книги из ГПНТБ / Шепелев С.Ф. Газовость промышленных взрывчатых веществ на рудниках

Нижние концы их соединены посредством резиновых тру­ бок 9 и 10 и переключателей 16. Верхние части сосудов сообщаются резиновыми трубками 11 и 12. В положении, указанном на схеме, переключатель 1 повернут так, что

Рис. 17. Схема водяного аспиратора В. И. Бразайтиса.

вода из сосудов 3 по резиновой трубке 10 через двуходо­ вой кран 15—16, переключатель 1 и резиновую трубку 9 проходит в сосуды 2. В сосудах 3 место вытекаемой воды занимает воздух, который всасывается через поглотители, присоединенные к трубкам 13—14, проходя резиновую трубку 11, тройник 17—18, трехходовой кран 19.

Вода, поступающая в сосуды 2, выталкивает воздух, проходящий через резиновую трубку 12, тройник 20 и трехходовой кран 21, и выходит наружу. В этот момент переключателем стрелки 22 повернуты в сторону сосу­ дов 3 до ограничителя 23 а, а ручки и кнопки — рычаги счетчика. При обратном процессе воздух из сосудов 3 вы­ талкивается по резиновой трубке 11, по тройнику 17—18, тройному крану 21.

Скорость засасывания воздуха через поглотители мож­ но регулировать увеличением или уменьшением отверстия трубки, по которой проходит вода из находящихся сверху сосудов в нижние за счет регулировки винта 6.

Количество воздуха, прошедшее через поглотители, учитывается счетчиком 7. При повороте стрелок-ручек переключателя 1 в сторону верхних сосудов стрелки 22 переворачиваются и одна из них опирается на ограничи­ тель 23, а вторая — на кнопку-рычаг 8 счетчика. Второй конец кнопки-рычага за счет шарнира 24 поднимает пор­ шень 25, поворачивая зубчатое колесо 26 и стрелку 27

61

счетчика на одно деление по шкале. Этим определяется число циклов. Зная объем сосудов и это число, можно определить общее количество анализируемого воздуха, прошедшее через поглотители. Кнопка-рычаг счетчика и поршень 25 возвращаются в исходное положение за счет пружины 28 при нулевом положении стрелок-ручек 22. Держатель 29 обеспечивает равномерное движение зубча­ того колеса 26 при возвращении поршня 25 в исходное по­ ложение.

Рис. 18. Схема пробоотборника газов В. Я. Асеева, Н. Л. Леонова и Т. Т. Яцковского (а), А. С. Рябченко и В. В. Шевелева (б).

Аспиратор можно использовать и в шахтных условиях. В этом случае газы не просасываются через поглотители, а отбираются непосредственно в сосуды 3 с дальнейшим перекрыванием кранов 19. Однако оснащение аспираторов автоматическими узлами усложнит его конструкцию. Кроме того, будут возможны только единичные замеры.

Отбор проб в поглотители при помощи водяного аспира­ тора использован также В. Я. Асеевым, Н. Л. Леоновым и Т. Т. Яцковским [35]. Особенность их прибора в примене­ нии электрического управляемого устройства. На рисун­ ке 18, а показана схема аппарата, который состоит из следующих основных узлов: водяного аспиратора с верх­ ним 1 и нижним 2 резервуарами, электромагнитного кра­ на 3, центробежного насоса 7, двигателя 8, программного часового механизма 9, промежуточного реле исполнитель­ ных механизмов 10 и 11, шагового реле повторных циклов 12, шагового реле 13 переключения электромагнитного диафрагменного клапана 14, поглотителя 15, электромаг­ нитного крана 16, электронного усилителя 17 (генератора) и милливольтметра 18. Внутри верхнего резервуара 1 вмонтированы чувствительные датчики уровня жидкости,

62

которыми являются термопары 4 и 5, подключенные к ре­ ле переключения 6.

Программа работы аппарата задается перфорирован­ ной картой, закладываемой на барабан часового меха­ низма.

