21764

Рудничная аэромеханика. Аэродинамическое сопротивление горных выработок и методы его расчета

Лекция

География, геология и геодезия

Разделив в этой формуле левую и правую части выражения на площадь живого сечения потока S SM получим выражение кг м2 в котором величина Pлб SSм представляет собой лобовое сопротивление hлб; тогда окончательное выражение для подсчета величины потерь давления воздуха вызванных лобовым сопротивлением hлб = Cx кг м2 Суммарное сопротивление. Эквивалентное отверстие выработки или шахты площадь отверстия в тонкой стенке через которое при разности давлений по обе стороны стенки равной депрессии выработки или шахты проходит...

Русский

2013-08-03

1.87 MB

64 чел.

Рудничная аэромеханика (продолжение)

Аэродинамическое сопротивление горных выработок и методы его расчета.

Лобовые сопротивления. Лобовыми сопротивлениями являются объекты, загромождающие часть сечения воздуховода и оказывающие сопротивление в лоб набегающему на них потоку. К лобовым сопротивлениям относятся: ремонтины, установленные в выработках; одиночный расстрел и весь ряд расстрелов в шахтном стволе; вагонетки, находящиеся в выработке; клети в стволе и т. д. Сила лобового сопротивления Рлб, зависящая от формы тела и степени шероховатости его поверхности, совместно оцениваемых коэффициентом Сх лобового сопротивления, от средней скорости v потока и от миделевого сечения SM тела (миделевым сечением SM называется наибольшее сечение тела в плоскости, перпендикулярной к оси потока или проекция тела на плоскость, перпендикулярную к оси потока), подсчитывается по формуле

Рлб= Сх SM , кг.

Разделив в этой формуле левую и правую части выражения на площадь живого сечения потока (SSM), получим выражение

 кг/м2,

в котором величина Pлб/(S-Sм) представляет собой лобовое сопротивление hлб; тогда окончательное выражение для подсчета величины потерь давления воздуха, вызванных лобовым сопротивлением,

hлб = Cx кг/м2     

Суммарное сопротивление. Для определения величины общешахтных потерь статического давления необходимо по правилам наложения сопротивлений суммировать: общешахтные сопротивления трению Σhi отдельных выработок, учитывая при этом также длины участков, занимаемых объектами местных и лобовых сопротивлений; общешахтные местные потери давления Σhм.с. и общешахтные лобовые сопротивления Σhлб:

Hоб= Σhi + Σhм.с + Σhлб.

Единицы сопротивления горных выработок

Назначение единиц сопротивления выработок и их типы. Так как коэффициенты сопротивления α, ξ и Сх, служащие для расчета величины различных видов сопротивления воздуховода, не дают возможности оценить степень трудности выработок и шахт по их проветриванию, поэтому введены дополнительные единицы сопротивления: большая единица R и эквивалентное отверстие А.

Большая единица сопротивления R

 В формуле  выражение aLP/S3 является постоянной величиной для каждой отдельной выработки. Обозначим его через R и получим

R=, кг•с28

С учетом выражения  формула  примет следующий вид:

h=RQ2, кг/м2.

Это соответствует квадратичному закону сопротивления при развитом турбулентном режиме движения.

. Зависимости коэффициентов α, ξ и Сх, и соответствующих сопротивлений R от числа Re качественно подобны. Такое подобие возможно лишь в случае тождественности сил сопротивления и подобия механизма их действия в каждом из трех основных видов сопротивления. Это подтверждает вывод о единой природе основных видов аэродинамического сопротивления горных выработок (сопротивления трения, местных сопротивлений и лобового сопротивления) и об определенной условности данного деления. Отсюда следует, что трудность вентиляции выработки определяется не коэффициентами α, ξ и Сх,, а ее сопротивлением R.

Размерность сопротивления [R] = [h/Q2] = H/м2/(м3/c)2=H• с28. Единица, равная 9,81 Н • с28 или кг•с28, носит название киломюрг  (kμ). На практике часто используют единицу, в тысячу раз меньшую (мюрг).

