горная механика. контрольная. Контрольная работа1 по горной механике студента заочного отделения чапля алексея валентиновича
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
КЕМЕРОВСКИЙ ГОРНОТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА№1 ПО горной механике СТУДЕНТА ЗАОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯЧАПЛЯ АЛЕКСЕЯ ВАЛЕНТИНОВИЧА ГРУППА 2ГЭМ-07 ВАРИАНТ 49 РАБОТА ВЫПОЛНЕНА ПО ПРОГРАММЕ 2010 ГОДА Содержание: Вопрос №4…...…………………………………………………………….3 Вопрос №38………………………………………………………………6 Вопрос №44……….………………………………………………..…….11 Задача №98………………….……………………………………………14 Задача №110……………………………………………………………...16 Список литературы……………………………………………………...18 Вопрос №4. Основное уравнение турбомашины. Его физический смысл. Уравнение теоретического напора турбомашины, известное под названием основного уравнения центробежного колеса, впервые было выведено русским академиком Л. П. Эйлером на основании разработанной им струйной теории. Согласно струйной теории, поток текучего в рабочем колесе центробежной турбомашины при бесконечном числе лопаток разбивается на отдельные элементарные струйки, а движение текучего происходит в идеальных условиях: без ударов при входе и выходе из колеса, завихрений частиц, утечек через неплотности и т. д. Несмотря на допущения, принятые при создании модели идеальной центробежной машины, струйная теория Эйлера дает представление о рабочих свойствах реальной машины. Рассмотрим процесс движения частиц элементарной струйки в рабочем колесе турбомашины (насоса) (рис. 1). При вращении рабочего колеса частицы текучего вследствие действия центробежной силы одновременно участвуют в двух движениях: переносном, вращаясь вместе с колесом с окружной скоростью u, направленной по касательной к окружности колеса, и относительном, перемещаясь вдоль лопатки с относительной скоростью w, направленной по касательной к поверхности лопатки. Геометрическое сложение этих скоростей дает абсолютную (истинную) скорость с движения. По направлению абсолютной скорости все частицы элементарной струйки входят в рабочее колесо и выходят из него. Частицы текучего, находящиеся при входе в рабочее колесо, в точке 1 рабочей лопатки будут перемещаться вместе с колесом с окружной скоростью u1, а соответственно относительная и абсолютная скорости частиц текучего на входе будут w1 и с1.  Угол β1 между касательными, проведенными к профилю лопатки и к внутренней окружности рабочего колеса в точке входа, называется углом входа лопатки. После поворота колеса на какой-то угол частицы текучего переместятся в точку 2 рабочей лопатки на выходе из рабочего колеса и будут иметь соответственно скорости u2, w2 и c2. Угол β2 между касательными, проведенными к профилю лопатки и к наружной окружности рабочего колеса в точке выхода, называется углом выхода лопатки. Приложение внешнего момента к рабочему колесу вызывает приращение напора за счет увеличения абсолютной скорости на выходе c2 по сравнению с входной скоростью с1. В идеальной турбомашине подведенная мощность N = γ•Q•HT полностью передается текучему без потерь, внешний момент равен М =  ,где Q, Нт — соответственно подача и напор; γ — удельный вес текучего (воды); ω — угловая скорость рабочего колеса. Выражение для напора будет иметь вид: HT=  . (1) [1, с.11]Для определения зависимости между приложенным к рабочему колесу внешним моментом и создаваемым им приращением напора воспользуемся известной из механики теоремой момента количества движения. Изменение количества движения массы текучего m, обусловленное внешним моментом, приложенным к рабочему колесу, равно М = M2 - M1 = mc2l2—mcll1 = m(c2l2—cll1), . (2) [1, с.11] где m = γ  — масса текучего;g — ускорение силы тяжести; c1, c2 — абсолютные скорости на входе и выходе. Выражая плечи 12 и 11 через радиусы R 2 и R1 из соответствующих треугольников l1 =Я1 cosαl; l2 =R2 cosα2 (рис. 1) и учитывая значения ωR 2 = u2, ωR1=u1 и m=γ , уравнение (2) примет вид:М =  (u2c2 cos α2 - u1 с1 cos αl) (3) [1, с.11]Теоретический напор Нт [из уравнений (2), (3)], развиваемый рабочим колесом турбомашины, Нт =  (4) [1, с.11]Выражение (4) является основным уравнением центробежного колеса турбомашины, или уравнением Эйлера. Уравнение для центробежной турбомашины (4) может быть выражено через скорости закручивания потока на выходе сu2 = с2 cos α2 и входе сu1 = с1 cos α1 ( рис. 1), т. е. Нт =  . (5) [1, с.11]Применительно к осевым турбомашинам, для которых на любом радиусе окружные скорости на входе и выходе одинаковы (u2 = u1=u), уравнение (5) имеет вид: Нт =  . (6) [1, с.11]Входящие в уравнения (5) и (6) скорости закручивания имеют определенное практическое значение. Так, скорость закручивания cU2, создаваемая рабочим колесом, обусловливает приращение полного напора турбомашины. Например, в рудничной вентиляции принцип закручивания потока на входе в рабочее колесо используется для регулирования давления, развиваемого вентиляторами с помощью направляющего аппарата. Уравнение Эйлера (4) выведено на основании струйной теории для идеальных условий работы турбомашины без потерь, поэтому для практических расчетов использовать его нецелесообразно. Введение в уравнение поправочных коэффициентов, учитывающих все потери в турбомашине, усложняет расчет турбомашины. Более совершенной теорией гидродинамики турбомашин является вихревая теория, разработанная акад. Г. Ф. Проскурой на основании теоремы проф. Н. Б. Жуковского о подъемной силе крыла. Согласно вихревой теории при обтекании потоком лопаток рабочего колеса, профиль которых аналогичен профилю крыла самолета, в каналах между лопатками рабочего колеса возникает циркуляция потока с вихреобразованием, по обе стороны крыла возникает разность давлений и создается подъемная сила. Под действием подъемной силы происходит приращение полного напора, необходимого для перемещения потока во внешней сети турбомашины. Значение теоретического напора, выраженного через циркуляцию абсолютной скорости потока, равно HT=  • (Г1-Г2), (7) [1, с.12]где Г1=2πR1cu1 и Г2 =2πR2cu2 — циркуляция абсолютной скорости потока соответственно на входе и выходе; ω — угловая скорость колеса. Уравнение (7) справедливо для рабочего колеса не только центробежных, но и осевых турбомашин. Это свидетельствует о единой физике рабочего процесса в рудничных турбомашинах. Вопрос №38. Требования уровней безопасности к устройству, насосной камеры и водосборников. Расположение оборудования в насосной камере (рис. 2). Для предохранения насосов от затопления почва насосной камеры должна быть выше отметки точки сопряжения квершлага или коренного штрека с околоствольным двором не менее чем на 0,5 м. Разность уровней почвы камеры и почвы водосборников для надежного всасывания не должна превышать 5,5 м. Для предохранения камеры от затопления во всех входах в нее устанавливаются герметические двери; со стороны водосборников герметичность достигается задвижками 6 (рис. 2). Водосборник главной водоотливной установки состоит не менее чем из двух самостоятельных выработок (крыльев) и его емкость соответствует не менее чем четырехчасовому нормальному притоку.  В водосборнике происходит осветление воды, так как вода течет с небольшой скоростью (vOT= 2 - 5 мм/сек), при которой механические примеси оседают на дно. Продолжительность процесса отстаивания воды tОТ= 6 -12 ч. При установлении окончательного сечения необходимо внести поправку на толщину слоя осадков. Обычно поперечное сечение водосборника соответствует сечению однопутевого штрека, а при емкости более 1500 м3 — двухпутевого. Колодцы для всасывающих трубопроводов круглые, укреплены бетоном, причем стенка колодца должна находиться от фундамента насосной установки на расстоянии не менее 200 мм. Для осветления воды перед поступлением ее в насосы дно колодца должно находиться на 1—1,5 м ниже почвы водосборника. В проектах новостроящихся и реконструируемых шахт водосборники предусматриваются с осветляющими резервуарами. Резервуар состоит из трех камер. Две камеры, непосредственно примыкающие к выработке околоствольного двора, параллельны друг другу и разделены бетонной перемычкой. Третья камера, примыкающая с одной стороны к двум первым камерам, а с другой — к водосборнику, отделена от выработок бетонными стенками, но соединена с ними перепускными трубами. Последовательное расположение первых двух камер с третьей обеспечивает две ступени осветления. Первые две камеры используются попеременно: при чистке от шлама одной из них во второй происходит осветление воды. При чистке третьей камеры вода попадает из первых камер непосредственно в водосборник по переливной трубе. Осветляющий резервуар закрыт деревянным настилом, уложенным на металлические балки. На шахтах иногда применяются погружные насосные камеры, расположенные на 10—15 м ниже дна водосборника. Так как вода поступает в насос под действием собственного веса, исключается заливка насоса перед пуском и упрощается автоматизадия управления насосами. Однако при погружных камерах существует опасность их затопления (большая, чем в камерах первого типа). |