MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Mirosław Kowalski
U\
ytkowanie maszyn i urządzeń do zabezpieczania
wyrobisk 311[15].Z2.03
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr in\
. Piotr Chudeusz
dr in\
. Jacek Myszkowski
Opracowanie redakcyjne:
mgr in\
. Romuald Stasik
Konsultacja:
mgr in\
. Gabriela Poloczek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[15].Z2.03
 U\
ytkowanie maszyn i urządzeń do zabezpieczania wyrobisk , zawartego w modułowym
programie nauczania dla zawodu Technik górnictwa podziemnego.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREÅšCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Pompy 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 18
4.1.3. Ćwiczenia 18
4.1.4. Sprawdzian postępów 19
4.2. Maszyny powietrzne 20
4.2.1. Materiał nauczania 20
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 27
4.2.3. Ćwiczenia 28
4.2.4. Sprawdzian postępów 30
4.3. Napędy hydrostatyczne 31
4.3.1. Materiał nauczania 31
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 35
4.3.3. Ćwiczenia 36
4.3.4. Sprawdzian postępów 37
4.4. Napęd elektryczny maszyn 38
4.4.1. Materiał nauczania 38
4.4.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 42
4.4.3. Ćwiczenia 42
4.4.4. Sprawdzian postępów 43
5. Sprawdzian osiągnięć 44
6. Literatura 49
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu podstawowej wiedzy o u\
ytkowaniu
maszyn i urządzeń stosowanych do zabezpieczania wyrobisk w górnictwie podziemnym,
przepisach, zasadach ich budowy i eksploatacji.
W poradniku zamieszczono:
- wymagania wstępne  wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć ju\
ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,
- cele kształcenia  wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,
- materiał nauczania  wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,
- zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy ju\
opanowałeś określone treści,
- ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować
umiejętności praktyczne,
- sprawdzian postępów,
- sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,
- literaturę uzupełniającą.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
311[15].Z2
Eksploatacja maszyn i urządzeń
górniczych
311[15].Z2.01
Dobieranie maszyn do urabiania
i Å‚adowania
311[15].Z2.02
U\
ytkowanie urządzeń
transportowych
311[15].Z2.03
U\
ytkowanie maszyn i urządzeń
do zabezpieczenia wyrobisk
311[15].Z2.04
Eksploatowanie układów
sterowania, sygnalizacji i łączności
311[15].Z2.05
Eksploatowanie urządzeń do
wzbogacania i przeróbki
mechanicznej kopalin
311[15].Z2.06
U\
ytkowanie sieci i urządzeń
elektrycznych w wyrobiskach
górniczych
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WST
PNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- stosować jednostki układu SI,
- przeliczać jednostki,
- posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu elektrotechniki,mechaniki,
- czytać rysunek techniczny,
- rozró\
niać podstawowe wielkości fizyczne i ich jednostki,
- rozró\
niać elementy obwodu elektrycznego,
- odczytywać schematy prostych układów elektrycznych,
- korzystać z ró\
nych z
ródeł informacji,
- obsługiwać komputer,
- współpracować w grupie.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
3. CELE KSZTAA
CENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- sklasyfikować i scharakteryzować urządzenia do zabezpieczania wyrobisk,
- sklasyfikować pompy stosowane w kopalniach,
- podłączyć pompę odwadniania,
- scharakteryzować sprę\
arki i wentylatory, określać ich podstawowe parametry oraz
wykorzystanie w górnictwie podziemnym,
- scharakteryzować zadania wentylatorów,
- podłączyć wentylator,
- scharakteryzować napędy elektryczne w urządzeniach do zabezpieczania wyrobisk,
- scharakteryzować napędy hydrauliczne i pneumatyczne w urządzeniach do
zabezpieczania wyrobisk,
- wskazać zastosowanie układów hydraulicznych i elektrohydraulicznych w maszynach
i urzÄ…dzeniach do zabezpieczania wyrobisk,
- scharakteryzować elementy układów hydrauliki siłowej,
- wskazać zastosowanie urządzeń hydrauliki siłowej w górnictwie podziemnym,
- scharakteryzować system energetyczny urządzeń do zabezpieczania wyrobisk,
- obsłu\
yć maszyny do zabezpieczenia wyrobisk,
- przeprowadzić konserwację zespołów maszyn do zabezpieczenia wyrobisk,
- zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpo\
arowej
i ochrony środowiska przy obsłudze maszyn i urządzeń do zabezpieczenia wyrobisk,
- określić zastosowanie napędów pneumatycznych w urządzeniach do zabezpieczenia
wyrobisk.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Pompy
4.1.1. Materiał nauczania
Klasyfikacja i podział pomp. Pompą nazywamy maszynę roboczą, która
z wykorzystaniem energii silnika napędowego przenosi ciecz z poziomu ni\
szego na wy\
szy,
albo z przestrzeni o ciśnieniu ni\
szym do przestrzeni o ciśnieniu wy\
szym, np. z otwartego
zbiornika do zbiornika zamkniętego. W działaniu pompy wykorzystuje się wytworzoną
ró\
nicę ciśnień między przestrzenią ssawną, a tłoczną pompy za pomocą ruchomego elementu
roboczego (np. tłoka, wirnika) pompy.
Zale\
nie od sposobu działania rozró\
niamy pompy:
- objętościowe (wyporowe), których działanie polega na przetłaczaniu (wypieraniu) porcji
cieczy z przestrzeni ssawnej przez odpowiedni ruch elementu roboczego np. tłoka do
przestrzeni tłocznej;
- przepływowe (wirowe i strumieniowe), których działanie polega na wykorzystaniu
warunków stałego równomiernego lub prawie równomiernego przepływu cieczy przez
przestrzeń wewnętrzną pompy.
W zale\
ności od rodzaju ruchu elementu roboczego pompy objętościowe (wyporowe)
mo\
na podzielić na:
- tłokowe, o ruchu postępowo zwrotnym elementu roboczego (tłoka, nurnika),
- rotacyjne, o obrotowym ruchu elementu roboczego.
Pompy tłokowe dzielimy na:
- właściwe pompy tłokowe i nurnikowe,
- pompy przeponowe.
Zale\
nie od warunków pracy dzielimy pompy na:
- ssące, umieszczone ponad zwierciadłem cieczy w zbiorniku górnym;
- tłoczące (zatopione), które znajdują się pod zwierciadłem cieczy w zbiorniku dolnym
i pracują z ciągłym, samoistnym napływem cieczy do pompy;
- ssąco tłoczące umieszczone ponad dolnym, ale pod górnym zwierciadłem cieczy
Zale\
nie od rodzaju napędu wyró\
niamy pompy: napędzane ręcznie i z napędem
mechanicznym, poruszane przez silnik napędowy bezpośrednio lub przez przekładnię.
Pompa wraz z rurociągiem ssawnym i tłocznym tworzy układ pompowy. Zespół
współpracujących pomp nazywamy instalacją pompową.
Zasada działania pomp tłokowych
Pompy tłokowe jednostronnego działania wyposa\
one sÄ… w ruchomy element roboczy,
wytwarzający ró\
nicę ciśnień między przestrzenią ssawną a tłoczną pompy, potrzebną do
wywołania ruchu cieczy. W pompie tłokowej elementem roboczym jest płaski tłok albo obły
tłok nurnikowy (nurnik)w pompie nurnikowej.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
Rys. 1. Schemat pompy nurnikowej jednostronnego działania [4, s. 72]
1  smok, 2  rura ssawna, 3  zawór ssawny, 4  kadłub, 5  nurnik, 6  dławnica,
7  zawór tłoczny. 8  rura tłoczna, 9  powietrznik ssawny,
10  powietrznik tłoczny, 11  mechanizm korbowy, 12  wał korbowy
Rysunek 1 przedstawia schemat pompy nurnikowej ssąco tłoczącej jednostronnego
działania (poniewa\
woda znajduje siÄ™ w niej po jednej stronie nurnika) z poziomÄ… osiÄ…
nurnika. Podczas ruchu nurnika 5 w lewo (suw ssania) zwiększa się przestrzeń wewnątrz
kadłuba 4 pompy i powstaje w nim podciśnienie. Wskutek tego otwiera się samoczynnie
zawór ssawny 3 i pod działaniem ciśnienia atmosferycznego woda z dolnego zbiornika
wpływa przez smok 1 do rury ssawnej 2, a następnie wypełnia wnętrze kadłuba pompy.
Podczas ruchu nurnika w prawo (suw tłoczenia) w kadłubie pompy powstaje nadciśnienie
i wskutek tego zamyka się zawór ssawny, a otwiera samoczynny zawór tłoczny 7 i woda
wypychana przez nurnik wypływa przez rurę tłoczną 8 do zbiornika górnego. Dwa skrajne
poło\
enia nurnika, w których następuje zmiana zwrotu ruchu, nazywamy poło\
eniami
zwrotnymi. Przesunięcie nurnika między poło\
eniami zwrotnymi nazywamy skokiem S
nurnika. Je\
eli nurnik jest poruszany za pomocÄ… mechanizmu korbowego, to wykonuje dwa
suwy, wykonuje drogę o długości 2 S w czasie jednego obrotu wału korbowego. W pompie
jednostronnego działania jedno wytłaczanie wody przypada na dwa suwy nurnika. Efektem
tego, pompa dostarcza wodę w sposób nierównomierny, strumieniem przerywanym.
Uzyskanie bardziej równomiernego strumienia cieczy i biegu pompy stosuje się układ
bliz
niaczy ( dwie pompy jednostronnego działania, o korbach na wspólnym wale, przesta-
wionych wzglÄ™dem siebie pod kÄ…tem 180°) lub, co daje lepsze wyniki ukÅ‚ad potrójny (trzy
pompy jednostronnego dziaÅ‚ania z korbami przestawionymi co 120°) Lepsze efekty (równy
bieg i równomierny strumień cieczy) uzyskuje się w pompie o obustronnym działaniu tłoka.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
Rys. 2. Pompa nurnikowa stojąca obustronnego działania [4, s. 72]
Charakterystyka maszyn objętościowych
Pompy tłokowe nale\
ą do maszyn objętościowych, podobnie jak pompy rotacyjne oraz
sprÄ™\
arki tłokowe i rotacyjne. Do maszyn objętościowych nale\
ą równie\
tłokowe i rotacyjne
silniki cieplne, hydrauliczne i pneumatyczne. Cechą charakterystyczną, wspólną dla maszyn
objętościowych jest wyrównane ciśnienie, które działa na ruchomy element roboczy maszyny
(np. tłok). Ciśnienie zale\
y jedynie od poło\
enia tłoka, zamykającego przestrzeń roboczą, i od
odpowiadającej temu poło\
eniu objętości tłoczonej cieczy lub gazu. Działanie maszyny
objętościowej oparte jest na prawach statyki cieczy lub gazów. Przeciwieństwem maszyn
objętościowych są maszyny przepływowe (np. turbiny wodne).
Wysokość ssania. Geometryczną wysokością ssania Hs pompy tłokowej nazywamy ró\
nicÄ™
poziomów: zwierciadła cieczy w powietrzniku ssawnym (lub poziomu gniazda zaworu
ssawnego) i zwierciadła cieczy w zbiorniku dolnym, wyra\
onÄ… w metrach (rys. 1).
Podczas suwu ssania ciśnienie ps na wlocie do pompy nie mo\
e obni\
yć się poni\
ej ciśnienia
pv parowania podnoszonej cieczy w danej temperaturze. Gdyby tak się stało nastąpiłoby
rozerwanie słupa cieczy w rurze ssawnej i zjawisko kawitacji w cieczy. Dla prawidłowej
pracy musi być spełniony warunek:
ps > pv.
Największa mo\
liwa do osiągnięcia wysokość ssania zale\
y od:
- wartości zmiennego ciśnienia atmosferycznego,
- ciÄ™\
aru właściwego cieczy podnoszonej,
- ciśnienia parowania cieczy podnoszonej,
- zale\
nego od temperatury i rodzaju cieczy,
- prędkości przepływu i bezwładności strugi,
- lepkości cieczy i oporów przepływu.
Ciśnienie parowania cieczy wzrasta ze wzrostem temperatury, a więc im wy\
sza jest
temperatura cieczy, tym mniejsza jest wysokość ssania. Zwykle przy temperaturze wody
powy\
ej 70°C stosuje siÄ™ pompy typu tÅ‚oczÄ…cego.
Wysokość tłoczenia. Geometryczną wysokością tłoczenia Ht pompy tłokowej nazywamy
ró\
nicę poziomów zwierciadła cieczy w zbiorniku górnym i w powietrzniku tłocznym
(rys. 1).
Wysokość podnoszenia. Geometryczną wysokością podnoszenia Hz pompy nazywamy
ró\
nicę poziomów zwierciadeł cieczy w zbiorniku górnym i dolnym (rys. 1),
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
Hz = Hs+m + Ht
gdzie m jest ró\
nicą poziomów zwierciadeł w powietrzniku tłocznym i ssawnym.
