книги / Рудничные вентиляторные и водоотливные установки

РУДНИЧНЫЕ

ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ

И ВОДООТЛИВНЫЕ УСТАНОВКИ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР

в качестве учебного пособия для студентов горных специальностей вузов

ИЗДАТЕЛЬСТВО « Н Е Д Р А » М о с к в а , 1968

Рудничные водоотливные п вентиляторные установки. Рипп М. Г ., Петухов А . И ., Мирошник А . М. И8д-во «Недра», 1968 г., стр. 296.

В книге изложены теоретические основы рудничных турбомапшн, а также рассмотрены прин­ ципы действия, устройство, правила эксплуата­ ции и проектирования рудничных водоотливных и вентиляторных установок.

Книга является учебным пособием для сту­ дентов электромеханической специальности гор­

Рецензенты: кафедра горной механики Кузбасского политехнического института; проф., докт. техн. наук А. И. Бороховпч.

3—7—3 127-6S

ПРЕДИСЛОВИЕ

Главная задача нового пятилетнего плана состоит в том, чтобы на основе всемерного использования достижений науки и техники, индустриального развития всего общественного производства, повы­ шения его эффективности и производительности труда обеспечить дальнейший значительный рост промышленности.

К 1970 году добыча угля достигнет 665—675 миллионов тонн. Угольная промышленность должна полностью обеспечить высоко­ качественным углем как производственные нужды народного хозяй­ ства, так и потребности населения.

Увеличение добычи топлива может быть достигнуто путем реконструкции существующих и строительства новых шахт и раз­ резов, внедрения передовой технологии добычи полезных ископа­ емых, совершенствования всех звеньев производственного процесса на основе комплексной механизации и автоматизации. Это потре­ бует дальнейшего развития и совершенствования электромеханиче­ ского хозяйства шахт, в том числе водоотливных и вентиляторных установок.

В данной книге рассматриваются теоретические основы руднич­ ных турбомашин, вопросы проектирования и эксплуатации водо­ отливных и вентиляторных установок.

Настоящее учебное пособие написано в соответствии с про­ граммой курса «Рудничные водоотливные и вентиляторные уста­ новки» для электромеханической специальности, утвержденной Учебно-методическим управлением по вузам Министерства высшего и среднего специального образования СССР в 1961 г.

Первый, второй и третий (за исключением главы VII) разделы написаны М. Г. Риппом.

Четвертый раздел (за исключением главы VIII) написан А. И. Пе­ туховым.

Глава VII третьего раздела и глава VIII четвертого раздела написаны А. М. Мирошником.

В данном курсе используются международная и техническая системы единиц.

Авторы выражают благодарность коллективу кафедры горной механики Кузбасского политехнического института, профессорам, докторам техн. наук А. И. Бороховичу PI И. Т. Першину за сделан­ ные ими при рецензировании рукописи ценные замечания.

Авторы также выражают благодарность проф., докт. техн. наук В. А. Мурзину и доцентам, канд. техн. наук Ю. А. Цейтлину и В. В. Юшину за ценные замечания, сделанные ими при про­ смотре рукописи.

Все замечания по поводу недостатков или желаемых дополнений и исправлений будут приняты авторами с благодарностью.

Раздел первый

ВВЕДЕНИЕ

Г л а в а I

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА, ЕГО ЗНАЧЕНИЕ И СВЯЗЬ СО СМЕЖНЫМИ ДИСЦИПЛИНАМИ

Современные шахты оснащены разнообразными и сложными электромеханическими установками.

Среди установок, от которых зависит надежность и безопасность работы шахты, одно из главных мест принадлежит рудничным водо­ отливным и вентиляторным установкам.

Рудничные водоотливные установки предназначены для откачки на поверхность воды, поступающей в горные выработки. Значение их в горном деле видно из следующих показателей: чтобы добыть 1 т угля, нужно откачать, например, для условий Донбасса около 2,5 т воды, а в ряде случаев значительно больше. Подача шахт­ ных насосов достигает 600 м3/ч и более, а мощность 1000 кет и более.

Рудничные вентиляторные установки предназначены для прове­ тривания горных выработок. Чтобы добыть 1 т угля, нужно подать в подземные выработки свыше 5 т воздуха. Подача современных шахтных вентиляторов доходит до 500 м3/сек, а мощность двига­ телей вентиляторов — до 3—4 тыс. кет.

Водоотливные и вентиляторные установки находятся в числе основных потребителей электроэнергии на шахте. В ряде случаев они потребляют до 50—10% электроэнергии, расходуемой на шахте. Поэтому важно, чтобы эти установки были не только надежными в эксплуатации, но и экономичными.

Главные водоотливные и вентиляторные установки оборудуются турбомашинами, у которых передача энергии от двигателя потоку жидкости осуществляется лопастями вращающихся рабочих колес.

В данном курсе рассматриваются основы рабочего процесса турбомашин, конструкции, методы проектирования и способы экс­ плуатации рудничных водоотливных и вентиляторных установок. Изучение этих установок объединено в одном курсе, так как насосы и вентиляторы органически связаны общностью основных теорети­ ческих положений, устройства и принципа действия. Следует иметь также в виду, что в водоотливных и вентиляторных установках плотность перемещаемой среды практически постоянна, так как сжимаемостью воздуха при небольшом перепаде давлений в венти­ ляторной установке можно пренебречь.

