Аэрология горных предприятий

микроманометрами, состоящие, как и манометры, из двух колен: широкого (рис. 3.4, б), играющего роль резервуара, и узкого, которое может наклоняться под определенным углом α к горизонту.

а

б

Рис. 3.4. Микроманометр типа ММН-250

Если к широкому колену (маркируется знаком «+») подвести давление, которое больше атмосферного, то жидкость из него вытеснится

вузкое и ее уровень установится на некоторой вертикальной высоте Н.

Вшироком колене уровень жидкости понизится на некоторую величину f, которой можно пренебречь из-за ее малости. Следовательно, отсчет можно брать только по одному наклонному (или вертикальному) колену. Наклон увеличивает точность отсчетов, так как наклонная высота L, по которой берется отсчет, больше вертикальной Н. Чембольше наклон трубки, т.е. меньше угол α, тем больше величина L и тем точнее отсчети, следовательно, измеряемаявеличинаН, поскольку

Общий вид микроманометра показан на рис. 3.4, а. На силуминовой плите 1 укреплен резервуар 5, который герметично закрыт крышкой. На крышке укреплены трехходовой кран 8, заливочная пробка 6, регулятор положения уровня жидкости 7 и измерительная стеклянная трубка 2, имеющая шкалу. Измерительная трубка 2 крепится к плите

31

1 при помощи кронштейна. Нижний конец измерительной трубки сообщается с резервуаром 5, а верхний конец гибкой трубкой (шлангом) 3 – с трехходовым краном 8, который имеет два штуцера, помеченные знаками «+» и «–». Измерительная трубка установлена так, что нулевая точка ее шкалы совпадает с осью вращения. Для установки трубки на требуемый угол наклона α используется дуга 4 с пятью отверстиями для фиксации трубки, которые помечены цифрами 0,8; 0,6; 0,4; 0,3; 0,2, обозначающими множитель прибора k. Этот множитель численно равен sin α в формуле (3.5):

Перед замерами микроманометр устанавливается в горизонтальное положение с помощью двух винтов 9 по двум уровням. Штуцер трехходового крана 8, имеющий маркировку «–», сообщается с измерительной трубкой шлангом 3, а штуцер «+» с резервуаром 5. При повороте крана против часовой стрелки до упора (положение «0») резервуар и измерительная трубка сообщаются с атмосферой. В данном положении берется начальный отсчет по измерительной трубке 2. При повороте по часовой стрелке до упора штуцеры «–» и «+» сообщаются с измерительной трубкой и резервуаром соответственно.

3.2. Измерение давления во всасывающем трубопроводе

На рис. 3.5 приведены схемы подключения микроманометра к трубке Пито для измерения различных видов давлений во всасывающем трубопроводе. Поскольку трубопровод всасывающий, то давление Р в нем меньше атмосферного Ратм , т.е. в трубопроводе создано разрежение (депрессия). Возьмем пять точек (а, б, в, г, д) на трубопроводе. Рассмотрим подробнее каждую схему измерения давления:

1. Подсоединим трубку Пито к трубопроводу в точке а. Минус трубки Пито соединим с минусом микроманометра. Тогда на измерительную трубку микроманометра воздействует давление Ра в точке а, на открытый резервуар – атмосферное давление (Ратм). Таким образом, общая величина воздействующего на микроманометр разрежения (перепада давления) hст = Ратм – Ра. Аналогичный процесс описы-

32

вается формулой (3.2), но только для воздуховода с избыточным давлением.

Любой поток воздуха также создает скоростное разрежение, пропорциональное квадрату средней скорости потока в месте измерения, т.е. hск.р = ρU2/20. Итак, в трубопроводе имеется статическое разрежение hст и скоростное разрежение hск.р, т.е. измеренная величина разрежения hизм = hст + hск.р. Отсюда находим величину перепада давления (статического разрежения):

Рис. 3.5. Способы измерения давлений во всасывающем трубопроводе

2. Подсоединим трубку Пито к трубопроводу в точке б. Плюс трубки Пито соединим с минусом микроманометра. В этом случае на измерительную трубку микроманометра будут действовать внутреннее давление и скоростной напор в точке б, т.е. Рб + hск, а также скоростное разрежение потока воздуха в месте измерения hск.р. Наоткрытый резервуар будет действовать атмосферное давление Ратм. Разность (Ратм – Рб) – это величина разрежения (перепада давления) в трубопроводе, поэтому направление его действия совпадает с направлением действия скоростного разрежения потока. Наоборот, скоростной напор hск в точке б действует в противоположном направлении, следовательно, микроманометр покажет общее давление

hизм = (Ратм – Рб) + hск. р – hск, откуда

33

Если сравнить формулу (3.8) с формулой (3.3), то можно заметить следующее: при измерениях в нагнетательных воздуховодах полное давление hп = hст + hск, в воздуховодах с разрежением hп = hст – hск. При значительных скоростяхпотоковвоздухаhск. р ≈ hск, тогдаhст ≈ hизм.

