книги / Рудничная аэрология

где р — давление воздуха; п —относительная влажность воздуха в долях единицы; рн,с — давление водяных паров, насыщающих воздух при температуре Т.

Влияние работы вентилятора. В аспекте гидростатического метода расчета йе влияние работы вентилятора на естественную тягу состоит в изменении атмосферного давления в шахте и, сле­ довательно, в изменении удельного веса воздуха.

Исследования депрессии естественной тяги, выполненные А. Ф. Воропаевым, показывают, что обычно влияние вентилятора на величину he невелико.

Естественная тяга в целом. Если на шахте имеется несколько рабочих горизонтов, естественная тяга может действовать на каж­ дом из них (см. рис. 71). В этом случае общешахтная депрессия естественной тяги может быть определена через суммарную мощ­ ность частных депрессий естественных тяг:

тп

2 *Q*

где тп — число струй с естественной тягой; he £ и QL— соответ­ ственно депрессия естественной тяги и расход воздуха в i-й ветви; (?общ — общее количество воздуха, поступающего в шахту.

§ 58. ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ЕСТЕСТВЕННУЮ ТЯГУ

Т е м п е р а т у р а в о з д у х а в горных выработках яв­ ляется одним из основных факторов, определяющим его удельный вес [см. формулы (IX.13)—(IX.16)]. При этом основную роль играют процессы теплообмена воздуха с горными породами. Мень­ шее влияние оказывают тепловыделение при окислительных процессах, изменение температуры за счет сжатия воздуха (при опускании в шахту).

Существенное влияние на естественную тягу оказывает темпе­ ратура воздуха на поверхности, поскольку от нее в значительной степени зависит температура в воздухоподающем стволе и при­ легающих выработках (при отсутствии калорифера), в то время как в исходящих струях она в течение года сравнительно по­ стоянна.

Летом с повышением температуры воздуха на поверхности и, следовательно, в воздухоподающем стволе его удельный вес уменьшается; поскольку в шахтах удельный вес воздуха в исходя­ щих струях обычно меньше, чем в поступающих, это снижение в зависимости от его значения приводит к уменьшению he только

по величине (кривая 1 на рис. 77) или по величине и направлению (кривая 2). В холодное время года наблюдается обратное явление.

Аналогичные изменения могут происходить и в течение суток в районах с континентальным климатом, а также при гористом рельефе. В районах с гористым рельефом (или при связи подземных выработок с карьерами) естественная тяга колеблется вследствие изменения температуры (удельных весов) столбов воздуха, на­ ходящихся над различными входами в шахту, или сообщающихся столбов воздуха в подземных выработках и на поверхности, иад входом в шахту.

При пожарах в подземных выработках, когда температура воздуха может достигать сотен градусов, появляется весьма мощ­ ная депрессия, которая в случае направления действия ее против

направления работы вентилятора может значительно уменьшить количество проходящего по выработке воздуха или даже опро­ кинуть вентиляционную струю (см. § 124).

Д а в л е н и е в о з д у х а оказывает существенное влияние на естественную тягу вследствие зависимости от него удельного веса воздуха. Атмосферное давление в шахте и депрессия есте­ ственной тяги определяются давлением воздуха на поверхности и глубиной выработок [см. формулы (IX.5), (IX.7) и (IX.9)]. Влияние давления воздуха на поверхности, как следует из этих формул, линейное, однако вследствие небольших относительных колебаний его (в среднем около 3%) оно не приводит к существен­

и (IX.7)]. В глубоких шахтах вследствие высокой температуры воздуха в исходящих струях депрессия естественной тяги обычно

пени определяет его удельный вес. В частности, увеличение со­ держания легких газов (метан и др.) и паров воды уменьшает удельный вес воздуха. Однако количественное влияние этих факторов в шахтных условиях невелико.

Р а б о т а в е н т и л я т о р а , как было отмечено ранее, оказывает незначительное влияние на депрессию естественной тяги (в пределах нескольких процентов).

