книги из ГПНТБ / Слепых, В. Ф. Прогнозный расчет вентиляционных систем рудников

(3.23) где /?шл— коэффициент, зависящий от числа дверей в шлюзе.

ния (3. 24) и учитывая, что квадрат второго члена при этом не превышает одной десятой, получим зависимость опреде­ ления числа дверей при известном необходимом сопротивле­ нии шлюза

Я в - О у - К щ л

В заключение приводим сводные данные рекомендуемых нами рассчитанных значений сопротивлений всех изолирую­ щих вентиляционных сооружений (см. табл. 4), где приведе­ ны также значения депрессии при максимально допустимых прососах через вентиляционные сооружения. Расчет выпол­ нен для двух величин утечек воздуха. Утечки в 20 м3/мин рекомендуются как максимально допустимые через вентиля­ ционные двери; 0,1 м3/сек — при всех типах перемычек [17].

Рекомендуемые значения по допустимым утечкам через перемычки подтверждаются расчетами распределения воз­ духа в сети очистных блоков и шахт целого ряда рудников Казахстана. Так, для случая изоляции с помощью перемы­ чек при достижении нормативных потерь средняя величина утечек через отдельную перемычку составляет 0,1— 0,13 мг/сек, для дучек при системах с обрушением — 0,1—

0,11м3/сек.

Определение сечения вентиляционного окна с учетом сопротивления перемычки

Необходимое сечение окна при отрицательном способе регулирования рассчитывается через сечение выработки и

51

полученную на основании расчета сети величину добавочно­ го сопротивления. При этом применяется графический метод, рекомендованный В. Б. Комаровым [3], основанный на за­

висимости

ление самой перемычки считается бесконечным. Однако, по данным исследований на рудниках Казахстана и литератур­

-+6000 кц. Рассчитанные нормативы по сопротивлениям пе­ ремычек с различными покрытиями составляют для доща­ тых 3—90 и бетонных 300—30 000 кц. Это говорит о том, что через любую перемычку будут прососы воздуха, из-за чего может возникнуть положение, когда окно с заданным сопро­ тивлением (3 кц) должно быть установлено в перемычке (выбранной по условиям срока службы и перепада давле­ ния), имеющей ту же величину сопротивления. Логически в данном случае нет надобности устанавливать окно, но расчет

сечения окна учитывать сопротивление перемычки, в кото­ рой оно устанавливается. Аналогичный вывод получен при исследовании вентиляционных регуляторов шиберного типа на шахтах Кривбасса [66].

Учет герметичности или площади щелей перемычки реко­ мендуется осуществлять сдвигом характеристики регулято­ ра. Но, как подчеркивают авторы, величина сдвига может быть определена только экспериментально, что исключает использование этого метода при расчетах сети.

Учитывая, что большая часть (80—90%) воздуха проса­ чивается по периметру перемычки и учитывая квадратичный режим его движения, можно считать, что воздух через окно и периметр перемычки течет по параллельным струям

52

(рис. 4, а). Представив последнее как граф, получим прос­ тое параллельное соединение (рис. 4, б), одна из ветвей ко­ торого характеризуется параметрами вентиляционного окна

Ч.с.

ному сопротивлению окна и вентиляционного сооружения и всегда меньше минимального значения из этих двух величин. Следовательно, при установке в ветви регулятора с парамет­ рами, рассчитанными по зависимости (3 . 29), через него про­ ходит завышенное по сравнению с рассчитанным количест­ вом воздуха.

Очевидно, что рассчитанная величина сопротивления окна должна складываться из фактически необходимого и

где Д о к . р, Д э к . ф — соответственно расчетное и фактически не­ обходимое сопротивление окна, к\ь. Отсюда фактически необ­ ходимое сопротивление окна с учетом сопротивления венти­ ляционного сооружения равно

Сечение окна при этом необходимо рассчитывать по факти­ ческому сопротивлению ( 3 . 3 1 )

53

Из сказанного следует, что при выборе вентиляционного сооружения для установки в нем регулятора сопротивление сооружения должно быть всегда выше рассчитанного сопро­ тивления регулирующего средства.

