17.2 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 окно является местным аэродинамическим сопротивлением выработки. Когда воздушный поток проходит окно, происходит сжатие и расширение струи с возникновением обратных токов и завихрений.

3

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–удельный вес воздуха;

g–ускорение свободного падения;

₁–средняя скорость движения воздуха в сечении I – I;

₂ –средняя скорость движения воздуха в сечении II – II.

Выражая средние скорости через количество воздухаQи сечение потокаS, получим для сеченияI – I

(17.2)

и для сечения II – II

. (17.3)

Сечение потока в месте максимального сужения II – IIможно выразить через площадь сечения окнаS₀:

S₀ = к·S (17.4)

гдек- коэффициент сужения потока (по экспериментальным данным

 = 0,65).

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

, (17.5)

гдеS–площадь поперечного сечения выработки в месте установки

окна.

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

, (17.6)

гдеR₀ –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, 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.

Регулятор

R₁, Q₁

1

Q

Q

R₂, Q₂

2

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:

R₁=R₁ – R₁^’= R₂·. (17.14)

Если уменьшить аэродинамическое сопротивление удобно снижением коэффициента  (например, изменением типа крепи в выработке или обшивкой её стенок), то необходимую величину изменения  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.