Характеристика естественной тяги. Характеристикой естест­ венной тяги называется зависимость ее депрессии от количества подаваемого в шахту воздуха. Поскольку зимой с увеличением количества подаваемого в шахту воздуха температура в воздухо­ подающем стволе будет понижаться, а удельный вес воздуха увели­ чиваться, то ввиду относительного постоянства удельного веса воздуха в исходящих струях депрессия естественной тяги будет

Рис. 78. Характеристика есте­ ственной тяги

Рис. 79. Совместная работа вен­ тилятора и естественной тяги:

1 — характеристика вентилятора; 2 —

рактеристика шахты

также несколько увеличиваться. Летом будет происходить обрат­ ное явление. Поэтому, строго говоря, характеристика естествен­ ной тяги будет менять свое положение в координатах fee, Q в каж­ дое время года (рис. 78). Однако поскольку в большинстве слу­ чаев различие в положении характеристик 1 (зима) и 2 (лето) невелико, а также учитывая противоположный характер изме­ нения he при этом, принимают, что he не зависит от подаваемого в шахту количества воздуха. В этом случае характеристика естественной тяги будет изображаться прямой 5, параллельной оси Ç.

Совместная работа вентилятора и естественной тяги. Естествен­ ная тяга является источником энергии для вентиляционной струи воздуха в шахте. Если она действует в той же вентиляционной сети, на которую работает и вентилятор, то удельные энергии (депрессии), отдаваемые каждым из этих источников воздуху, будут алгебраически суммироваться. Будем называть депрессию

но й, если их действие противоположно. Совокупное воздействие вентилятора и естественной тяги будет определяться некоторой обобщенной характеристикой, получаемой из характеристик

вентилятора и естественной тяги путем алгебраического суммиро­ вания их депрессий при постоянном расходе воздуха (кривые 3 и 4 на рис. 79). Количество воздуха, поступающего в шахту, опре­ делится абсциссой точки пересечения суммарной характеристики

ствия естественной тяги, последняя может помогать работе венти­ лятора ((?! > Qo) или затруднять ее (Q2 < /Ç 0). Поэтому при выборе вентилятора необходимо учитывать естественную тягу. В общем случае депрессия вентилятора

где hconр — депрессия, затрачиваемая на преодоление всех сопро­ тивлений движению воздуха по сети выработок.

Из выражения (IX. 17) следует, что для подачи в шахту по­ стоянного количества воздуха при отрицательной депрессии есте­ ственной тяги (he «< 0) депрессия вентилятора должна быть больше депрессии сопротивлений на величину /&е, а при положи­ тельной депрессии естественной тяги (he > 0) она может быть уменьшена на йе. Поскольку he изменяется в течение года, в вы­ ражении (IX. 17) следует подставлять ее минимальную величину, т. е. наименьшее положительное значение he или наибольшее отрицательное.

Г л а в а X

РАБОТА ВЕНТИЛЯТОРОВ НА ШАХТНУЮ ВЕНТИЛЯЦИОННУЮ СЕТЬ

§ 60. РАБОТА ОДИНОЧНОГО ВЕНТИЛЯТОРА

Зависимость развиваемой вентилятором депрессии от его де­ бита, выраженная в виде графика, называется х а р а к т е р и ­ с т и к о й в е н т и л я т о р а . Каждый тип вентилятора имеет свою характеристику (рис. 80).

Выпускаемые в СССР вентиляторы обычно имеют характери­ стики с «горбом» или седлообразные, осевые вентиляторы типов ВОК и ВОКД и серии В при больших углах поворота лопа­ ток рабочего колеса имеют характеристики с разрывом. Положе­ ние характеристики изменяется при изменении скорости вращения рабочего колеса вентилятора или угла установки лопаток.

Изображенные на рис. 80 характеристики соответствуют работе одного вентилятора на сеть без каких-либо других источников тяги. В этом случае характеристика вентилятора располагается в первом квадранте. Положительные значения Q соответствуют движению воздуха от всаса к диффузору, положительные значе-

ния h соответствуют разрежению во всасе по отношению к диффузору.

Вентилятор может развивать лишь такие режимы, которые соответствуют его характеристике. В то же время Q и h сети свя­ заны между собой соотношением, описываемым характеристикой сети (см. рис. 54). При работе вентилятора на шахтную вентиля­ ционную сеть его Q и h должны удовлетворять как собственной характеристике вентилятора, так и характеристике сети, т. е.