3. Подсоединим трубку Пито к трубопроводу в точке в. Минус трубки Пито соединим с минусом микроманометра, а плюс трубки Пито – с плюсом микроманометра. Со стороны минуса трубки Пито действует внутреннее давление (разрежение) в трубопроводе Рв, со стороны плюса – то же разрежение Рв и скоростной напор потока hск в точке измерения в, т.е. в целом Рв + hск. Равнодействующая двух давлений hизм = (Рв + hск) – Рв, откуда

4. Подсоединим к трубопроводу две трубки Пито: в точке г

вначале выработки по ходу струи и в точке д в конце выработки. Минус трубки Пито в точке г соединен с плюсом микроманометра, а минус трубки Пито в точке д – с минусом микроманометра. В данном случае на резервуар микроманометра действует величина разрежения

вточке г совместно со скоростным разрежением потока в данном ме-

сте Рг + hск.р(г), на измерительную трубку – разрежение в точке д также совместно со скоростным разрежением потока в данном месте Рд + + hск.р(д). Если сечения выработки в точках г и д одинаковы, то и скорости потока в данных сечениях одинаковые, следовательно, равны и скоростные разрежения. Тогда результирующая – это перепад давления между точками г и д, т.е. то давление, которое затрачивается на поддержание неизменным потока воздуха в выработке: hизм = Рг – Рд =

= hст, откуда

В общем виде, когда сечения выработки в точках г и д разные, hизм = (Рг + hск.р(г)) – (Рд + hск.р(д)) = (Рг – Рд) + (hск.р (г) – hск.р(д)), откуда

34

Формула (3.11) является общей для подсчета падения (потери) статического давления в воздуховоде любой конфигурации по данным измерений.

3.3.Измерение давления в нагнетательном трубопроводе

Внагнетательном трубопроводе внутреннее давление больше атмосферного (избыточное давление, компрессия), поэтому при измерении некоторых видов давления подсоединение трубки Пито к микроманометру несколько иное, чем при измерении во всасывающем трубопроводе. На рис. 3.6 приведены две схемы подсоединения микроманометра к трубке Пито. Остальные схемы подсоединения не отличаютсяоттех, которыеприведенынарис. 3.5. Рассмотримэтисхемы:

превышение внутреннего давления над атмосферным (избыточное давление). Кроме того, воздей-

ствие оказывает и скоростное разрежение потока в месте измерения в точке а, при этом направление его воздействия обратное направлению действия избыточного давления.

Таким образом, общая результирующая величина давления, воз-

действующего на микроманометр, hизм = (Ра – Ратм) – hск.р = hст – hск.р, откуда

35

2. Подсоединим трубку Пито к трубопроводу в точке б. Плюс трубки Пито соединим с плюсом микроманометра. В этом случае результирующая давлений будет равна (Ра – Ратм) + hск. Действие скоростного разрежения потока будет обратным, тогда hизм = (Ра – Ратм) +

+hск – hск.р = hст + hск – hск.р, откуда

3.Метод измерения скоростного напора в точке воздушного потока (в точке в) не отличается от соответствующего метода, показанного на рис. 3.5.

4.Схема подключения та же самая, какая показана на рис. 3.5 для точек г и д, однако общее уравнение обработки данных при измерении давления будет иметь вид

Вполне очевидно, что формулы (3.11) и (3.14), описывающие одинаковые процессы, но в разных воздуховодах, отличаются друг от друга знаками перед слагаемыми, корректирующими величину hизм.

3.4. Измерение температуры, влажности и давления

Контроль температуры воздуха осуществляется ртутным термометром («сухим» термометром психрометра) или с помощью само- писцев-термографов. Относительная влажность воздуха (отношение массы водяных паров во влажном воздухе к массе водяных паров при полном насыщении воздуха ими) измеряется психрометром (рис. 3.7), состоящим из двух термометров 1 и 2 в защитных оправах 3 и аспиратора 6. Резервуары термометров помещены в защитные трубки 4. В верхней части термометры закреплены в колпачках 5. Аспиратор 6 состоит из крыльчатки, которая приводится во вращение пружиной, заводимой ключом 8 (в последнее время в качестве привода крыльчатки используются электродвигатели). Перед измерением один из термометров, резервуар которого обернут батистовой тряпочкой, увлажняют с помощью пипетки (увлажняют только батист). За-

36

тем заводится механизм аспиратора, который протягивает воздух через резервуары термометров и выбрасывает его через щели 7.

