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

это не позволяет использовать приборы для анализа газо­ динамических процессов после массовых взрывов. Но, не­ смотря на это, использование вакуума в пробоотборниках новых систем считается перспективным.

Электромеханические пробоотборники

Этот класс пробоотборников можно разделить на два подкласса: механические и электрические. В приборах первого подкласса используется только механический принцип отбора, а второго — электромеханический.

Конструкций механических пробоотборников довольно

Рис. 22. Поршневой механиче­

много, но все они рассчитаны на одноразовый отбор проб, поэтому подробно описывать каждую, отдельно взятую конструкцию, нет необходимости. Рассмотрим лишь ха­ рактерные из них, а интересующимся другими схемами можно рекомендовать соответствующую библиографию, приведенную в конце работы. В книге И. В. Боброва [31] приводится описание простейшего поршневого пробоотбор­ ника шахтного воздуха (рис. 22).

На рисунке 22 прибор показан в положении, подготов­ ленном для отбора проб. Упорная втулка удерживается в фиксированном верхнем положении штифтом 11, хсоторый прижимается гашеткой 10. Перед взрывом пробоотборник укрепляется в выработке на расстоянии 1—20 м от забоя

71

и затем выкручивается предохранительный винт. Удар­ ная волна освобождает штифт и под действием пружины шток 3 опускается. За счет скоса на упорной втулке 15 штифт 11 выдавливается, а поршневой клапан 4 и верх­ ний узел опускаются вниз. Клапан 4 вытесняет воздух, на­ ходящийся в пробоотборнике, через нижние окна и заса­ сывает загрязненный через верхние.

В нижнем положении шток фиксируется фиксато­ ром 12, который удерживается пружиной 16. В это же время поршневой клапан 4 садится на нижнее, а клапан узла 5 на верхнее седло.

Из-за вставленной в клапаны резины и заостренных концов седел создается надежная герметизация отобран­ ной пробы. Для анализа газовой смеси прибор доставляет­ ся в лабораторию, где ее через штуцеры 8 подают к соот­ ветствующему анализатору.

Описанный прибор пригоден для определения началь­ ной газовой ситуации после взрыва, так как время его сра­ батывания колеблется от 50 до 200 мсек.

Аналогичный прибор описан Г. Зелеманом [39]. При такой же схеме работы газоотборник имеет длину 685 мм, внешний диаметр 89 мм, вес 13 кг. При взрывании детона­ тора во взрывной камере перемещается поршень и засасы­ вает газовоздушную смесь в пробоотборную герметически закрытую штоком поршня камеру. Полное время срабаты­ вания прибора — 35—42 мсек.

Механический принцип заложен также в устройстве для отбора проб фирмы «Комиссариат ал Энержи Атомик» [40]. Особенностью этого устройства является то, что для достижения лучшей герметизации подвижные части устройства закрыты сильфоном, а во входном шту­ цере находится тонкая мембрана, которая перед началом отбора пробы просекается острой кромкой подвижной гильзы. Однако для отбора проб газов после взрывов в подземных условиях он не приспособлен.

Механический принцип отбора проб используется и в другом приборе [41] (рис. 23).

Устройство содержит цилиндр 1, рабочий поршень 2 с крепежной гайкой 5, укрепленными на ведущем полом штоке 3. Последний жестко соединен со стаканом 4. Внут­ ри штока расположен еще один шток 6 с перекрывающим поршнем 7. Между стаканом и цилиндром находится пру­ жина 8, стремящаяся поднять стакан над цилиндром.

Перед работой устройства его элементы находятся в исходном положении, изображенном на рисунке 23. Рабо­ чая пружина 8 удерживается фиксатором 9, который кре­

72

цом связан со стопорными штоками 15, а верхним кон­ цом 16 — со штоком 10 и соединительной тягой 17 с отсекателем 18.