графически должны определяться точкой пересечения характери­ стик вентилятора и сети (рис. 81). Иными словами, режим работы вентилятора определяется совместным решением уравнений харак­ теристик вентиляторов и сети.

Для определения режима работы вентилятора на сеть, состо­ ящую из нескольких параллельных ветвей 2—2, 5—2 (рис. 82, а), необходим о построить общую характеристику параллельного со­

Расходы воздуха в параллельных ветвях определятся пересече­ нием линии hR= const, где hR— депрессия вентилятора при ра­ боте на данное параллельное соединение, с характеристиками 2, 2 параллельных ветвей.

На рис. 82, б кривая 2 — характеристика шахты, 2 — харак­ теристика путей подсосов воздуха с поверхности, 3 — их суммар­ ная характеристика. Как следует из рисунка, наличие подсосов снижает количество поступающего в шахту воздуха с Ç2' (при отсутствии подсосов) до Ça, в то время как дебит вентилятора

возрастает с Q2 до ÇD. В результате, помимо того, что уменьшается количество поступающего в шахту воздуха, увеличивается расход электроэнергии вентилятором, поскольку мощность вентилятора определяется выражением

где h и Q — депрессия и дебит вентилятора; т] — к. п. д. вентиля­ торной установки; R — сопротивление шахты.

6

Рис. 82. Схемы и график работы вентилятора на сеть из параллельных: ветвей

Суммарную характеристику нескольких параллельно соеди­ ненных выработок можно построить двояко. Если известно общео сопротивление соединения Д0, то суммарная характеристика будет графиком выражения h = R 0Q2 (при квадратичном реяшме*

Рис. 83. Построение суммар­ ной характеристики двух па­ раллельно соединенных выра­ боток:

движения воздуха в системе). Суммарную характеристику можно* построить и графически, если учесть, что депрессии всех парал­ лельно соединенных выработок равны, т. е. h1 = h 2 — . hn, а общий расход воздуха в соединении при любой депрессии равен

соединенных выработок необходимо задаться несколькими произ­ вольными значениями депрессии h', h ", Ъ!" и т. д., сложить соот­ ветствующие им индивидуальные расходы воздуха в выработках Q'2, ., Qn\ Q[, Ql, • • • Qn и T. д. и полученные точки соеди­ нить плавной кривой. Иными словами, характеристики парал­ лельно соединенных выработок следует суммировать по рас­

ходам (рис. 83).

$ 61 . СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ВЕНТИЛЯТОРОВ

Виды совместной работы. Вентиляторы, работающие одно­ временно на одну шахтную вентиляционную сеть, могут быть со­ единены последовательно, параллельно и комбинированным спо­ собом. Соответственно этому различают последовательную, парал­ лельную и комбинированную работу вентиляторов. При последо­ вательном соединении диффузор одного вентилятора соединяется со всасом другого непосредственно или через систему выработок (рис. 84, а, б). При параллельном соединении всасы вентиляторов

подсоединяются к одной точке сети также непосредственно или через системы выработок, называемых в этом случае и н д и в и ­ д у а л ь н ы м и у ч а с т к а м и сети вентиляторов (рис. 84, а, г). Для левого вентилятора на схеме индивидуальным является участок 2—3—4 (см. рис. 84, г), для правого — 2—3' —4', уча­ сток 1—2 — общий для обоих вентиляторов. При комбинирован­ ном соединении одни вентиляторы соединены последовательно, другие параллельно (рис. 84, д).

При совместной работе одни вентиляторы могут располагаться на поверхности, другие — под землей. Обычно подземные венти­

ных характеристик вентиляторов, либо активизированной харак­ теристики внепшей сети.

Суммарную (или общую) характеристику вентиляторов строят графически по их индивидуальным характеристикам. В результате все совместно работающие вентиляторы как бы заменяются одним эквивалентным вентилятором, характеристикой которого яв­ ляется суммарная характеристика.

