Соловьев В.С., Смородин А.С. Стационарные машины и установки

Подождите немного. Документ загружается.

Рис.9. Схема струйной машины

Массивный цилиндр 1 (ротор) с

радиальными прорезями помещается эксцентрично в корпусе 2

(статор). В прорези ротора вставляются пластины 3, отжимае-

мые от центра к периферии действием центробежных сил. При

быстром вращении цилиндра 1 пластины 3 производят всасы-

вание через приемный патрубок 4 и нагнетание через напорный

патрубок 5.

Струйные машины нашли широкое применение в про-

мышленности. Принцип их действия рассмотрим на примере

струйного насоса (рис.9) – гидроэлеватора. Поток рабочей жид-

кости проходит через сопло 1, где происходит большое прира-

щение кинетической энергии, и попадает в камеру 2. В камере

происходит понижение давления и под влиянием разности атмо-

сферного давления и давления в камере 2 жидкость поднимается

от уровня 4 в камеру 2, где она захватывается струей рабочей

жидкости. Смесь рабочей и пере-

мещаемой жидкости поступает в

расширяющийся патрубок 3 и далее

по трубопроводу в бак на высоту Н

Благодаря простоте конст-

рукции, отсутствию движущихся

деталей гидроэлеваторы успешно

используют в проходческом водо-

отливе, при чистке водосборных

Рис.10. Схема

эрлифта

Рис.7. Схема поршневой машины

Рис.8. Схема роторной

машины

Рис.11. Определение работы, затраченной

на перемещение жидкости

емкостей от твердого, а эжекторы – для проветривания глухих

выработок сжатым воздухом.

Эрлифты. Сжатый воздух (газ) нагнетателем (компрессо-

ром, воздуходувкой) 1 (рис.10) подается по воздухопроводу 2 в

смеситель 3, погруженный в воду на глубину h. Поток сжатого

воздуха под давлением, определяемым глубиной погружения,

поступает из смесителя в подъемную трубку 5. При скоростях

выше критических он увлекает воду и твердое, поднимет их на

высоту Н. Смесь поступает в отвод 6. Здесь из потока отделяется

воздух, поступающий в атмосферу, а вода и твердое отводятся в

приемное устройство. Подвод 4 выполнен так, что дозирование

твердого осуществляется автоматически, чем обеспечивается

оптимальная концентрация его в потоке.

Задачей машины (генератора энергии в потоке) является

перемещение текучего по всей внешней сети, которое выражается

в повышении энергии расходуемой на увеличение скорости пото-

ка, преодоление противодавления и аэрогидравлических сопро-

тивлений.

Пусть по трубопроводу необходимо перемещать жид-

кость с уровня Z

на уровень Z

(рис.11). Жидкость под действи-

ем внешних сил движется в верхний бассейн, имеющий давле-

ние выше атмосферного, с увеличением кинетической энергии,

преодолевая сопротивление движению.

Возьмем слой

потока бесконечно ма-

лой величины dS с

площадью сечения F,

находящийся с двух

сторон под разными

давлениями.

Элементарная

работа при перемещении

жидкости на бесконечно

малом пути dS [6]:

dL = FdSdP + FdSgdH

+ FdSgd(c

/2g) + dH

тр

(1)

где  – плотность жидкости; dP – приращение давления; H

тр

–

работа сил сопротивления на участке пути движения жидкости;

с – скорость потока.

Разделив выражение (1) на вес элемента, получим эле-

ментарную удельную работу

gFdS

ddH

gFdS



























тр

. (2)

Взяв интеграл выражения (2), в границах рассматривае-

мого участка движения потока получим удельную весовую ра-

боту по перемещению единицы веса текучего, измеряемую в

метрах и называемую напором,

   























тр

г1

gFdS

ddH

(3)

Для установившегося движения при транспортировании

несжимаемых текучих получим

тр

нк

сс

L 











(4)

где P

и P

– конечное и начальное давление; Н

– геометриче-

ская высота подачи; с

и с

– скорость в конце и в начале трубо-

провода; Н

тр

– потери напора на трение.

Если работу отнести к единице объема, умножив все

члены уравнения (3) на g, получим затраченную удельную

объемную работу, называемую давлением (Н/м

Для внесения в поток текучего энергии в трубопровод

следует включить машину между сечениями В и Д, тогда тру-

бопровод делится на всасывающий и нагнетательный.