Перед работой в магазин 4 загружают аллонжи, под­ соединяют цилиндр 9 к импульсному реле времени, а шту­ цер 19 — к эжектору. При подаче импульса от реле време­

ни в цилиндр 9 поступает сжатый воздух, шток 10 начи­ нает перемещаться и через тягу 17 воздействует на отсекатель 18, который выходит из бокового отверстия ма­ газина, и аллонж 20 поступает на стопорные штоки 15. Втулка 12 под действием рычага 11 подает аллонж до упо­ ра и зажимает его между резиновыми кольцами 21 и 22, обеспечивающими герметизацию соединений. Через за­ данное время подача сжатого воздуха прекращается и по­ лость цилиндра 9 сообщается с атмосферой. После переме­ щения штока 10 пружинами 23 до упора в заднее положе­ ние втулка 12 освобождает аллонж 20. Пружины 24

’ 74

выводят стопорные штоки 15 из магазина и отработанный аллонж поступает в приемную коробку 6 через отвер­ стие 5, а отсекатель 18 одновременно запирает магазин. Из приемной коробки аллонж вынимают через отверстие, закрываемое шарнирной крышкой 7, которая поддержи­ вается пружиной 8.

При новом включении сжатого воздуха отсекатель 18 вновь выводится из магазина. Рычаг 14 действует на сто­ порные штоки 15, заходящие в магазин и закрывающие отверстие 5 приемной коробки 6.

Одновременно с этим следующий аллонж поступает для отбора но­ вой пробы воздуха.

Для исследований быстропротекающих газовых про­ цессов может быть применен электромагнитный газоотборник И. М. Егорова, С. П. Скрипкина, ,Л. М. Соболева [43]. На рисунке 25 показана его принципиальная схема. Про­ боотборник (рис. 25) состоит из герметического корпуса!, в котором расположены две электромагнитные системы 2 и 3, воздействующие на общий якорь 4. Якорь штоком связан с газоотборным клапаном 5. Включающая элект­ ромагнитная система в виде магнитопровода 6, на кото­ ром расположены включающая 7 и сериесная 8 обмотки, осаживающая электромагнитная система 3, закрывающая клапан, состоит из магнитопровода 9 и осаживающей об­ мотки 10.

Все обмотки подключены в цепь источника постоянно­ го тока 12 через контакты прерывателя 11. Параллельно прерывателю включено шунтирующее сопротивление 13, служащее для удержания клапана в закрытом положении при разомкнутых контактах прерывателя. В цепи вклю­ чающей обмотки прибора ставится дополнительное сопро­ тивление 14 для установки желаемого времени отбора проб.

75

После замыкания контактов прерывателя 11 во вклю­ чающей электромагнитной системе за счет ее малой ин­ дуктивности быстро устанавливается определенный токПод его действием якорь из исходного положения переме­ щается к включающему магнитопроводу, и начинается от­ бор пробы непосредственно в газоанализатор.

В осаживающей электромагнитной системе за счет большой индуктивности ток нарастает медленно и только через определенное время его магнитный поток сможет пе­ ресилить поток включающего магнитопровода. В это вре­ мя якорь возвращается в исходное положение.

Как видно из описания, газоотборник не применим в шахтных условиях, так как отбор проб осуществляется непосредственно в газоанализатор.

Интересная конструкция пробоотборника была предло­ жена в Чехословакии, сущность работы которой заклю­ чается в следующем [44]. Камера для отбираемой пробы' склеивается из синтетических материалов, например по­ лиэтилена, и на одном конце имеется горлышко. Перед от­ бором пробы пробоотборник складывается по шву и нама­ тывается на барабан намоточного устройства. Наполнение емкостных камер может производиться с помощью не­ большого мембранного нагнетателя или же с помощью специального сосуда, в котором перемещением днища, яв­ ляющегося одновременно поршнем, создается разрежение. По мере вращения барабана автоматически передвигается поршень и пробонаборник заполняется газом.

Однако этот прибор рассчитан на отбор одной пробы газа, что суживает область его применения.

Для отбора средней пробы газа в течение 24 час су­ ществует устройство, выполненное в виде трубчатого зме­ евика с ртутным затвором, приводимым во вращение электродвигателем с реле времени (рис. 26) [45]. Трубча­ тый змеевик 1 посредством электродвигателя 2, редукто­ ра 3 и реле времени равномерно вращается на горизон­ тальном валу 4 и на подшипнике 10. Вал крепится в опо­ рах 9. Первый виток змеевика частично заполнен ртутью с уровнем, на 1—2 см не достигающим оси змеевика. При вращении змеевика против часовой стрелки ртуть из пер­ вого витка перемещается во второй, третий и т. д. Газ за счет разрежения, создаваемого перемещающимся ртут­ ным затвором из газовой магистрали 5 через ртутный зат­ вор 6, тройник 7, отверстие в валу 4 и трубку 8, поступает в змеевик 1. Змеевик вращается с постоянной скоростью, обеспечивая равномерное поступление газа. Воздух, вы­ тесняемый ртутью, выходит из отверстия в последнем вит­ ке змеевика.

