книги / Рудничная аэрология.-1

угла установки лопаток на колесе приводит к изменению количества воздуха, подаваемого вентилятором. У шахтных осевых вентилято­ ров главного проветривания предусматривается поворот лопаток колеса обычно от 15 до 50°, что позволяет плавно изменять коли­ чество подаваемого воздуха в 4—5 раз и давление в 3—4 раза, не выходя за пределы минимального значения к. п. д. вентиляторной установки.

Регулирование путем поворота лопаток направляющего аппарата применяется как у осевых, так и у центробежных вентиляторов. В этом случае поворачиваются лопатки на направляющем аппарате, устанавливаемом после рабочего колеса для выпрямления потока.

При регулировании с помощью дросселя, располагаемого в ка­ нале вентилятора, изменяется собственно аэродинамическое сопро­ тивление вентиляторной установки.

Дроссельное регулирование почти всегда является экономически невыгодным, так как оно связано с бесполезными потерями энергии на преодоление дополнительного аэродинамического сопротивления вентиляторной установки.

§ 70. Увеличение сопротивления выработок

Увеличение аэродинамического сопротивления выработок является одним из наиболее распространенных способов регулирования рас­ пределения воздуха в вентиляционных сетях. По своей сущности этот способ регулирования является отрицательным, так как увели­ чение аэродинамического сопротивления любой из ветвей сети в конечном счете требует затрат энергии воздушного потока на прео­ доление дополнительно введенного сопротивления.

Искусственное увеличение аэродинамического сопротивления ветвей достигается установкой в них регуляторов отрицательного типа — вентиляционных дверей (см. гл. XVIII) и окон.

Вентиляционные окна (рис. 105) представляют собой отверстия в вентиляционных дверях или перемычках, пропускающие опре­ деленное количество воздуха. Целесообразно устраивать окна с изме­ няющейся площадью отверстия, что делает возможным производить регулирование более гибко.

С аэродинамической точки зрения вентиляциошт' ~ окно пред­ ставляет собой диафрагму, которая вызывает резкое сужение воз­ душного потока (рис. 106). Сушение это продолжается за пределами окна до сечения I I —II, затем поток расширяется. Таким образом, вентиляционное окно является местным аэродинамическим сопро­ тивлением в выработке. Когда воздушный поток проходит окно, происходит сжатие и расширение струи с возникновением обратных токов и завихрений. Потеря давления в потоке при прохождении окна, или депрессия окпа, определится из выражения

ho = ^ ( » * - V i ) 2, (XII,7)

Формулы для определения площади сечения окна (XI 1,11) и

Рис. 107. Схема регулятора количества воздуха жалюзийного типа

щади сечения окна пользуются зависимостями:

пQS

Из формул (XI 1,12)—(XI 1,14) можно вывести зависимости для определения аэродинамического сопротивления окна.

Регулирующий орган жалюзийного вида (рис. 107) представляет собой устройство с обтекаемым профилем жалюзи. Лопатки жалюзи фиксируются в любом положении путем изменения угла их уста­ новки. Регулирование количества воздуха осуществляется за счет уменьшения живого сечения воздушного потока при повороте

лопаток, а также изменения направления струй воздуха, сопро­ вождающегося дополнительным вихреобразованием.

Регулятор жалюзийного типа используется также для осажде­ ния пыли из потока на почву выработки и таким образом способ­ ствует уменьшению запыленности воздуха в горных выработках.

В практике рудничной вентиляции часто используются в каче­ стве регуляторов воздушные завесы. При этом основной воздушный поток в выработке перекрывается поперечной воздушной струей с высокой кинетической энергией.

Воздушную завесу устанавливают в пункте разветвления струй в выработке, где требуется уменьшить количество воздуха. Регули­ рующее устройство включает вентилятор 1 (рис. 108), подводящий воздухопровод 2, щель 3. Щель устанавливается по всей высоте

Рис. 108. Схема действия воздушной завесы в качестве регулятора распределения воздуха

выработки таким образом, чтобы выходящий из нее поток был на­ правлен под некоторым углом к основному потоку. Действие завесы определяется начальной скоростью воздуха в щели и сечением выра­ ботки. Можно достичь такого положения, при котором сечение выработки полностью перекроется завесой и движение основного потока воздуха в ней будет прекращено.

Воздух при образовании завесы может подаваться вентилятором или от воздухопроводной магистрали.

Воздушные завесы имеют целый ряд преимуществ по сравнению с другими типами отрицательных регуляторов. Эти преимущества заключаются прежде всего в том, что при регулировании количества воздуха воздушными завесами возможен беспрепятственный проход транспорта, не загромождаются выработки, исключается поврежде­ ние регулирующего устройства транспортными сосудами, а также под влиянием сдвижения горных пород и других механических воздействий, обеспечивается высокая надежность работы. Управле­ ние воздушными завесами легко автоматизируется. Для повышения эффективности воздушной завесы в ее струе распыляется вода. Это способствует повышению общей кинетической энергии воздушной завесы, а также уменьшению запыленности воздуха.