U\
yteczną wysokość podnoszenia Hu mo\
na uwa\
ać za geometryczną wysokość
podnoszenia Hz pompy powiększoną o sumę wysokości hs odpowiadających stratom
energetycznym podczas przepływu przez rurę ssawną i tłoczną oraz wysokości
odpowiadających ró\
nicy ciśnienia między zbiornikami górnym i dolnym
pg - pd
Hu = Hz + hs + [m] (oznaczenia  rys. 1)
Á * g
U\
yteczną wysokość podnoszenia mo\
na zmierzyć za pomocą manometru ró\
nicowego
włączonego między wylotem a dolotem pompy. U\
yteczna wysokość podnoszenia stanowi
bardzo wa\
ny parametr pompy. Dla pomp objętościowych wysokość u\
ytecznÄ… ogranicza jÄ…
moc silnika napędowego oraz wytrzymałość i szczelność elementów pompy.
Wydajność. Wydajność teoretyczna (geometryczna) Qth pompy tłokowej jest to objętość
cieczy wypieranej przez tłok w jednostce czasu.
Wydajność rzeczywista Qr jest to średni strumień objętości cieczy w króćcu tłocznym pompy
przy określonej u\
ytecznej wysokości podnoszenia. Wydajność rzeczywista jest zawsze
mniejsza od teoretycznej. Wydajność pompy wyra\
a się w m3/s. Stosunek wydajności
rzeczywistej do teoretycznej nazwa się sprawnością objętościową pompy.
Qth
·v =
Qr
n
îÅ‚ Å‚Å‚
Qr = i Å" AÅ" S Å" Å"·v ðÅ‚m3 / sûÅ‚
60
i = liczba czynnych stron w tłoku i=1 w pompie jednostronnego działania, i = 2 w pompie
dwustronnego działania;
S  skok tłoka w [m];
n  prędkość obrotowa wału korbowego [obr/min] n = 30 300 obr/min;
Ä„ Å" D2
A = pole przekroju tłoka [m2], D = średnica tłoka w [m];
4
Sprawność objętościowa pompy nigdy nie osiąga wartości 1 (100%), na co wpływają
następujące czynniki:
- nieszczelność tłoka, dławnic i zaworów, która powoduje straty cieczy;
- opóz
nione otwieranie się i zamykanie samoczynnych zaworów;
- błędy konstrukcyjne w pompie,
- nieszczelność rury ssawnej, która ułatwia przenikanie powietrza do pompy podczas suwu
ssania;
- zawartość gazów i par w cieczy;
- ściśliwość cieczy i sprę\
ystość ścianek pompy (przy du\
ej wysokości podnoszenia).
Sprawność objętościowa wodnych pomp tłokowych wynosi od 0,85 dla pomp małych do
0,99 dla pomp du\
ych.
Pompy rotacyjne. Elementy robocze pomp i innych maszyn rotacyjnych podczas
jednostajnego ruchu obrotowego zwiększają okresowo przestrzeń ssania, zmniejszając
jednocześnie przestrzeń tłoczną i na odwrót, wskutek czego następuje jednoczesne zasysanie
cieczy do wnętrza komory roboczej i wytłaczanie na zewnątrz. Elementy robocze stale
oddzielają przestrzeń ssawną od tłocznej, nie trzeba w tym przypadku stosować zaworów
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
sterujÄ…cych. W pompach rotacyjnych ciecz jest pompowana porcjami (podobnie jak
w pompach tłokowych), więc podobnie jak w przypadku pomp tłokowych wydajność
chwilowa się zmienia, najczęściej jednak zmiany te są nieznaczne.
Zalety pomp rotacyjnych:
- brak konieczności stosowania kłopotliwych w obsłudze powietrzników i zaworów
sterujÄ…cych,
- prosta konstrukcja,
- małe rozmiary i mała masa,
- niski koszt budowy,
- szybkobie\
ność, która ułatwia sprzęganie z szybkobie\
nymi tanimi silnikami,
- dość dobra zdolność samozasysania pomp,
- niewielki wpływ wysokości podnoszenia na wydajność,
- mo\
liwość pompowania dowolnych cieczy, nawet bardzo gęstych.
Wady pomp rotacyjnych:
- niemo\
ność pompowania cieczy zawierających twarde zanieczyszczenia (piasek, szlam),
ze względu na szybkie zu\
ycie stykających się powierzchni elementów roboczych
i kadłuba oraz związane z tym znaczne obni\
enie sprawności pompy.
Wydajność pomp rotacyjnych dochodzi do 500 m3/h, ciśnienie tłoczenia  a\
do 100 MPa,
temperatura cieczy pompowanej  do 450°C, sprawność ogólna jest zbli\
ona do sprawności
pomp tłokowych. Współcześnie pompy rotacyjne mają bardzo du\
e zastosowanie jako pompy
olejowe do smarowania maszyn roboczych i silników, w napędach hydraulicznych, do cieczy
chłodzącej w obrabiarkach, do siłowników (serwomotorów) w automatyce przemysłowej.
Najczęściej stosowane rodzaje pomp rotacyjnych to:
- pompy zębate,
- śrubowe,
- Å‚opatkowe,
- wielotłoczkowe.
Pompy zębate. Pompy zębate mają elementy robocze w postaci dwóch kół zębatych
o zazębieniu zewnętrznym (rys. 3a), oddzielające przestrzeń ssawną od tłocznej wskutek styku
współpracujących zębów i małego luzu między wierzchołkami zębów a kadłubem. Koło
zębate napędzające (górne) obraca drugie koło zębate (dolne), najczęściej o takiej samej
liczbie zębów, a ciecz znajdująca się we wrębach międzyzębnych obu kół jest przetłaczana
wzdłu\
wewnętrznej powierzchni kadłuba do przestrzeni tłocznej. Dla poprawnego, ciągłego
działania pompy, styk zębów powinien być nieprzerwany. Uzębienie jest korygowane,
o zarysie ewolwentowym. Buduje się równie\
pompy o zazębieniu wewnętrznym, koła mogą
mieć zęby proste, skośne (śrubowe) lub daszkowe.
W pompach zębatych wysokociśnieniowych w celu zwiększenia sprawności pompy
stosuje się automatyczną kompensację luzów czołowych (rys. 3b); Wkładki przesuwne 5
z brązu są dociskane do powierzchni czołowej kół zębatych 7 pompy sprę\
ynami oraz
wskutek działania ciśnienia cieczy pompowanej, która jest doprowadzana do przestrzeni 6
z przestrzeni tłocznej pompy. Pompy zębate są najczęściej napędzane przez silnik elektryczny
bezpośrednio albo za pomocą przekładni pasowej lub zębatej. Regulacji wydajności nie
stosuje siÄ™.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
Rys. 3. Pompa zębata: a) przekroje pompy, b) automatyczne kompensacja luzów czołowych
l  koła zębate, 2  dławnica, 3  dolot. 4  wylot, 5  wkładka przesuwna,
6  przestrzeń ciśnieniowa, 7  koło zębate [4, s. 89]
Zaletami pomp zębatych są
- niewielkie rozmiary i niewielka masa,
- prostota konstrukcji i wykonania,
- niezawodność działania,
- trwałość,
- szybkobie\
ność,
- mo\
liwość realizacji nawrotności biegu,
- mała nierównomierność tłoczenia,
- znaczna niezale\
ność ciśnienia tłoczenia od wydajności.
Pompy zębate są stosowane wszędzie tam, gdzie nie jest wymagana regulacja wydajności
ale bardzo wysokie ciśnienie. Są one stosowane jako pompy olejowe i paliwowe, w napędach
hydraulicznych, w układach sterowania i automatyki przemysłowej, w hydraulice siłowej itp.
Rys. 4. Dwuwrzecionowa pompa śrubowa:
a) przekrój pompy, b) czynna powierzchnia śruby w pompie [4, s. 92]
Pompy śrubowe. Pompy śrubowe mają elementy robocze w postaci współpracujących ze
sobą dwóch lub trzech wrzecion z naciętymi zwojami śrubowymi o gwincie trapezowym,
osadzonych w wytłoczeniach kadłuba. Jedno wrzeciono jest robocze (napędzające), pozostałe
 bierne (napędzane). Przestrzenie robocze pompy są ograniczone współpracującymi ze sobą
zwojami wrzecion i ścianą kadłuba. Podczas obrotu wrzecion ich zwoje śrubowe, zazębiając
się, odcinają we wrębach pewną objętość cieczy, która zostaje przetłoczona przez wręby
wzdłu\
osi wrzeciona. Ciecz przesuwa się, tak jakby stanowiła nakrętkę śruby. Wrzeciona
bierne obracają się wskutek działania ciśnienia cieczy na ich zwoje, rola ich polega więc
jedynie na uszczelnianiu pompy. Podstawowym warunkiem poprawnej pracy pompy śrubowej
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
jest du\
a szczelność zewnętrznej powierzchni wrzecion w wytłoczeniach kadłuba oraz
w międzyzębnych wrębach podczas ich zazębiania. Kierunek współpracujących zwojów jest
przeciwbie\
ny.
Zaletami pomp śrubowych są:
- mo\
liwość stosowania ich zarówno do cieczy czystych (woda, benzyna), jak i do cieczy
gęstych i zanieczyszczonych,
- du\
a szybkobie\
ność,
- mała masa i małe rozmiary,
- niezawodność i cicha praca,
- du\
a równomierność tłoczenia.
Do wad nale\
Ä…:
- trudne wykonanie wrzecion śrubowych o specjalnym zarysie gwintu, zapewniającym
du\
ą szczelność,
- du\
y napór wzdłu\
ny w pompach wysokociśnieniowych, wymagający odcią\
ania.
Zastosowanie: w gospodarce wodnej  do pompowania du\
ych objętości wody czystej lub
zanieczyszczonej piaskiem, w hydraulicznych napędach obrabiarek i układów automatyki itp.
Pompy Å‚opatkowe. Pompy Å‚opatkowe sÄ… stosowane do pompowania jedynie cieczy
samosmarujących (olejów) ze względu na du\
e tarcie elementów ruchomych. Wirnik pompy
jednostronnego działania (rys. 5), osadzony mimośrodowo w kadłubie, ma szczeliny,
w których swobodnie przesuwają się stalowe łopatki. Podczas obrotu wirnika łopatki, są
dociskane do wewnętrznej części kadłuba siłą odśrodkową i wydzielają porcje cieczy,
przetłaczając je z przestrzeni ssawnej do tłocznej. Dodatkowy docisk łopatek do gładzi
kadłuba, z uwagi na szczelność ich styku z komorą pompy, uzyskuje się przez wprowadzenie
cieczy pod ciśnieniem w szczeliny pod łopatki lub przez zastosowanie sprę\
yn dociskajÄ…cych
Å‚opatki. Pompy te majÄ… zwykle 8 do 12 Å‚opatek.
Rys. 5. Zasada działania pompy łopatkowej [www.wikipedia.pl]
Zasadę działania pompy łopatkowej pokazuje rysunek 5. A
opatki (1) osadzone sÄ…
w wirniku (2), który jest umiejscowiony mimośrodowo wewnątrz korpusu pompy (3).
W czasie obrotu wirnika, Å‚opatki zagarniajÄ… ciecz z komory ssawnej (4) do przestrzeni
międzyłopatkowej (5) przenosząc ją do komory tłocznej pompy (6).
Pompy wirowe. Charakterystyka maszyn przepływowych. Pompy wirowe nale\
Ä… do
roboczych maszyn przepływowych, podobnie jak inne wirowe maszyny robocze
o analogicznej budowie i zasadzie działania jak np. sprę\
arki, dmuchawy, wentylatory i inne.
Do maszyn przepływowych nale\
Ä… tak\
e: silniki odrzutowe, pompy i sprÄ™\
arki strumieniowe.
Działanie maszyn przepływowych wykorzystuje prawa dynamiki cieczy lub gazów.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
Zasada działania i klasyfikacja pomp wirowych. W maszynie wirowej (w pompie,
sprÄ™\
arce itp.) elementem roboczym jest wirnik z łopatkami. Ze względu na kierunek
przepływu czynnika mo\
emy podzielić maszyny wirowe na:
- promieniowe,
- osiowe,
- skośne,
a maszyny promieniowe i skośne na:
- odśrodkowe,
- dośrodkowe.
Z uwagi na kształt wirnika rozró\
niamy:
- Pompy odśrodkowe (rys. 6), w których ciecz dopływa do wirnika osiowo, a wypływa
promieniowo,
- Pompy helikoidalne (nazywane równie\
śrubowymi), w których ciecz dopływa do
wirnika osiowo, a wypływa ukośnie,
- Pompy diagonalne (półosiowe) o ukośnoosiowym przepływie cieczy przez wirnik
zamknięty lub otwarty,
- Pompy śmigłowe o osiowym przepływie cieczy przez wirnik otwarty, zaopatrzony
w kilka łopatek w kształcie śruby okrętowej lub śmigła lotniczego. Za wirnikiem,
umieszczona jest kierownica Å‚opatkowa.
W zale\
ności od liczby wirników pompy wirowej (połączonych w sposób szeregowy)
rozró\
niamy:
- pompy jednostopniowe, z jednym wirnikiem,
- pompy wielostopniowe (rys. 7), z kilkoma wirnikami, ciśnienia wytworzone przez
poszczególne wirniki sumują się w wyniku przepływu cieczy kolejno przez ka\
dy z nich.
Zalety i wady pomp wirowych.