В вентиляторостроении и в меньшей мере в шахтной вентиляции для характеристики аэродинамического сопротивления используется еще одна величина, называемая эквивалентным отверстием. Под последним понимается круглое отверстие в тонкой стенке, сопротивление которого равно сопротивлению шахты или выработки. Это понятие вошло в шахтную вентиляцию из области шахтного вентиляторостроения, где для испытания вентиляторов используются тонкие металлические пластины с круглыми отверстиями.

Эквивалентное отверстие выработки (или шахты) — площадь отверстия в тонкой стенке, через которое при разности давлений по обе стороны стенки, равной депрессии выработки (или шахты), проходит такое же количество воздуха, что и по выработке (или по шахте в целом),

м2

или

= м2

Для вывода этих формул используется уравнение Бернулли.

Условно считается, что для легкопроветриваемых шахт А>2, для шахт средней трудно сти проветривания 1≤А≤2 и для труднопроветриваемых А<1. Следует отметить, что значение А может увеличиваться не только при уменьшении сопротивления выработок, но и вследствие увеличения утечек воздуха, которые снижают эффективность вентиляции.

Удельный расход воздуха (на 1 Па депрессии) на вентиляцию шахты (выработки) называется пропускной способностью шахты (выработки), которая определяется по формуле

K=Q/√h=1/√R

Вентиляционная характеристика шахты и выработок

Вентиляционная характеристика шахты или отдельной выработки представляет собой графическое изображение в прямоугольных координатах  h-Q зависимости между депрессией h и расходом воздуха Q, проходящим через шахту или по отдельной выработке.

Для построения такой характеристики пользуются формулой h=RQ2. В эту формулу подставляют найденое значение R для шахты или отдельной выработки и для произвольно выбранных расходов воздуха получают определенные значения депрессий.

Пример: R=0,007 kμ;

Q, м3

10

15

20

25

h, мм вод. ст.

0,7

1,6

2,8

4,4

Характеристика шахты – парабола, которая тем круче, чем больше сопротивление.

Измерение статического, скоростного и общего давлений воздуха, а также депрессии воздушного потока

Типы измерительных приборов. Для измерения   статического, скоростного и общего   давлений   воздуха, а также депрессии воздушного потока   применяются приборы двух типов: для восприятия давлений и депрессии воздуха и для регистрации (отсчета) воспринятых давлений и депрессии воздуха.

Приборы для восприятия давлений и депрессии воздуха. Для восприятия давлений и депрессии воздуха применяются следующие приборы: статические штуцера, статические трубки, трубки полного (общего) давления, трубки Пито.

Статический штуцер представляет собой короткую металлическую трубку длиной 50—80 мм и внутренним диаметром 5—10 мм, припаянную с наружной стороны трубопровода и сообщающуюся с его внутренним пространством с помощью отверстия диаметром 1—3 мм, сделанного в стенке трубопровода.

Статическая трубка представляет собой Г-образную металлическую трубку диаметром 8—10 мм и длиной 0,3—1,5 м, центральный канал которой закрыт во входном сечении воспринимающего приемника, называемого носиком. Статическая трубка, расположенная навстречу потоку воздуха носиком, в стенках которого просверлены отверстия диаметром 0,5—1 мм, воспринимает этими отверстиями статическое давление; которое может передать от державки  к регистрирующему давление прибору.

Трубка полного давления отличается от статической трубки лишь тем, что ее центральный канал в носике открыт и в носике нет боковых отверстий. Благодаря этому канал носика воспринимает полное давление, так как на этот центральный канал воздействует как статическое h, так и скоростное hv давление воздуха.

Трубка Пито сочетает в себе принцип действия статической трубки и трубки полного давления, благодаря чему она является универсальным прибором, воспринимающим статическое, скоростное и общее давления воздуха. Трубка Пито имеет центральный канал, который, будучи ориентирован навстречу потоку, воспринимает полное давление, а щелевые отверстия на боковой поверхности носика воспринимают статическое давление. Воспринятые центральным каналом полное давление и боковыми отверстиями статическое давление передаются через внутренние трубки на выходные штуцера, из которых штуцер, обозначенный знаком « + », воспринимает входным сечением полное давление, а штуцер, имеющий знак «—», боковым отверстием  воспринимает лишь статическое давление.

При измерении давления с помощью трубки общего давления и с помощью трубки Пито необходимо приемный носик (наконечник) измерительных трубок устанавливать параллельно оси потока воздуха, не допуская отклонения от этой оси более ±5°.

