Теоретичні характеристики турбомашин (СРСП) - студопедія
Робочі процеси, що відбуваються в вентиляторах і насосах, подібні, так як протікають вони практично при постійній пліт-ності: вода і повітря стискаються незначно.
Залежність між теоретичною подачею QT відцентрової турбомашини і створюваним турбомашинах теоретичним на-пором Нт встановлюється в припущенні відсутності тертя в: турбомашині, витоків рідини через нещільності і наявності
в робочому колесі нескінченно великого числа лопатей нескінченно малої, товщини. В такому випадку потік рідини розділився б лопатями на елементарні цівки.
Лопаті робочих коліс відцентрових турбомашин можуть бути:
1) загнуті вперед, коли # 946; 2 ( <90°, т. е. ctg β2> 0 (рис. 1, а);
2) радіальні, коли # 946; 2 = 90 °, т. Е. Ctg # 946; = 0 (рис. 1, 6);
3) загнуті назад, коли # 946; 21> 90 °, т. Е. Ctg # 946; 2
З малюнка 1 видно, що при збільшенні подачі QT натиск турбомашин з колесами, що мають лопаті, загнуті вперед, возра-стає, при радіальних лопатях залишається постійним, а при лопатях, загнутих назад, знижується.
Малюнок 1 - Робочі колеса відцентрових турбомашин і відповід-ветствующие їм теоретичні індивідуальні характери-стики
Шахтні вентилятори в порівнянні з насосами характеризуються значними продуктивності і невеликими тисками, тому необхідно мати колесо великого діаметру. Відцентрові вентилятори мають одне колесо (з метою скор-щення габаритів вентилятора по осі обертання його вала). У центро-бажаних вентиляторах невеликої продуктивності застосо- вуються колеса з лопатями, загнутими вперед. При цьому дещо знижується к. П. Д. Що до певної міри компенсується при-трансформаційних змін дифузора. У вентиляторах великої продуктивності застосовуються робочі колеса з лопатями, загнутими назад, які забезпечують більш високий к. П. Д.
Шахтні насоси в порівнянні з вентиляторами характери-ються значними напорами і невеликими подачами. По-цьому відцентрові насоси зазвичай мають кілька послідовно-тельно з'єднаних коліс відносно невеликих діаметрів. Для насосів застосовуються колеса з лопатями, загнутими назад. Та-кого ж типу колеса застосовуються для відцентрових компрес-соров.
Тема2. Основні експлуатаційні параметри турбомашин (2 години)
План лекції (с.17-39 / 1 /):
1. Дійсна індивідуальна характеристика турбомашини
2. Характеристика зовнішньої мережі турбомашин (СРСП)
1. Дійсна індивідуальна характеристика турбомашини
Дійсна індивідуальна харак-теристика турбомашини є зависи-ність між дійсним напором Н і дійсної по-дачею Q турбомашини при відомих розмірах машини і визна-діленої частоті обертання робочого колеса. Дійсний на-пір менше теоретичного через втрати в турбомашині, причинами яких є: 1) кінцеве число лопатей колеса; 2) тертя частинок рідини між собою і про поверхні проточної частини турбомашин; 3) витрати енергії на удари при вихровому русі рідини всередині турбомашини; 4) витрати енергії на перетворення швидкісного напору в статичний.
Втрати напору враховуються гідравлічним к. П. Д. Турбомашини, визначеним ставленням корисною потужності турбомашини до суми корисної потужності і потужності, витраченої на втрати напору в турбомашині. Гід-равліческій к. П. Д. Залежить від якості виготовлення Турбомена-шини, її параметрів і дорівнює для сучасних машин # 951; г = 0,8. 0,96.
Дійсна подача турбомашини, як і натиск, менше теоретичної внаслідок об'ємних втрат - витоків через нещільності в турбомашині. Ці втрати характеризує об'ємний к. П. Д. - відношення корисної потужності до суми корисної потужності і потужності, втраченої з витоками. В середньому обсяг-ний к. П. Д. # 951; 0 = 0,95. 0,98.
