книги / Рудничная аэрология.-1

тание, знак минус — при работе на всасывание).

Следует учитывать, что для получения he в кГ1м- р 0 в вышепри­ веденных формулах должно быть выражено также в кГ/м2; при его переводе из размерности мм pm. cm. в кГ1м2 надо иметь в виду, что 1 мм pm. cm. = 13,6 кГ/м2.

Приведенные формулы могут быть упрощены, если использовать разложение

Н

Ш ср )

Ограничиваясь двумя первыми членами

а0,191 0,187 0.184 0,180 0,177 0,174 0,170 0,107 0,164 0,161 0,159

Полученные по выражению (IX,9) значения he при Н > 100 м следует умножать на поправочный множитель (\ I + 10 000 /V

Для расчета естественной тяги необходимо знание средних тем­ ператур поступающего и исходящего воздуха, которые можно при­ ближенно определить как среднеарифметические значения температур в верхней и нижней частях этих столбов воздуха.

Температура воздуха в верхней части воздухоподающего ствола равна либо температуре воздуха на поверхности, либо температуре, создаваемой работой калорифера (в последнем случае она не должна быть ниже 2° С).

lül

воздуха, связанные с его движением и теплообменом. Метод основан на представлении депрессии естественной тяги как работы, произво­ димой единицей объема воздуха при его движении от входа в шахту до выхода из нее под действием гравитационных сил, вызываемых теплообменом в выработках. Гравитационные силы численно равны разности фактического удельного веса воздуха и его удельного веса

ляторе, когда единственным источ­ ником движения является депрессия естественной тяги, то площадь,

ограниченная кривой V (р) и осью Ор, будет характеризовать работу естественной тяги, или ее депрессию.

Построим индикаторную диаграмму р — V для схемы рис. 76, б при движении воздуха только за счет естественной тяги по замкну­ тому пути 1—2—3—4—5—1 *. Перемещение воздуха из положения 1 в положение 2 изобразится на графике рис. 82 некоторой кривой 1—2. При дальнейшем его перемещении по стволу 2—3 (см. рис. 76, б) удельный объем будет продолжать уменьшаться; процесс будет опи­ сываться кривой 2—3 (см. рис. 82), несколько более крутой, чем 1—2, вследствие влияния трения. В точке 3 давление достигнет максимума. На участке 3—4 оно будет уменьшаться вследствие расхода энергии на трение, что описывается участком графика 3—4. Подъем по стволу вызывает быстрое уменьшение давления до атмосферного на уровне I —I (участок 4—5). При перемещении воздуха из точки 5 в точку 1 давление не меняется, однако уменьшается V вследствие охлаждения воздуха. Очевидно, что если применить формулу (IX, 10) для всего

* Путь 5—1—2 является условным, однако он необходим, чтобы замкнуть цикл, т. е. чтобы параметры выходящего воздуха рв» Уъ привести к параметрам поступающего в шахту воздуха р 2, F a.

контура 1—2—3—4—5—1, то величина интеграла будет равна пло­ щади S, ограниченной этим контуром. Поскольку в рассматрива­ емом случае депрессия естественной тяги является единственным источником движения, а также учитывая, что уравнение (IX ,10) определяет работу единицы веса воздуха, имеем

K = ycpS , (IX,И)

где Тср — средний удельный вес воздуха в шахте.

Диаграммой р — V можно наглядно представить влияние пожара на естественную тягу. Например, если пожар возник на участке 3—4 (см. рис. 76, б), это вызовет увеличение V до некоторой величины, соответствующей точке 4' (см. рис. 82), вследствие нагревания воздуха.

Воздух в стволе будет также более теплый, чем до пожара, по­ этому новое значение V в устье ствола 4—5 будет соответствовать точке 5' В результате площадь S увеличится, что будет означать увеличение йе. Площадь 4—4'—5,—5—4 будет равна депрессии по­ жара, отнесенной к единице веса воздуха.