76

За 24 час змеевик совершает 18 оборотов и ртуть пе­ ремещается от первого витка к последнему. На 18 обороте срабатывает конечный выключатель 11 и отбор проб пре­ кращается. После этого к штуцеру 12 подсоединяют эла­ стичный мешок, из которого удален воздух, и рукояткой 13 змеевик вращают в обратном направлении. Ртуть, пере­ мещаясь в первоначальное положение, вытесняет отобран­ ный газ в резиновый мешок, в котором он доставляется на анализ. В дальнейшем циклы повторяются в заданной последовательности.

Представителем комплексных анализаторов может служить американский миниатюрный пробонаборник, ■описанный Ю. Кубаленком [47].

Пробонаборник служит для измерения концентрации пыли или определения концентрации токсичных газов. К прибору через быстроразъемное соединение или посред­ ством резиновой трубки с трубчатым переходником при­ соединяются абсорберы. Помимо этого пробоотборник оснащен расходомером, дроссельным и перепускным кла­ панами, пластинчатым насосом, глушителем шума выпус­ ка насоса и электрическим двигателем.

Прокачка воздуха осуществляется трехпластинчатым насосом с герметически закрытыми подшипниками. Про-

.изводительность насоса (до 25 л/мин) регистрируется ро­ таметром и регулируется дроссельным и перепускным клапанами. Зная объем протекающего воздуха и время всасывания, определяется полный объем засасываемого

.шахтных условиях затруднительна, так как для определе­ ния компонентов газовой смеси, тем более их изменения во времени, необходимо иметь большое количество абсор­ беров с различными абсорбентами, которые должны за­ меняться через определенные промежутки времени. Это ведет к увеличению габаритов прибора и усложнению си­ стемы управления.

Как следует из приведенного описания, почти все ме­ ханические и электромеханические пробоотборники при­ способлены для отбора одиночных проб. При многоразо­ вом пробоотборе необходимо использовать несколько та­ ких приборов, а регулирование времени между пробами осуществлять для каждого пробоотбора в отдельности. Это неудобно, да и регулировка возможна в основном в очень небольших пределах. Однако при условии ведения массо­ вых взрывов такие измерения должны проходить несколь­ зко часов.

77

В связи с этим большой интерес представляют много­ камерные электромеханические пробоотборники с отбором проб в различные промежутки времени после взрыва. Од­ ним из таких приборов является автоматический газоот-

ха 11. Воздух накачивается в резиновые камеры диафраг­ менным насосом, который приводится в действие сериесным электродвигателем мощностью 40 вт. Сейсмический пускатель аналогичен описанному в работе [33].

Подготавливается прибор к работе на месте установки. Для этого к резиновым шлангам 9 подсоединяют камеры, а к часовому механизму подключают аккумуляторы и диафрагменный насос. Подвижный контакт часового ме­ ханизма застопоривается рычагом сейсмического пуска­ теля.

Под действием ударной волны шар-груз падает с под­ вижного контакта, который замыкает электрическую цепь насоса, стопора часового механизма и катушки первого соленоида. Клапан I открывается и насос на протяжении 3 мин накачивает воздух в первую камеру. Затем подвиж­

78

ный контакт размыкает цепь первой катушки и замыкает цепь второй катушки. Клапан катушки 1 под действием собственного веса падает и закрывает доступ воздуху, а клапан 2 открывается и т. д.

Прибор может отбирать пробы в 18 камер в течение 54 мин. Время можно регулировать путем подбора соот­ ветствующих шестерен часового механизма.

Принцип использования соленоидов как клапанов при­ менялся в пробоотборнике ИГД АН КазССР конструкции 1966 г. Автоматический газовый пробоотборник состоит из следующих основных частей: механизма включения, часового механизма-контактора, электромагнитных реле, электромагнитов с сердечниками (соленоиды), электромо­ тора с насосом и батареи аккумудяторов.