тельны микробарометры, точность которых обеспечивается применением блоков из нескольких последовательно соединенных анероидных коробок и сложной оптической системы. В оптическом микробарометре МБ-63 изменение атмосферного давления фиксируется несколькими последовательно соединенными анероидными коробками и системой зеркал, угол поворота которых отсчитывается с помощью микроскопа. Микробарометры обеспечивают измерение давления в диапазоне от 540 до 840 мм рт. ст., средняя квадратическая погрешность прибора на всем диапазоне шкал при измерении разности давления 50 мм рт.ст. составляет ± 0,05 мм рт.ст. Такие микробарометры нашли широкое применение при производстве воздушно-депресси- онных съемок. Для измерения разности давлений используют многопредельный микроманометр ММН-250 (см. рис. 3.4) и микробарометры. Измерение перепада давлений микроманометром подробно описано выше (подразд. 3.1).

37

ного давления, если измерения в точках 1 и 2 производились не одновременно. При определении перепада давления в наклонной (рис. 3.9) или вертикальной выработке вводится поправка на давление столба воздуха высотой Н1-2 (м).

h = (13,332P1 + 0,98ρсрН1-2) – 13,332Р2;

– если точку 2 приводим к высотной отметке точки 1, h = 13,332P1 – (13,332Р2 – 0,98ρсрН1-2),

38

где Р1, Р2 – давление в точках 1 и 2, мм рт. ст.; ρср – средняя плотность воздуха в выработке между точками замера 1 и 2,

ρср = ρ1 + ρ2 ,

2

где ρ1 и ρ2 – плотности воздуха в точках замера 1 и 2, кг/м3.

Если замеры в точках 1 и 2 проводятся не одновременно, то в измеренную величину h следует вводить поправку на изменение атмосферного давления. Это изменение контролируется дополнительным прибором, размещаемым в околоствольном дворе или на поверхности. В этом случае измеряемая величина перепада давления

h = 13,332 (Р1 – Р2) – h – 13,332 (B1 – B2) – hск ,

где h – поправка на разницу высотных отметок точек 1 и 2, даПа, h = 0,98ρсрН1-2; B1, B2 – контрольные замеры атмосферного давления контрольным прибором, мм рт. ст.; hск – поправка на скоростное разрежение, даПа. Если выработка между точками 1 и 2 имеет одина-

ковое сечение, то hск = 0.

Существует еще один метод измерения перепадов давления двумя микробарометрами: в точке 1 берется контрольный отсчет по обоим микробарометрам (P1I и P2I). Затем один прибор переносится в точку 2 и снова берется отсчет по обоим микробарометрам одновременно (P1II и P2II). Контроль времени снятия отсчетов ведется по секундомеру. В данном случае измеряемая депрессия

h = 13,332 (P1I – P1II) – h – 13,332 (P2I – P2II) – hск.

Затем контрольный прибор переносят в точку 2 и замеры продолжают в описанной выше последовательности. Если в первом методе измерения возможно появление ошибки за счет наблюдаемой в рудниках пульсации давления, то в последнем случае появление подобной ошибки исключено. Для увеличения точности измерений должна вноситься температурная поправка на изменение температуры прибора. Для каждого прибора такая поправка приводится в заводском паспорте, прилагаемом к прибору.

39

3.5. Измерение расхода воздуха

Контроль расхода воздуха осуществляется:

–в исходящих струях очистных и подготовительных выработок выемочных участков, крыльев, пластов, горизонтов и шахт в целом;

–в поступающих главных воздушных струях шахт, в местах разветвлений струй, у забоев подготовительных выработок и вентиляторов местного проветривания;

–в поступающих или исходящих струях камер общешахтного на-

значения.

Расход воздуха (м3/с) определяется по формуле

Q = US,

где U – средняя скорость движения воздуха в выработке, м/с; S – площадь поперечного сечения выработки, м2.

Средняя скорость движения воздуха измеряется с помощью анемометров, принцип действия которых состоит в передаче скоростного напора на лопасти крыльчатки (анемометр АСО-3) или полусферы вертушки (анемометр МС-13). На российских рудниках повсеместно используются устаревшие марки анемометров: крыльчатого АСО-3 (рис. 3.10, а) для измерения скорости потока воздуха в диапазоне от 0,3 до 5 м/с и чашечного МС-13 (рис. 3.10, б) для измерения скорости от 5 до 20 м/с.

Рис. 3.10. Анемометры: а – крыльчатый АСО-3; б – чашечный МС-13

40