Диаграмму изменения состояния воздуха в шахте можно по­ строить и в других координатах (давление — абсолютная темпера­ тура, абсолютная температура — энтропия, абсолютная темпера­ тура — глубина). Метод расчета he во всех случаях будет аналоги­ чен, изменится лишь окончательная формула. Так, для координат глубина Я — абсолютная температура Т имеем

где р — давление воздуха;

п— относительная влажность воздуха в долях единицы;

р,,ас — давление водяных паров, насыщающих воздух при темпе­ ратуре Т.

Влияние работы вентилятора. В аспекте гидрос! этического ме­ тода расчета he влияние работы вентилятора на естественную тягу состоит в изменении атмосферного давления в шахте и, следова­ тельно, в изменении удельного веса воздуха.

Естественная тяга в целом. Если на шахте имеется несколько рабочих горизонтов, естественная тяга может действовать на каж­ дом из них (см. рис. 77). В этом случае общешахтная депрессия тяги может быть определена через суммарную мощность частных

процессы теплообмена воздуха с горными породами. Меньшее влия­ ние оказывают тепловыделение при окислительных процессах, изме­ нение температуры за счет сжатия воздуха (при опускании в шахту), расширения (при выходе из шахты), испарения воды и др.

Существенное влияние на естественную тягу оказывает темпе­ ратура воздуха на поверхности, поскольку от нее в значительной: степени зависит температура воздуха в воздухоподающем стволе и прилегающих выработках (при отсутствии калорифера), в те время как в исходящих струях она в течение года сравнительно постоянна. На рис. 83 изображен график изменения he в течение года. 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 величины приводит к уменьшению Ае только по величине (кривая 1) 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, находя­ щихся над разными входами в шахту, или сообщающихся столбов воздуха в подземных выработках и на поверхности, над входом в шахту.

При пожарах в подземных выработках, когда температура воз­ духа может достигать сотен градусов, появляется весьма мощная депрессия, которая в случае действия ее против вентилятора может значительно уменьшить количество проходящего по выработке

давления воздуха на поверхности, как следует из этих формул, линейное, однако вследствие небольших относительных колебаний

В глубоких шахтах вследствие высокой температуры воздуха в исхо­ дящих струях депрессия естественной тяги обычно совпадает с на­

определяет его удельный вес. В частности, увеличение содержания 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 выше, оказы­ вает незначительное влияние на депрессию естественной тяги (в пре­ делах нескольких процентов).

§ 61. Влияние естественной тяги на работу вентилятора

Характеристика естественной тяги. Характеристикой естествен­ ной тяги называется зависимость ее депрессии от количества пода­ ваемого в шахту воздуха. Поскольку зимой с увеличением подачи

воздуха в шахту температура в воздухоподающем стволе будет понижаться, а удельный вес воздуха увеличиваться, то ввиду отно­ сительного постоянства удельного веса воздуха в исходящих струях депрессия естественной тяги будет также несколько увеличиваться. Летом будет происходить обратное явление. Поэтому, строго говоря,

поскольку в большинстве случаев различие в положении характе­ ристик 1 (зима) и 2 (лето) невелико, а также учитывая противо­

естественной тяги будет изобра­ жаться прямой, параллельной оси Q (кривая 3).

отдаваемые каждым из этих источников воздуху, будут алгебраи­ чески суммироваться. Будем называть депрессию естественной тяги п о л о ж и т е л ь н о й , если она действует в том же направле­ нии, что и вентилятор, и о т р и ц а т е л ь н о й , если их действие противоположно. Совокупное воздействие вентилятора и естествен­ ной тяги будет определяться некоторой обобщенной характеристикой, получаемой из характеристик вентилятора и естественной тяги пу­ тем алгебраического суммирования их депрессий при постоянном расходе воздуха (рис. 85, кривые 3 и 4). Количество воздуха, посту­ пающего в шахту, определится абсциссой точки пересечения суммар­ ной характеристики вентилятора и естественной тяги и характери­ стики шахты. Как видим, в зависимости от знака he, т. е. от напра­ вления действ ия естественной тяги, последняя может помогать

работе вентилятора (Çx > Q0) или затруднять ее (Q2 << Ç0). Поэтому

прессии сопротивлений на величину Ае, а при положительной есте­ ственной тяге (he > 0) опа может быть уменьшена на Ае. Поскольку Ле изменяется в течение года, в уравнение (IX ,17) следует подстав­ лять ее минимальную величину, т. е. наименьшее положительное значение йе или наибольшее отрицательное.