Zalety pomp wirowych :
- małe ich rozmiary,
- niewielka masa,
- mo\
ność bezpośredniego sprzęgania z szybkobie\
nymi,
- brak zaworów i powietrzników,
- prostota konstrukcji, niezawodność działania,
- łatwość regulacji,
- mo\
ność pompowania cieczy gęstych i zanieczyszczonych.
Do wad pomp wirowych nale\
Ä…:
- brak zdolności samozasysania,
- mała sprawność przy du\
ej wysokości podnoszenia.
Zasada działania pomp odśrodkowych. Najbardziej rozpowszechnionym rodzajem pomp
wirowych jest pompa o d ś r o d k owa (rys. 6). Główne elementy pompy: wirnik 1, osadzony
na wale napędzanym przez silnik i zaopatrzony na obwodzie w łopatki; kadłub 2, który
stanowi osłonę wirnika; rura ssawna 3,doprowadzająca wodę do wirnika i zaopatrzona
w smok 5; rura tłoczna 4 przy wypływie pompy, zaopatrzona w zawór 7 do regulacji
wydajności pompy; dławnica 8, która zapewnia szczelność między wałem a pokrywą kadłuba.
Je\
eli rura ssawna i kadłub pompy są wypełnione wodą, a wirnik obraca się z określoną
prędkością, to łopatki wirnika pociągają za sobą wodę znajdującą się w kanałach między
łopatkowymi. W wodzie wprawionej w ruch obrotowy powstaje siła odśrodkowa, która
odrzuca wodę od środka wirnika, co wywołuje wzrost ciśnienia przy obwodzie wirnika
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
(tłoczenie na wylocie), i jednoczesny spadek ciśnienia w części środkowej wirnika (ssanie na
dolocie). Przy przepływie przez wirnik pompy następuje przyspieszenie strugi pompowanej
cieczy (wzrost energii kinetycznej strugi), która częściowo przekształca się w energię
ciśnienia na łopatkach wirnika i w spiralnej osłonie pompy.
Rys. 6. Schemat pompy odśrodkowej 1  wirnik, 2  kadłub, 3  rura ssawna, 4  rura tłoczna, 5  smok,
6  zawór stopowy, 7  zawór regulacyjny, 8  dławnica [4, s. 99 ]
Rys. 7. Czterostopniowa pompa odśrodkowa l  króciec dolotowy, 2  wirnik,
3  odśrodkowa kierownica łopatkowa, 4  króciec wylotowy, 5  tarcza odcią\
ająca, 6  dławnica,
7  przewal, 8  odśrodkowa kierownica łopatkowa [4, s.100]
Wydajność pomp wirowych. Objętościowe straty pomp wirowych są wywołane
nieszczelnościami między obracającymi się i nieruchomymi elementami pompy. Sprawność
objÄ™toÅ›ciowa nowych pomp wirowych jest ·v = 0,88 0,98 zale\
nie od wielkości, rodzaju
pompy i jakości jej wykonania. Wydajność pomp odśrodkowych nie przekracza 3 m3/s, jednak
budowane są równie\
na specjalne potrzeby pompy o wydajności powy\
ej 100 m3/s.
Wydajność pomp śmigłowych sięga 50 m3/s. Moc silników największych pomp dochodzi do
100 MW. Najbardziej ekonomiczną regulację wydajności pomp wirowych uzyskujemy
przez zmianę prędkości obrotowej wirnika, co najłatwiej wykonać przy napędzie pompy
przez silnik elektryczny z układem sterowania i regulacji. Do ciągłej regulacji wydajności
pompy wirowej napędzanej silnikiem elektrycznym o stałej prędkości obrotowej stosuje się
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
sprzęgło hydrauliczne. Umo\
liwia ono regulacjÄ™ w zakresie 98% do 20% znamionowej
prędkości obrotowej silnika napędzającego. W górnictwie stosowane są przede wszystkim
pompy wirowe wielostopniowe do odwadniania głównego, pompy tłokowe ze względu małą
wydajność nie są stosowane w głównym odwodnieniu. Odwadniania oddziałów realizowane
jest przez mniejsze pompy wirowe z napędem elektrycznym lub pneumatycznym. Pompy
strumieniowe oraz samozasysajÄ…ce stanowiÄ… pomocnicze wyposa\
enie pompowni.
Podstawowe elementy, takie jak przewód ssawny, pompa, armatura i przewód tłoczny,
stanowią instalację pompową (układ pompowy). Schemat układu pompowego z pompą
wirowÄ… pokazany jest na rys.8. W schemacie tym pompa wirowa mo\
e być zastąpiona innym
typem pompy.
1. zawór stopowy (kosz ssawny),
2. rura ssawna,
3. kadłub pompy,
4. zawór regulacyjny tłoczny,
5. zawór zwrotny na tłoczeniu,
6. obejście z zaworami dla zalania pompy,
7. rurociąg tłoczny,
8. wakuometr,
9. manometr
Rys. 8. Schemat układa pompowego z pompą wirową [5, s. 1432]
Pompy specjalne. Pompami specjalnymi sÄ… pompy stosowane do odwadniania wyrobisk,
przy głębieniu szybów, otworów wiertniczych, przerzutu wody w kopalni, czyszczeniu rząpi
oraz pompy stanowiÄ…ce wyposa\
enie większych pompowni.
Pompy głębinowe. Zadaniem pomp głębinowych jest podnoszenia cieczy z otworów
wiertniczych. Najczęściej są to pompy odśrodkowe lub diagonalne o wale pionowym
sprzęgniętym z silnikiem elektrycznym zatopionym w wodzie (rys.9). Zewnętrzna średnica
pomp nie przekracza zwykle 250 mm.
Rys. 9. Pompa głębinowa diagonalna wielostopniowa z zatopionym silnikiem elektrycznym:
1  wirnik pompy, 2  kierownica, 3  kabel, 4  wirnik silnika, 5  stojan, 6  uzwojenie,
7  płaszcz, 8  ło\
ysko oporowe, 9  osłona ło\
yska [5, s. 1440]
Wydajność pomp dochodzi do 6 m3/min. Wysokość podnoszenia pomp z silnikami
elektrycznymi zatopionymi przekracza 200 m (wykonaniu specjalnym do 2000 m).
Pompy szybowe. Silnik z pompą o wale pionowym umieszczony jest na wspólnej ramie
zawieszonej na linie opuszczanej w miarę głębienia szybów. Na rys.10 pokazana jest pompa
typu OSS.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
Rys. 10. Pompa szybowa typu OSS 80-100R [5, s. 1441]
Rys. 11. Pompa Pleigera [5, s. 1444]
W przypadku konieczności pompowania wody silnie zanieczyszczonej piaskiem lub mułem,
wykorzystuje się pompy przeponowe. Przykładem takiej pompy jest przedstawiona na rys. 11
pompa o wydajności do 0,4 m3 i wysokości tłoczenia do 150 m. Pompa jest napędzana
silnikiem powietrznym którego zu\
ycie wynosi do 8m3/min. Dopływ wody w polskich
kopalniach waha siÄ™ w granicach od 0,2 do 25 m3/min. Odwadnianie mo\
e być:
- przodkowe, gdy pompa odprowadza wodÄ™ zbierajÄ…cÄ… siÄ™ w jednym wyrobisku,
- oddziałowe, gdy zespół pomp stanowiący tzw. pompownię oddziałową odprowadza
wodę, która z całego oddziału spływa do zbiorników oddziałowych,
- główne, gdy zespół pomp odprowadza wodę, która spływa ściekami i chodnikami
wodnymi do zbiorników zlokalizowanych przy komorze pomp w pobli\
u podszybia.
Instalowanie i obsługa pomp. Dokładna znajomość obsługi pomp i urządzeń pomocniczych
jest wa\
na ze względu na bezpieczeństwo pracy w kopalni. Wszystkie czynności związane
z uruchomieniem, eksploatacją i zatrzymywaniem pomp muszą być realizowane zgodnie
z podanymi czynnościami oraz poznanie przyczyn i skutków nieprawidłowego postępowania
przy instalowaniu, uruchamianiu, prowadzeniu i zatrzymywaniu zespołów pompowych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
Instalowanie. Wysokość ssania pompy powinna być jak najmniejsza. Pompy, które pompują
mieszaninę wody i ciał stałych i nie mają zaworów stopowych, powinny być samozalewne,
czyli pracować z napływem. Przy określeniu maksymalnej wysokości ssania nale\
y
uwzględnić obliczenia projektowe.
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie sÄ… zalety i wady stosowania pomp wirowych?
2. Jakie podstawowe elementy wchodzą w skład instalacji pompowej?
3. Co to jest wydajność teoretyczna?
4. Co to jest wydajność rzeczywista?
5. Co to jest sprawność wydajnościowa pompy?
6. Jaka jest graniczna wydajność standardowych pomp odśrodkowych?
7. Jaką rolę pełni nurnik w pompach nurnikowych?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz wydajność rzeczywistą jednocylindrowej pompy obustronnego działania, je\
eli:
- średnica tłoka D = 200 mm,
- skok tłoka S = 250 mm
- prędkość obrotowa n = 50 obr/min,
- sprawność ·v = 0,9,
- Ác =1000 kg/m3 (woda).
Na podstawie obliczonej wydajności rzeczywistej dobierz moc silnika elektrycznego
napędzającego pompę, je\
eli u\
yteczna wysokość podnoszenia Hu = 50 m, a sprawność
ogólna pompy ·o = 0,65.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeliczyć potrzebne wielkości na jednostki stosowane w zale\
nościach,
2) obliczyć wydajność pompy na podstawie zale\
ności,
Qth n
îÅ‚ Å‚Å‚
·v = Qr = i Å" AÅ" S Å" Å"·v ðÅ‚m3 / sûÅ‚
Qr 60
i = liczba czynnych stron w tłoku i=1 w pompie jednostronnego działania, i = 2 w pompie
dwustronnego działania;
S  skok tłoka w [m];
n  prędkość obrotowa wału korbowego [obr/min] n = 30  300 obr/min;
Ä„ Å" D2
A = pole przekroju tłoka [m2], D = średnica tłoka w [m];
4
3) korzystając z podanych danych i danych otrzymanych z obliczeń określić moc silnika
napędzającego pompę, na podstawie zale\
ności:
Ác Å"Qr Å" Hu Å" g
= [W] moc pobrana przez pompÄ™ (moc na wale pompy)
P
w
·o
= Ác Å"Qr Å" Hu Å" g [W] moc u\
yteczna (moc przekazywana pompowanej cieczy)
P
u
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
18
Pu
= sprawność ogólna
·
o
Pw
g = 9,81 m/s2, Ác  gÄ™stość pompowanej cieczy kg/m3
4) w celu zagwarantowania odpowiedniego zapasu mocy, powiększyć obliczoną moc silnika
o 20%,
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- kalkulator, tablice matematyczno fizyczne,
- materiały do pisania.
Ćwiczenie 2
Dla danych z ćwiczenia pierwszego, korzystając z arkusza kalkulacyjnego lub innego
programu do obliczeń wykonaj charakterystykę Pw = f(Hu) Hu = 10 100 m z krokiem 5 m oraz
Qr = f(n) n = 10 50 obr/min z krokiem 2 obr/min pozostałe dane przyjmij jako stałe.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) w arkuszu kalkulacyjnym lub innym programie obliczyć wyniki z podanym krokiem,
2) wykreślić charakterystyki,
3) przedstawić wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- komputer z zainstalowanym programem,
- drukarka.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) przedstawić podział pomp ze względu na zasadę działania?
2) przedstawić przeznaczenie pomp zębatych, łopatkowych
i śrubowych?
3) określić w jaki sposób łopatki pompy łopatkowej dociskane są do
ścianek gładzi kadłuba pompy ?
4) przedstawić ogólne zalecenia dotyczące instalowania i obsługi pomp?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
4.2. Maszyny powietrzne
4.2.1. Materiał nauczania
Do maszyn powietrznych zalicza siÄ™ silniki pneumatyczne, transformujÄ…ce energiÄ™
ciśnienia sprę\
onego powietrza na pracÄ™ mechanicznÄ… oraz wentylatory i dmuchawy czyli
maszyny wytwarzające pewną ró\
nicę ciśnienia powietrza jak równie\
sprÄ™\
arki sprÄ™\
ajÄ…ce
powietrze do odpowiednio du\
ego ciśnienia, zasilające silniki pneumatyczne.
W górnictwie znalazły powszechne zastosowaniowe sprę\
arki, silniki pneumatyczne,
a zwłaszcza wentylatory.
SprÄ™\
arki. SprÄ™\
arki stosowane w górnictwie zasilają powietrzem sprę\
onym maszyny
górnicze, z silnikami pneumatycznymi pracującymi przy ciśnieniu do ok. 0,6 MPa. Sprę\
arki
dzieli siÄ™ na:
- wyporowe,
- wirowe (odśrodkowe).
SprÄ™\
arki wyporowe mogą być tłokowe lub rotacyjne. W górnictwie stosuje się sprę\
arki
tłokowe niskoprę\
ne wydajności do 6000 m3/h powietrza zassanego, wysokoprę\
ne do
18 000 m3/h, sprÄ™\
arki rotacyjne o wydajności do 6000 m3/h oraz odśrodkowe wydajności do
30 000 m3/h.
