Позначення, класифікація та особливості конструкції осьових і відцентрових турбомашин

Мета роботи: Вивчення класифікації та позначень осьових та відцентрових турбомашин. Визначення принципових відмінностей конструкції турбомашин різної конструкції.

 

 

У гірничій промисловості для провітрювання гірничих виробок, водовідливу і отримання стисненого повітря використовуються турбомашини – машини з лопатевими робочими колесами. Робочою середою в цих машинах є рідина, під якою розуміють як рідкі так і газоподібні речовини.

З числа турбомашин в якості стаціонарних виступають вентилятори, насоси та компресори різних типів. По конструкції і характеру руху рідини відносно осі обертання робочого колеса розрізняють осьові та відцентрові турбомашини.

 

Вентилятори

Всі вентилятори, що випускаються для гірничої промисловості, за конструкцією відносять до так званих "лопатевих нагнітачів". У вентиляторах енергія ротора, що обертається, перетворюється в потенційну та кінетичну, які в свою чергу передаються повітрю, що переміщується.

За призначенням шахтні вентилятори поділяють на вентилятори:

– головного провітрювання, які призначені для провітрювання всіх виробок шахти, її блоку або крила, за виключенням тупикових виробок;

– допоміжні, призначені для провітрювання стволів та капітальних виробок при будівництві шахт, а також окремих дільниць шахтної вентиляційної мережі та камер приствольного двору при експлуатації шахт;

– місцевого провітрювання окремих тупикових виробок.

Ці вентилятори відрізняються один від одного своїми розмірами, подачею та потужністю, а вентилятори місцевого провітрювання відрізняються ще й конструкцією.

Лопатеві вентилятори відповідно до характеру руху повітря в них і форми ротора (робочого колеса) розділяють на осьові та радіальні (відцентрові).

Осьові вентилятори за своєю аеродинамічною та конструктивною схемою поділяють на одноступінчасті, які в шахтній практиці зазвичай застосовуються для місцевого провітрювання та багатоступінчасті, які виступають в якості головних або допоміжних.

Двоступінчата осьова турбомашина (рис. 2.1 а) складається з робочого колеса (РК) першої ступені 4, на втулці якого закріплені профільні (у формі крила літака) лопатки; робоче колесо обертається в циліндричному корпусі (кожусі) 3. За робочим колесом розташовується спрямляюче-направляючий апарат (СНА) 5. Конструктивно цей апарат складається з нерухомих профільних лопаток або профільних лопаток з кутом установки Ө_СНА, що може регулюватися. Призначення СНА – подача повітря до другого робочого колеса, яке встановлено за ним, у певному більш ефективному напрямку й перетворення значної частини кінетичної енергії потоку (динамічного тиску) у потенційну енергію (статичний тиск). За другим робочим колесом розташовується направляючий апарат (НА) 7, лопаті якого також мають змогу змінювати кут установки. Обидві ступені можуть кріпитися на одному валу або на окремих валах (вентилятор ВОД-16). Наявність двох ступенів дозволяє вентилятору розвивати більш високий тиск. В осьових вентиляторах напрямок руху потоку повітряного збігається з віссю обертання робочого колеса. Повітря засмоктується в колектор 1, проходить між лопатками робочого колеса, спрямляючих та направляючих апаратів, входить в дифузор 8 і викидається в атмосферу (при роботі вентилятора на всмоктування). Призначення дифузора – перетворити більшу частину кінетичної енергії у потенційну. Одноступінчатий вентилятор на відміну від двоступінчатого вентилятора зазвичай має нерухомий направляючий апарат (рис. 2.1 б).

 

Лопатки робочих коліс виготовляються зі сталі або пластмас (для вентиляторів малих розмірів). Вони можуть мати несиметричний або симетричний профіль. Осьові вентилятори з лопатками робочих коліс симетричного типу є реверсивними, оскільки їх продуктивність не зміняється при зміні напрямку обертання робочого колеса на зворотне. Вентилятори з робочими лопатками несиметричного типу цієї властивості не мають, їх продуктивність при зміні напрямку обертання робочого колеса різко знижується, але ці вентилятори мають кращі аеродинамічні характеристики й підвищений коефіцієнт корисної дії (ККД).

У конструкцію шахтних вентиляторів вводять обтічник 2, призначення якого полягає в зниженні аеродинамічних втрат, пов'язаних з різкою зміною швидкостей руху повітря. Передній обтічник встановлюється у вхідному колекторі, перед робочим колесом або напрямним апаратом, іноді з тією ж метою встановлюють другий (задній) обтічник – після спрямляючого апарата, перед дифузором або входом у вентиляційну мережу.

Преваги осьових вентиляторів: відносна простота конструкції; простота монтажу, менша площа під установку; простота реверсування повітряного струменя (більшість сучасних осьових вентиляторів взагалі не мають потреби в облаштуванні реверсивних каналів); відносно висока продуктивність; відносно високий коефіцієнт корисної дії; зручність застосування вентиляторів цього типу в якості пересувних вентиляторів місцевого провітрювання.