У турбомашині є також механічні втрати - за-трати енергії на тертя в підшипниках, сальниках, рідини про зовнішні поверхні дисків робочого колеса (дисковий тертя) і ін. Ці втрати визначаються механічним до, п. Д. Який для сучасних турбомашин # 951; M = 0,95. 0,99.
Ставлення корисної потужності до потужності турбомашини на-ни опиняються к. П. Д. Турбомашини і є її характеристикою. Він дорівнює добутку гідравлічного, об'ємного і механі-чеського к. П. Д. Т. Е. # 951; = # 951; г # 951; 0 # 951; M
Криву дійсної індивідуальної характеристики турбомашини можна отримати, якщо з ординат теоретичного напору Нт відняти ординати втрат напору Нп при відповідних подачах (рис. 1).
Малюнок 1 - Форми дійсних індивідуальних харак-теристик турбомашини: а і 6 - відцентрових; в - осьової
Порівняння форм дійсних індивідуальних характери-стик турбомашин, що мають робочі колеса з лопатями, загнити-тими вперед (рис. 1, а) і назад (рис. 1, б), показує, що пер-вая характеристика має вигляд випуклої кривої (горбаті харак -терістікі), а друга - падаючої кривої (безгорбими характе-ристики) або має слабо виражений горб. Форма характери-стики при певних умовах впливає на устої-тична режиму роботи турбомашини. Дійсна індивідуальна характеристика осьової турбо-машини (рис. 1, в) має форму сідловидної кривої.
2. Характеристики зовнішньої мережі турбомашин (СРСП)
Турбомашинах з'єднана із зовнішньою мережею: вентилятор з системою гірських виробок, насос - з трубопроводом. Характеристика зовнішньої мережі є залежність між подачею і напором, який має розвивати турбомашинах для руху рідини у зовнішній мережі.
Напір турбомашини Н витрачається на підйом рідини на геометричну висоту Нг (для насосної установки це расстоя-ня по вертикалі від поверхні води в резервуарі до зливного отвору напірного трубопроводу), створення швидкісного напору в зливному отворі напірного трубопроводу Hск і подолання гідравлічних опорів у зовнішній мережі - втрати на-пора Нп. Швидкісний напір:
Втрати напору по довжині трубопроводу і в місцевих сопротив-домлення (повороти, звуження і т. Д.)
де К - коефіцієнт, що залежить від шорсткості внутрішньої поверхні трубопроводу; l - довжина трубопроводу; d - діа-метр трубопроводу; # 958; - коефіцієнт місцевих опорів; v - швидкість руху рідини в тру-бопроводе; # 958; с - сумарний коефі-цієнт опорів.
Малюнок 2 Характеристики зовнішньої мережі
Висловивши v через подачу Q і попе-річкове перетин FТ, зовнішньої мережі, по-лучім
де R - постійна мережі (трубопроводу)
На малюнку 2 характеристика зовнішньої мережі 1 побудована для певного по-поперечного перерізу її FT і коефіцієнта опору # 958; с. При зменшенні перетину FТ або збільшенні коефіцієнта опираючись-ня # 958; з збільшується постійна R, і характеристика 2 мережі стає крутіше характеристики 1. При збільшенні FТ або зменшенні # 958; з знижується RQ 2, і характерис-тика 3 мережі стає положе характеристики 1. К. п. Д. Зовнішньої мережі:
Розглянуті характеристики зовнішньої мережі мають місце при турбомашинах, що працюють з геометричною висотою подачі (насоси). Для турбомашин, що працюють без геометричній ви-стільники подачі,
і характеристика мережі зображується параболою, яка виходить з початку координатних осей. Так як поперечний переріз мережі може змінюватися на її протязі (наприклад, вентиляційна мережа шахти), для упро-щення розрахунків користуються поняттям «еквівалентну отвір» - абстрактне отвір в ідеально тонкої стінці, через яке проходить задану кількість повітря, що відчуває при цьому таке ж опір , як у фактичній зовнішньої мережі турбомашини.