В момент совпадения отверстий на перфорированной карте со скользящим контактом происходит замыкание депи одного из электромагнитов промежуточного реле 11. Реле замыкает цепь питания электромагнитного крана 3 и вода впускается из верхнего резервуара 1 в нижний 2. Одновременно реле замыкает цепь электромагнита шаго­ вого реле повторных циклов 12, которое через термореле (с задержкой на 5 сек) подает ток на шаговое реле 13, подключающее тот или другой электромагнитный диа­ фрагменный клапан 14. При спуске воды создается разре­ жение и воздух просасывается через поглотители 15 в за­ висимости от того, какой клапан 14 открыт.

После спуска вода начинает нагреваться от окружаю­ щего воздуха до заданного нижнего уровня спая термопа­ ры. Возрастающее напряжение термотока поступает на рамку милливольтметра 18, заставляя перемещаться стрелку прибора в пространстве между витками катушки колебательного контура в сеточной цепи электронного усилителя 17. В результате этого происходит срыв генера­ ции и увеличивается анодный ток усилителя.

В анодную цепь лампы усилителя включены первич­ ное реле и реле переключения термокрестов, которое и пе­ реключает термокрест 5 на термокрест 4, обеспечивая тем самым блокировку первичного реле до момента запол­ нения водой верхнего резервуара 1. Одновременно с этим первичное реле подает импульс на промежуточное реле 10, которое замыкает цепи электродвигателя 8, насоса 7, от­ крывает электромагнитный кран 16 и подает ток на про­ межуточное реле 11, отключающее поглотители и закры­ вающее кран 3 спуска воды из резервуара 1. При запол­ нении водой резервуара 1 спаи термокреста 4 попадают в воду, вследствие чего снижается до минимума термоток, происходит размыкание цепи первичного реле и последую­ щее отключение электродвигателя 8 и закрытие электро­ магнитного крана 16 с одновременной блокировкой им­ пульса от термокреста 6.

Таким образом, аппарат подготовлен к следующему циклу, импульс для которого поступает или от програм­ много часового механизма, или от шагового реле повтор­ ных циклов 12, если отбор проб осуществляется в один и тот же поглотитель. На аппарате можно устанавливать от

63

12 до 24 поглотителей, при этом пробоотбор в каждый по­ глотитель может осуществляться до двенадцати раз.

Питание прибора осуществляется постоянным током напряжением в 60 в.

Из конструкций гидравлических пробоотборников из­ вестный интерес представляет газоотборник А. С. Рябченко и В. В. Шевелева [36]. Прибор предназначен для отбора газов транспортирующихся по трубопроводу под ваку­ умом и выполнен в виде тора 1 (рис. 18, б). Внутри его жест­ ко закреплена перегородка 2, по обе стороны от которой на стенке тора прикреплены штуцеры 3. На внешней по­ верхности прикреплена ручка поворота и груз 13, приво­ дящий пробозаборный сосуд в рабочее положение. Шту­ церы 3 при помощи резиновых трубок 7 и 8 с краниками 9 и 10 соединяются со штуцерами 11 газопровода 12. Ре­ зиновые трубки 15, 16, с кранами 17, 18 служат для при­ ведения пробы к атмосферному давлению и разделения ее газоопределителем 14.

Перед работой краники 9, 10, 17 а 18 закрывают и соединяют пробоотборник при помощи резиновых трубок 7 и 8 со штуцерами 11 газопровода 12, по которому транс­ портируется под вакуумом газовая смесь.

Затем открываются краники 10 и 9. За ручку поворо­ та 4 сосуд 1 поворачивают по часовой стрелке на 180° во­ круг неподвижной опоры 6. При этом в камеру А, обра­ зующуюся между жидкостью 5 и перегородкой 2, засасы­ вается газовая смесь. Затем краники 9 и 10 закрывают и открывают краник 17. Набранная проба газа автомати­ чески путем поворота сосуда 1 и изменения объемов ка­ мер А и В приводится к атмосферному давлению.

Содержание компонентов газовой смеси определяется на месте или в лаборатории.

Пробоотборник прост по конструкции, однако процес­ сы набора проб в нем не автоматизированы, в результате чего он находит ограниченное применение.

