Величины, характеризующие работу турбомашин

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТУРБОМАШИН

Принцип действия турбомашин

В шахтной практике для проветривания выработок, водоотлива и получения сжатого воздуха используются турбомашины — машины с лопастными рабочими колесами. Рабочей средой в этих машинах является жидкость, под которой в дальнейшем понимаются и жидкие и газообразные вещества.

По конструкции и характеру движения жидкости относительно оси вращения рабочего колеса различают центробежные и осевые турбомашины.

Центробежная одноступенчатая турбомашина (рис. 2) состоит из рабочего колеса 1 с лопастями 2 и обтекателем 3, вала 4, подшипников 5, спирального отвода 6, входного патрубка 7, напорного патрубка 8 и диффузора 9, который применяется только для вентиляторов.

При вращении рабочего колеса в направлении, показанном стрелой, жидкость, находящаяся в межлопастных каналах, под действием лопастей приходит в движение. Перемещаясь вдоль лопастей от входа в колесо к выходу из него, поток жидкости получает приращение полной энергии — суммы потенциальной и кинетической энергии (статического и скоростного напора) и затем поступает в спиральный отвод. В постепенно расширяющемся спиральном отводе кинетическая энергия потока частично преобразовывается в потенциальную — в статический напор (давление), который еще больше возрастает в диффузоре. Поток жидкости поступает в рабочее колесо непрерывно, так как в центре колеса при работе турбомашины непрерывно создается разрежение. Обтекатель необходим для безударного подвода жидкости к лопастям.

Описанная турбомашина имеет одно рабочее колесо с односторонним входом жидкости (рис. 2, а).

Для увеличения подачи (производительности)применяются рабочие колеса с двусторонним входом жидкости (рис. 2, б).

Применяются также многоступенчатые (многоколесные) турбомашины с несколькими рабочими колесами, закрепленными на одном валу. Для увеличения подачи (производительности) используются турбомашины с параллельным соединением колес, при которрм жидкость всасывается в каждое колесо, а затем через диффузор подается в общий трубопровод. Для увеличения напора (давления) служат турбомашины с последовательным соединением нескольких колес, при котором жидкость последовательно проходит через все рабочие колеса 1 (рис. 3) и расположенные между ними невращающиеся лопаточные отводы 2, где скоростной напор частично преобразовывается в статический.

Осевая турбомашина (рис. 4) состоит из рабочего колеса в виде втулки 1 с лопастями 2, вала 3, корпуса 4 с коллектором 5, переднего обтекателя (кока) 6, спрямляющего аппарата 7, диффузора 8 и подшипников. Лопасти относительно втулки закреплены под некоторым углом. При вращении рабочего колеса в направлении, показанном стрелкой, благодаря воздействию лопастей на жидкость происходит приращение давления, необходимое для движения жидкости. У входа в колесо возникает разрежение, а за колесом — давление. За рабочим колесом устанавливается спрямляющий аппарат для выравнивания в осевом направлении потока, выходящего из колеса закрученным. Назначение диффузора в осевой турбомашине то же, что и в центробежной.

Описанная осевая турбомашина одноступенчатая, т. е. одноколесная. Однако, как и центробежная, она может быть и многоступенчатой, с последовательным соединением колес. Между рабочими колесами устанавливается неподвижный лопаточный направляющий аппарат, а за последним колесом — такой же конструкции спрямляющий аппарат.

В центробежной турбомашине жидкость входит в колесо вдоль оси, выходит в плоскости вращения колеса, а в осевой — движется только вдоль оси вращения колеса.

Увеличение давления жидкости, необходимое для ее движения в присоединенном к турбомашине напорном трубопроводе, происходит благодаря гидродинамическим силам, возникающим от динамического воздействия лопастей вращающегося колеса на поток жидкости.

Лопасть рабочего колеса имеет крыловидный профиль, слегка изогнутое обтекаемое тело с закругленной, набегающей на поток кромкой и заостренной задней кромкой. Рабочее колесо представляет собой решетку из таких совместно работающих профилей.

Величины, характеризующие работу турбомашин

Работу турбомашины характеризуют:

Подача (производительность) Q -количество транспортируемой турбомашиной жидкости в единицу времени. Измеряется в объемных единицах (м³/с, м³/мин, м³/ч) или в единицах массы. Применительно к насосам принят термин подача, к вентиляторам — производительность.

Напор (давление) Я, создаваемый турбомашиной и представляющий собой приращение полной удельной (на 1 кг) энергии, полученной жидкостью в турбомашине. Напор измеряется в метрах столба жидкости, давление — в паскалях (1 Па = 1 Н/м²).

Давление (Па), создаваемое турбомашиной,

Р = ρ·g·H,

где ρ — плотность перекачиваемой среды, кг/м³;

g = 9,81 м/с² — ускорение свободного падения.

Применительно к насосам принят термин напор с обозначением Н, а к вентиляторам и центробежным компрессорам — давление, обозначаемое соответственно Н и ρ.

Различают избыточное давление, т. е. избыток измеряемого манометром давления над барометрическим давлением внешней среды, и абсолютное давление, равное сумме барометрического и измеренного манометром избыточного давления.

Мощность измеряется в ваттах (1 Вт = I Дж/с).

Различают полезную мощность N_n — приращение в турбомашине энергии потока в единицу времени и мощность турбомашины (на валу турбомашины) N — энергию, полученную турбомашиной от двигателя в единицу времени.

К.п.д. η турбомашины — отношение полезной мощности, сообщаемой потоку жидкости, к мощности турбомашины.

Частота вращения n рабочего колеса турбомашины — число оборотов в минуту.

Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 43; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!