книги / Рудничные вентиляторные и водоотливные установки

На рис. 41 показана область промышленного использования тур- ‘бомашины (заштрихованная площадь), которая является областью устойчивых режимов с к. п. д., близким к цтах.

Весьма важным критерием, служащим для оценки экономичности не только турбомашины, но и всей турбоустановки в целом, является расход электроэнергии на 1 м3 перемещаемой жидкости

На рис. 41 показана также зависимость b = / (Q). С увеличением подачи Q величина Ъ уменьшается. Поэтому всякие мероприятия, связанные с перемещением режима работы данной турбомашины вправо по напорной характеристике, сопровождаются уменьшением удельного расхода электроэнергии Ъ. Так, например, этому будет способствовать уменьшение сопротивления внешней сети.

§ 2. Влияние скорости вращения на рабочий режим турбомашины

На практике часто приходится решать вопрос о параметрах рабо­ чего режима турбомашины, работающей в данной сети, при измене­ нии скорости вращения, а также определять необходимую скорость

параболами с вершинами в начале координат и, следовательно, они совпадают (рис. 42).

Точки М и М ' , координаты которых определяют собой рабочие режимы турбомашины при скоростях вращения п и /г1 , одновременно находятся на кривой пропорциональности и на характеристике

внешней сети. Поэтому определение параметров режима работы турбо­ машины при изменении скорости вращения ее или определение необходимой скорости вращения турбомашины для обеспечения заданного режима работы может быть произведено аналитическим путем с использованием уравнений (70), (71) и (72).

Пример. Определить режим работы шахтного центробежного вентилятора

Мощность на валу

K= Na( 4 ) 3= 1270 ( Ш ) 3==300° Квт*

2.Турбомашина рабо­ тает на внешнюю сеть с геодезической высотой (на­ пример, трубопровод шахт­ ной водоотливной уста­

работы может быть произведено графоаналитическим путем. Координаты точки А (рис. 43) определяют собой режим работы турбомашины на данную сеть при скорости вращения ее /г. Если ско­ рость вращения турбомашины станет равной /гх, то для определения нового режима работы необходимо построить напорную характери­

стику турбомашины, соответствующую этой скорости вращения nx. Для этого нужно использовать законы пропорциональности, выра­ женные соотношениями (70) и (71).

Координаты точки А г (Qlt Н г) определяют собой режим работы турбомашины на данную есть при скорости вращения ее пг.

Можно легко решить также обратную задачу: определить ско­ рость вращения турбомашины, необходимую для обеспечения задан­ ного режима. Допустим, что первоначальная скорость вращения турбомашины п. Для определения скорости вращения турбомашины п г, необходимой для обеспечения заданного режима ее работы (Çx,

# х), нужно через точку провести кривую пропорциональности ОАг. Координаты точек A Y YLB определяют собой подобные режимы турбомашины, и поэтому, воспользовавшись формулой (70), можно получить искомую скорость вращения турбомашины п1а

Таким образом, при работе турбомашины на внешнюю сеть, характеристика которой проходит через начало координат, законы пропорциональности действительны не только для самой турбо­ машины, но и для всей турбоустановки в целом. Поэтому в этом случае вышеуказанные задачи решаются аналитическим путем.

При работе турбомашины на внешнюю сеть, характеристика кото­ рой не проходит через начало координат, законы пропорциональ­ ности не могут быть применены для всей турбоустановки, и поэтому вышеуказанные задачи решаются только графоаналитическим путем.

Г л а в а IV

ОСНОВЫ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ТУРБОМАШИН

Совместная работа турбомашин — это работа нескольких турбо­ машин на общую внешнюю сеть. Если при одиночной работе турбо­ машины на предельной скорости вращения или при максимально возможном угле установки лопастей рабочего колеса не обеспечи­ вается необходимая подача или давление в сети, тогда прибегают к совместной работе турбомашин.

При параллельной работе турбомашин вода или воздух, пода­ ваемые каждой турбомашиной, поступают в общую сеть (см. рис. 46,а); при последовательной работе турбомашин вода или воздух, пода­ ваемые одной турбомашиной, проходят через другую турбомашину (см. рис. 46, б). В горной практике часто используют совместную работу турбомашин. Так, например, если один насос не справляется с откачкой суточного притока, то можно предусмотреть параллельную

работу насосов. Если напор, создаваемый одним насосом, не обеспечивает водоподъема, то можно предусмотреть последователь­ ную работу насосов.