Уравнение удельной весовой работы для всасывающего

трубопровода, где работа от машины еще не вносится, будет

иметь вид:

,0)(

встрвс

нв











 HH

сс

(5)

где с

и Р

– скорость и давление перед входом в машину.

Для идеальной жидкости (Н

тр

)

вс

= 0 и Н

вс

= Z

– Z

, тогда

из выражения (5) получим известное уравнение Д.Бернулли:

вв

нн









. (6)

Отсюда видно, что подъем жидкости во всасывающем

трубопроводе возможен только при отрицательной разности

давлений Р

– Р

 0, т.е. при вакууме перед машиной.

Работа L

положительна, когда в поток текучего вносит-

ся энергия с помощью машин (вентиляторы, насосы, компрессо-

ры) и работа L

будет отрицательной, когда машина получает

энергию от потока (пневмо- и гидродвигатели, перфораторы и

др).

1.4. Характеристика внешней сети установки

Установкой называется совокупность внешней сети и

работающих на нее машин. Внешняя сеть – это совокупность

труб или горных выработок, по которым движется текучая

среда под действием машины.

Зависимость между расходом внешней сети и напором,

действующим на ее концах, называется напорной характеристи-

кой внешней сети.

В формуле (4) для удельной весовой полезной работы со-

ставляющая Н

тр

(работа на преодоление аэрогидродинамических

сопротивлений по длине трубопровода и местах сопротивлений)

определяется по известной из курса гидравлики формуле

1 1

тр



















 



(7)

где 

– коэффициент аэрогидродинамических сопротивлений; U

, F

, l

– периметр, площадь сечения и длина трубопровода; 

– коэф-

фициент местных сопротивлений; все члены в скобках для кон-

кретного трубопровода величины постоянные; с

= Q

/ F

; Q

–

расход текучего.

Рис.12. Характеристики внешней

сети водоотливной установки

Получим постоянную данного трубопровода

1 1

тр



















 



(8)

Таким образом, потери на преодоление сопротивления

движению потока в трубопроводе можно записать в виде уравне-

ния

тр

= R

тр

, (9)

которое представляет собой математическое выражение характе-

ристики трубопровода.

Введя теперь характеристику трубопровода (9) в уравне-

ние (4) и учитывая, что в шахтных водоотливных установках

всасывание происходит при атмосферном давлении

/g + с

/2g = P

/g), а вода, поднятая на высоту Н

, свобод-

но выбрасывается в атмосферу (Р

= Р

), получим выражение для

характеристики внешней сети водоотливной установки

= H = H

+ с

/2g + R

тр

(10)

или, окончательно объединив два последних члена уравнения,

получим

Н = Н

+ R

тр

. (11)

На рис.12 показано се-

мейство характеристик сети

насосной установки при раз-

личных сопротивлениях трубо-

провода.

Выработки шахты про-

ветриваются минимум через два

ствола (один для подачи свежего

воздуха, а второй для подачи от-

работанного). Если температура

в стволах одинакова (отсутствует

естественная тяга), то уравнение

теоретической характеристики

шахтной вентиляционной сети,

выраженной через удельную

объемную работу,

= R

. (12)

На рис.13 приведены

характеристики вентиляцион-

ной сети при разных сопротив-

лениях трубопровода.

Характеристика внеш-

ней сети пневматической уста-

новки представляется несколько

иначе: с учетом сжимаемости

транспортируемого воздуха и с

учетом потребителей сжатого

воздуха.

На рис.14 показана ха-

рактеристика внешней сети

пневматической установки в

координатах давления (на вы-

ходе из компрессора) и количе-

ство свободного воздуха. Она

представляет собой сложную

кривую как совокупность ха-

рактеристик потребителей и

потерь давления при движе-

нии сжатого воздуха по трубопроводам.

Рассмотренные характеристики следует считать теоре-

тическими, так как они получены в предположении герметич-

ности трубопроводов.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы основные элементы шахтных вентиляторных,

водоотливных и пневматических установок [3,6]?

Рис.13. Характеристики внешней

сети вентиляторной установки

Рис.14. Характеристика внешней

сети пневматической установки