SprÄ™\
arki tłokowe. Sprę\
arki tłokowe budowane są jako jedno lub wielostopniowe. Sprę-
\
arki jednostopniowe stosuje się do ciśnień nie przekraczających 0,6MPa. Zasada działania
sprÄ™\
arki tłokowej jest odwróceniem zasady działania silnika parowego tłokowego ró\
nica
wynika ze sposobu konstrukcji rozrzÄ…du. W czasie sprÄ™\
ania powietrze nagrzewa siÄ™. Do jego
chłodzenia stosuje się chłodnice wodne. Tłok poruszany przez silnik napędowy za pomocą
mechanizmu korbowego wykonuje w cylindrze ruchy postępowo zwrotne. Głowica cylindra
posiada dwa zawory, które otwierają się samoczynnie pod wpływem ró\
nicy ciśnień z obu
stron zaworu, a zamykają się wskutek działania sprę\
yny. Uzyskanie większych ciśnień
powietrza w sprÄ™\
arkach jednostopniowych ogranicza końcowa temperatura sprę\
anego
powietrza, która w procesie sprę\
ania wzrasta. Wzrost temperatury sprÄ™\
anego powietrza
mo\
e być przyczyną niebezpiecznego samozapłonu mieszaniny tlenu z powietrza z parami
oleju smarującego gładz
cylindra. Ze względów bezpieczeństwa temperatura końcowa
powietrza przy ciągłym ruchu sprę\
arki nie powinna przekraczać ok. 200°C, z tych powodów
ciśnienie sprę\
onego powietrza w sprÄ™\
arkach jednostopniowych, nie mo\
e być wy\
sze ni\

0,6 0,8 MPa. W przypadkach kiedy potrzebne jest powietrze o ciśnieniu większym, stosuje
siÄ™ sprÄ™\
arki wielostopniowe. SprÄ™\
arki wielostopniowe, zło\
one z kilku sprÄ™\
arek
jednostopniowych, kolejno sprÄ™\
ajÄ… gaz. UzyskujÄ…c coraz wy\
sze ciśnienia. W sprę\
arce
wielostopniowej stosuje się chłodzenie między stopniowe, polegające na tym, \
e sprÄ™\
ony,
gorÄ…cy gaz w pierwszym niskoprÄ™\
nym cylindrze przechodzi do chłodnicy, gdzie jest
chłodzony za pomocą zimnej wody, do początkowej temperatury i następnie zostaje silniej
sprÄ™\
ony w następnym, (średnioprę\
nym) cylindrze. Powietrze z cylindra średnioprę\
nego
znów jest chłodzone w drugiej chłodnicy międzystopniowej, a następnie jeszcze silniej
sprÄ™\
ony w cylindrze wysokoprÄ™\
nym. Kolejne cylindry sprÄ™\
arki wielostopniowej majÄ…
coraz mniejszą pojemność, gdy\
w miarę jak ciśnienie gazu wzrasta, jego objętość maleje.
Rys. 12. przedstawia schemat sprÄ™\
arki trzystopniowej, która ma jeden wspólny tłok
ró\
nicowy o trzech ró\
nych średnicach.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
Rys. 12. Schemat sprÄ™\
arki 3-stopniowej z tłokiem ró\
nicowym:
I  część niskoprę\
na obustronnego działania, II  część średnioprę\
na jednostronnego działania,
III  część wysokoprę\
na Jednostronnego działania,
C1, C2  chłodnice międzystopniowe [4, s. 366 ]
SprÄ™\
arki rotacyjne są stosowane w przypadku konieczności uzyskania du\
ej
wydajności przy ciśnieniu do ~1,6 MPa. Zaletą sprę\
arek rotacyjnych jest szybkobie\
ność,
małe wymiary, równomierna praca i nieskomplikowana konstrukcja, natomiast wadą
ograniczone wartości ciśnienie tłoczenia, mała sprawność mechaniczna i wymagania du\
ej
dokładności wykonania. Najczęściej wykorzystywane są sprę\
arki Å‚opatkowe (rys. 13).
W cylindrycznym kadłubie, mimośrodowo osadzony został wirnik ze szczelinami, w których
znajdujÄ… siÄ™ cienkie, prostokÄ…tne Å‚opatki metalowe lub z tworzywa sztucznego. W czasie
ruchu wirnika łopatki wysuwają się pod działaniem siły odśrodkowej i ślizgają po gładzi
kadłuba. W celu ograniczenia zu\
ycia gładzi kadłuba sprę\
arki, zmniejsza siÄ™ nacisk Å‚opatek
poprzez zastosowanie pierścieni ślizgowych, umieszczonych w rowkach kadłuba i wirujących
razem z wirnikiem.
Rys. 13. Przykład konstrukcji sprę\
arki Å‚opatkowej [2, s. 133]
Komora sprÄ™\
ania ma kształt sierpowy, a łopatki tworzą zamknięte przestrzenie
międzyłopatkowe o zmiennej objętości, początkowo wzrastające, co powoduje zassanie gazu,
a następnie malejące, czego efektem jest sprę\
anie i wytłaczanie gazu. Sprę\
arka Å‚opatkowa
jest najczęściej chłodzona wodą. Konieczne jest smarowanie ło\
ysk, pierścieni i innych
powierzchni ślizgowych w celu zmniejszenia tarcia między wirnikiem, łopatkami i kadłubem
oraz dla utrzymania szczelności. Wydajność sprę\
arek Å‚opatkowych dochodzi do 70,00 m3/h,
ciśnienie tłoczenia do 0,5 MPa w sprę\
arce jednostopniowej, a\
do 1,6 MPa
w dwustopniowych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
SprÄ™\
arki wirowe. Budowa sprÄ™\
arek wirowych jest analogiczna do budowy pomp
wirowych. Oba te rodzaje maszyn mają wirnik osadzony na wale napędzanym przez silnik
i zaopatrzony na obwodzie w łopatki oraz kadłub, który stanowi osłonę wirnika.
Rys. 14. Schemat budowy sprÄ™\
arki odśrodkowej
a) przekrój prostopadły do osi wału, b) przekrój równoległy do osi wału [2, s. 116]
SprÄ™\
arki wirowe sÄ… stosowane w wielu dziedzinach techniki do sprÄ™\
ania du\
ych
i bardzo du\
ych objętości powietrza i innych gazów. Wyró\
niamy wirowe sprÄ™\
arki
odśrodkowe (promieniowe) i osiowe (śmigłowe). Odśrodkowe sprę\
arki jednostopniowe nie
są chłodzone wodą (końcowa temperatura sprę\
onego gazu nie jest wysoka) i buduje siÄ™ je
jako dmuchawy. Odśrodkowe sprę\
arki wielostopniowe sprÄ™\
ajÄ… gaz do wy\
szego ciśnienia
i są chłodzone wodą. Powietrze doprowadza się do środka koła wirnikowego. Wskutek du\
ej
prędkości obrotowej koła wirnikowego powietrze przepływające między jego łopatkami
zwiększa swoją prędkość przy nieznacznym wzroście ciśnienia, a następnie dostaje się do
dyfuzora. Tam traci prędkość, a jego energia kinetyczna przemienia się w energię ciśnienia.
Taki sposób pracy nie pozwala na uzyskanie du\
ych przyrostów ciśnienia powietrza na
jednym stopniu sprÄ™\
ania. SprÄ™\
arki odśrodkowe wielostopniowe mają koła wirnikowe
poszczególnych stopni osadzone są na jednym wspólnym wale, a powietrze z dyfuzora
ni\
szego stopnia sprÄ™\
ania kierowane jest przez kanał zwrotny do koła wirnikowego
wy\
szego stopnia sprÄ™\
ania. Koła wirnikowe wykonuje się z jednego bloku przez
wyfrezowanie łopatek, średnice kół wirnikowych poszczególnych stopni zmniejszają się
w miarÄ™ stopniowego sprÄ™\
ania powietrza. Stosowane w sprÄ™\
arkach współczesnych
chłodnice, umieszczone są na zewnętrz, chłodzą powietrze po ka\
dym lub po kilku stopniach
sprÄ™\
ania. Poniewa\
sprÄ™\
arki odśrodkowe wymagają du\
ej prędkości obrotowej w związku
z tym napędza się je zwykle silnikami elektrycznymi za pośrednictwem przekładni
podwy\
szającej prędkość obrotową. Regulację wydajności sprę\
arki w przypadku napędzania
asynchronicznym silnikiem elektrycznym przeprowadza się za pomocą dławienia powietrza
w rurociÄ…gu ssawnym. SprÄ™\
arki odśrodkowe równomiernie tłoczą powietrze, obsługa jest
prosta, natomiast wadą ich jest wysoka cena i konieczność starannej konserwacji.
Klasyfikacja napędów pneumatycznych. Pod względem konstrukcyjnym rozró\
niamy
następujące rodzaje napędów pneumatycznych:
- pneumatyczne siłowniki tłokowe (cylindry pneumatyczne, analogiczne do siłowników
hydraulicznych),
- pneumatyczne siłowniki przeponowe (membranowe),
- pneumatyczne silniki rotacyjne (łopatkowe, zębate, wielotłoczkowe, analgiczne do
odpowiednich pomp rotacyjnych),
- pneumatyczne silniki wirowe (akcyjne turbiny pneumatyczne),
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
- wibratory pneumatyczne (napędy ruchów oscylacyjnych).
Pneumatyczne siłowniki tłokowe. Pneumatyczne siłowniki tłokowe (cylindry
pneumatyczne) są budowane jako cylindry jednostronnego lub dwustronnego działania.
Stosuje się średnice 200 400 mm i skoki 800 2000 mm. W celu uzyskania łagodnego dojścia
tłoka do poło\
eń skrajnych u\
ywa się amortyzatorów powietrznych. Na rys. 15a pokazano
cylinder pneumatyczny jednostronnego działania. Tłok 1 jest wykonany z kołnierzem
uszczelniającym. Na tłoczysku 2 znajduje się tuleja oporowa 3 z dwiema sprę\
ynami 4 do
wycofywania tłoka z tłoczyskiem do poło\
enia początkowego. Część 5 jest pierścieniem
podporowym. Pokrywy 6 i 7 cylindra są mocowane za pomocą śrub dwustronnych.
Rys. 15. Siłowniki pneumatyczne: a) siłownik tłokowy jednostronnego działania,
b) siłownik przeponowy o małym skoku, c) przeponowy o du\
ym skoku, z przewijanÄ… przeponÄ… [2, s. 203]
Silniki powietrzne. Silniki pneumatyczne dzieli siÄ™ na :
- tłokowe,
- rotacyjne.
Silniki tłokowe mogą być jedno- lub wielocylindrowe, najczęściej silniki
wielocylindrowe buduje się w układzie równoległym cylindrów (silniki dwucylindrowe) lub
w układzie gwiazdowym (pięcio i siedmiocylindrowe).
Silniki rotacyjne buduje się jako łopatkowe lub zębate. Pomimo wysokiego stopnia
elektryfikacji kopalń stosowanie silników pneumatycznych do napędzania maszyn górniczych
jest uzasadnione, zwłaszcza w przodkach o bardzo du\
ym zagro\
eniu metanowym.
Silniki tłokowe. Silnik pneumatyczny tłokowy mo\
e być jednostronnego lub dwustronnego
działania. W silniku dwustronnego działania powietrze sprę\
one doprowadza siÄ™ na przemian
do jednej lub do drugiej strony cylindra, w wyniku tego ruch tłoka wymuszony jest ciśnieniem
powietrza w obie strony. W silniku jednostronnego działania powietrze sprę\
one doprowadza
się tylko do jednej strony cylindra efektem tego jest ruch tłoka wymuszony ciśnieniem
powietrza w jedną stronę, natomiast ruch powrotny tłoka uzyskuje się w sposób mechaniczny.
Silnik pneumatyczny zębaty (rys. 16) składa się z dwóch jednakowych kół zębatych 1 i 2,
zazębiających się i umieszczonych w kadłubie w którym wykonano kanały, wlotowy 3
i wylotowy 4. Powietrze sprÄ™\
one dostaje się przez kanał wlotowy 3, i naciskając na zęby
obraca koło zębate w kierunku pokazanym przez strzałki a następnie wychodzi na zewnątrz
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
kanałem wylotowym. Koła zębate mają znacznie większą szerokość ni\
koła normalnej
przekładni zębatej.
Rys. 16. Schemat działania silnika pneumatycznego zębatego [2, s. 146]
Zęby są wykonywane jako skośne lub daszkowe. Silnik mo\
e napędzać maszynę roboczą
w jednym lub w obu kierunkach obrotów. Zmianę kierunku obrotów mo\
na uzyskać przez
zmianę kierunku przepływu powietrza sprę\
onego przez silnik, doprowadzając go kanałem 4,
a odprowadzając kanałem 3 lub te\
przez odbieranie mocy silnika z jednego lub drugiego koła
zębatego, które obracają się w kierunkach przeciwnych. W tym drugim przypadku wały obu
kół zębatych muszą być wyprowadzone przez kadłub silnika co komplikuje jego konstrukcję.
Przeciętna prędkość obwodowa kół wirnikowych wynosi V = 10 m/s. Zastosowanie silników
z uzębieniem prostym ogranicza się do maszyn o mocy 20 KM jest to efektem ich du\
ej
hałaśliwości pracy. Dla maszyn o większej mocy wykorzystuje się silniki o zazębieniu
śrubowym lub daszkowym stosowane do silników mocy rzędu 50 KM i więcej. Jednostkowe
zu\
ycie powietrza jest zbli\
one do silników prosto uzębionych.