Гидравлические пробоотборники имеют известные пре­ имущества и недостатки. Общим и, пожалуй, основным недостатком всех их является использование воды для обеспечения вакуумного объема в целях засасывания про­ бы воздуха и создания гидрозатворов после набора проб. Однако следует иметь в виду, что в воде растворяются двуокись углерода и сильно токсичные окислы азота. Ис­ пользование заменителей воды в шахте довольно трудоем­ ко и не всегда приемлемо. Несколько упрощает задачу установка дополнительных емкостей с раствором щелочи для поглощения окислов азота, однако это приводит к уве-

64

личению габаритов приборов и дополнительным трудно­ стям их транспортировки и установки.

Время полного набора проб воздуха или время про­ хождения его через поглотители за счет аспирации обычно подсчитывают по формуле истечения маловязкой жидко­ сти из резервуаров

Из уравнения (III.1) видно, что переменной величиной для времени отбора служит установка величины площади выходного отверстия. Но так как сосуды закрыты, на это время будет оказывать влияние сопротивление и входных каналов, увеличивая его в большую сторону.

Вакуумные пробоотборники

Принцип действия вакуумных пробоотборников осно­ ван на предварительном создании в сосудах вакуума, ко­ торый сохраняется до момента набора проб при помощи герметического перекрытия подводных патрубков.

Одним из первых таких приборов является групповой автоматический для набора проб шахтного воздуха, опи­ санный И. Б. Бобровым [31], (рис. 19).

Пробы отбираются в интервале от 0,5 до 60 сек. Регу­ лируется пробоотбор за счет кулачков 9, которые крепят­ ся на валу 8 под определенным углом в положении взве­ денной пружины.

На каждый сосуд крепится два кулачка — один для срывания защелки с устройства, служащего для разбива­ ния стеклянных трубок, второй — для выдергивания за­ щелки из устройства пережатия резиновых трубок.

Прибор подготавливается к работе в лабораторных условиях. Для этого вакуумные колбы снимаются и к верхним резиновым трубкам подсоединяется вакуумный насос. Концы нижних резиновых трубок закрываются стеклянными трубками, запаянными с внешней стороны.

После создания вакуума трубки отсоединяются и закры­ ваются пробками.

Перед взрывными работами взводят спиральную пру­ жину и стопорят ее при помощи рычажной системы 11, для чего включающее устройство (флажок) поднимают вверх и стопорят.

Затем сжимают пружины пережимающих и разбиваю­ щих устройств и закрепляют их при помощи защелок 10. Нижние резиновые трубки вместе со стеклянными встав­ ляются в специальные седла и закрепляются. Устанавли-

Рис. 19. Схема группового ва­ куумного автоматического про­ боотборника газов МакНИИ: 1 — коробка со спиральной

пружиной; 2 — тормозное уст­ ройство; 3 — металлическая плитка; 4 — вакуумные кол­

бы ; 5 — устройство для разби­ вания стеклянных трубок; 6—

устройство пережатия резино­ вых трубок; 7 — предохрани­ тельный кожух; 8 — вал; 9 —

кулачки сбрасывания заще­ лок ; 10 — защелки; 11 — ры­

вается пробоотборник на расстоянии 5—20 м от места взрыва, после чего вынимается стопор флажка и приборготов к работе.

После взрыва флажок падает и при помощи рычажной системы освобождает стопор спиральной пружины, кото­ рая раскручивается против часовой стрелки с определен­ ной скоростью. Эту скорость можно регулировать в неболь­ ших пределах тормозным устройством. Пружина вращает вал с закрепленными на нем кулачками. Первый кулачок выдергивает защелку, держащую стержень разбивающего устройства. Он резко опускается и разбивает стеклянную трубку. Через открытый конец в сосуд засасывается воз­ дух. Спустя небольшой-промежуток времени, второй кула­ чок срывает защелку, которая держит стержень устройст­ ва, служащего для пережатия резиновых трубок. Стер-

66

чена гайка 3 с заборной трубкой. Отверстие 4 трубки пере­ крывается стаканчиком 5 из термостойкого стекла, кото­ рый зажат между двумя резиновыми шайбами с помощью гайки 6. Снаружи термостат с выступающим из него ста­ канчиком покрыт сплошным слоем 7 асбеста с глиной, а баллон 2 обернут асбестовой ватой. Для предохранения отверстия 4 от попадания крупных брызг к кольцу 8 сни­ зу крепится сетка из тонкого нихрома с площадью ячеек по 25 мм2.