Особенно важное значение имеет совместная работа вентиляторов при проветривании глубоких шахт. В данном случае отпадает необ­ ходимость использования вентиляторов больших размеров, создание и эксплуатация которых связаны со значительными техническими трудностями.

Весьма часто совместная работа вентиляторов вызывается необ­ ходимостью сравнительно кратковременного увеличения количества воздуха, подаваемого в шахту при внезапном увеличении газовыделения, при проведении взрывных работ в больших масштабах и т. д.

§ 1. Методы анализа совместной работы турбомашин

При одиночной работе турбомашины на внешнюю сеть, как было показано выше, режим ее работы определяется координатами точки пересечения характеристик турбомашины и внешней сети.

При совместной работе турбомашин определение рабочего режима значи­ тельно усложняется, так как режим работы каждой турбомашины зависит как от параметра внешней се­ ти, так и от характеристик других турбомашин.

Анализ работы со­ вместно включенных тур­ бомашин может быть вы­ полнен различными мето­ дами: графическим, гра­ фоаналитическим, анали­ тическим. Известно также использование метода элек­ трического моделирова­ ния. Наибольшее распро­ странение на практике получили графические ме­ тоды: 1) метод приведенной характеристики внешней сети; 2) метод суммарной

характеристики турбомашин. Для пояснения этих методов рассмо­ трим случай параллельной работы двух вентиляторов при централь­ ной схеме проветривания.

к точке подключения другой турбомашины. Для построения при­ веденной характеристики турбомашины необходимо напор, создавае­ мый турбомашиной при определенной подаче жидкости, уменьшить на величину потерь давления на участке, разделяющем вышеуказан­ ные турбомашины, при той же самой подаче. Дальнейшие построе­ ния, необходимые для определения рабочего режима системы, ведутся в порядке, описанном выше в зависимости от способа включения турбомашин.

§ 2. Параллельная работа турбомашин

Выше мы рассмотрели простейшие случаи параллельной работы турбомашины. Совмещение характеристики внешней сети с суммар­ ной характеристикой двух параллельно работающих турбомашин (рис. 46, а) показывает, что при рабочем режиме В подача двух турбомашин больше, чем подача турбомашины при одиночной работе

Рис. 46. Определение рабочего режима при совме­ стной работе турбомашин с одинаковыми характери­ стиками:

а — параллельное включение; б — последовательное включение

(точка А), но меньше суммарной подачи обеих турбомашин при их одиночной работе. Это объясняется тем, что с увеличением подачи жидкости увеличиваются также потери давления во внешней сети.

Степень увеличения подачи жидкости при параллельной работе турбомашин по сравнению с их одиночной работой зависит от свойств внешней сети. Чем меньше сопротивление сети, тем в большей сте­ пени увеличивается подача.

При параллельной работе разных турбомашин возможна работа одной из них с отрицательной подачей, т. е. режим ее работы будет находиться во втором квадранте координатной системы Q — Н.

Это означает, что при нормальном вращении ротора одной из турбо­ машин жидкость будет протекать в направлении от нагнетательного патрубка к всасывающему. В данном случае одна из турбомашин по отношению к другой создает дополнительное сопротивление, на преодоление которого бесполезно расходуется электроэнергия.

Более сложный случай параллельного включения турбомашин часто встречается на практике при использовании диагональной системы проветривания (рис. 47, а). В этом случае вентиляторы

б

Рис. 47. Параллельное включение вентиляторов на разные вентиля­ ционные стволы:

а — схема параллельной работы} б — определение рабочего режима Qi, Q2l Q0; ветственно расходы воздуха на участках ОБ, ОБ, ОА

подключаются к разным вытяжным стволам, расположенным на зна­ чительном расстоянии один от другого. Вентиляторы совместно обслуживают общий участок сети АО, а также индивидуальные участки ОБ и ОБ. Для определения режима работы вентиляторных установок в рассматриваемом случае вводят понятие об эквивалент­ ных вентиляторах. Последние присоединяются к сети в конце ее общего участка (точка О) и создают на участке сети АО тот же режим (<?0, Ю* чт0 и реальные вентиляторы, присоединенные к сети в точ­ ках Б и В.

На рис. 47, б приведено построение для определения рабочего режима при параллельном включении вентиляторов на разные вен­ тиляционные стволы.

Для получения напорных характеристик Г и II' эквивалентных вентиляторов необходимо из ординат напорных характеристик реаль­ ных вентиляторов вычесть ординаты характеристик соответ­ ствующих участков сети ОБ и ОБ при одних и тех же расходах.