Еквівалентну, отвір вентиляційної мережі А (м 2) визна-ляется на підставі формули
де Q - кількість протікає в мережі повітря, м 3 / с; # 968; - коеф-фициент стиснення струменя (для повітря # 968; = 0,65); - швидкість повітря, м / с; Нст - статичний тиск.
Тема 3. Робота турбомашини на зовнішню мережу (2 години)
План лекції (с.17-39 / 1 /):
Стійкі робочі режими турбомашин
Знаючи дійсну індивідуальну характеристику турбомашини і характеристику зовнішньої мережі, побудовані в однаковий-вих масштабах, робочий режим турбомашини. т. е. певне значення її подачі Q, напору Н і к. п. д. # 951;, знаходять як точку перетину зазначених характеристик. Графічне визначення робочого режиму турбомашини на зовнішню мережу показано на рис. 1 а.
Точка I показує робочий режим турбомашини, якому відповідають Q ', Н' і # 951; '. B даному випадку # 951; ' ≠ # 951; тах. Для по-одержанні найвигіднішого (оптимального) робочого режиму турбо-машини, відповідного # 951; тах. треба змінити характеристику мережі. В даному випадку необхідно змінити характеристику збільшенням поперечного перерізу мережі або зменшенням опору в ній так, щоб вона прийняла, вид кривої 4, тоді робочий режим /// характеризується величинами Q, Н і # 951; тах. Якщо ще змінити характеристику мережі так, щоб вона прийняла вигляд кривої 5, то робочий режим // характери-зуется величинами Q ", Н" і # 951; "≠ # 951; тах.
У практиці експлуатації турбомашин має місце коливання режимів в певних інтервалах. Стосовно до рис. 1, а цей інтервал відповідає режимам / - /// - //. Средневзве-шенний.к. п. д. турбомашини в даному інтервалі визначається за даними трьох режимів:
Зазначені зміни робочих режимів турбомашини явля-ються результатом зміни характеристики зовнішньої мережі при постійній характеристиці турбомашини.
Зміна робочих режимів турбомашини (рис. 1, б) може бути при постійній характеристиці мережі, але при змінних характеристиках турбомашини, що можна здійснити зраду-ням частоти обертання робочого колеса турбомашини, числа робочих коліс і іншими способами. Робочі режими турбомашини показані точками /// - /// з відповідними значеннями подачі, напору і к. П. Д.
У загальному випадку робочий режим турбомашини може змінюватися в залежності від характеристики зовнішньої мережі і характеристики турбомашини, на цьому засновано регулювання подачі і напору.
Робочі режими турбомашин з однією точкою перетину характеристик турбомашини і зовнішньої мережі є підвалина-стійкими проти. т. е. такими, які можуть автоматично восстанавли-тися при усуненні причин, що викликали їх зміна. Устої-чівий режим є необхідною умовою нормальної ра-боти турбомашини.
Малюнок 1 - Робочі режими відцентрової турбомашини: а - при незмінній характеристиці турбомашини і змінюю-щейся характеристиці зовнішньої мережі; б - при незмінній характеристиці зовнішньої мережі і змінюється характеристиці турбо-машини
Тема 3. Робота турбомашини на зовнішню мережу (2 години)
План лекції (с.17-39 / 1 /):
Нестійкі робочі режими турбомашин
При турбомашинах, що працюють з геометричною висотою подачі, може мати місце нестійкий режим з двома точками перетину / і // (рис. 2) характеристик турбомашини / і се-ти 2 або бути відсутнім режим, коли не перетинаються характери-стики 3 і 2. Нестійкий режим і відсутність режиму свідётельствует про неправильному виборі турбомашини при заданої геометричної висоті.