Слева на рисунке статическая трубка, справа трубка Пито.

Руководство по применению трубки Пито

Пневмометрическая напорная трубка Пито (трубка Пито) является комбинированным приемником давлений.

  1.  Назначение

1.1 Трубка Пито предназначена для непосредственного измерения полного,

статистического и динамического давлений потока.

1 .2 Трубка Пито предназначена для измерения скорости потока.

2.  Технические характеристики

2.1. Коэффициент преобразования динамического (скоростного) давления трубки Пито 0,95-1,05.

2.2. Основная приведенная погрешность определения коэффициента трубки Пито, % не более ± 3 .

2.3. Температура контролируемой среды     от -40° до +500° С.

2.4. Скорость пылегазового потока, преобразуемая трубкой Пито, м/с          4 - 30.

3.  Измерение давлений

3.1. Для измерения полного давления носик трубки Пито располагается параллельно оси потока навстречу потоку. Один конец шланга присоединяется к вертикальному штуцеру трубки Пито, другой конец к штуцеру микроманометра со знаком (+).

3.2. Для измерения статического давления носик трубки Пито располагается параллельно оси потока навстречу потоку. Один конец шланга присоединяется к горизонтальному штуцеру трубки Пито, другой конец к штуцеру микроманометра со знаком (+).

3.3. Для измерения динамического (скоростного) давления носик трубки Пито располагается параллельно оси потока навстречу потоку. Один конец шланга присоединяется к вертикальному штуцеру трубки Пито, другой конец к штуцеру микроманометра со знаком (+). Еще один шланг присоединяется к горизонтальному штуцеру трубки Пито, а другой конец к штуцеру микроманометра со знаком (-).

4.  Измерение скорости потока

Замеряется динамическое (скоростное) давление потока. Скорость потока

, м/с,

где hск - скоростное давление в месте замера, мм вод. ст.

Эта зависимость справедлива для «нормального воздуха», для других условий

,

 где ρ - плотность воздуха, кг/м3

Приборы для регистрации давлений и депрессии воздуха. Для измерения депрессии, статического, скоростного и общего давлений воздуха трубкой Пито применяют водяной U-образный депрессиометр   или   микроманометр.

Приборы для измерения скорости движения воздуха в шахтах. Для измерения скорости движения воздуха применяются следующие типы анемометров: крыльчатые со струнной осью, крыльчатые технические с негибкой осью, чашечные.

ШАХТНЫЕ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ СЕТИ

Общие сведения

Проветривание шахты осуществляется путем создания воздушного потока в сети горных выработок. Принятое направление воздушных потоков в сети определяет схему проветривания шахты и отдельных ее участков. В шахтную вентиляционную сеть входят горные выработки и сооружения, по которым движется воздух, а также выработки, вентиляционные сооружения и выработанное пространство, через которые просачивается воздух в таком количестве, которое оказывает влияние на проветривание шахты. Направление воздушных потоков осуществляется с помощью вентиляционных сооружений (вентиляторы, перемычки, двери, трубопроводы, кроссинги и др.).

Воздушные потоки, потоки вредных примесей (газов, пыли, тепла), вентиляционная сеть, вентиляционные сооружения и источники тяги в сети образуют шахтную вентиляционную систему, которая характеризуется схемой движения воздуха в сети, интенсивностью вентиляционного процесса (обмена и переноса массы и энергии), аэродинамическим режимом воздушных течений. Ее главными параметрами являются концентрация вредных примесей в шахтной атмосфере, объемные расходы воздушных потоков (воздухораспределение в сети), аэродинамические сопротивления горных выработок и сооружений, депрессия источников механической и естественной тяги. Шахтная вентиляционная система обычно находится в квазистационарном состоянии (т. е. в среднем стационарна). Однако при пожарах, разрушении вентиляционных сооружений и других газодинамических, термодинамических и аэродинамических возмущениях вентиляционная система может перейти в нестационарное состояние. Переход системы из одного состояния в другое длится от 1—2 мин до нескольких часов. В большинстве случаев переходные режимы приводят к аварийным ситуациям в шахте. Способность шахтной вентиляционной системы обеспечивать допустимый вентиляционный режим в нормальных и аварийных условиях характеризует степень ее надежности.