Р и с . 5. График определения границ ввода корректив сече­

С возрастанием сопротивления вентиляционного соору­ жения разность между вычисленными значениями сечения окна по зависимостям (3 . 29) и (3 . 32) уменьшается. При раз­ нице между этими значениями не более 5 % введение указан­ ных корректив практически не обязательно. Для определения границ ввода корректив целесообразно принять отношение

р " е Р .. По приведенным данным можно установить (рис. 5),

ок. р

что граничными величинами являются :

Разница в вычисленных значениях S0 K не превышает 5 %.

Необходимое сопротивление перемычки для установки вентиляционных дверей

Приведенные расчеты и выводы по вентиляционным две­ рям относятся к условиям, когда сопротивление перемычек, в которых они устанавливаются, намного больше сопротивле­ ния дверей, т. е. основные потери воздуха происходят через двери или в месте примыкания их к дверному проему.

Как показывают исследования, на рудниках нередко ка­ чество изготовления и материалы дверей и перемычек одина­ ковы. Тогда можно считать, что сопротивления их будут представлены сравнимыми величинами.

54

Зависимость (3.21) и расчеты, выполненные по ней, спра­ ведливы, если потери через перемычку не превышают допус­ тимой точности расчетов утечек через дверь. Отсюда можно записать

Сопротивление перемычек для рассмотренных типов две­ рей, подсчитанное по зависимости (3.36), должно быть не ни­ же величин, приведенных в таблице 5.

В случаях, когда сопротивление перемычки ниже указан­ ного в таблице 5, общее сопротивление вентиляционного со­ оружения (перемычки и двери) необходимо определять по формуле

•йпер'Ддв

RB. с =

( 3 - 3 7 )

55

нее заданных значениях сопротивлений перемычки и двери. Это возможно только при проектировании, когда их величи­ ны принимаются по нормативам.

Обычно на практике расчетом на регулирование распре­ деления воздуха в конкретной сети определяется величина добавочного сопротивления ветви, обеспечивающая заданные потери воздуха. Для рассматриваемых условий это является

Для получения общего сопротивления вентиляционного сооружения, равного рассчитанному, необходимо, чтобы при­ нимаемое сопротивление двери было

возможно. При известных значениях добавочного сопротив­ ления ветви RB.C и сопротивления перемычки необходимое

На основании изложенного можно сделать следующие выводы.

56

Г л а в а 4

ПОСТРОЕНИЕ И УПРОЩЕНИЕ СХЕМ ПРОВЕТРИВАНИЯ Существующие методы упрощения сетей

Расчет сложных схем вентиляции рудников, включаю­ щих до тысячи ветвей, труден. Существующие аналитические способы упрощения позволяют заменить только элементар­ ные виды соединений: последовательное, параллельное [3, 4, 15, 16], простое диагональное [1, 2, 67—70], а также систе­ мы, имеющие не более двух связей (вход и выход) с осталь­ ной схемой [71]. Известны также способы упрощения путем исключения отдельных ветвей [2].

Подобные преобразования позволяют снизить число вет­ вей на 20 % от общего их числа. Поэтому схемы остаются весьма сложными и для их расчета все еще необходим боль­ шой объем памяти ЭВМ или параллельная работа несколь­ ких моделирующих приборов.

В практике работ по совершенствованию схем проветри­ вания рудников, особенно угольных шахт, получило распро­ странение секционирование, т. е. деление вентиляционных се­ тей на обособленные участки. Этим можно значительно сни­ зить количество ветвей в рассчитываемых сетях [6]. Однако упрощения рудников проводятся чисто интуитивно и только применительно к конкретным вентиляционным сетям. Кроме того, деление сетей на участки позволяет снизить общее ко­ личество ветвей, приходящихся только на одну схему провет­ ривания, сохраняя при этом всю сложность их соединения. Следовательно, изыскание метода преобразования сетей лю­ бой сложности в более простые имеет важное значение с на­ учной и практической точек зрения.

С этой целью была разработана теория многополюсников вентиляционных сетей [71]. Под вентиляционным много­ полюсником, аналогично электротехнике, понимается такая часть схемы вентиляции, которая соединяется с остальной сетью в п внешних узлах, называемых полюсами. Основное условие возможности замены многополюсника многоуголь-

58

ником заключается в том, что последний не должен влиять на распределение воздуха в остальной части схемы.

