Способ определения параметров гибкого деформируемого воздухопровода

Способ определения параметров гибкого деформируемого воздухопровода

Реферат

Изобретение относится к шахтной и рудничной вентиляции и может быть использовано для повышения достоверности определения параметров проветривания подготовительных выработок угольных шахт и рудников, в частности аэродинамических и механических параметров гибкого деформируемого воздухопровода.

Известен способ определения удельного аэродинамического сопротивления жесткого герметичного воздухопровода (Абрамов ФА Рудничная аэрогазодинамика. - М.: Недра, 1972. - С.90-92). Недостатком известного способа является невозможность определения удельного аэродинамического сопротивления воздухопровода в связи с недостаточным количеством данных аэродинамического режима его работы.

Известен способ определения аэродинамического сопротивления герметичного воздухопровода с помощью дифференциального уравнения движения воздуха по воздухопроводу с переменным диаметром и продувки его вентилятором (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт.- Макеевка-Донбасс, 1989. - С.157-172). Недостатком известного способа является невозможность учета влияния степени деформируемости «тела» воздухопровода при увеличении его диаметра под действием внутреннего давления при движении воздуха в силу малых влияний давления для достоверной оценки деформации в связи с жесткостью воздухопровода.

Техническим результатом применения предлагаемого способа определения параметров гибкого деформируемого воздухопровода является определение диаметра воздухопровода в месте измерения расхода и давления воздуха в воздухопроводе и определение удельного аэродинамического сопротивления и модуля поперечной упругости материала из полученных зависимостей.

Предложен способ определения параметров гибкого деформируемого воздухопровода, включающий установку воздухопровода с утечками воздуха, не превышающими 5%, продувку вентилятором и измерение расхода и давления воздуха.

Отличием способа является то, что дополнительно измеряют диаметры и длину воздухопровода и полученные данные подставляют в зависимости удельного аэродинамического сопротивления r₀ и модуля упругости материала воздухопровода Е:

r 0 = [ 1 + 8 ( d − d 0 d 0 ) ] p Q 2 L ,   к г ⋅ с 2 / м 9

и E = ( ( 1 − ν ) d 0 2 p 4 δ ( d − d 0 ) ) ,   к г / м 2 ,

где d₀ - исходный диаметр воздухопровода, м;

d - диаметр воздухопровода вблизи вентилятора, м;

р и Q - давление и расход воздуха в воздухопроводе, соответственно кг/м² и м³/с;

L - длина воздухопровода, м;

δ - толщина стенок воздухопровода, м;

ν - коэффициент Пуассона для трубного материала.

Другим отличием является то, что при превышении коэффициента утечек (K_ym≥1,05) стыки труб герметизируют до снижения его значения до заданной величины.

Сущность изобретения заключается в том, что воздухопровод с коэффициентом утечек воздуха (K_ym≤1,05) продувают с измерениями его длины L, расхода и давления воздуха (Q, р) в воздухопроводе в 3-5 м от устья выработки, диаметра трубопровода d в месте замера Q, p и используют систему зависимостей для определения параметров r₀ и Е:

d = d 0 ( 1 + ( 1 − ν ) d 0 p 4 E δ ) ,   ( 1 )

p r 0 Q 2 L = exp ( − [ ( 1 − ν ) d 0 r 0 Q 2 L 4 E δ ] 2 / 3 ) .   ( 2 )

Подставляя величину ( 1 − ν ) d 0 4 E δ из формулы (1) в формулу (2), получают неявную зависимость уравнения для определения параметра r₀:

p r 0 Q 2 L = exp ( − [ ( d − d 0 d 0 ) ( r 0 Q 2 L p ) ] 2 / 3 ) .   ( 3 )

После решения зависимости (3) относительно r 0 Q 2 L p с ошибкой не более 3% при

( d − d 0 d 0 ) ≤ 0,2

получают зависимость:

r 0 Q 2 L p = [ 1 + 8 ( d − d 0 d 0 ) ] ,   ( 4 )

из которой находят r₀ (удельное аэродинамическое сопротивление):

r 0 = [ 1 + 8 ( d − d 0 d 0 ) ] p Q 2 L .   ( 5 )

Модуль поперечной упругости трубной ткани E определяют с использованием формулы (1), учитывая, что коэффициент Пуассона подобных материалов находится в диапазоне (0,2-0,3) и принят средним для трубного материала ν=0,25. Из формулы (1) следует:

E = ( ( 1 − ν ) d 0 2 p 4 δ ( d − d 0 ) ) .   ( 6 )

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

В выработке с воздухопроводом протяженностью 50-100 м, где утечки воздуха не превышают 5%, замеряют расход и давление воздуха {Q, p) в воздухопроводе в 3-5 м от устья выработки и диаметр воздухопровода d в месте замера расхода и давления. По зависимостям (5) и (6) определяют удельное аэродинамическое сопротивление воздухопровода и поперечный модуль упругости трубной ткани.

Способ позволяет учитывать влияние деформируемости гибких вентиляционных воздухопроводов на его аэродинамику и достоверно ее прогнозировать в ходе проведения подготовительной выработки. Способ может быть использован также при стендовых испытаниях воздухопроводов на выпускающих их предприятиях.

1. Способ определения параметров гибкого деформируемого воздухопровода, включающий установку воздухопровода с утечками воздуха, не превышающими 5%, продувку вентилятором и измерение расхода и давления воздуха, отличающийся тем, что дополнительно измеряют диаметры и длину воздухопровода и полученные данные подставляют в зависимости удельного аэродинамического сопротивления (r₀) и модуля упругости материала воздухопровода (E): r 0 = [ 1 + 8 ( d − d 0 d 0 ) ] p Q 2 L ,   к г ⋅ с 2 / м 9 и E = ( ( 1 − ν ) d 0 2 p 4 δ ( d − d 0 ) ) ,   к г / м 2 , где d₀ - исходный диаметр воздухопровода, м;d - диаметр воздухопровода вблизи вентилятора, м;p и Q - давление и расход воздуха в воздухопроводе, соответственно кг/м² и м³/с;L - длина воздухопровода, м;δ - толщина стенок воздухопровода, м;ν - коэффициент Пуассона для трубного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при превышении коэффициента утечек (K_ут≥1,05) стыки труб герметизируют до снижения его значения до заданной величины.