Для усунення нестійкого режиму, який може воз-никать при експлуатації турбомашин, необхідно: 1) збільшити частоту обертання так, щоб характеристика турбомашини прийняла вигляд кривої 4 з однією точкою /// перетину з характери-стики мережі 2 (при цьому окружна швидкість колеса повинна бути в допустимих межах); 2) збільшити число послідовно з'єднаних коліс так, щоб характеристика турбомашини при-няла вигляд кривої 5 з однією точкою IV перетину з характери-стики мережі 2.
Малюнок 1 Нестійкий режим і відсутність робочого режиму відцентрової турбомашини
Малюнок 2 - Характеристики осьової турбо- машини при різних кутах установки лопатей робочого колеса
Усунути нестійкий режим зміною характеристики мережі не можна, так як турбомашинах в конкретних умовах рабо-тане з певної геометричної висотою подачі.
Для забезпечення стійкої роботи при виборі турбомашини необхідно дотриматися умови
де Н0 - напір турбомашини при подачі, що дорівнює нулю.
Для відцентрових турбомашин, що працюють без геометричний-ської висоти подачі (наприклад, вентилятор), робочий режим повинен бути стійким, так як характеристика вентиляційний-ної мережі виходить з початку координатних осей. Однак і тут можуть мати місце неприпустимі режими при спільній роботі двох або декількох вентиляторів на загальну вентиляційну мережу
При установці з осьовим вентилятором, навіть при його самостійно-котельної роботі на вентиляційну мережу, можливі нестійкі режими. На рис. 2 показані характеристики осьової турбо-машини (вентилятора) при різних кутах установки лопатей робочого колеса. Ці характеристики на відміну від характеристик відцентрових турбомашин мають седлообразную форму, особ-но при кутах установки лопатей понад 20 °.
При характеристиці / осьової турбомашини і характеристиці 2 зовнішньої мережі робочий режим стійкий, так як він визначається однією точкою / перетину характеристик / і 2 (виробляй-ність і тиск изобразятся відповідно абсцисою і ординатою точки / на кривій /).
При збільшенні опору зовнішньої мережі (крива 8) робота турбомашини буде нестійкою - перетин вказано-них характеристик відбудеться в декількох точках. Небезпека по-явища нестійкої роботи осьових турбомашин зростає при паралельній роботі осьових вентиляторів. При кутах установки лопатей понад 20 ° забезпечити паралельну роботу на загальну вентиляційну мережу осьових вентиляторів практично важко.
Нормальними робочими режимами осьових турбомашин треба
вважати режими, розташовані вправо від вершини горба В
з ординатою Hmаx.
У ряді випадків ця робоча частина характеристики при кутах установки лопатей робочого колеса понад 20 ° недостатня для нормальної роботи осьових вентиляторів за весь термін служби їх в шахтних умовах. Тому при підборі осьових вентиляторів часто орієнтуються на їх характеристики, відповідні (за можливості) меншим кутах установки лопатей - зазвичай в межах 20-30 °.
В осьових вентиляторах для місцевого провітрювання шляхом збереження постійного, порівняно невеликого кута уста-новки лопатей робочого колеса забезпечується характеристика, зображувана кривої 4.
Нестійку роботу осьового вентилятора з характеристикою / на мережу з характеристикою 3 (див. Рис. 2) можна усунути спо-собами, описаними стосовно відцентрової турбомашині, і, крім того: зміною кута установки лопатей (характери-стика 5); зменшенням опору вентиляційної мережі (характеристика 2). Характеристики вентилятора і мережі при цьому будуть перетинатися тільки в одній точці, т. Е. Робочий режим буде стійким.
Для конкретних умов роботи на зовнішню мережу за заводськими дійсним індивідуальним характеристикам тур-бомашін можна підібрати турбомашинах, яка, забезпечуючи необхідні подачу і напір, є найвигіднішою в ставлення-ванні к. П. Д. А отже, мінімуму споживання енергії за весь період експлуатації турбоустановки .