Механизм включения состоит из дюралюминиевой ло­ патки, прикрепленной к крышке прибора стойкой, шар­ нирно поворачивающейся вокруг оси крепления, и троси­ ка, который свободно перемещается в металлическом экране. К одной стороне тросика присоединена пружина; этой стороной экран тросика крепится изнутри к крышке прибора, а пружина с концом тросика выходит через от­ верстие наружу. Другой стороной экран тросика крепится к часовому механизму, а на конце тросика прикреплена латунная фольга, служащая для запуска часового меха­ низма (маятника часов).

До взрыва лопатка со стойкой находится в вертикаль­ ном положении, при этом стойка свободным концом упи­ рается в сферическую поверхность металлического пере­ ходника, который, в свою очередь, сжимает пружину тро­ сика, и он латунной фольгой держит маятник часов. В Этом положении лопатка находится до подхода ударной волны от взрыва. Воздушная волна опрокидывает лопатку со стойкой в горизонтальное положение, освободившаяся пружина разжимается и тянет за собой тросик и соот­ ветственно латунную фольгу. Она скользит по маятнику, придавая ему момент вращения, и в конце движения от­ пускает его. Так осуществляется механический запуск ча­ сового механизма.

Часовой механизм-контактор состоит из часов; в кото­ рых стрелка служит подвижным контактом, и плато кон­ тактов, представляющее собой циферблат, на котором ра­ диально расположены тринадцать латунных контактов через определенные расстояния друг от друга. На плато расположен также механический стопор, останавливаю­ щий стрелку после полного поворота. Механизм часов переделан с таким расчетом, чтобы стрелка1делала один

79

полный оборот за 4 час, для этого был соответственно облегчен маятник часов. Часовой механизм крепится к корпусу на восьми пружинных амортизаторах, достаточно предохраняющих его от тряски при транспортировке и взрыве. После запуска часового механизма через однудве минуты (промежуток времени устанавливается меха­ нически подводом стрелки в зависимости от расстояния прибора до взрыва) стрелка часов, представляющая со­ бой подвижный контакт, замыкает электросеть с первым контактом, расположенным на плато. При этом через кон­ такты идет ток силой 40 та.

Двигаясь, стрелка замыкает сеть через определенные промежутки времени со всеми контактами, расположенны­ ми на плато контактов. При замкнутой сети с неподвиж­ ных контактов подается напряжение на катушку электро­ магнитного реле, соответствующее данному контакту на плато.

В качестве электромагнитных реле в приборе исполь­ зуются двухконтактные реле типа ТКЕ-52-ПД, дополни­ тельно отрегулированные так, чтобы они срабатывали от напряжения 12 в при токе 40 ма. Для этого была ослаблена натягивающая пружина замыкающих контактов и увели­ чено сопротивление обмотки катушки на 120 ом. Сила то­ ка обмотки реле выбрана с условием, чтобы не подгорали при замыкании контакты часов. При срабатывании реле замыкаются его контакты, которые выдерживают при на­ пряжении 12 в довольно большой ток (> 6 а ), что влечет одновременное включение электромотора и соответствую­ щего данному реле соленоида.

В качестве электропривода можно использовать двига­ тель автомобильного стеклоочистителя МЭ14-а. Двигатель приводит в действие насос, имеющий два клапана — вса­ сывающий и выпускной. Через первый клапан насос вса­ сывает рудничный воздух через заборник рудничного газа, а посредством второго воздух нагнетается в трубо­ провод. Двигатель вместе с насосом потребляет ток око­ ло 4 а.

Соленоид представляет собой электромагнит, сердеч­ ник которого в выключенном состоянии выходит из ка­ тушки за счет разжатия пружины.

По обмотке электромагнита идет ток силой 2 а. Вы­ двигая сердечник, пружина одновременно пережимает за­ жим и резиновый шланг, который одной стороной крепит­ ся к трубопроводу, а другой — к штуцеру с резиновой ка­ мерой. Пружина изготовлена из упругой стальной прово­ локи диаметром 0,7—0,8 мм.

80