книги из ГПНТБ / Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с

Это же соотношение можно записать в виде

где М — массовый расход воздуха в потоке. Тогда

Выражение (17) представляет собой дифференциальное уравне­ ние изменения состояния воздуха, движущегося над поверх­ ностью воды.

Если принять температуру воды постоянной, то /„ и dn также будут постоянными. Уравнение (17) в этом случае будет пред­ ставлять собой уравнение прямой, проходящей через точку с координатами / и d, а также точку, лежащую на линии на­ сыщения (ф=1) и соответствующую температуре поверхности воды (линия 6—7). Если же температура воды меняется, то гра­ фик процесса нелинеен. Если воздух и вода движутся навстречу

ветствующих конечной и начальной температурам поверхности воды.

Если температура воды изменяется незначительно, то можно приближенно считать, что график изменения состояния воздуха представляет собой прямую, соединяющую точку, определяющую начальное состояние воздуха, с точкой на линии насыщения, соответствующей средней температуре воды (линия 6—7).

При использовании I—d-диаграммы следует помнить, что она составляется для определенного давления влажного воздуха, поэтому, если фактическое барометрическое давление не соот­ ветствует тому значению, для которого составлена диаграмма, в расчетах появятся погрешности. При расчетах систем для кон­ диционирования воздуха в шахтах используют таблйцы и диа­

(точка 2). Процесс изобарного охлаждения влажного воздуха идет сначала при постоянном влагосодержании (линия 1—2), а затем, по линии насыщения до температуры +20° С (линия 2—3). Конечное влагосодержание воздуха в процессе 13,5 г/кг с. в., энтальпия 65 кдж/кг с. в.

10

Н — глубина залегания рассматриваемого слоя пород, м; //их — глубина залегания пород нейтрального слоя.

Так, например, в условиях Донецкого бассейна температура пород нейтрального слоя на глубине около 30 м равна примерно 8° С. Геотермический градиент в среднем равен 1/30 град/м. Это значит, что температура породы, залегающей на глубине 800 м, + 34°С, а на глубине 1000 м +40°С.

При движении воздуха по выработкам глубоких шахт проис­ ходит непрерывный подвод тепла к нему от окружающих пород. Расчет теплового потока, поступающего в горную выработку из

анизотропной средой (породным массивом) и потоком воздуха, движущимся в полости сложной конфигурации (горные выра­ ботки). Для упрощения решения принимают ряд допущений (например, изотропность и однородность породного массива), влияние которых на получаемые расчетные зависимости учиты­ вается эмпирическими поправочными коэффициентами [2, 3].

Согласно исследованиям, проведенным Институтом тепло­ энергетики АН УССР, тепловой поток, поступающий от горных пород в воздух, движущийся по горизонтальной горной выра­

где k г — коэффициент нестационарного теплообмена, вт/м2-град;

ляет наибольшие трудности. Поскольку процесс нестационарного теплообмена породного массива и воздуха характеризуется сложными аналитическими зависимостями между рядом величин (временем, параметрами, определяющими физические свойства пород и воздуха, коэффициентом теплоотдачи от стенок выра­ ботки воздуху), поэтому рационально при его исследовании использовать критериальные зависимости. Применение теории подобия в этом случае позволяет для определения коэффициента

* Геотермический градиент является величиной, обратной геотермиче­ ской ступени, представляющей собой разницу глубин залегания слоев пород, температура которых отличается на 1°С.

12

I

нестационарного теплообмена использовать зависимость [2] сле­ дующего вида:

в свету, м2), м;

X

ап = —----- ,— коэффициент температуропроводности породного

спРп

массива (сп— теплоемкость пород, дж/кг-град; ри — плотность пород, м2/сек);

т— время, сек;

а— коэффициент теплоотдачи от стен выработки воздуху, вт/м2-град.

П — периметр выработки, м.

Критерий Кирпичева по известным значениям Fo и Ві опреде­ ляется с помощью специальных графиков L2, 3]. Зная же вели­ чину Кі, можно опрёделить и коэффициент нестационарного

R

Следует помнить, что точность исходных данных при теп­ ловых расчетах шахт невелика, поэтому возможны значительные отклонения расчетного теплового потока от фактического.

Изменение температуры струи воздуха, проходящей по гори­ зонтальной выработке в случае, когда тепло в воздух поступает только от породного массива, может быть определено из условия теплового баланса.

Тепловой поток, передаваемый воздуху на элементарном участке выработки,

dQ = кхП (tn— t) dx

13

идет на увеличение энтальпии воздуха, т. е. dQ = Mcpdt;

Mcpdt — kxn (tn— t) dx

или

Интегрируя это выражение и учитывая, что при .v = 0 t — lo и принимая tu= const, получим

(23)

откуда видно, что при движении воздуха по горизонтальной горной выработке температура его изменяется по экспоненциаль­ ному закону. Тепловая мощность, поступающая в воздух в гор­ ной выработке, в этом случае определится выражением

(24)

Тепло в горных выработках может поступать в воздух не только от окружающего породного массива, но п вследствие окисления и охлаждения отбитых угля и породы, находящихся в выработке, а также от так называемых местных источников тепловыделения: работающих электрических машин и аппара­ тов; людей, находящихся в выработках, воды, текущей по ка­ навкам или стенкам выработки. Обычно выделение тепла за счет окисления угля, угольной пыли и лесных материалов опре­ деляют [3] приближенно по формуле

или металлической крепью, 7,5 вт/м2 в остальных отка­ точных выработках и 15—17,5 вт/м2 в лавах).