Воздушные завесы действуют эффективно при невысоких пере­ падах давления воздуха в выработках. Эффективность работы завесы •определяется ее местоположением, углом установки щели, начальной кинетической энергией потока завесы, шириной выработки. В выра­ ботках большого сечения устраивают двусторонние завесы.

§71. Уменьшение сопротивления выработок

Впрактике вентиляции наряду с отрицательными способами регулирования распределения воздуха в вентиляционных сетях широко используются методы положительного регулирования.

Одним из основных методов положительного регулирования распределения воздуха является уменьшение аэродинамического

Рассмотрим движение воздуха в параллельном соединении ветвей по схеме, представленной на рис. 109. Предположим, что по условиям производства требуется увеличить подачу воздуха в ветвь 1 и одно­

где Е г1 R 2 — аэродинамическое сопротивление ветвей 1 и 2 до регулирования;

Q1, Q2 — количество воздуха в ветвях 1 и 2 до регулирования. Увеличению количества воздуха в ветви 1 должно соответство­ вать такое уменьшение аэродинамического сопротивления, при

котором выдерживается Соотношение

где R[ и Q[ — соответственно аэродинамическое сопротивление и количество воздуха в ветви 1 после регулирования; Q’2 — количество воздуха в ветви 2 после регулирования.

Из выражения (X II,18) получаем требуемое значение аэродина­ мического сопротивления ветви 1 для заданного распределения расходов воздуха

С учетом выражения (X II,17) можно получить зависимость для определения необходимой величины уменьшения аэродинамического сопротивления ветви 1

дд1=д1-/г;=д2(||— (хн,20)

Если уменьшить аэродинамическое сопротивление удобно сниже­ нием коэффициента а (например, изменением типа крепи в выра­ ботке или обшивкой ее стенок), то необходимую величину изменения а можно определить из выражения

Аналогичным образом определим, на сколько нужно увеличить площадь поперечного сечения выработки для уменьшения ее сопро­ тивления рассматриваемым способом.

Необходимое значение площади поперечного сечения

рис. 109) соответственно до и после регулирования. Таким же образом решается вопрос и при более сложных видах соединений горных выработок. В случае, когда речь идет о сниже­ нии сопротивления в многоструйных соединениях, необходимые мероприятия следует осуществлять в выработке с наибольшим аэро­

динамическим сопротивлением.

Иногда возникает необходимость уменьшить аэродинамическое сопротивление соединения выработок в целом (например, когда требуется перераспределить количество воздуха между двумя рабо­ чими горизонтами шахты). Значительное снижение сопротивления достигается при этом проведением дополнительной выработки, параллельной ветвям с большим сопротивлением, а также уменьше­ нием длины пути движения воздуха.

В некоторых случаях аэродинамическое сопротивление вырабо­ ток может быть несколько снижено, если очистить их от породы и других загромождающих материалов. Необходимо также снижать местные аэродинамические сопротивления, например расширять сече­ ние в местах погрузочных пунктов в конвейерных выработках, делать повороты на сопряжениях закругленными, изменения сече­ ний — плавными и т. д.

§ 72. Регулирование с помощью вспомогательных вентиляторов

Один из способов положительного регулирования распределения воздуха в вентиляционной сети — регулирование с помощью вспо­ могательных вентиляторов.

Вспомогательные вентиляторы устанавливают в ветвях, в кото­ рых необходимо увеличить количество воздуха и повысить депрессию.

Как уже отмечалось выше, изменение количества воздуха в одной из ветвей сети ведет к перераспределению воздуха в остальных ветвях, поэтому при введении в сеть вспомогательных вентиляторов их необходимо рассчитать на совместную работу с главным вентиля­ тором или друг с другом (см. главу XI).

Различные способы регулирования количества воздуха в венти­ ляционных выработках в большинстве случаев применяются на прак­ тике для решения частных задач, как правило, без учета положения

в вентиляционной сети в целом. Для условий действующей шахты такой подход иногда является оправданным, так как для полного рационального решения задачи распределения воздуха по шахте необходимо иметь информацию о распределении аэродинамических параметров в сети в какой-то период времени, которая не всегда может быть своевременно получена.

При проектировании вентиляции шахт весьма важно решить задачи регулирования распределения воздуха на весь срок службы предприятия. При этом должна учитываться экономическая сторона вопроса, т. е. требуемое распределение воздуха должно осущест­ вляться при минимальном расходе энергии на проветривание шахты.

В математической форме задача оптимального регулирования

где Ф — мощность, затрачиваемая на вентиляцию шахты при сле­

первого закона сетей. Второе и третье ограничения означают, что величины qt и R { должны быть положительными.

При неизвестных qt и R t сформулированная задача является типичной задачей нелинейного программирования, так как миними­ зируемая функция Ф и ограничения являются нелинейными.

Решение уравнений (X II,25) и (X II,26) соответствует естествен­ ному распределению воздуха в ветвях вентиляционной сети, так как именно естественное распределение воздуха в сети соответствует минимуму расхода мощности на аэродинамическое сопротивление.

Известно, что при вентиляционных расчетах в ряде ветвей рас­ ходы воздуха заданы. Обозначим их qt.

Указанные факторы с математической точки зрения являются дополнительными ограничениями, которые необходимо ввести в сис­