Классификация шахтных вентиляционных сетей

Шахтные вентиляционные сети могут быть представлены в виде вентиляционного плана, а также пространственной и аэродинамической схем.

Вентиляционный план — план горных выработок, на котором условными знаками отмечены направления воздушных потоков, вентиляционные сооружения, контрольно-измерительные станции, количество проходящего по выработкам воздуха и скорость его движения и др. Пространственная схема вентиляционной сети (рис. 8.1) характеризует пространственное расположение горных выработок.

Она очень наглядна для шахт, разрабатывающих наклонные или крутые пласты. Аэродинамическая (или каноническая) схема (рис. 8.2) — это упрощенный график сети (не отражающий пространственного расположения выработок), на котором сохраняется взаимосвязь всех элементов сети. Схема может быть открытой и замкнутой. Замыкание аэродинамической схемы осуществляется атмосферой на поверхности.

Шахтная вентиляционная схема представляет собой замкнутый связный граф. В теории графов приняты следующие понятия:

узел — место соединения трех и более выработок (см. рис. 8.2, точки 2, 3, 5, 6, 7, 8);

ветвь — отдельная выработка (или несколько последовательно соединенных выработок), соединяющая два узла;

маршрут — путь в сети, включающий неповторяющиеся ветви;

контур — замкнутый путь в сети, включающий неповторяющиеся ветви;

элементарная ячейка (сокращенно ячейка) — часть сети, которая не пересекается ветвями.

Если замкнутый путь в сети очерчивает одну ячейку, то он называется простым контуром. В зависимости от направления воздушных потоков в ветвях контуры бывают однонаправленными и двухнаправленными.

Для каждой замкнутой аэродинамической схемы существует топологическая зависимость

m=n+k-1

где т — число ветвей; п — число узлов; k — число ячеек.

В зависимости от способа связи горных выработок различают вентиляционные сети неразветвленные (рис. 8.4) и разветвленные (рис. 8.5 и 8.6).

Неразветвленная вентиляционная сеть состоит из одного простого контура последовательно соединенных горных выработок. Разветвленные вентиляционные сети разделяются на параллельные и диагональные. Параллельные вентиляционные сети могут быть простые и сложные. Простая параллельная сеть состоит из двух узлов и не менее двух ветвей соединяющих эти узлы (рис. 8.5, а). Сложные параллельные сети образуются из последовательно и параллельно соединенных ветвей. Все разветвленные непараллельные сети называются диагональными.

Вентиляционная сеть, в которой определены места расположения и направления действия вентиляторов, направление действия контурной естественной тяги, может быть представлена в качестве ориентированного графа путем указания на ней направлений движений воздуха. Все параллельные сети с одним сосредоточенным источником тяги (вентилятором) имеют одно направление вентиляционных потоков, зависящее от места расположения вентилятора (рис. 8.7).

Если в параллельных сетях два или более источников тяги находятся во взаимодействии (рис. 8.8), то движение воздуха хотя бы в одной ветви может происходить в различных направлениях. Такое движение воздуха называется неустойчивым. Вентиляционные сети с неустойчивыми вентиляционными потоками называются неустойчивыми. Направление неустойчивых потоков зависит от соотношения депрессий и аэродинамических сопротивлений в сети. Диагональные вентиляционные сети с одним сосредоточенным источником тяги (вентилятором) имеют не менее одной ветви с неустойчивым вентиляционным потоком. Ветви с неустойчивым движением зависят от места расположения вентилятора (рис. 8.9). Этими ветвями являются диагонали вентиляционной сети. Если в диагональной сети работают два или больше источников тяги, то неустойчивые потоки возникают не только в диагоналях, но и в других ветвях. Устойчивость вентиляционных потоков в шахтных вентиляционных сетях зависит от структуры (топологии) сети и от числа и места действия источников тяги. Естественная тяга имеет незначительную величину и не оказывает существенного влияния на устойчивость воздушных потоков. Однако во время пожара в шахте тепловая депрессия может изменить направление некоторых воздушных потоков.