Аналитическое преобразование многополюсников в мно­ гоугольники невозможно. Действительно, для п-полюсника общее число неизвестных величин равно 2 п. Но на основа­ нии двух известных законов сетей можно составить лишь 2п—1 уравнений. В том случае система уравнений будет иметь множество решений, ни одно из которых не удовлет­ воряет основному условию. В связи с этим предлагается методика преобразования многополюсника с помощью электромоделирующего прибора типа ѲПМВС [71]. Сущность ее состоит в следующем.

Любой пассивный многополюсник последовательно рас­ сматривается как простое параллельное соединение по отно­ шению к каждой из его сторон. При действии одних и тех же источников энергии, включаемых в непреобразуемой части сети, токи в ветвях многополюсника равны токам по ветвям многоугольника лишь в случае равенства замеренных сопро­ тивлений между соответствующими узлами многополюсника и многоугольника.

На основании изложенного составляется система уравне­ ний, связывающих замеренные а, и истинные 2Riqt значе­ ния сопротивлений сторон многоугольника. Но поскольку система нелинейная и не поддается точному решению, то ме­ тодом итераций она решается приближенно. В результате решения данной системы уравнений по замеренным значе­ ниям сопротивлений сторон многополюсника находятся

приборе.

Изложенная методика позволяет после расчета распреде­ ления воздуха в части схемы (многополюснике) с каким угод­ но количеством входов и выходов заменить ее многоугольни­ ком с известными значениями фиктивных сопротивлений сторон. Иначе схема проветривания любой сложности этим методом может решаться по частям, т. е. на моделирующем приборе с относительно небольшим количеством элементов.

Рассматриваемый метод имеет ряд недостатков. Во-пер­ вых, принятый для расчета истинных значений фиктивных сопротивлений ветвей многоугольника метод итерации и по­ лученные зависимости сложны и требуют больших вычисле­ ний. Число итераций в этом случае зависит от отношения крайних (максимальных и минимальных) значений замерен­ ных сопротивлений сторон многополюсника. При величинах указанных отношений от двух до пяти число итераций, необ­ ходимых для получения истинных значений сопротивлений с

59

учетом принятой точности расчетов, не превышает трехчетырех. С возрастанием этой величины для сохранения ука­ занных условий по точности число итераций почти пол­ ностью соответствует величине отношений.

Введение в расчетные схемы проветривания ветвей утечек воздуха через изолирующие вентиляционные сооружения привело к тому, что при упрощении подобных участков отно­ шение крайних величин достигает 20—25. Это означает, что

при определении —— потребуется до 20—25 итераций.

Как отмечено выше, существуют схемы проветривания, со­ держащие более тысячи ветвей. Естественно, что при 100— 150 линейных элементах на моделирующем приборе потре­ буется большое количество упрощений. При значительном разбросе замеряемых величин сопротивлений и многоитеративности процесса общий объем дополнительных вычислений возрастает значительно.

Во-вторых, расчет значений фиктивных сопротивлений сторон многоугольника для установления правильности и точности полученных величин требует дополнительного по­ стоянного контроля, который может осуществляться на моде­ лирующем приборе лишь путем сборки соответствующего

мером величин сопротивлений между его вершинами. При расхождении между замеренными значениями сопротивле­ ний сторон многополюсника и многоугольника не более 5% можно считать, что величина их определена правильно. Это также приводит к большим затратам времени при производ­ стве расчетов схем.

Отмеченные недостатки приводят к большому объему до­ полнительных вычислений. Упрощение части сети по данной методике позволяет определить лишь значения фиктивных сопротивлений сторон многоугольника, в то время как для проведения последующих расчетов всей сети- с включенной в нее упрощенной схемой, необходимо знать величины эквива­ лентных количеств проходящего по ветвям упрощенной сети воздуха и значения аэродинамических сопротивлений вет­ вей. В противном случае при дальнейшем расчете сети на ре­ гулирование трудно контролировать и сохранять параметры многоугольника неизменными. Следовательно, при измене­ нии параметров после полного расчета сети необходимо вновь возвращаться к многополюснику и пересчитывать рас­ пределение воздуха внутри него. Все это значительно снижает основное достоинство методики упрощения — возможность замены части схемы любой сложности более простой.

60