Отрицательное и положительное регулирование

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

Искусственное увеличение аэродинамического сопротивления ветвей достигается установкой в них регуляторов отрицательного типа – вентиляционных дверей и окон.

Вентиляционные окна (рис. 17.1) представляют собой отверстия в вентиляционных дверях или перемычках, пропускающие определенное количество воздуха. Целесообразно устраивать окна с изменяющейся площадью отверстия, что делает возможным производить регулирование более гибко.

С аэродинамической точки зрения вентиляционное окно представляет собой диафрагму, которая вызывает резкое сужение воздушного потока (рис. 17.2). Сужение это продолжается за пределами окна до сечения II – II, затем поток расширяется. Таким образом, вентиляционное окноявляется местным аэродинамическим сопротивлением выработки. Когда воздушный поток проходит окно, происходит сжатие и расширение струи с возникновением обратных токов и завихрений.

Рисунок 17.1 – Схема устройства вентиляционного окна в выра-

ботке

1 – глухая перемычка;

2 – окно;

3 – шибер для регулирования.

Рисунок 17.2 – Схема движения воздуха через вентиляционное

окно

Потеря давления в потоке при прохождении окна, или депрессия окна, определяется из выражения

, (17.1)

где g – удельный вес воздуха;

g – ускорение свободного падения;

u₁ – средняя скорость движения воздуха в сечении I – I;

u₂ – средняя скорость движения воздуха в сечении II – II.

Выражая средние скорости через количество воздуха Q и сечение потока S, получим для сечения I – I

(17.2)

и для сечения II – II

. (17.3)

Сечение потока в месте максимального сужения II – II можно выразить через площадь сечения окна S₀:

S₀ = к·S (17.4)

где к - коэффициент сужения потока (по экспериментальным данным

j = 0,65).

Подставив в выражение (17.1) значения g, g, к и зависимости (17.2) – (17.4) и произведя некоторые преобразования, получим формулу для определения площади окна:

, (17.5)

где S – площадь поперечного сечения выработки в месте установки

окна.

Учитывая, что h₀ = R₀·Q², получим расчетную формулу в другом виде:

, (17.6)

где R₀ – аэродинамическое сопротивление окна.

Формулы для определения площади сечения окна (17.5) и (17.6) получены в предположении, что к=0,65. Коэффициент имеет это значение при условии £ 0,5.

При > 0,5 значение к возрастает; тогда для расчёта площади сечения окна пользуются зависимостями:

; (17.7)

. (17.8)

Из формул (17.6) – (17.8) можно вывести зависимости для определения аэродинамического сопротивления окна.

При £ 0,5

; (17.9)

при > 0,5

. (17.10)

В практике 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 сопротивления отдельных ветвей и шахты в целом.

Из формулы депрессии для отдельной выработки следует, что уменьшение аэродинамического сопротивления достигается либо снижением коэффициента аэродинамического сопротивления a, либо уменьшением длины выработки L, либо увеличением площади поперечного сечения выработки S.

Рассмотрим движение воздуха в параллельном соединении ветвей по схеме, представленной на рис. 17.3. Предположим, что по условиям производства требуется увеличить подачу воздуха в ветвь 1 и одновременно снизить подачу в ветвь 2.

Распределение воздуха в соединении до проведения регулирования определяется соотношением

R₁·Q₁² = R₂·Q₂², (17.11)

где R₁, R₂ – аэродинамическое сопротивление ветвей 1 и 2 до регу-

лирования;

Q₁, Q₂ – количество воздуха в ветвях 1 и 2 до регулирования.

Рисунок 17.3 – Схема к регулированию распределения воздуха в

параллельном соединении.

Увеличению количества воздуха в ветви 1 должно соответствовать такое уменьшение аэродинамического сопротивления, при котором выдерживается соотношение:

R¢₁·Q¢₁² = R₂·Q¢₂² (17.12)

где R¢₁, Q¢₁ – соответственно аэродинамическое сопротивление и ко-

личество воздуха в ветви 1 после регулирования;

Q¢₂ – количество воздуха в ветви 2 после регулирования.

Из выражения 17.12 получаем требуемое значение аэродинамического сопротивления ветви 1 для заданного распределения расходов воздуха:

. (17.13)

С учетом выражения 17.11 можно получить зависимость для определения необходимой величины уменьшения аэродинамического сопротивления ветви 1:

DR₁=R₁ – R₁^’= R₂· . (17.14)

Если уменьшить аэродинамическое сопротивление удобно снижением коэффициента a (например, изменением типа крепи в выработке или обшивкой её стенок), то необходимую величину изменения a можно определить из выражения:

, (17.15)

где S, P и L – площадь поперечного сечения, его периметр и дли-

на выработки.

Аналогичным образом определяется увеличение площади поперечного сечения выработки для уменьшения её сопротивления рассматриваемым способом.

Необходимое значение площади поперечного сечения:

, (17.16)

а необходимое приращение сечения:

, (17.17)

где S₁ и S’₁ – площадь поперечного сечения выработки 1 (см.

рис.17.3) соответственно до и после регулирования.

Таким же образом решается вопрос и при более сложных видах соединений горных выработок. В случае, когда речь идёт о снижении сопротивления в многоструйных соединениях, необходимые мероприятия следует осуществлять в выработке с наибольшим аэродинамическим сопротивлением.

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

В некоторых случаях аэродинамическое сопротивление выработок может быть несколько снижено, если очистить их от породы и других загромождающих материалов. Необходимо также снижать местные аэродинамические сопротивления, например, расширять сечение в местах погрузочных пунктов в конвейерных выработках, делать повороты на сопряжениях закруглёнными, изменение сечений – плавными и т.д.