При анализе способом построения приведенных характеристик из характеристики вентилятора вычитают характеристику его индивидуального участка и, таким образом, вентилятор как бы перемещается («приводится») в начало этого участка. В результате сложные соединения сводятся к более простым.

Наконец, при способе активизированной характеристики все совместно работающие на сеть вентиляторы рассматриваются по отношению к одному из них как воздухопроводы со специаль­ ными характеристиками, которыми являются их индивидуальные характеристики. Суммируя эти последние с характеристиками отдельных участков вентиляционной сети, получают единую характеристику сети и включенных в нее вентиляторов, кроме одного, выделенного, вентилятора.

Поскольку полученная суммарная характеристика охватывает и пассивные участки сети (выработки), где энергия воздуха рас­ ходуется, и активные участки (вентиляторы), где воздух получает энергию, она носит название активизированной характеристики. Точка пересечения ее с характеристикой выделенного вентилятора определяет режим его работы на данную сеть.

А н а л и т и ч е с к и й м е т о д основан на совместном реше­ нии уравнений, описывающих характеристики сети и вентилято­ ров. Аналитические выражения для характеристики вентиляторов определяются экспериментально. Ввиду сложности получающихся зависимостей этот метод практически применим лишь для анализа последовательной работы вентиляторов.

Для анализа параллельной работы вентиляторов может быть

ставляются уравнения сети для каждого вентилятора, которые включают отношения дебитов вентиляторов. Уравнения решаются методом последовательных приближений по предварительно при­ нимаемым ориентировочным значениям этих отношений.

В дальнейшем рассмотрение вопросов совместной работы вен­ тиляторов будет производиться графическим методом.

Последовательная работа. Рассмотрим последовательную ра­ боту вентиляторов, например, по схеме рис. 84, а или 84, б. Очевидно, что при последовательном соединении вентиляторов их дебиты равны. Поскольку один и тот же объем воздуха Q про­ ходит вначале через первый, затем через второй вентилятор, общая энергия, полученная им от вентиляторов, будет равна сумме поступивших от них в воздух энергий. Следовательно, будет

суммироваться и энергия каждой единицы этого объема. Однако энергия, полученная (или отданная) единицей объема воздуха на каком-либо участке, представляет собой депрессию этого уча­ стка. Поэтому общая депрессия нескольких последовательно работающих вентиляторов А0 будет равна сумме развиваемых ими индивидуальных депрессий.

Таким образом, при последовательной работе вентиляторов:

Qi = Qz = • =QN \

(Х.2)

2= 1

где Qi и hL— дебит и депрессия г-го вентилятора; N — число* вентиляторов.

Из выражений (Х.2) следует, что для получения суммарной характеристики нескольких последовательно соединенных венти­ ляторов следует сложить их индивидуальные характеристики по депрессиям (по ординатам). Для этого задаются несколькими произвольными значениями расходов Q', Q", Q"' и суммируют

суммарной характеристикой последовательно соединенных вен­ тиляторов.

На рис. 86, а изображены индивидуальные характеристики 1 и 2 двух вентиляторов. Для построения их суммарной характери­ стики при последовательной работе задаются на оси абсцисс рядом произвольных значений Q. Через точки, соответствующие этим значениям, проводят прямые, параллельные оси ординат, на кото­ рых откладывают отрезки прямых, равные суммам депрессий обоих вентиляторов. В результате получают точки (0), (7)—(5) суммарной характеристики 3 вентиляторов. Эта характеристика пересекает индивидуальную характеристику 2 большего вентиля­ тора в точке А . Последовательная работа двух разных по мощности вентиляторов рациональна при относительно большом сопро­ тивлении шахты, когда ее характеристика 4 пересекает суммар­ ную характеристику вентиляторов левее точки А . В этом случае общая депрессия последовательно соединенных вентиляторов будет больше депрессии, которую на эту же сеть может развить любой из этих вентиляторов в отдельности. Если же шахта имеет не­ высокое сопротивление и ее характеристика 5 проходит правее точки Л, последовательная работа вентиляторов нерациональна: их общая депрессия будет меньше, чем депрессия большего вен­ тилятора при его индивидуальной работе на эту же сеть. В этом