1.Объясните устройство, принцип действия центробежной турбомашин. Охарактеризуйте параметры ее работы.

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.

Рис. 2. Центробежная одноступенчатая турбомашина с входом жидкости:

а — односторонним; б — двусторонним

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).

Рис. 3. Последовательное соедине­ние рабочих колес центробежной турбомашины

Применяются также многосту­пенчатые (многоколесные) турбо­машины с несколькими рабочими колесами, закрепленными на одном валу. Для увеличения подачи (про­изводительности) используются турбомашины с параллельным соединением колес, при котором 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.

2. Объясните конструкцию рабочих колес насосов, укажите их виды.

Различают рабочие колеса насосов закрытые и открытые. В закрытых односторонних колесах (рис. 54, а) имеются веду¬щий 1 и ведомый 2 диски, между которыми расположены лопасти 3. В закрытых двусторонних колесах (рис. 54, б) ведомые диски 1 и 2 лопастями 3 связаны с втулкой 4. Диски, лопасти и втулка, с помощью которой колесо насаживается на вал, отливаются заодно. В открытых колесах (рис. 54, в) имеется только ведущий диск 1 с втулкой 2 и лопастями 3.

Из условия прочности диски колеса утолщаются по направле¬нию к втулке. Диаметр рабочего колеса обычно не превышает 800 мм. Окружная скорость на выходном диаметре литых чугун¬ных колес 35 ... 40 м/с.

Лопасти колес загнуты назад с углом выхода 145 ... 150°. Они профилируются по дуге окружности или по логарифмической спирали и имеют толщину 3 ... 8 мм.

К. п. д. насоса зависит от чистоты обработки поверхностей каналов колеса, числа и длины лопастей, закономерности измене¬ния площади поперечного сечения межлопастного канала. Движе¬ние воды в колесе тем правильнее, чем больше лопастей, но при значительном их числе увеличиваются гидравлические потери. Обычно в одном колесе 6 ... 9 лопастей.

В шахтных насосах чаще применяются закрытые колеса, так как допускают разбег вала, необходимый при наиболее распро-страненном способе уравновешивания осевой силы, и при них меньше утечки жидкости через зазоры. Открытые колеса целе-сообразно применять для транспортирования загрязненных жидкостей.

П о коэффициенту быстроходности рабочие колеса центробеж¬ных насосов делятся на тихоходные (ns = 40 ... 80), нормальные (ns = 80 ... 150) и быстроходные (пь = 150 ... 300). При увеличе¬нии быстроходности колес, как правило, возрастает и к. п. д. Тихоходные колеса обеспечивают высокие напоры и сравнительно небольшие подачи, быстроходные — наоборот. Шахтные насосы имеют в основном тихоходные и нормальные колеса, удовлетворя¬ющие требованиям по напору, подаче и экономичности.

Для неагрессивной воды рабочие колеса изготавливаются литыми из чугуна или стали, для кислотной — из легированных хромом и никелем сталей, цементированного хромом чугуна, хромистого или кремнистого чугуна, кислотоупорных бронз и пластмасс.

3.Объясните назначение и конструкцию вспомогательного оборудования компрессорных установок.

При эксплуатации компрессоров необходимо контролировать: давление и температуру воздуха, охлаждающей воды и масла; производительность; температуру подшипников; расход охлаждающей воды; напряжение; ток; расход электроэнергии. Контрольно-измерительная аппаратура должна обеспечивать визуальное наблюдение и при необходимости запись контролируемых величин, подачу предупредительных сигналов при отклонении этих величин от заданных пределов и защитные отключения компрессора в аварийных ситуациях. Для измерения давления воздуха, охлаждающей воды и масла применяются манометры с трубчатой пружиной и поршневые манометры, в которых давление в цилиндре с маслом уравновешиваются перемещающимся поршнем. В полостях со значительными колебаниями давления оно измеряется метрами — приборами, фиксирующими среднюю BQ времени величину давления. Пиметр представляет собой поршневой манометр, где усреднение показаний происходит за счет большой массы подвижных частей. Наибольшее применение получили электроконнтактные манометры, в которых стрелка при максимальном и минимальном давлении замыкает цепи сигнальных устройств.

Для электрической дистанционной передачи величины давления применяются также манометры с индукционными, трансформаторными или реостатными датчиками и с вторичными показывающими или регистрирующими приборами.