Основу відцентрового вентилятора (рис. 2.2 а) становить робоче колесо 5, між переднім і заднім дисками якого закріплені профільні криловидні лопатки таким чином, що їх вхідна крайка розташовується на окружності меншого радіуса, ніж вихідна хвостова частина. Робоче колесо може бути з лопатками, загнутими вперед по ходу колеса, радіальними й загнутими назад. Призначення робочого колеса – передавати енергію приводу вентилятора повітрю, що переміщується. Робоче колесо обертається в спіральному кожусі 4, виконаному з листової сталі. Улиткоподібний кожух призначений для подачі повітря в певному напрямку й частковому перетворенню динамічного тиску потоку повітря в статичний тиск. Повітря засмоктується у вентилятор через коноідальний патрубок 1, у якому встановлені лопатки напрямного апарату 2, які не обертаються, а тільки повертаються відносно своєї осі. Напрямний апарат призначений для подачі повітря до робочого колеса з певною швидкістю й під певним кутом, це дозволяє регулювати робочі режими вентилятора.

У робоче колесо повітря входить паралельно осі вала вентилятора, потім під дією тяги, що розвивається лопатками, і відцентрової сили повертається на 90º, проходить між лопатками, викидається в периферійну частину кожуха й виходить через дифузор 6 в атмосферу (при роботі вентилятора на всмоктування). Дифузор є додатковим перетворювачем динамічного тиску в потоці на виході з кожуха в статичний тиск.

Відцентрові вентилятори можуть виконуватися з одностороннім або двостороннім всмоктуванням. В останньому випадку (рис. 2.2 б) на валу вентилятора встановлюється спарене робоче колесо, з'єднане втулками більшого діаметра. Повітря входить в робоче колесо з двох сторін, і з двох напрямних апаратів. Двостороннє всмоктування дозволяє розвантажити підшипники вала від осьового тиску, зменшити опір повітрю, що рухається у всмоктувальній частині і збільшити продуктивність відцентрового вентилятора.

Переваги відцентрових вентиляторів: висока механічна надійність й тривалий термін служби, пов'язані із застосуванням більш низьких швидкостей обертання робочого колеса; висока стійкість і надійність робочих режимів, що пов'язано з видом характеристик цих вентиляторів; менша гучність роботі; відносно висока депресія; значна глибина регулювання; менша чутливість до забрудненого повітря.

Вентилятори, що випускають для гірничої промисловості, можуть однаково ефективно працювати як на всмоктування, так і на нагнітання.

Кожна з моделей вентиляторів займає певне місце у своїй серії, має свої преваги й недоліки, певні можливості по регулюванню параметрів і особливості конструкції, улаштування, умовам експлуатації за кліматичними факторами. Деякі моделі мають свій оригінальний привод.

Моделі осьових вентиляторів прийнято шифрувати за допомогою букв і цифр. Букви в цифрі вентилятора означають: В – вентилятор, О – осьовий, Д – двоступінчатий, К – кручені лопатки робочого колеса, М – місцевого провітрювання, П – з пневматичним приводом, Р – реверсивний; цифра – діаметр робочого колеса в дециметрах (вентилятори серії ВОД) або метрах (вентилятори серії ВОКР).

Застосовані в галузі моделі відцентрових вентиляторів охоплюють ряд типорозмірів з величиною діаметра робочого колеса від 0,8 до 5,0 м. Назва вентилятора й деякі основні параметри і властивості шифруються в буквених і цифрових позначеннях за аналогією з осьовими. Букви в шифрі означають: В – вентилятор, Ц – відцентровий, Д – двостороннього всмоктування, Р – рудниковий, Ш – шурфовий, П – прохідницький, З – з закрилками на робочому колесі; цифра в шифрі моделі позначає розмір діаметра робочого колеса в дециметрах (вентилятори серій ВЦ та ВЦД) або метрах (вентилятори серії ВЦРД).

Для всіх типів вентиляторів літери в позначенні після цифр: М – модернізований, У – вузьке робоче колесо, А – у північному виконанні, П – з полімерними лопатками робочих коліс, Н – регулювання за допомогою повороту лопаток напрямного апарату, УХЛ – для експлуатації в районах з помірним та холодним кліматом, З – розміщення вентилятора у закритому приміщенні без штучного регулювання кліматичних умов.

 

Насоси

Насос – це гідравлічна машина, що слугує для переміщення та створення напору рідин всіх видів, механічної суміші рідини з твердими речовинами або скраплених газів.

Насоси застосовуються для водопостачання, каналізації, зрошення та осушення земель, гідроакумулювання енергії, транспортування матеріалів. Існують живильні насоси котельних установок, теплових електростанцій, судові насоси, насоси для гірничої, нафтової, геологорозвідувальної, хімічної, харчової та інших галузей промисловості.

За характером сил, які переважають у насосі, останні класифікують: об'ємні, в яких переважають сили тиску, та динамічні, в яких переважають сили інерції. В свою чергу, до об'ємних насосів відносять і класифікують на: гвинтові (шнекові), поршневі, перистальтичні, мембранні; до динамічних: лопатеві (відцентрові, осьові, напівосьові, радіальні, вихрові), струминні, тарани. Серед цього розмаїття в якості стаціонарних використовуються лопатеві відцентрові одноступінчаті (рис. 2.3 а) та багатоступінчаті насоси (рис. 2.3 б).