Silnik łopatkowy działa odwrotnie ni\
sprÄ™\
arka łopatkowa, do której ma podobną
konstrukcję. Na rys. 17 przedstawiono schematycznie silnik czterołopatkowy. A
opatki
wysunięte podczas obrotu wirnika dociskają pod wpływem siły odśrodkowej do wewnętrznej
ściany cylindra. Między cylindrem i umieszczonym w nim mimośrodowo wirnikiem
istnieją 4 komory o zmieniającej się stale podczas obrotu pojemności. Powietrze sprę\
one
dopływa do komory 1 otworem wlotowym, wychodzi do otoczenia otworami wylotowymi
z komory 3. W komorze 2 gaz siÄ™ rozprÄ™\
a, a w komorze 4 sprÄ™\
a. SprÄ™\
anie powinno być
mo\
liwie jak najmniejsze. Podczas obrotów wirnika odbywa się periodycznie napełnianie
ka\
dej komory gazem, a następnie jego rozprę\
anie. Silniki Å‚opatkowe buduje siÄ™ przede
wszystkim o małych mocach dla wiertarek obrotowych i pomp przodkowych oraz o mocach
średnich wielkości kilkunastu koni mechanicznych i wykorzystuje najczęściej w maszynach
ręcznych.
Rys. 17. Schemat silnika Å‚opatkowego [2, s. 213]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
Rys. 18. Silnik Å‚opatkowy konstrukcji Holmana o mocy 18 KM [6, s. 587]
Wentylatory słu\
Ä… do przemieszczania i sprÄ™\
ania powietrza (lub innego gazu) do ciśnienia
nie przekraczajÄ…cego 0,1 MPa. W kopalniach podziemnych wentylatory majÄ… znaczenie
podstawowe, zapewniając przewietrzanie kopalń, umo\
liwiajÄ… pracÄ™ ludzi pod ziemiÄ….
Przewietrzanie kopalń.
W celu zapewnienia ciągłego przewietrzania kopalnia musi posiadać co najmniej dwa
połączenia z powierzchnią za pomocą szybów: wdechowego, którym powietrze wpływa do
wyrobisk, oraz wydechowego, którym wypływa z podziemi zu\
yte powietrze. Ilość
dostarczonego powietrza uzale\
niona jest od liczebności załogi, wielkości wydobycia, stopnia
zagro\
enia wybuchem metanu. Powietrze dostarcza się korzystając z wentylatorów głównych,
zbudowanych na powierzchni, które zasysają powietrze zu\
yte, wytwarzajÄ…c przez to depresjÄ™
(podciśnienie) w podziemiach kopalni. Ró\
nica ciśnienia powoduje zasysanie powietrza
świe\
ego przez szyb wdechowy. Wentylatory główne ze względu na zasadę działania dzieli
siÄ™ na:
- odśrodkowe,
- osiowe.
Oprócz wentylatorów głównych, stosuje się równie\
w podziemnych wyrobiskach
wentylatory przodkowe (lutniowe), których zadaniem jest dostarczenie powietrza świe\
ego do
wyrobisk ślepych. Wentylatory główne napędza się silnikami elektrycznymi, wentylatory
lutniowe mogą być napędzane silnikami elektrycznymi lub pneumatycznymi. Schemat
wentylatora głównego odśrodkowego (promieniowego) przedstawia rys. 19. Wewnątrz
osłony 1,wykonanej ze stalowych segmentów,porusza się wirnik 2 umocowany na wale 3.
Wirnik ma łopatki 4, które mogą być promieniowe lub zagięte w kierunku przeciwnym ni\

kierunek obrotów, jak to pokazano na rysunku. Powietrze dopływa do wirnika dośrodkowo
przez otwór ssawny 5 i wskutek siły odśrodkowej wytworzonej przez wirnik obracający się
du\
ą prędkością obrotową jest wypychane na zewnątrz przez dyfuzor 6. Takie działanie
powoduje powstanie ró\
nicy ciśnienia powietrza, która nazywa się depresją wentylatora.
Wentylator odśrodkowy mo\
e mieć ssanie jednostronne lub dwustronne. W pierwszym
powietrze dochodzi do wirnika tylko z jednej strony, w drugim  z obu stron, symetrycznie.
Zarówno pierwszy, jak i drugi rodzaj wentylatora ma tylko jeden dyfuzor. Wirnik wentylatora
z dwustronnym zasysaniem (rys. 19) składa się z dwóch tarcz 1 i 2, między którymi znajdują
się łopatki 3. Dobór wentylatora odbywa się w odniesieniu do tzw. otworu równoznacznego
kopalni. Otworem równoznacznym kopalni nazywa się taki otwór w przegrodzie, przez który
przy określonej depresji przepływa taka sama ilość powietrza w minucie jak przez daną
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
25
kopalniÄ™. W przypadku zmian przewietrzania na dole kopalni, co oznacza zmianÄ™ siÄ™ otworu
równoznacznego, zmienia się równie\
depresję wentylatora a przez to zmienia się ilość
zassanego powietrza. Dopasowywanie wentylatora do ró\
nych warunków przewietrzania
uzyskuje się za pomocą regulowania przekroju kanału ssawnego przymykając lub otwierając
zasuwę, albo za pomocą regulowania prędkości obrotowej wentylatora.
Rys. 19. Schemat wentylatora głównego odśrodkowego [2, s. 120]
Rys. 20. Schemat wentylatora głównego osiowego. [2, s. 121]
Wentylatorami o znacznie lepszych parametrach są wentylatory osiowe (rys. 20). Kanał
w takim wentylatorze ma przekrój pierścieniowy i utworzony jest przez dwa blaszane
segmenty w kształcie walca 1 i 2, umocowane współosiowo. Wirnik 3 osadzony na
wale 4, obracany silnikiem elektrycznym 5, ma dwa rzędy łopatek, tworzące szeregowe
połączenie dwóch wentylatorów. Prędkość obrotowa wirnika wynosi około 1500 obr/min, co
pozwala na bezpośrednie napędzanie za pomocą silnika elektrycznego, bez konieczności
stosowania przekładni zębatej. Zalety wentylatorów osiowych takie jak:
- du\
a sprawność,
- Å‚atwa regulacja,
- łatwa zmiana kierunku przepływu powietrza (przez zmianę kierunku obrotów silnika),
- małe wymiary i cię\
ar,
spowodowały \
e znalazły one powszechne zastosowanie kopalniach.
Wentylatory lutniowe przeznaczone do przewietrzania ślepych wyrobisk działają w układzie
ssącym lub tłoczącym. Napęd stanowią silniki elektryczne lub pneumatyczne. Wentylatory
lutniowe z napędem elektrycznym w polach metanowych II-IV kategorii zagro\
enia
metanowego zabudowuje się w taki sposób, aby silniki wentylatorów znajdowały się na
początku lutniociągu w prądzie powietrza wytworzonym przez wentylator główny. Budowę
wentylatora z napędem pneumatycznym przedstawia rys. 21. Do kadłuba w kształcie walca
składającego się z dwóch części 1 i 2 umocowany jest człon kierowniczy 3 stanowiący krótki
odcinek rury. Wirnik 4 wentylatora osadzony jest w obsadzie 5. A
opatki wirnika połączone są
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
pierścieniem 6, na którego zewnętrznej stronie znajduje się wytoczenie, a w nim du\
a liczba
małych łopatek 7 turbinki pneumatycznej. Na łopatki działa strumień powietrza sprę\
onego
doprowadzonego jedną z dwóch dysz S lub 9. Czynna jest zawsze tylko jedna dysza, druga
natomiast stanowi rezerwÄ™. Po obu stronach wirnika 4 znajdujÄ… siÄ™ Å‚opatki kierownicze 10.
Pod działaniem powietrza sprę\
onego następuje obracanie się wirnika, którego piasta
uło\
y skowana jest na nieruchomej osi 11. Smarowanie Å‚o\
ysk odbywa siÄ™ za pomocÄ…
smarownicy 12 przez przewód 13 i kanaliki wydrą\
one w osi 11. Do wentylatora, po
przeciwnej stronie ni\
człon kierowniczy, przymocowuje się lutnię 14. Wentylator
zabudowuje się w taki sposób, aby człon kierowniczy znajdował się od strony wlotu
powietrza do wentylatora.
Rys. 21. Wentylator lutniowy z napędem pneumatycznym. [2, s. 123]
Przewietrzanie lutniociÄ…giem mo\
e być ssące, tłoczące lub kombinowane. Odległość
lutniociągu od czoła przodka nie mo\
e być większa ni\
:
- w polach niemetanowych i niezagro\
onych wyrzutami gazów i skał  10 m,
- w polach metanowych lub zagro\
onych wyrzutami gazów i skał:
- przy wentylacji ssÄ…cej  6 m,
- przy wentylacji tłoczącej lub kombinowanej  8 m.
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co zaliczamy do maszyn powietrznych (pneumatycznych)?
2. Jakie sÄ… przyczyny stosowania wielostopniowych sprÄ™\
arek tłokowych?
3. Gdzie są wykorzystywane i jakie zadania realizują chłodziarki międzystopniowe?
4. Czy sprÄ™\
arki odśrodkowe wymagają chłodzenia? Dlaczego?
5. Co to jest otwór równoznaczny kopalni i do czego jest wykorzystywany?
6. Jak realizowana jest regulacja wydajności głównego wentylatora odśrodkowego?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenia 1
Zapoznaj się z budową wiertarki powietrznej, zidentyfikuj elementy wiertarki i omów ich
przeznaczenie.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) dokonać oględzin i nazwać oraz określić przeznaczenie elementów zewnętrznych,
2) zdemontować maszynę zwracając uwagę na zachowanie kolejności operacji, zgodnie
z dokumentacjÄ… maszyny,
3) nazwać poszczególne elementy i określić typ silnika napędowego zastosowanego
w maszynie,
4) przeprowadzić konserwację zgodnie z instrukcją,
5) zmontować maszynę.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- wiertarka pneumatyczna, dowolnego typu,
- dokumentacja i instrukcja serwisowa maszyny,
- narzędzia,
- fartuch roboczy.
Ćwiczenie 2
Dla wentylatora osiowego obliczyć wydajność Q, moc u\
ytecznÄ… wentylatora Pu oraz moc
silnika napędowego Pw dla następujących danych:
- średnica zewnętrzna wirnika d2 = 800 mm,
- osiowa prędkość przepływu gazu v =10m/s,
- całkowity przyrost ciśnienia gazu wytworzony przez wentylator "p = 1,5 kPa,
- sprawność ogólna (dla wentylatorów osiowych · = 0,1 0,3) · = 0,2.
Q
Do obliczeÅ„ wykorzystaj wzór doÅ›wiadczalny : d2 =1,3Å" [m] oraz zale\
ności:
v
Q Å" "p
Pu=Q " "p [W], Pw = [W].
·0
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przeliczyć dane (jednostki) do wartości stosowanych we wzorach,
2) przekształcić wzory stosownie do obliczanej wielkości,
3) podstawić dane i wykonać obliczenia,
4) przedstawić wyniki.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- kalkulator.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
Ćwiczenie 3
Podłącz elektryczny wentylator lutniowy i wykonaj pomiary ró\
nicy ciśnień oraz
prędkości przepływu powietrza w układzie wentylatora tłoczącego i ssącego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z instrukcją opracowaną dla stanowiska na którym realizujesz ćwiczenie,
ściśle przestrzegać przepisów bezpieczeństwa,
2) zgodnie z zaleceniami prowadzącego zajęcia podłączyć wentylator oraz określoną liczbę
lutni spiralnych,
3) sprawdzić prawidłowość zainstalowanych osłon, zgodnie z przepisami BHP,
4) zgłosić prowadzącemu wykonanie pierwszej części ćwiczenia,
5) po sprawdzeniu poprawności podłączenia, na polecenie prowadzącego ćwiczenie,
załączyć wentylator,
6) wykonać pomiary przepływu powietrza i ró\
nicy ciśnień,
7) zapisać wyniki i opracować wnioski z ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- anemometr,
- manometr ró\
nicowy,
- narzędzia,
- materiały do pisania.
Ćwiczenie 4
Podłącz wentylator lutniowy z napędem pneumatycznym i wykonaj pomiary ró\
nicy
ciśnień oraz prędkości przepływu powietrza.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapoznać się z instrukcją opracowaną dla stanowiska na którym realizujesz ćwiczenie,
ściśle przestrzegać przepisów bezpieczeństwa,
2) zgodnie z zaleceniami prowadzącego zajęcia podłączyć wentylator oraz określoną liczbę
lutni spiralnych,
3) sprawdzić prawidłowość zainstalowanych osłon, zgodnie z przepisami BHP,
4) zgłosić prowadzącemu wykonanie pierwszej części ćwiczenia,
5) po sprawdzeniu poprawności podłączenia, na polecenie prowadzącego ćwiczenie,
załączyć wentylator,
6) wykonać pomiary przepływu powietrza i ró\
nicy ciśnień,
7) zapisać wyniki i opracować wnioski z ćwiczenia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- anemometr,
- manometr ró\
nicowy,
- narzędzia,
- materiały do pisania.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie maszyna pneumatyczna?