Для контроля и записи температуры применяются многоточечные самопишущие электронные мосты в комплекте с термомет-рами сопротивления. В термометрах сопротивления используется свойство проводниковых материалов изменять электрическое сопротивление при изменении температуры. Такой термометр пред-ставляет собой отрезок металлической ленты или проволоки, намотанной на изоляционный каркас. Наибольшее распространение для изготовления термометров сопротивления имеют платина, медь, реже — никель и железо.

Стеклянные ртутные термометры, применяемые в качестве дублирующих, и термометры сопротивления погружаются в защитные гильзы, которые для уменьшения наружной теплоотдачи выполнены из металла со сравнительно низкой теплопроводностью. Для лучшей теплопередачи от гильзы к термометру в нее заливается масло. Ртутный термометр может быть снабжен электрическими контактами, один из которых впаян в нижней точке капилляра и всегда соприкасается с ртутью, а другие Впаяны в капилляр на отдельных отметках шкалы и соприкасается с ртутью только при достижении соответствующей температуры.

Количество сжатого воздуха, вырабатываемого компрессором, измеряется расходомером. Наибольшее применение в качестве расходомеров получили дифманометры — приборы для измерения перепада давления на диафрагмах (сужающих устройствах), устанавливаемых в трубопроводах сжатого воздуха. Дифманометры бывают поплавковые, кольцевые и мембранные.

Ячейковый фильтр (рис. 115, а) состоит из каркаса 1 со встроенными в него ячейками 2. Ячейки заполнены пакетами гофрированных металлических сеток, смоченных висциновым маслом (60 % цилиндрового и 40 % солярового масла). Для отделения от воздуха крупных механических частиц перед каждой ячейкой имеются жалюзи 3. С компрессором фильтр соединяется фланцем 4.Очистка воздуха происходит в фильтре, где пыль прилипает к гофрированным сеткам, смоченным маслом.

Очистка фильтров производится не реже одного раза в два месяца, при этом они обдуваются сжатым воздухом, после чего промываются в 10 %-ном содовом растворе при температуре 70 ... 80 °С и затем в воде. После очистки ячейки погружают в висциновое масло. Извлеченные из ванны ячейки ставятся в наклонное положение для стока с них лишнего масла.

Смазываемые узлы компрессора делятся на холодные и горячие. Холодные узлы, не соприкасающиеся непосредственно со сжатым воздухом (подшипники, направляющие крейцкопфа и т. п.), имеют температуру не выше 50 °С. Горячие узлы, непосредственно соприкасающиеся со сжатым воздухом, это цилиндр, поршень, воздухораспределительные устройства, сальники. В холодных пунктах смазки компрессора масло встречает незначительное сопротивление, поэтому здесь можно применить устройства свободной подачи масла, например капельные масленки. В горячих пунктах смазки компрессора масло встречает большое сопротивление сжимаемого воздуха и поэтому должно подаваться под давлением, для чего применяют насосы.

Шестеренный насос, работающий по принципу вытеснения масла двумя вращающимися зубчатые колесами, подает масло ко всем холодным пунктам смазки компрессора. Так как каждый горячий пункт смазки поршневого компрессора характеризуется своим потреблением и сопротивлением движению масла, то для подачи масла к горячим пунктам применяется многоплунжерный насос — лубрикатор, в котором каждый из плунжеров обслуживает только один пункт смазки. Для регулирования давления масла и его расхода в маслопроводах у пунктов смазки устанавливают редукционные клапаны и шайбы.

Центробежный компрессор имеет три насоса: рабочий, пусковой и резервный. Рабочий насос приводится в движение от вала редуктора или компрессора и подает масло при нормальной работе. Во время пуска и остановки компрессора в связи с уменьшением подачи рабочего насоса включается пусковой маслонасос с са-мостоятельным двигателем. Этот насос может быть также резервным.

Концевые охладители устанавливаются на стационарных поршневых компрессорах производительностью свыше 10 м3/мин. Они расположены на выходе воздуха из компрессора и необходимы для отделения конденсата, благодаря чему уменьшается возможность образования и воспламенения нагаромасляных отложений в трубопроводах.

4. Объясните устройство, принцип действия осевых турбомашин. Охарактеризуйте параметры ее работы.

О севая 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.