Поэтому изобретение электродвигателя в конце XIX в. послу­ жило мощным толчком для развития турбомашин.

Наряду с центробежными машинами в XIX в. появились и осе­ вые турбомашины. Первый осевой вентилятор был предложен в Рос­ сии инженером Тепловым еще в 1854 г. Этот вентилятор имел доста­ точно высокий к. п. д., однако в условиях царской России изобретение Теплова не получило поддержки и было вскоре забыто.

В дореволюционной России техника водоотлива и вентиляции шахт была чрезвычайно отсталой. На шахтах эксплуатировались главным образом насосы и вентиляторы иностранных фирм. Соб­ ственное производство этих машин было весьма ограничено. Только после победы Великой Октябрьской социалистической революции расширилось отечественное производство рудничных насосов и вен­ тиляторов. В 1925 г. были выпущены центробежные многоступен­ чатые цельнокорпусные насосы, а в 1928 г. были созданы много­ ступенчатые секционные центробежные насосы.

С. 1936 г. началось внедрение в горную промышленность центро­ бежных насосов спирального типа с горизонтальным разъемом корпуса. В годы первой пятилетки советские инженеры создали надежные конструкции центробежных вентиляторов, а с 1938 г. началось широкое внедрение в горную промышленность осевых вентиляторов.

В настоящее время водоотливные и вентиляторные установки оборудуются надежными и экономичными насосами и вентиляторами. Успехи в этой области были бы невозможны без серьезных теорети­ ческих и экспериментальных исследований. В этом отношении важ­ ную роль сыграла теория крыла, созданная проф. H. Е. Жуков­ ским (1847—1921). Она способствовала более глубокому пониманию процесса взаимодействия твердых тел с жидкостью и дала мощный аналитический аппарат для расчета этого процесса. Идеи проф. H. Е. Жуковского применительно к турбомашинам получили дальнейшее развитие в трудах действ, члена АН УССР Г. Ф. Проскуры (1876—1958), создавшего вихревую теорию центробежных насосов, проф. К. А. Ушакова и его учеников, создавших методы аэродинамического расчета вентиляторов.

Ввышеуказанных научных направлениях работает целая плеяда отечественных и зарубежных ученых.

Вразработке конструкций и современных методов расчета вы­ сокоэкономичных насосов и вентиляторов выдающуюся роль сы­ грали также акад. М. М. Федоров (1867—1945), акад. А. П. Гер­ ман (1874—1953) и др. Акад. М. М. Федоров еще в 1909 г. показал целесообразность исследования рудничных турбомашин на основе их характеристик, разработал метод определения диаметра рабо­ чего колеса шахтных центробежных вентиляторов и необходимой скорости его вращения на основе безразмерных характеристик.

Ему принадлежит также решение задачи о наивыгоднейшем диа­ метре трубопровода рудничной водоотливной установки.

Акад. А. П. Герман развил теорию подобия турбомашин, разра­ ботал метод исследования их совместной работы на основе характе­ ристик и выполнил ряд других оригинальных работ.

Видное место в области теории рудничных турбомашин принад­ лежит акад. В. С. Паку, профессорам В. Г. Гейеру, А. И. Веселову,

Г.М. Еланчику, А. А. Дзидзигури и др.

Всоздании современных насосов и вентиляторов большую роль сыграли коллективы Всесоюзного научно-исследовательского инсти­ тута гидромашиностроения (ВНИИГидромаш), Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), Института горной меха­ ники и технической кибернетики им. М. М. Федорова (г. Донецк), проектных институтов (Гипроуглемаш, Гипронефтемаш, Донгипроуглемаш и др.) и машиностроительных заводов (Московский насос­ ный завод им. М. И. Калинина, Ясногорский завод угольного маши­ ностроения, Горловский машиностроительный завод им. С. М. Ки­ рова, Донецкий завод им. XV-летия ЛКСМУ и др.).

Большой объем научных исследований, способствовавших даль­ нейшему совершенствованию рудничных водоотливных и венти­ ляторных установок, выполнен в Московском горном, Донецком политехническом и в других институтах.

Г л а в а III

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАШИНАХ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ

§ 1. У ст р о й ст в о и п р и н ц и п д ей ст в и я м аш и н дл я п ер ем ещ ен и я ж и д к о ст и

Движение воды по трубопроводам и воздуха по горным выра­ боткам происходит за счет разности полной удельной энергии по­ тока. Как известно, полная удельная энергия потока Н склады­ вается из трех величин:

(1 )

где 2 — геометрическая высота рассматриваемой частицы жидкости над плоскостью сравнения;

р — давление в данной точке жидкости; V — удельный вес жидкости;

V — скорость движения жидкости; g — ускорение силы тяжести.

Центробежная турбомашина (рис. 1) состоит из подводящего устройства 2, рабочего колеса 2, отводящего устройства 3 и диффу­ зора 4. Рабочее колесо центробежной турбомашины состоит из сту­ пицы, переднего и заднего дисков между которыми расположены

Рис. 2. Схема осевой турбомашины

лопасти. Поток жидкости подводится к рабочему колесу в осевом направлении, а в области колеса имеет радиальное направление.