2) omówić budowę silnika łopatkowego?
3) określić jakie są przyczyny stosowania chłodziarek w sprę\
arkach
tłokowych wielostopniowych?
4) rozró\
nić elementy głównego wentylatora osiowego?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
4.3. Napędy hydrostatyczne
4.3.1. Materiał nauczania
UrzÄ…dzenia hydrauliki olejowej dzielimy na:
- urządzenia napędowe,
- sterujÄ…ce i pomocnicze.
Do urządzeń napędowych nale\
Ä… pompy, silniki dla ruchu obrotowego, cylindry
hydrauliczne. Do urządzeń sterujących nale\
Ä… zawory, rozdzielacze, dozowniki i zamki
hydrauliczne. Urządzenia pomocnicze stanowią przewody, złącza, zbiorniki, filtry,
akumulatory hydrauliczne oraz uszczelnienia. Stosowanie hydrauliki olejowej w maszynach
górniczych jest uzasadnione mo\
liwością łatwego dostosowania do trudnych warunków pracy
w górnictwie. Z tych względów prawie ka\
da nowoczesna maszyna górnicza wyposa\
ona jest
w napędowe i sterujące układy hydrauliczne. W silniku hydraulicznym energia cieczy
doprowadzanej do silnika w postaci ciśnienia przemienia się w energię mechaniczną
przekazywaną obracającemu się wałowi silnika. Silniki hydrauliczne mogą być zębate,
łopatkowe, tłokowe promieniowe i tłokowe osiowe. Silniki zębate w zasadzie nie ró\
niÄ… siÄ™
od pomp zębatych i w praktyce ka\
da pompa zębata mo\
e pracować jako silnik. Równie\

i silniki Å‚opatkowe podobne sÄ… budowÄ… swojÄ… do pomp Å‚opatkowych. Znacznie szersze
zastosowanie w maszynach górniczych znalazły silniki tłokowe. Silniki tłokowe budowane
specjalnie dla potrzeb górnictwa przedstawia rysunek 22. Silniki te buduje się jako
jednorzędowe lub dwurzędowe w ró\
nych wielkościach.
Rys. 22. Silnik hydrauliczny tłokowy w przekrojach [2, s. 158]
W \
eliwnym kadłubie 1 silnika oraz pokrywie 2 osadzone są dwa ło\
yska sto\
kowe 3 i 4
utrzymujące mimośrodowy wał 5. Do mimośrodowej części wału przylegają stopy
korbowodów 6. Korbowody osadzone są w gniazdach tłoków 7. Uszczelnienia tłoków
w cylindrach wykonano za pomocÄ… olejoodpornych uszczelek gumowych typu U lub w innej
odmianie za pomocÄ… \
eliwnych pierścieni. Cylindry zakryte są głowicami, w których
wykonane są kanały dla doprowadzenia oleju pod ciśnieniem i odprowadzenia oleju do
przewodu odpływowego. Olej doprowadzany i odprowadzany jest z silnika przewodami 8
i 9 i dopływa następnie do obrotowego rozdzielacza 10. Rozdzielacz, na którego wałku
wykonane są kanały, obracany jest wałem silnika. Kanały w miarę obracania się wałka łączą
poszczególne cylindry z zasilaniem lub wypływem oleju. Silniki dwurzędowe tym się ró\
niÄ…
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
od silników jednorzędowych, \
e ich cylindry są rozmieszczone w dwóch przesuniętych
rzędach. Silniki te cechuje bardziej zwarta budowa i bardziej równomierna praca. Wały takich
silników majÄ… dwa mimoÅ›rody przesuniÄ™te wzglÄ™dem siebie o 180°.
Cylinder hydrauliczny siłowy (siłownik) jest silnikiem którym następuje zamiana energii
ciśnienia cieczy na mechaniczną energię ruchu postępowego lub postępowo-zwrotnego.
Cylindry siłowe (rys. 23) dzieli się na cztery zasadnicze grupy:
- jednostronnego działania (rys. 23a),
- dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem (rys. 23b),
- dwustronnego działania z dwustronnym tłoczyskiem (rys. 23c),
- teleskopowe (rys. 23d).
Rys. 23. Schematy cylindrów hydraulicznych siłowych [2, s. 156]
Cylinder jednostronnego działania najczęściej jest konstruowany jako nurnikowy. Ruch jest
wymuszony ciśnieniem cieczy tylko w jednym kierunku. Ruch w kierunku powrotnym
odbywa się pod działania mechanicznego, np. siły cię\
kości maszyny lub siły napiętej
sprÄ™\
yny. Cechuje siÄ™ prostÄ… konstrukcjÄ… oraz Å‚atwym sterowaniem.
Cylinder dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem wykonuje ruch w obu
kierunkach jednak z ró\
nymi prędkościami przy tym samym natę\
eniu dopływu cieczy do
cylindra. Cylinder dwustronnego działania z dwustronnym tłoczyskiem, dzięki równym
powierzchniom tłoka z obu stron ma tę samą prędkość ruchu w obu kierunkach. Cylindry
dwustronnego działania stosuje się, tam gdzie zachodzi konieczność wymuszenia określonej
siły lub prędkości ruchu w obu kierunkach.
Cylinder teleskopowy charakteryzuje to, \
e przesunięcie jednego tłoka działa na drugi tłok
lub cylinder, uzyskuje się przez to zwiększenie długości skoku.
Dzięki prostej konstrukcji, pewności ruchu, mo\
liwości uzyskania du\
ych sił przy małych
i regulowanych prędkościach przemieszczania, cylindry hydrauliczne powszechnie
wykorzystuje się w maszynach i urządzeniach górniczych do przemieszczania organów
urabiających, podnoszenia maszyn, przesuwania przenośników, popychania wozów itp.
Stanowią one równie\
podstawowe elementy indywidualnej i zmechanizowanej obudowy
górniczej.
Układy sterowania i regulacji. W układach hydraulicznych w celu wymuszenia zmian
parametrów fizycznych (ciśnienia, natę\
enia przepływu, prędkości ruchu, do rozdzielania
strumienia cieczy itp ) stosuje się ró\
nego rodzaju urzÄ…dzenia do regulacji i sterowania.
Podstawowe elementy regulacji i sterowania stosowane w układach hydraulicznych to
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
wszelkie rodzaje zaworów(stanowiące najliczniejszą grupę), suwaki, dławiki, przekaz
niki,
automatyczne regulatory. Zawory w zale\
ności od rodzaju budowy dzieli się na:
- kulowe,
- grzybkowe,
- suwakowe,
a w zale\
ności zaś od przeznaczenia, na:
- zawory bezpieczeństwa,
- przelewowe,
- zwrotne,
- redukcyjne,
- rozdzielacze,
- zawory ograniczające przepływ.
Zawory bezpieczeństwa nale\
Ä… do najwa\
niejszych w układach hydraulicznych. Zadaniem
ich jest niedopuszczenie do niebezpiecznego wzrostu ciśnienia cieczy w układzie, które
mogłoby spowodować uszkodzenie układu lub całej maszyny. Przykład budowy zaworu
bezpieczeństwa pokazano na rys. 24.
Rys. 24. Zawór bezpieczeństwa. [2, s. 160]
Kula 1 centrowana prowadnikiem 2 dociskana jest do gniazda 3 siłą napięcia
sprÄ™\
yny 4. Napięcie sprę\
yny nastawia się nakrętką 5. Gniazdo uszczelnione jest
w kadłubie 6 uszczelką 7. Kadłub 6 zaworu wkręcany jest w pompę lub przewód
hydrauliczny, w którym znajduje się ciecz pod ciśnieniem. Je\
eli ciśnienie nie jest du\
e,
sprÄ™\
yna 4 dociska kulÄ™ 1 do gniazda 3. Je\
eli natomiast ciśnienie cieczy wzrośnie ponad
wartość dopuszczalną, siła ciśnienia cieczy przezwycię\
a napięcie sprę\
yny, podnosi kulkÄ™ i
ciecz przedostaje się przez otwór 8 do zbiornika.
Zawory przelewowe budową przypominają zawory bezpieczeństwa, zadaniem zaworów
przelewowych jest utrzymywanie stałego ciśnienia cieczy w układzie.
Zawory zwrotne pozwalają na przepuszczanie cieczy tylko w jednym kierunku. Mogą być
one instalowane na kanałach lub przewodach ssawnych (zawory zwrotne ssawne) albo te\

tłocznych (zawory zwrotne tłoczne).
Rozdzielacze majÄ… za zadanie:
- skierowanie strumienia cieczy z pompy do silnika,
- odprowadzanie cieczy z silników do zbiornika i do podobnych celów.
Rozdzielacze mogą być obrotowe (element rozdzielający wykonuje ruch obrotowy) lub
suwakowe (element rozdzielający wykonuje ruch postępowo-zwrotny).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
Na rys. 25 przedstawiono schemat działania rozdzielacza suwakowego, słu\
Ä…cego do
zmiany kierunku przepływającej cieczy. W cylinderku 1 rozdzielacza znajduje się
suwak 2 z odpowiednimi wytoczeniami, który mo\
e zajmować trzy ró\
ne poło\
enia (pozycje
a, b, c). Do środkowego kanalika 3 od dołu doprowadzona jest ciecz z pompy, a dwa
zewnętrzne kanaliki 4 połączone są ze zbiornikiem cieczy. Dwa kanały od góry połączone są
z cylindrem siłowym 5 (lub z innym odbiornikiem). Gdy cylinderek rozdzielacza zajmuje
poło\
enie jak na rys. 25a, pompa tłoczy olej do prawej strony cylindra siłowego i tłok tego
cylindra przesuwa się w lewo. Gdy cylinder rozdzielacza zostanie przesunięty w prawe
skrajne poło\
enie (rys. 25c), pompa tłoczy olej do lewej strony cylindra siłowego i tłok tego
cylindra przesuwa się w prawo. Gdy cylinder rozdzielacza zostanie ustawiony w poło\
eniu
środkowym (rys. 25b), dopływ i odpływ cieczy jest odcięty i tłok cylindra siłowego nie
wykonuje \
adnego ruchu.
Rys. 25. Rozdzielacz suwakowy trój poło\
eniowy do zmiany kierunku. [2, s. 160]
Elementy pomocnicze. Elementy pomocnicze układów hydraulicznych stanowią
uzupełnienie instalacji, umo\
liwiajÄ…c jej sprawne funkcjonowanie. Zaliczamy do nich
przewody, złącza, zbiorniki, filtry, akumulatory hydrauliczne, uszczelnienia i inne. Przewody
mogą być sztywne lub giętkie. Sztywne wykonuje się ze stali, miedzi lub aluminium.
Przewody giętkie stosuje się z olejoodpornej gumy, siatkę z drutu stalowego. Liczba
przekładek jest uzale\
niona od średnicy przewodu i ciśnienia na jakie jest przeznaczony.
Budowę przewodu giętkiego przedstawia rys. 26, na którym oznaczono przez: 1  wą\
z gumy
syntetycznej, 2  siatkÄ™ plecionÄ… z drutu stalowego.
1
2
Rys. 26. Przewód ciśnieniowy giętki. [2, s. 161]
Średnicę wewnętrzną przewodu mo\
na obliczyć z wzoru
Q
d = [mm]
v
gdzie:
Q  natÄ™\
enie przepływu cieczy, dm3/min, v  maksymalna prędkość przepływu, m/s.
Maksymalną prędkość przepływu dla przewodów ssawnych przyjmuje się 0,5 do 1,5 m/s,
2 do 3 m/s dla przewodów spływowych i 3 do 6 m/s dla przewodów tłocznych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
Złącza słu\
ą do łączenia przewodów między sobą, pomiędzy kadłubami,zbiornikami
i elementami maszyn. Na rys. 27a pokazano połączenie złącza z przewodem sztywnym
i z przewodem giętkim rys. 27b.
Rys. 27. Złącza a) przewodu sztywnego, b) przewodu giętkiego [2, s. 161]
Zalecenia eksploatacyjne dla urządzeń hydrauliki ze względu na precyzję wykonania,
a tym samym koszt urządzeń, oraz stopień skomplikowania prawidłowe ich działanie oraz
trwałość mo\
na osiągnąć tylko przez właściwą obsługę i konserwację. Nale\
y przestrzegać
następujących zasad postępowania:
- cieczÄ… roboczÄ… mo\
e być tylko taka ciecz, jaka jest przewidziana w instrukcji obsługi
danego urzÄ…dzenia;
- nie wolno mieszać ró\
nych olejów i takiej mieszaniny stosować do choćby najprostszych
układów hydraulicznych;
- nale\
y dbać o to, aby poziom oleju w zbiorniku był zgodny z instrukcją; zbyt mała ilość
oleju mo\
e spowodować zasysanie przez pompę powietrza i zatarcie pompy;
- szczególnie wa\
ne jest zachowanie bardzo dokładnego poziomu oleju w sprzęgłach
hydraulicznych i niedopuszczanie do częstych i długotrwałych nadmiernych poślizgów,
gdy\
powoduje to nadmierne przegrzanie oleju;
- nale\
y dbać szczególnie o czystość układu hydraulicznego; olej nale\
y wlewać przez filtr;
- nie wolno regulować zaworów bezpieczeństwa bez stosowania specjalnych przyrządów
pomiarowych (manometrów), a zwłaszcza nie wolno nastawiać tych zaworów na
ciśnienia wy\
sze ni\
przewiduje instrukcja;
- nie wolno dopuszczać do częstego przecią\
ania układu i długotrwałej pracy zaworów
bezpieczeństwa, gdy\
grozi to przegrzaniem oleju.