Изменение температуры воздуха в горизонтальной выра­ ботке, обусловливаемое поступлением тепла от породного мас­ сива и вследствие окисления угля, породы или.лесных материа­ лов можно определить по формуле

(26)

где tcv= 1—2 1----средняя температура воздуха в рассматривае­ мой выработке.*

* Изменение в.пагосодержання воздуха не учитывается.

14

Уравнение (26) может оыть решено методом последователь­ ных приближений. Так как температура воздуха в выработке меняется незначительно, то достаточно двух приближений: в первом приближении принимается tcp— t0>а во втором средняя температура определяется по значению первого приближения t

и t0.

Тепло, поступающее в воздух от местных источников, опре­ деляется следующим образом.

При работе электродвигателей бурильных машин, комбайнов, вентиляторов местного проветривания, электровозов, лебедок почти вся или вся потребляемая энергия переходит в тепло. Тепловыделение в этом случае

Если электрический двигатель является приводом подъем­ ной установки, осуществляющей транспортировку грузов по на­ клонной или вертикальной выработке, приводом водоотливной установки, осуществляющей перекачку воды с нижележащего на вышележащий горизонт и т. и., то тепло, выделенное при

где Мд — производительность установки, кг/сек;

Н— высота подъема груза или воды, м.

Вслучае, когда по выработке проложены кабели или в ней установленные трансформаторы включены, происходит выделе­ ние тепла

Здесь Ут — мощность трансформатора или мощность, переда­ ваемая по кабелю, квт;

1 ] — к. п. д. трансформатора или условный к. п. д. ка­ беля;

х — время,, сек.

При работе людей тепловыделение может быть рассчитано по формуле

но многочисленным наблюдениям эта величина в сред­ нем составляет 290 вт);

15

пл — число людей, находящихся в выработке;

tp — продолжительность рассматриваемого промежутка времени, сек.

Кроме рассмотренных местных источников' тепловыделения в вентиляционную струю может поступать тепло от отбитых угля или породы, находящихся в выработке; гидратацйи бетона, охлаждения воды и других источников. Точный учет всех факто­ ров при тепловом расчете шахты затруднен, поэтому рациональ­ но сначала рассчитать количество тепла, выделяемое главными источниками, и учесть выделение тепла второстепенными источ­ никами коэффициентом запаса.

Повышение температуры вентиляционной струи за счет мест­

точника тепла за время тр, кдж; М — массовый расход воздуха в выработке, кг/сек.

Расчет изменения температуры воздуха в горизонтальной выработке при наличии в ней местных источников тепловыделе­ ния усложняется, так как приходится разбивать выработку на ряд участков, ограниченных с обеих или с одной стороны мест­ ным источником тепловыделения и не содержащих таких источ­ ников на всем остальном протяжении выработки. Изменение температуры воздуха на каждом из таких участков рассчиты­ вается по формуле (26). Изменение температуры воздуха за счет местного источника тепла определяется по формуле (31).

На температуру воздуха в шахте влияет изменение состоя­ ния воздуха, движущегося по наклонным или вертикальным вы­ работкам. При движении воздуха в этом случае происходит его сжатие (нисходящий поток) или расширение (восходящий по­ ток). Если считать, что состояние воздуха изменяется по адиа­ бате, то в вертикальной выработке на каждые 100 м темпера­ тура воздуха будет повышаться примерно на -1°С за счет сжатия или расширения воздуха. Вследствие изменения температуры воздуха меняются и условия теплообмена между породным массивом и воздушным потоком в вертикальных и наклонных выработках. Производя расчет температуры воздуха по урав­ нению (23), в этом случае можем получить значительную по­ грешность. В литературе [2, 3, 4] имеются формулы для расчета температуры воздуха, движущегося по наклонным или верти­ кальным выработкам.

На основании изложенного можно отметить, что температура воздуха зависит от ряда случайных факторов (неоднородность породного массива, наличие влаги на стенках выработки и т. п.), учесть^цоторые при проектировании невозможно. Поэтому осу­ ществляемые при проектировании шахт предварительные рас­

16

Г л а в а II

ПАPOКОМПРЕССОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ (ПКХУ)

1. Схема и рабочий процесс простейшей ПКХУ

Теоретически наибольшей эффективностью будет обладать холодильная установка, работающая по обратному циклу Карно. Этот цикл может быть осуществлен в ПКХУ, схема которой показана на рис. 2, а. Установка состоит из компрессорного агре­ гата К, конденсатора Кн, детандера (расширительной маши­ ны) Д и испарителя И.

Рабочий процесс парокомпрессорных холодильных установок характерен тем, что вещество, используемое в качестве рабо­ чего тела, в различных стадиях цикла находится либо в жидкой, либо в газообразной (паровой) фазе, либо представляет Собой смесь, состоящую из этих фаз (влажный насыщенный пар). При анализе работы таких установок, цикл наносят на диа­ грамму состояния хладагента и таким образом определяется состояние рабочего тела на любом этапе цикла.

На рис. 3 показана диаграмма состояния вещества в коорди­

область влажного насыщенного пара, представляющего собой смесь кипящей жидкости с сухим насыщенным паром вещества; области G и F — области перегретого пара, однако в области F вещество не может быть переведено в жидкое состояние путем изотермического сжатия и обычно считается газом. Область Е — область сверхкритического состояния вещества. Линия / яв­ ляется нижней (левой) пограничной кривой состояния веще­ ства— ее точки характеризуют состояние кипящей жидкости при различных давлениях; линия II — верхняя (правая) погра­

18

процессы холодильных машин-установок для кондиционирова­ ния воздуха обычно проходят в областях Я, D и G.

Установка (см. рис. 2, а) работает следующим образом^- компрессор, засасывая пары хладагента из испарителя, сжимает

g—1—Ь—е. Тепло, отнимаемое от 1 кг хладагента в конденса­

19