Отбор пробы производится следующим образом. Ва­ куумных! баллон 2 эвакуируется до остаточного давления 0,1—0,2 мм рт. ст. и помещается в термостат. Измеряется уровень ванны в конвертере, и прибор опускается в кон­ вертер так, чтобы заборная трубка прибора оказалась на заданном расстоянии от зеркала ванны.

Затем прибор подводится точно против отверстия гор­ ловины и через люк быстро опускается в конвертер. Сво­ бодный конец троса, на котором укреплен прибор, подве­ шивается так, чтобы при падении прибора в горловину стаканчик 5 оказался сорванным на заданной высоте. Плоскость излома стаканчика проходит на 2—3 мм выше плоскости отверстия 4. Это условие задается с помощью кольцевого надреза на асбестовом колпачке, прикрываю­ щем стаканчик 5, и положением хомута 9. ;

После срыва стеклянного стаканчика нарушается гер­ метичность баллона, а газ через отверстие; 4 заполняет баллон 2.

Время заполнения десятилитрового баллона при диа­ метре отверстия в 4 мм составляет 3 сек.

Длительность операции отбора пробы (спуск, заполне­ ние газом и подъем прибора) — 7—10 сек. Температура стенок вакуумного баллона при этом изменяется на 2— 3°С.

После отбора пробы отверстие 4 закрывается резино­ вой пробкой, покрытой жидким стеклом. Затем баллон с пробой газа вынимается из термостата, а в термостат вставляется другой баллон для отбора следующей пробы. Однако прибор не удобен для использования в подземных условиях, так как в нем не заложен автоматический прин­ цип отбора проб.

Рассмотрим еще одну конструкцию вакуумного пробо­ отборника, сконструированного в ВостНИИ (рис. 21).

Прибор состоит из насадки 6, стакана 1, гибкой свя­ зи 20, часового механизма, щитка 12, на котором крепят­ ся направляющие 18 и весь приводной механизм 13.

Пробы газа отбираются в стакан, для чего из него че­

68

рез штуцер и эластичную трубку 10 выкачивают воздух до определенного давления и надевают предохранитель­ ный колпачок из стекла 11. Стаканы вместе с насадками прикрепляются гибкой нитью к направляющим и крепят­ ся между направляющими за счет подвижной планки, ко-

торая через гибкую связь соединена с часовым механиз­ мом. После взрыва ударная волна запускает часовой ме­ ханизм, который, в свою очередь, замыкает цепь электро­ двигателя. Гибкая нить наматывается на барабан и передвигает подвижную планку. Передвигаясь, планка

69

освобождает подвешенные к ней пробоотборники и те на­ чинают опускаться вниз на длину гибкой нити. Нить на­ тягивается и за счет инерции движения происходит сме­ щение стакана и насадки относительно друг от друга. При этом разрушается предохранительный колпачок и в открытый объем набирается проба. Регулировка времени между пробами осуществляется за счет часового механиз­ ма контактора, который запускает через определенное время электродвигатель.

Основным недостатком этого прибора является то, что пробы газа не фиксируются после их набора. Из-за этого может наблюдаться диффузия между пробами и окру­ жающей атмосферой.

Подобно гидравлическим пробоотборникам время за­ полнения вакуумных после разрушения различного типа предохранителей рассчитывается по известной формуле гидрогазодинамики

t

(Ш.2)

где V — объем стакана пробоотборника;

Q — коэффициент расхода, отнесенный к единице пло­ щади;

F — сечение входного отверстия;

g— ускорение силы тяжести;

К— показатель адиабаты;

R — газовая постоянная;

Т— абсолютная температура;

Р— остаточное давление в стакане; Ро — давление атмосферного воздуха.

Для практических расчетов можно использовать упро­ щенную формулу

Таким образом, в зависимости от желаемого времени заполнения сосудов выбираются сечения входных отвер­ стий.

Из рассмотренных конструкций вакуумных пробоот­ борников видно, что они более просты в изготовлении и эксплуатации, чем гидравлические. Однако существую­ щие образцы нуждаются в дальнейшем совершенствова­ нии. В первую очередь как общий недостаток следует от­ метить малый диапазон времени между набором проб, а

ГО