Przestrzeganie instrukcji i powy\
szych zasad pozwoli na prawidłową i trwałą
eksploatacjÄ™ urzÄ…dzenia.
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co zaliczamy do hydraulicznych urządzeń hydrauliki olejowej?
2. Co zaliczamy do pomocniczych elementów hydrauliki olejowej?
3. Co zaliczamy do urządzeń sterowania i regulacji hydrauliki olejowej?
4. Czy pompa zębata mo\
e pracować jako silnik hydrauliczny?
5. Jak dzielimy zawory hydrauliki olejowej ze względu na przeznaczenie?
6. Jak realizowana zadania realizuje rozdzielacz hydrauliki olejowej?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
35
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dla siłownika hydraulicznego, w którym chcemy uzyskać maksymalną prędkość,
konieczne jest aby objętościowe natę\
enie przepływu wynosiło, Q = 100 l/min. Do dyspozycji
masz rozdzielacze NG15,NG24, NG32.
- Jakie straty ciśnienia "p wystąpią na ka\
dym nich?
- Jakie straty mocy Ps = Q*"p wystÄ…piÄ… na ka\
dym nich?
- Porównaj z sobą rozdzielacze.
Rysunek do ćwiczenia 1. Charakterystyka rozdzielaczy [5]
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) na podstawie charakterystyki rys. 28 określić spadek ciśnienia "p,
2) obliczyć straty mocy Ps,
3) porównać z sobą rozdzielacze,
4) przedstawić wyniki i wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- charakterystyka rozdzielacza.
Ćwiczenie 2
Przy pomocy siłownika hydraulicznego chcemy uzyskać nacisk o sile 20 kN przy
prędkości tłoka v = 0,5 m/s.
- określ wartość mocy mechanicznej P siłownika,
- określ wartość ciśnienia p,
- objętościowe natę\
enie przepływu Q,
przy zało\
eniu \
e moc mechaniczna jest równa hydraulicznej (nie uwzględniamy strat na
tarcie), je\
eli średnica tłoka d = 80 mm.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wykorzystać stosowne wzory i przekształcić do wymaganej postaci,
2) wykonać obliczenia,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
3) zweryfikować wynik,
4) przedstawić wyniki i wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- materiały do pisania,
- kalkulator.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) przedstawić zasadę działania tłokowego silnika hydraulicznego?
2) omówić budowę pompy zębatej?
3) przedstawić schematy siłowników hydraulicznych?
4) określić zalecenia eksploatacyjne dla urządzeń hydrauliki?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
4.4. Napęd elektryczny maszyn
4.4.1. Materiał nauczania
CharakterystykÄ… mechanicznÄ… silnika elektrycznego nazywa siÄ™ wykres przedstawiajÄ…cy
zale\
ność prędkości obrotowej n silnika od rozwijanego przez silnik momentu obrotowego
M lub prądu twornika It (dla maszyn prądu stałego). W przypadku silników indukcyjnych
charakterystyka mechaniczna mo\
e być równie\
przedstawiona w postaci przebiegu M = f (n)
lub M = f (s), gdzie s jest poślizgiem wirnika.
Charakterystyki mechaniczne silników elektrycznych pozwalają na prawidłowy dobór silnika
do napędu maszyny roboczej. Przebieg charakterystyki mechanicznej silnika zale\
y od:
- parametrów konstrukcyjnych silnika,
- sposobu przyłączenia silnika do sieci,
- wartości rezystancji włączonych do obwodów układu.
Przyjmując za podstawę zmiany prędkości obrotowej silnika przy rosnącym obcią\
eniu na
wale mo\
emy wyró\
nić następujące rodzaje charakterystyk:
- charakterystyka synchroniczna, prędkość obrotowa nie zale\
y od obciÄ…\
enia i jest stała
przy wszystkich wartościach momentu rozwijanego na wale silnika; charakterystykę taką
posiada silnik synchroniczny i silnik indukcyjny synchronizowany;
- charakterystyka bocznikowa, prędkość obrotowa zale\
y od obciÄ…\
enia, ale przy
przejściu od biegu jałowego do obcią\
enia znamionowego spadek prędkości nie
przekracza 10%; charakterystykÄ™ bocznikowÄ… nazywa siÄ™ charakterystykÄ… sztywnÄ…;
charakterystykę taką posiadają silniki bocznikowe prądu stałego i przemiennego oraz
silniki indukcyjne trójfazowe w zakresie roboczej części charakterystyki,
- charakterystyka szeregowa, prędkość obrotowa silnika zmniejsza się znacznie przy
wzroście obcią\
enia; charakterystyka taka nosi nazwę charakterystyki miękkiej,
charakteryzują się nią silniki szeregowe prądu stałego i przemiennego oraz silniki
repulsyjne.
Rys. 29 przedstawia charakterystyki mechaniczne silnika wykreślone w układzie (M,n).
Odcinki charakterystyk le\
ące w poszczególnych ćwiartkach odpowiadają ró\
nym stanom
pracy silnika rys. 29b.
a
b
Rys. 29. a) Charakterystyki mechaniczne silników elektrycznych : 1  synchroniczna, 2  bocznikowa,
3  szeregowa, b) charakterystyka mechaniczna silnika w układzie współrzędnych prostokątnych odcinek:
1 2 praca silnikowa, 1 3 praca prÄ…dnicowa, 2 4  praca hamulcowa [3, s. 65]
Dla silnika elektrycznego wyró\
niamy następujące stany pracy:
- stan pracy silnikowej, moment obrotowy silnika jest zgodny z kierunkiem ruchu, silnik
pobiera energiÄ™ elektrycznÄ… z sieci i oddaje energiÄ™ mechanicznÄ… na wale;
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
- stan pracy prÄ…dnicowej, moment obrotowy silnika jest przeciwny do kierunku ruchu,
silnik pobiera energiÄ™ mechanicznÄ… na wale i oddaje energiÄ™ elektrycznÄ… do sieci
zasilajÄ…cej;
- stan pracy hamowniczej, moment obrotowy silnika jest przeciwny do kierunku ruchu,
silnik pobiera z sieci energię elektryczną, która zamienia się w nim w ciepło.
Ogólne warunki pracy napędu Praca napędu jest poprawna, gdy układ napędowy znajduje
się w stanie ustalonym. Stanem ustalonym w pracy napędu elektrycznego nazywa się taki stan,
w którym prÄ™dkość obrotowa n i prÄ™dkość kÄ…towa É zespoÅ‚u majÄ… wartoÅ›ci staÅ‚e, co
oznaczamy: n=const. i É=const.
W przypadku niespełnienia tych warunków, mamy do czynienia ze stanami
przejściowymi (nieustalonymi) w układzie napędowym. Występowanie stanów przejściowych
oznacza \
e napęd znajduje się w rozruchu, hamowaniu lub zmianie z jednej prędkości
obrotowej na drugÄ…. PrzyjmujÄ…c \
e w układzie napędowym wystąpienie zakłócenia (np.
zmiana obciÄ…\
enia) nie wpływa na charakterystyki mechaniczne silnika M=f(n) i napędzanej
maszyny Mm=f(n) to w przypadku wystąpienia zewnętrznego zakłócenia powodującego
wytrącenie układu napędowego ze stanu ustalonego mamy następujące mo\
liwości
zachowania się napędu:
- napęd będzie dą\
ył do przywrócenia zachwianej równowagi,
- napęd do stanu ustalonego powrócić nie mo\
e.
Napęd wytrącony ze stanu ustalonego samoczynnie dą\
ący do przywrócenia zachwianej
równowagi nazywa się napędem statecznym. Charakterystyka na rys.30a przedstawia
charakterystyki mechaniczne napędu statecznego. Je\
eli pojawi się przyczyna, która
spowoduje, \
e bez zmiany charakterystyk mechanicznych prędkość obrotowa napędu
zwiększy się ponad wartość np to, jak widać na wykresie, moment maszyny napędzanej Mm
wzrośnie, a moment obrotowy silnika elektrycznego M zmaleje. Powstająca nadwy\
ka
momentu oporowego wywołuje zmniejszenie prędkości obrotowej zespołu, a\
dojdzie
ponownie do wartości np. odpowiadającej punktowi pracy napędu (p na wykresie) w stanie
ustalonym.
Rys. 30. Charakterystyki mechaniczne napędu a) statecznego, b) niestatecznego;
M = f(n)  moment napędowy silnika, Mm = f(n)  moment obcią\
enia, p  punkt pracy [3, s. 67]
W przypadku gdy prędkość obrotowa zespołu zmaleje poni\
ej wartości np, wówczas
samoczynnie zwiększony moment silnika Mnastępnie osiągnie prędkość obrotową np. Punkt pracy zespołu p jest punktem równowagi do
którego zespół dą\
y w przypadkach wytrącenia go ze stanu ustalonego przez zakłócenia
zewnętrzne. Napęd wyprowadzony ze stanu ustalonego nie mogący ponownie do niego
powrócić nazywa się napędem niestatecznym. Na rys. 30b przedstawiono charakterystyki
mechaniczne napędu niestatecznego. Dla przedstawionego układu zakłócenie, stanu
ustalonego napędu pociąga za sobą oddalenie się punktu pracy zespołu od punktu pracy
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
p w stanie ustalonym w tym samym kierunku, w którym nastąpiło odchylenie ze stanu
ustalonego.
Dynamika napędu. Je\
eli napęd nie pracuje w stanie ustalonym, (M `"Mm ) to mo\
e zaistnieć
następujący przypadek:
- moment silnika M jest większy od momentu oporowego Mm, (M>Mm) i nadmiar
momentu rozwijanego przez silnik powoduje przyspieszenie biegu zespołu;
- silnik nie jest zdolny pokonać momentu oporowego i wówczas przy (Mhamowanie zespołu i zmniejszenie prędkości obrotowej.
Moment silnika dobiera się w taki sposób, by moment rozruchowy początkowy miał wartość
co najmniej 1,2 Mm. Przy mniejszej wartości silnik mo\
e nie ruszyć przy spadku napięcia
w sieci. Moment dynamiczny silnika w okresie rozruchu powinien mieć mo\
liwie stałą
wartość, aby rozruch przebiegał płynnie i z jednakowym przyspieszeniem. Przykład
dopasowania momentu silnika do momentu statycznego maszyny roboczej pokazano na
rys. 31. Na rysunku moment dynamiczny jest oznaczony za pomocÄ… kreskowania, jest on
równy ró\
nicy między momentem silnika a momentem mechanicznym napędzanej maszyny.
M
Rys. 31. Dopasowanie momentu silnika (M) do momentu statycznego(Mm)
1  charakterystyka silnika przy pełnym napięciu, 2  moment statyczny,
3  charakterystyka silnika o zbyt małym momencie minimalnym [7, s. 132]
Niektóre silniki klatkowe mają charakterystykę momentu wygiętą w kształcie siodła. Wartość
minimalnego momentu nie mo\
e być zbyt mała, gdy\
mo\
e to powodować przy spadku
napięcia nieukończenie rozruchu. Przypadek taki przedstawia krzywa 3 na rys. 31. Przy
spadku napięcia moment silnika zmniejsza się proporcjonalnie do kwadratu napięcia. Krzywa
momentu silnika przecina krzywą momentu statycznego w punkcie A przy prędkości
ok. 0,3 nA. Prędkość ustala się. Prąd pobierany przez silnik z sieci jest tylko nieznacznie
mniejszy od prądu początkowego wskutek czego silnik silnie nagrzewa się i po upływie
krótkiego czasu ulega uszkodzeniu.
Napęd pomp i wentylatorów. Pompy tłokowe wykorzystują mechanizm korbowy co
skutkuje tym, \
e ich moment statyczny w czasie jednego obrotu jest zmienny. Moment
napędowy silnika przybiera wartości mniejsze lub większe od średniego momentu
statycznego. Przebieg zmienności momentów w czasie jednego obrotu jest przedstawiony na
rys. 32. Moc zapotrzebowaną przez pompę tłokową oblicza się ze wzoru:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
Q Å" H Å"Å‚
P = k Å"
[kW]
·p·m
w którym: P  moc zapotrzebowana, w kW; Q  wydajność pompy w m3/s; H  całkowita
wysokość podnoszenia, w m; ł  cię\
ar wÅ‚aÅ›ciwy cieczy, w N/m3; ·p  sprawność pompy
zawierajÄ…ca siÄ™ w granicach 0,5÷0,8; ·m  sprawność przekÅ‚adni miÄ™dzy silnikiem a pompÄ…;
k  współczynnik rezerwy wynoszÄ…cy 1,1÷1,3.