Основные законы движения воздуха в вентиляционных сетях

При движении воздуха в шахтных вентиляционных сетях действуют следующие законы:

закон сопротивления в ветвях

hj = RjSj;

закон сохранения  массы воздушных потоков в узлах

;

закон сохранения механической энергии воздушных потоков в контурах

,

где i номер узла; j — номер ветви; h депрессия ветви, мм вод. ст.; R аэродинамическое сопротивление ветви, ; Q — объемный дебит воздушного потока, м3/с; hв— депрессия вентилятора, мм вод. ст; hе — депрессия естественной тяги в контуре, мм вод. ст; ρ — средняя плотность воздуха в ветви, кг/м3; ε — коэффициент направления воздушного потока (для первоначально принятого направления ε = + 1; для противоположного направления ε = -1).

Расчет вентиляционных сетей

Расчет шахтной вентиляционной сети сводится к определению распределения воздуха в сети, рабочего режима вентиляторов, общего аэродинамического сопротивления сети, аэродинамического сопротивления регуляторов в сети, естественной тяги.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14134. Формування зображення на екрані ПЕОМ. Створення найпростіших лінійних програм 66.5 KB
  Тема уроку: Формування зображення на екрані ПЕОМ. Створення найпростіших лінійних програм Мета уроку: Дати дитині поняття про режими роботи монітору та принципи виведення зображення на екран в цих режимах.Тип уроку: Лекційний з практичними прикладами. Лекційний мате...
14135. Створення найпростіших лінійних програм 27 KB
  Тема уроку: Створення найпростіших лінійних програм Мета уроку: Дати дитині поняття про режими роботи монітору та принципи виведення зображення на екран в цих режимах.Тип уроку: Практична робота. На початку уроку необхідно нагадати дітям правила поведінки в комп'юте
14136. Розвязування задач з лінійними алгоритмами 61 KB
  Тема уроку: Розвязування задач з лінійними алгоритмами Мета уроку: Навчитися розвязувати прості задачі з лінійними алгоритмами. Тип уроку: Практична робота. На початку уроку необхідно нагадати дітям правила поведінки в компютерному класі та правильної роботи за к
14137. Вказівка розгалуження та її опис мовою програмування. Опис умов 40.5 KB
  Тема уроку: Вказівка розгалуження та її опис мовою програмування. Опис умов. Мета уроку: Дати поняття про структурні оператори вказівку розгалуження повну та скорочену форми та поняття про прості та складені умови.Тип уроку: Лекційний з практичними прикладами. Лекц
14138. Запис алгоритмів з використанням вказівки розгалуження мовою програмування 63.5 KB
  Тема уроку: Запис алгоритмів з використанням вказівки розгалуження мовою програмування. Мета уроку: Навчити складати алгоритми з використанням команди розгалуження та записувати їх мовою програмування.Тип уроку: Розбір задач що потребують для свого розв'язання вказ
14139. Запис алгоритмів з використанням вказівки розгалуження мовою програмування 70.5 KB
  Тема уроку: Запис алгоритмів з використанням вказівки розгалуження мовою програмування. Мета уроку: Навчити створювати математичні моделі задач складати алгоритми з використанням команди розгалуження та записувати їх мовою програмування.Тип уроку: Розбір задач що
14140. Запис алгоритмів з використанням вказівки розгалуження мовою програмування 69.5 KB
  Тема уроку: Запис алгоритмів з використанням вказівки розгалуження мовою програмування. Мета уроку: Навчити складати алгоритми з використанням команди розгалуження та записувати їх мовою програмування.Тип уроку: Розбір більш складних задач що потребують для свого р
14141. Вказівка повторення та її опис мовою блок-схем та мовою програмування 48.5 KB
  Тема уроку: Вказівка повторення та її опис мовою блоксхем та мовою програмування. Мета уроку: Дати поняття про вказівку повторення та її використання при розвязуванні задач про типи циклів та їх оформлення мовою програмування Паскаль та мовою блоксхем. Тип уроку: Лек
14142. Використання циклу з параметром для розвязування задач 66.5 KB
  Тема уроку: Використання циклу з параметром для розвязування задач. Мета уроку: Навчити використовувати цикл з параметром для розвязування типових задач. Тип уроку: Практичний. На початку уроку рекомендується провести письмове опитування можна у вигляді диктанту