Лекция №2. Основы теории турбомашин

Принцип действия турбомашин

Применяемые в горной промышленности турбомашины:насосы, предназначенные для откачки и подачи воды; вентиляторы, осу­ществляющие вентиляцию горных выработок; турбокомпрессоры, вырабатывающие сжатый воздух, характеризуются единым прин­ципом работы.

В зависимости от направления потоков жидкости относительно оси вращения рабочего колеса они бывают центро­бежными, осевыми и меридиональными (диагональными). В гор­ной промышленности последняя группа турбомашин имеет огра­ниченное применение. Осевые турбомашины используются на гор­ных предприятиях в основном в качестве вентиляторов.

Рисунок 1. Центробежная турбомашина с односторонним всасыванием

1 - подводящие устройство, 2 - рабочие колеса, 3 - лопатки рабочего колеса, 4 - отводящие устройство, 5 - вал, 6 - диффузор

Центробежная турбомашина - состоит из рабочего колеса с лопатками, закрепленного на валу, подводящего устройства, спирального улиткообразного отводящего устрой­ства и диффузора.

Поток жидкости подводится к рабочему колесу в осевом на­правлении и при входе в последнее изменяет свое направление и в межлопаточных каналах колеса движется уже в радиальном направлении, перемещаясь вдоль лопаток от входа в колесо к вы­ходу из него. Центробежная турбомашина может иметь рабочее колесо од­ностороннего всасывания, т. е. с подводом жидкости к колесу с одной стороны, и с двусторонним всасыванием, т. е. с двусторон­ним подводом жидкости, для увеличения производительности (подачи).

Рисунок 2. Осевая турбомашина

1 - втулка рабочего колеса, 2 - лопатки, 3 -вал, 4 - коллектор, 5 - передний обтекатель, 6 - цилиндрический кожух, 7 - спрямляющий аппарат, 8 – диффузор

Осевая турбомашина - состоит из рабочего колеса с лопатками, вала, кожухас входным устройством (коллек­тором), переднего обтекателя, выходного устройства — спрям­ляющего аппаратаи диффузора. Спрямляющий аппарат, устанав­ливаемый за рабочим колесом, служит для раскручивания потока жидкости, выходящего из колеса закрученным. От осевой турбо­машины поток жидкости подводится к рабочему колесу и отво­дится от него в осевом направлении. Рабочее колесо турбомашины, являясь основным ее элементом, получает от двигателя энергию и передает ее посредством лопаток потоку жидкости, увеличивая при этом ее давление (напор).

Лопатка рабочего колеса представляет собой крыло — слегка изогнутое, удобно обтекаемое тело с закругленной набегающей на поток частью и заостренным концом, а рабочее колесо — решетку из таких совместно работающих крыльев. Конструкции лопаток центробежных и осевых турбомашин имеют существенные отличия. Для уменьшения завихрений потока жидкости при входе и безударного входа в рабочее колесо перед ним у осевых турбома­шин устанавливается специальный обтекатель, у центробежных обтекатель выполняется заодно с рабочим колесом.

Подводящее устройство (подвод) обеспечивает подвод жидкости к рабочему колесу с равномерным, по возможности, полем скоро­стей потока по его сечению.

Назначение отводящего устройства (отвода) — собрать поток, выходящий из рабочего колеса с большой скоростью, преобразо­вать его кинетическую энергию в потенциальную энергию давле­ния и отвести жидкость к нагнетательному патрубку или следую­щему рабочему колесу. В отводе осевых машин также может про­исходить частичное или полное раскручивание потока, закру­ченного рабочим колесом. Поток в отводе в связи с плавным рас­ширением имеет диффузорный характер течения, т. е. скорость жид­кости уменьшается, а давление возрастает. При наличии за от­водящим устройством диффузора в последнем происходит даль­нейшее снижение скорости потока и преобразование кинетиче­ской энергии его движения в потенциальную энергию (статиче­ское давление).

Необходимо отметить, что приращение удельной энергии по­тока происходит только в рабочем колесе, в остальных элемен­тах — преобразование энергии и уменьшение полного напора вследствие потерь энергии на преодоление сопротивлений.