Rys. 32. Przebieg momentów na wale silnika napędzającego pompę tłokową w zale\
ności od kąta obrotu korby
Ä…; 1  moment statyczny, 2  moment dynamiczny, 3  moment silnika [7, s. 131]
Do napędu pomp tłokowych są stosowane silniki indukcyjne klatkowe oraz pierścieniowe,
a tak\
e w przypadku du\
ych mocy, silniki synchroniczne, aby ułatwić rozruch pomp,
powinien on odbywać się przy otwartych zaworach, bez przeciwciśnienia. Moment statyczny
pompy odśrodkowej ma przebieg równomierny i proporcjonalny do kwadratu prędkości
obrotowej pompy, a wydajność pompy jest proporcjonalna do prędkości. Moc silnika do
napędu pompy odśrodkowej oblicza się ze wzoru:
Q Å" H
P = k Å" [kW]
100Å"·p·m
gdzie: H  ciśnienie wytwarzane przez pompę, w N/m2. Sprawność pomp wysokiego ciśnienia
wynosi 0,6÷0,75, sprawność pomp niskiego ciÅ›nienia 0,2÷0,6. Pompy odÅ›rodkowe napÄ™dza
się za pomocą silnika, który mo\
e być sprzęgnięty z pompą:
- bezpośrednio przez sprzęgło podatne,
- za pomocą przekładni zębatej,
- za pomocą przekładni pasowej,
- za pomocą przekładni hydraulicznej, co umo\
liwia regulację prędkości pompy.
Wydajność pompy mo\
na regulować poprzez dławienia przepływu cieczy za pomocą
zaworu na wylocie pompy lub wykorzystując sterowanie prędkości silnika napędowego. Małe
pompy napędzane za pomocą silnika klatkowego są uruchamiane ręcznie lub automatycznie,
przez bezpośrednie włączenie silnika, do sieci zasilającej, przy większych mocach silników
stosuje się przełączniki gwiazda trójkąt sterowane ręcznie lub automatycznie oraz układy
sterowania du\
ych mocy w przypadku du\
ych pomp. Do napędu pomp, które mają wydajność
regulowaną za pomocą dławienia stosuje się silniki indukcyjne klatkowe przy mniejszych
mocach, lub silniki pierścieniowe przy większych mocach. Do napędu pomp z przekładnią
hydrauliczną stosowane są silniki klatkowe, jak i pierścieniowe.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
Napęd wentylatorów. Moment statyczny wentylatora ma przebieg równomierny przy czym
moment i wydajność wentylatora są proporcjonalne do kwadratu prędkości. Zapotrzebowanie
mocy oblicza siÄ™ ze wzoru:
Q Å" "p
P = k Å" [kW]
100Å"·p·m
"p  jest ró\
nicą ciśnień między wlotem a wylotem, w N/m2. Prędkość wentylatorów wynosi
zazwyczaj 750÷3000 obr/min. Silniki sÄ… sprzÄ™gane z wentylatorami bezpoÅ›rednio przy
pomocy sprzęgła albo za pośrednictwem przekładni pasowej. Do napędu wentylatorów du\
ej
mocy, jeśli nie jest wymagana regulacja prędkości, stosuje się silniki synchroniczne lub
indukcyjne klatkowe, napięcie zasilające wynosi zazwyczaj 6000 V. Jeśli napęd wymaga
regulacji prędkości, to stosuje się silniki indukcyjne pierścieniowe, a w przypadkach
wyjątkowych układy napędowe regulowane. Rozruch wentylatorów jest lekki, co wynika
faktu \
e, w pierwszej fazie rozruchu moment statyczny jest wywołany tylko siłami tarcia
w Å‚o\
yskach i przekładni. Małe wentylatory są napędzane silnikami klatkowymi.
4.4.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest charakterystyka mechaniczna silnika elektrycznego?
2. Wymień stany pracy silnika elektrycznego?
3. Czym charakteryzuje się napęd stateczny?
4. Co to jest moment dynamiczny?
5. Co się stanie w przypadku gdy moment silnika M jest większy od momentu oporowego
Mm, (M>Mm)?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Na podstawie charakterystyki mechanicznej pompy lub wentylatora dobierz moment
silnika elektrycznego do napędu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) na podstawie otrzymanej charakterystyki maszyny i silnika określić moment dynamiczny,
2) określić czy silnik i maszyna stanowią napęd stateczny czy niestateczny
3) sformułować wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- charakterystyki mechaniczne (wykonane przez producenta),
- papier milimetrowy na kalce technicznej,
- przybory do rysowania
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
Ćwiczenie 2
Wykonaj pomiary i narysuj charakterystykę mechaniczną silnika prądu stałego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) na stanowisku pomiarowym, zgodnie z instrukcją do ćwiczenia, wykonać niezbędne
pomiary dla otrzymanego egzemplarza silnika,
2) na podstawie otrzymanych wyników wykreślić charakterystykę mechaniczną silnika,
3) sformułować wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska.
- stanowisko do badania silników elektrycznych,
- papier milimetrowy na kalce technicznej,
- przybory do rysowania i pisania,
- komputer z programem kalkulacyjnym lub programem do opracowywania i graficznego
przedstawiania wyników pomiarów.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) obliczyć moc silnika do napędu pompy tłokowej?
2) scharakteryzować charakterystyki mechaniczne silnika
elektrycznego?
3) zdefiniować pojęcie momentu dynamicznego?
4) dobrać silnik do napędu wentylatora odśrodkowego?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uwa\
nie instrukcjÄ™.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartÄ™ odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi.
5. Do zadań dołączone są 4 mo\
liwości odpowiedzi. Tylko jedna jest prawidłowa.
6. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki nale\
y błędną odpowiedz
zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedz
prawidłową.
7. Niektóre zadania wymagają wpisania krótkich odpowiedzi.
8. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
9. Jeśli udzielenie odpowiedzi na niektóre pytania będzie Ci sprawiało trudność, odłó\
ich
rozwiązanie na póz
niej i wróć do nich, gdy zostanie Ci czas wolny.
10. Na rozwiÄ…zanie testu masz 60 min.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Nurnik to element pompy
a) odśrodkowej.
b) zębatej.
c) tłokowej.
d) Å‚opatkowej.
2. Poprawę równomierności tłoczonego strumienia cieczy w pompie tłokowej
jednostronnego działania uzyskujemy poprzez
a) zmniejszenie przekroju przewodu ssawnego.
b) zwiększenie obrotów silnika.
c) zmniejszenie obrotów silnika.
d) zastosowanie drugiej pompy tłokowej jednostronnego działania w układzie
bliz
niaczym.
3. Wydajność teoretyczna (geometryczna) pompy tłokowej jest to objętość cieczy
a) w zbiorniku.
b) wypieranej przez tłok w jednostce czasu.
c) wypompowana w okresie do pierwszej awarii.
d) wypompowana w okresie do całkowitego zu\
ycia pompy.
4. Chłodziarki w sprę\
arkach tłokowych mają za zadanie chłodzenie
a) tłoków.
b) korpusu sprÄ™\
arki.
c) powietrza po sprÄ™\
aniu.
d) powietrza przed sprÄ™\
aniem.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
44
5. SprÄ™\
arki rotacyjne są stosowane w przypadku konieczności uzyskania du\
ej wydajności
przy ciśnieniu do
a) ~1,6 MPa.
b) ~16 MPa.
c) ~160 MPa.
d) ~10 MPa.
6. Maszyny powietrzne transformujące energię ciśnienia sprę\
onego powietrza na pracÄ™
mechanicznÄ… to
a) sprÄ™\
arki.
b) dmuchawy.
c) silniki.
d) wentylatory.
7. Silnik w którym następuje zamiana energii ciśnienia cieczy na mechaniczną energię ruchu
postępowego to
a) sprÄ™\
arka.
b) siłownik.
c) silnik Å‚opatkowy.
d) wentylator.
8. Utrzymywanie stałego ciśnienia cieczy w układzie zapewniają
a) zawory przelewowe.
b) zawory bezpieczeństwa.
c) zawory zwrotne.
d) rozdzielacze.
9. Wentylatory lutniowe z napędem elektrycznym przeznaczone są do stosowania
w kopalniach, przy zawartości metanu nie przekraczającej
a) 0,7%.
b) 0,5%.
c) 1%.
d) 2%.
10. Urządzenie słu\
ące do zmiany kierunku przepływającej cieczy w układach hydrauliki
siłowej to
a) zawór przelewowy.
b) rozdzielacz suwakowy.
c) zawór bezpieczeństwa.
d) filtr.
11. CharakterystykÄ… mechanicznÄ… silnika elektrycznego nazywa siÄ™ wykres przedstawiajÄ…cy
zale\
ność
a) prędkości obrotowej n silnika od mocy.
b) prędkości obrotowej n silnika od temperatury uzwojeń.
c) prędkości obrotowej n silnika od rozwijanego przez silnik momentu obrotowego M.
d) impedancji uzwojeń silnika od rozwijanego przez silnik momentu obrotowego M.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
45
12. Silnik z charakterystyką synchroniczną to taki którego prędkość obrotowa
a) zale\
y od obciÄ…\
enia.
b) nie zale\
y od obciÄ…\
enia.
c) zale\
y od obciÄ…\
enia i temperatury silnika.
d) zmienia siÄ™ synchronicznie.
13. Napęd wytrącony ze stanu ustalonego samoczynnie dą\
ący do przywrócenia zachwianej
równowagi nazywa się
a) napędem statycznym.
b) napędem statecznym.
c) napędem podsterownym.
d) nadsterownym.
14. Stan pracy silnikowej charakteryzuje siÄ™ tym, \
e
a) moment obrotowy silnika jest przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera energiÄ™
mechanicznÄ… na wale i oddaje energiÄ™ elektrycznÄ… do sieci zasilajÄ…cej,
b) moment obrotowy silnika jest zgodny z kierunkiem ruchu, silnik pobiera energiÄ™
elektrycznÄ… z sieci i oddaje energiÄ™ mechanicznÄ… na wale,
c) moment obrotowy silnika jest przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera z sieci
energię elektryczną, która zamienia się w nim w ciepło,
d) silnik pracuje jako przesuwnik fazy.
15. Wykres 1 na rysunku przedstawia charakterystykÄ™
a) bocznikowÄ….
b) synchronicznÄ….
c) szeregowÄ…
d) równoległą.
16. Wykres 2 na rysunku charakterystykÄ™ silnika
a) indukcyjnego trójfazowego.
b) bocznikowego, prądu stałego.
c) synchronicznego.
d) szeregowego, prądu stałego.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
17. Stan pracy prÄ…dnicowej charakteryzuje siÄ™ tym, \
e moment obrotowy silnika jest
a) zgodny z kierunkiem ruchu, silnik pobiera energiÄ™ elektrycznÄ… z sieci i oddaje
energiÄ™ mechanicznÄ….
b) przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera energiÄ™ mechanicznÄ… na wale i oddaje
energiÄ™ elektrycznÄ… do sieci zasilajÄ…cej.
c) do kierunku ruchu, silnik pobiera energiÄ™ mechanicznÄ… na wale i energiÄ™ elektrycznÄ…
z sieci zasilajÄ…cej.
d) przeciwny do kierunku ruchu, silnik pobiera z sieci energię elektryczną, która
zamienia się w nim w ciepło.
18. Moment silnika M jest większy od momentu oporowego Mm to obroty silnika
a) rosnÄ….
b) malejÄ….
c) nie ulegajÄ… zmianie.
d) silnik zatrzymuje siÄ™.
19. Moment dynamiczny jest równy
a) ró\
nicy między momentem silnika a momentem mechanicznym napędzanej
maszyny.
b) sumie momentu silnika i momentu mechanicznego napędzanej maszyny.
c) ilorazowi momentu silnika i momentu mechanicznego napędzanej maszyny.
d) iloczynowi momentu silnika i momentu mechanicznego napędzanej maszyny.
20. Aby rozruch silnika przebiegał płynnie i z jednakowym przyspieszeniem to moment
dynamiczny silnika w okresie rozruchu
a) powinien się zmieniać się takt częstotliwości sieci.
b) powinien mieć mo\
liwie stałą wartość.
c) powinien maleć.
d) to nie ma znaczenia.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
47
KARTA ODPOWIEDZI
ImiÄ™ i nazwisko................................................................................................
U\
ytkowanie maszyn i urządzeń do zabezpieczania wyrobisk
Zakreśl poprawną odpowiedz

Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1. a b c d
2. a b c d
3. a b c d
4. a b c d
5. a b c d
6. a b c d
7. a b c d
8. a b c d
9. a b c d
10. a b c d
11. a b c d
12. a b c d
13. a b c d
14. a b c d
15. a b c d
16. a b c d
17. a b c d
18. a b c d
19. a b c d
20. a b c d
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
48
6. LITERATURA
1. Antoniak J., Opolski T.: Maszyny górnicze cz. 2. Śląsk, Katowice 1997
2. Korecki Z.,: Maszyny i urządzenia górnicze cz1. Śląsk, Katowice 1976
3. Mastaliński M., Siwek W. Elektrotechnika, elektronika i automatyka w górnictwie cz. 2.
ÅšlÄ…sk, Katowice 1987
4. Orlik Z. Maszynoznawstwo. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, Warszawa 1985
5. Poradnik górnika. Śląsk, Katowice 1978
6. Schmid D., inni: Mechatronika REA, Warszawa 2002
7. Urbanowicz H.: Napęd elektryczny. WNT, Warszawa 1977
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
49