Характеристики/' и / / ' называются приведенными характеристиками. Суммарная характеристика (/' + //') получена путем сложения расходов эквивалентных вентиляторов при одинаковых давлениях. Координаты точки пересечения характеристики общего участка сети ОА с суммарной характеристикой (/' + //') определяют собой режим M0(Ç0, h0) в точке разветвления О.

Для определения рабочих режимов эквивалентных вентиляторов

Рис. 48. К определению критерия однозначности режимов параллельной работы вентиляторов при центральной схеме проветривания

рабочих режимов реальных вентиляторов (Мг М п ) проводим вер­

тикали через точки M i и М и до пересечения с напорными характе­ ристиками.

При параллельной работе вентиляторов должно быть обеспечено условие получения однозначного режима их работы (одна точка пересечения напорных характеристик вентилятора и сети).

Рассмотрим общие условия, соблюдение которых обеспечивает однозначность режима работы параллельно включенных вентилято­ ров. Характеристики шахтных вентиляторов седлообразной формы могут быть причиной появления многозначных режимов работы (несколько точек пересечения напорных характеристик вентилятора

исети).

Вкачестве примера [15] рассмотрим параллельную работу двух одинаковых вентиляторов при центральной схеме проветривания, имеющих характеристики 2 (рис. 48). Кривая ОА — характеристика

внешней сети, а кривая 1 представляет собой приведенную характе­ ристику внешней сети для каждого из вентиляторов.

Точка перегиба С на кривой 1 сопряжена с точкой К характери­ стики вентилятора. Если точка С будет находиться вне площади, ограниченной характеристикой вентилятора (рис. 48), то при этом будет обеспечиваться условие однозначности режима работы венти­ лятора. Математически это условие можно записать в виде неравен­ ства

где Qc — абсцисса точки С;

QY — подача вентилятора при работе его на устойчивой части характеристики и давлении hmin.

Так как

С учетом возможных колебаний скорости вращения вентиляторов или сопротивления внешней сети условие (100) можно записать сле­ дующим образом:

(101)

Соотношению (101) можно придать также иной вид:

Условие (102) определяет максимально допустимую величину сопротивления внешней сети i?0, превышение которого может при­ вести к появлению многозначных режимов работы.

§ 3. Последовательная работа турбомашин

Последовательное включение турбомашин обычно применяют для повышения давления. Суммарная характеристика I + I I двух последовательно работающих турбомашин (см. рис. 46, б) полу­ чается сложением напоров Н для каждого значения подачи Q. При последовательной работе турбомашин наряду с увеличением напора имеет место также увеличение подачи во внешней сети (точка В) по сравнению с одиночной работой каждой турбомашины (точка А ).

При последовательной работе разных турбомашин возможна работа одной из них с отрицательным давлением, т. е. режим ее работы

в нагнетательном. Более сложный случай совместной работы турбо­ машин возможен, когда наряду с главным вентилятором, находя­ щимся на поверхности шахты, имеется один (рис. 49) или несколько вспомогательных вентиляторов, расположенных под землей [1].

Определим режимы работы главного и вспомогательного вентиля­ торов, если сопротивления ветвей равны Д0, R ±, i?2, R 3 (рис. 49, а).

Рис. 49. Схема вентиляции шахты

Для этого построим индивидуальные характеристики 1 главного вентилятора и 2 вспомогательного вентилятора (рис. 50). На том же графике по уравнению h = (R 0 + R 3) Q2 строим характеристику 3 последовательно включенного участка вентиляционной сети А'В = = AB + CD (см. рис. 49, б). Исключая вычитанием ординат из характеристики вентилятора главного проветривания (при одинако­ вых подачах) характеристику последовательно включенного участка А'В, получаем характеристику вентилятора главного проветривания Г (см. рис. 50), приведенную в точке В. По уравнению h = R 2Q2 строим характеристику 4 параллельно включенного участка С В (см. рис. 49, в). Вычитая из абсцисс приведенной характеристики V (при постоянных давлениях) абсциссы характеристики 4, получим приведенную к участку ВС характеристику вентилятора главного проветривания 1 \ Суммируя ординаты кривых 1" и 2 (при одинако­ вых подачах), находим суммарную характеристику 1" + 2 вспомо­ гательного вентилятора и вентилятора главного проветривания, приведенную к участку ВС. По уравнению h = R XQ2 строим харак­ теристику 5 участка ВС.

Координаты точки пересечения суммарной приведенной характе­ ристики 1" + 2 и кривой 5 являются параметрами, определяющими