Г л а в а X

РАБОТА ВЕНТИЛЯТОРОВ НА ШАХТНУЮ СЕТЬ

§ 62. Работа одного вентилятора

Зависимость развиваемого вентилятором напора от его дебита, 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 характе­ ристику (рис. 86). Выпускаемые в СССР вентиляторы обычно имеют

Рис. 86. Характеристики вентиляторов:

■а — центробежного с загнутыми назад лопатками и осевого при небольшом \тлс поворота

лопаток; б — центробежного с радиальными или загнутыми вперед лопатка и; в, г — осе­ вого при большом угле поворота лопаток

характеристики с «горбом» или седлообразные, однако осевые вен­ тиляторы типов ВОК и ВОКД и серии В при больших углах поворота лопаток рабочего колеса имеют характеристики с разрывом. Поло­ жение характеристики изменяется при изменении скорости вращения рабочего колеса вентилятора или угла установки лопаток.

Изображенные на рис. 86 характеристики соответствуют работе одного вентилятора на сеть без каких-либо других источников

1г»з

движению воздуха от всаса к диффузору, положительные значения 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. 57). Очевидно, что при работе вентилятора на сеть его Q и h должны удовлетворять как собственной характеристике вентилятора, так и характери­ стике сети, т. е. графически должны определяться точкой пересечения характеристик вентилятора и сети (рис. 87). Иными словами, режим работы вентилятора определяется

совместным решением уравнений характеристик вентилятора и сети. Для определения режима работы вентилятора на сеть, состо­ ящую из нескольких параллельных ветвей 7—2, 3—2 (рис. 88, а)г необходимо построить общую характеристику параллельного соединеиия (кривая 3 на рис. 88, б), точка пересечения которой с характе­

S

п

г

1

Рис. 88. Работа вентилятора на сеть из параллельных ветвей

ристикой вентилятора 4 и определит искомый режим. Расходы воз­ духа в параллельных ветвях определятся пересечением линии йв~ = const, где Лв — депрессия вентилятора при работе на данное параллельное соединение, с характеристиками 1, 2 параллельных ветвей.

На рис. 88, б кривая 2 — характеристика шахты, 1 — характе­ ристика путей подсоса воздуха с поверхности, 3 — их суммарная

характеристика. Как следует из рисунка, наличие подсосов снижает поступление воздуха в шахту с Q'2 (при отсутствии подсосов) до Ç2, в то время как дебит вентилятора возрастает с Q'2 до ÇB. В резуль­ тате, помимо того, что уменьшается поступление воздуха в шахту, увеличивается расход электроэнергии вентилятором, поскольку мощность вентилятора определяется выражением

R — сопротивление шахты.

Суммарную характеристику нескольких параллельно соединен­ ных выработок можно построить двояко. Если известно общее сопротивление соединения Д0, то суммарная характеристика будет

Рис. 89. Построение сум­ марной характеристики двух параллельно соеди­ ненных выработок:

1 и 2 — характеристики па­ раллельно соединенных пыработок; 1 -f 2 — их сум­ марная характеристика

ния воздуха в системе). Суммарную характеристику можно построить и графически, если учесть, что депрессия всех параллельно соеди­ ненных выработок одинакова, а общий расход воздуха в соединении

чения суммарной характеристики надо задаться несколькими про­ извольными значениями депрессии А7, А", А"7 и т. д. и сложить соответствующие им индивидуальные расходы воздуха в выработках

Q[, Qv ч Qn\ Q”n Qv ч Qn и т. Д. Иными словами, характери­ стики выработок следует суммировать по расходам (рис. 89).

§ 63. Совместная работа вентиляторов

Виды совместной работы. Вентиляторы, работающие одновре­ менно на одну сеть, могут быть соединены последовательно, парал­ лельно и комбинированным способом. Соответственно различают последовательную, параллельную и комбинированную работу вен­