 

У позначенні насосного обладнання традиційно закладається багато інформації. За останній час позначення відцентрових насосів зазнало ряд змін.

Позначення до 1982 року (наприклад, 2К-6):

Перша цифра – діаметр всмоктуючого патрубка в мм, зменшений у 25 разів, літера після цифри – тип насоса (К – консольний, Ф – фекальний, Х – хімічний), цифра через дефіс – коефіцієнт швидкохідності зменшений в 10 разів та округлений.

Після 1982 року було введено параметричне позначення насосів (наприклад, К 90/85):

Перша літера (літери) – тип насоса:

СЭ – відцентровий спірального типу з приводом від електродвигуна;

ПЭ – живильний відцентровий, горизонтальний, багатоступінчатий;

ЦНС – перекачний відцентровий, горизонтальний багатоступінчатий, секційний;

К – відцентровий консольний, горизонтальний, одноступінчатий з осьовим входом;

КО – консольний одноступінчатий, 2КО – двоступінчатий, 3КО – триступінчатий з осьовим входом;

КМ – відцентровий консольний, горизонтальний, одноступінчатий з осьовим входом, моноблочний;

Д – відцентровий, горизонтальний з двостороннім підведенням рідини до робочого колеса;

Ш – шламовий;

ВШН – вертикальний шламовий насос;

ВВН – водокільцевий вакуумний насос;

ЭПЗ – електронанос відцентровий з вмонтованим герметичним електроприводом, захищеним від перегрів та потрапляння вологи;

СВН – консольний, горизонтальний, вільновихровий, моноблочний;

КУ – відцентровий консольний, горизонтальний;

НС – відцентровий консольний, горизонтальний, самовсмоктуючий;

ТН – турбонасос відцентровий одноступінчатий.

Перша цифра – номінальна подача насоса, цифра через дріб, дефіс або позначку "х" – номінальний напір насоса.

В теперішній час вводиться позначення відцентрових насосів у відповідності з міжнародним стандартом ISO 2853 (наприклад, К 100-65-250). Літера (літери) означають те ж (див. вище), перша цифра – діаметр всмоктуючого патрубка в мм, друга цифра – діаметр напірного патрубка в мм, третя цифра – номінальний діаметр робочого колеса в мм.

Для обох останніх випадків наступна після цифр індексація позначає:

" а " – індекс обточки робочого колеса. Як правило, більше двох обточок не буває, тому є позначення "а" та "б" (якщо колесо без обточки, то такого індексу нема).

У зв'язку з багатоманітністю рідин, що перекачують насоси, в позначеннях зустрічається використаний в насосі матеріал: А – вуглецева сталь; В – чавун (як правило не вказується); Б – бронза; Д – хромистий чавун або хромиста сталь; К – хромникелева сталь; Е – хромнікельмолібденомідна сталь; М – хромникелькремниста сталь; Н – сплав на нікелевій основі; Т – титан та його сплави; Ю – сплав алюмінію; Л – кремністий чавун; П – пластмаса; Р – резинове покриття; Ф – кераміка, фарфор; Г – графіт.

Останні літери та цифри позначають виконання ущільнення: С – одинарне сальникове ущільнення (без подачі запірної рідини); СД – подвійне сальникове ущільнення (з подачею запірної рідини); СП – промивочне сальникове ущільнення; 2В – торцеве одинарне; 2Г (55) – торцеве подвійне; Щ – щільове; М – манжетне. Якщо позначається один вид ущільнення, а в дужках інший, то це показує можливе застосування іншого виду (в дужках той, якому надається менша перевага).

Засоби для виконання роботи

1. Крейдові схеми, плакатні посібники, презентації.

2. Реальні моделі вентиляторів та насосів.

 

Порядок виконання роботи

1. За демонстраційними плакатами, презентаційними матеріалами та реальними моделями турбомашин вивчити їх конструкцію та принцип роботи.

2. Для різних типів вентиляторів і насосів навести схеми виконання та принцип їх дії.

3. Вивчити позначення турбомашин.

 

Зміст звіту

У звіті навести: схеми і принцип дії турбомашин різного типу та конструкції, розшифровку позначень турбомашин.

 

Контрольні питання

1. Назвіть два основних типи турбомашин.

2. Як за призначенням розділяють шахтні вентилятори?

3. Визначте призначення спрямляюче-направляючого апарату в осьових вентиляторах.

4. Відзначте переваги осьових вентиляторів.

5. Визначте призначення направляючого апарату на відцентрових вентиляторах.

6. Які перетворення енергії відбуваються у дифузорі вентилятора? В чому полягає необхідність таких перетворень?

7. З якою метою здійснюють послідовне з'єднання кількох однотипних робочих коліс у насосі серії ЦНС?

8. Розшифруйте позначення: ВЦЗ-32, ВОКД-16, ЦНС 300х600, 2К-6.

 

 

Лабораторна робота №3