 (即 )时，为阻力矩，取（ -）；
17
四、液力传动总效率 ?
根据定义,
BB
TT
M
M
?
?? ??
将此式分子、分母同乘,,则,TYM ? YBM ?
（在 式中，代入时清去 ） ?
1??
T
B
B
T
?
?
?
?
18
T
BTL
YTTY
gqQHMM
?
?)( ??????
??
B
BBL
YB
gQHM
?
??
?
T
B
B
B
BL
TL
YB
TY
QY
Q
H
H
M
M
?
?
??
?
?
?
?
? ?
?
?
??? ?????
又,
TTYT MN ??? ??
（在 式中，代入时清去 ） ?
1??
T
B
B
T
?
?
?
?
19
又,
TLTT HgQN ??
而
??? qQQ BT
JQYQYJTJB
J
????????
?
??? ???
20
第四节 相似理论在液力传动中的应用
液力传动为叶片式流体机械的工作过程，其原
理和模型的特性关系符合流体机械（泵和水轮机）
的相似规律，当满足：几何相似、运动相似和动力
相似条件时，原型和模型的特性可进行换算。
21
主要有 Q, H 和 M
一、流量关系,
I
pBp
p
mBm
m Q
Dn
Q
Dn
Q ??
33
IQ － 单位流量（无因次）
相似工况时,
IpQQ ?Im
三个参数。
22
二、能头关系：（叶轮能头,)
LH
I
pBp
Lp
mBm
Lm H
Dn
H
Dn
H ??
2222
IH － 单位能头（ ) ms2
相似工况时,
IpHH ?Im
23
三、泵轮液力扭矩系数,
由 （ ）
BLBYB g Q HM ?? ?? smN ?
由,
IBBL HDnH 22?
gDnHQ BII ?? 52Y-B 260M ??
即,
II
B
YB
YmB HQDgn
M
??? 2
60
52 ??
?
?
YmB?? — 泵轮液力扭矩系数（ ) ms2
当为相似工况时（ ),consti ?
YpBYmB ?? ? ??
YmB??
— 物理意义：当工作液的 3 1 mNg ??,转速
m in 1 rn B ?,有效直径 mD 1?
时，泵轮对工作液的作用扭矩。
，IB QDnQ 3?，BB n)60/2( ?? ?
24
名称：流体机械及工程 （二级学科）
研究方向,1、流体机械内部流场流动分析及试验
2、流体机械优化设计理论
3、流体机械空化及多相流动
4、流体机械系统的瞬变流动
5、流体机械强度分布、振动及稳定性
学 科 介 绍
25
博士生导师,曹树良, 吴玉林, 陈乃祥, 许洪元
课题介绍,1、大型水轮机稳定性分析、流场计算
2,PIV,LDV试验
3、状态监测
4、固液两相流泵、气液混输泵
5、瞬变流（水电站系统、水泵站系统）
6、可逆式水泵、水轮机
7、航天高速泵
8、微小型泵
学 科 介 绍
26
曹树良（教授,博导 ） 吴玉林（教授,博导 ）
陈乃祥（教授,博导 ) 许洪元（教授,博导 ）
王正伟（副教授 ) 刘树红（副教授）
罗先武 赵令家
研 究 所 介 绍
27
博士生导师,曹树良, 吴玉林, 陈乃祥, 许洪元
课题介绍,1、大型水轮机稳定性分析、流场计算
2,PIV,LDV试验
3、状态监测
4、固液两相流泵、气液混输泵
5、瞬变流（水电站系统、水泵站系统）
6、可逆式水泵、水轮机
7、航天高速泵
8、微小型泵
学 科 介 绍
