книги из ГПНТБ / Куликов В.П. Проветривание угольных разрезов

Рис. 52. Скорость струи на срезе сопла двигате­ ля РД-ЗМ-500, содержа­ ние окиси углерода и уг­ лекислого газа при раз­ личной скорости враще­

ния турбины

находиться в струе турбореактивного двигателя, так как в ней содержание вредных примесей всегда боль­ ше, чем в прилегающем воздухе. Формула для рас­ чета концентрации вредных примесей в струе приво­ дится ниже.

Параметры струи на расстоянии L от среза сопла

[1]. Выполненное В. Н. Талиевым и А. М. Терпиняном [85] сравнение результатов экспериментальных исследований осевой скорости свободных струй с рас­ четами по формулам Г. Н. Абрамовича [1, 2], Е. И. Полякова и И. А. Шепелева [103] показало, что лучше других соответствуют опытным данным расчеты по старой формуле [1], для которой наиболь­ шее отклонение от опыта + 6 и —2%, тогда как для новой формулы [2] соответственно +5,5 и —5,9%. Опыты НИИОГРа на полигоне и на Коркинском раз­ резе подтверждают целесообразность применения дан­ ного метода расчета. При расчете нагретой струи в уравнения вводится поправка на плотность воздуха.

На расстоянии L средняя по площади поперечного сечения скорость струи

0,095+ d0

vCD= ------------------

р aL + 0,145 +

струи, по результатам выполненных на Коркинском

сечении, м3/с; ^о=1/о50; 50=0,57 м2; У0 принимается

Уо

В этом уравнении изменение температуры окружающеи среды по высоте подсчитывается по формуле

ент изменения температуры окружающей атмосферы по высоте, °С/100 м; Я—высота рассматриваемого се­ чения над уровнем размещения вентиляторной уста­ новки, м; при расчете струи на ее нисходящем участ­ ке Я-принимается со знаком минус; Уср—находится из уравнения (26).

где Сок — средняя концентрация примесей в окружающей атмосфере, % или мг/м3; Со— концентрация при­ месей в начальном сечении струи, % или мг/м3.

142

По результатам исследований установлено, что тра­ ектория движения струи параболическая, восходящая. При наклоне движителя воздуха вниз она имеет ни­ сходящий и восходящий участки.

С увеличением расстояния от установки в резуль­ тате эжекции происходит увеличение производитель­ ности струи. На расстоянии 300—400 м ее производи­ тельность составляет 58—76 млн. м3/ч.

Полученные данные позволяют более обоснован­ но выбирать необходимые параметры струи в на­ чальном сечении и производить расчет их для различ­ ных расстояний от среза сопла.

Задаваясь величиной средней скорости по пло­ щади, можно определить дальнобойность струи при

где v' — средняя скорость по площади в данном се­ чении.

В зависимости от условий применения агрегата реактивный двигатель может работать на различных режимах. Кроме основного назначения, установка мо­ жет использоваться для очистки ж.-д. путей от снега, но при этом следует работать с меньшей скоростью вращения. Приведенные выше данные, в том числе на рис. 51 и 52, являются исходными при расчетах. Задаваясь необходимым динамическим напором и дальнобойностью струи для очистки путей от снега и льда (обычно не более 50—60 м), можно определить по данным формулам все другие параметры рацио­ нальной работы вентиляторной установки.

Аналогично ведутся расчеты при проветривании установками с другими турбореактивными и турбо­ винтовыми авиадвигателями.

Вентиляторная установка УПК-4 создает слабо­ нагретую струю (температура на срезе конфузора на 2,12°С выше окружающей среды). .При исследовании эффективности проветривания были замерены ско­ рости. струи на различных расстояниях от среза кон­ фузора, а также отобраны пробы воздуха в тех же точках. Во всех случаях в пунктах отбора проб при работе установки наблюдалось снижение содержания

143

Рис. 53. Поперечный профиль струп установки УПК.-4 в

195 м от среза конфузора:

1—расчетный профиль; 2 и 3 —по результатам замеров

СО. На рис. 53 показан поперечный профиль струи в 195 м от среза конфузора. Из графика видно, что струя имеет более широкий профиль по сравнению с теоретическим, что объясняется ее взаимодействием с бортом разреза.

По результатам испытаний установлено, что ско­ рости воздушных потоков на расстоянии до 200 м от среза конфузора вполне достаточны для выноса лю­ бых вредных примесей (газа, взвешенной пыли), а содержание СО в атмосфере застойных зон объемом до 10—15 млн. м3 при работе установки снижается.

Было определено значение коэффициента эффек­ тивности проветривания застойной зоны в западной части разреза.

При испытаниях установка находилась на глубине 260 м от поверхности в тупике забоя экскаватора ЭВГ-6 № 1. Атмосферные условия: скорость ветра на

При эксперименте была задымлена западная глу­ бокая часть разреза. Границы распространения дыма в горизонтальной плоскости УПК-4 и расположение вентиляторной установки показаны на рис. 54, в вер­ тикальной 100 м, считая от площадки метеорологиче­ ской станции.

Время проветривания составило 5 мин. При наб­ людении с северного борта от места стоянки венти­ ляторной установки следов дыма в разрезе не было видно. Объем проветренной зоны 4 млн. м3.

Средняя эффективная производительность струи

144

Рис. 54. Расположение вентиляторной установки УПК-4 при ис­ пытаниях 7—8 апреля 1968 г.:

Дальнобойность струи была ограничена противо­ положным южным бортом разреза и составила 200 м. Производительность струи установки УПК-4 на рас­ стоянии L определяется по формуле (27), в которой

qQ= 96 м3/с; d0= 1,5 м; h = 200 м; а = 0,0715;

Q = 4,36 • 96 ^0'07‘55 200 _+ 0,145^ = 4070 м3/с.

Производительность струи увеличивается за счет

естественного выноса. Найдем величину коэффициен­ та увеличения эффективности струи за счет естест­ венного выноса

Таким образом, можно считать, что в первом при­ ближении вынос вредных примесей затопленной стру­ ей вентиляторной установки УПК-4 при проветрива­ нии западной зоны в Коркинском разрезе при гра­ диенте у= 0,3°С/100 м и более в результате естествен­ ной диффузии увеличивается в 3,3 раза.

Было изучено распространение воздушной струи в разрезе при инверсионном состоянии атмосферы. При температурном градиенте —0,5°С/100 м в разрезе и на поверхности штиль, среднее содержание СО на глуби­ не 300 м равно 0,0002%.

Производилось задымление струи четырьмя шаш­ ками нейтрального дыма, подвешенными на срезе конфузора в специальных хомутах. Время горения шашек 15 мин, масса одной шашки 42 кг.

Дым от шашек воздушной струей был направлен в глубокую часть разреза; после ее заполнения до уровня стоянки установки дым стал подниматься по противоположному борту выше горизонта расположе­ ния вентилятора и распространился к востоку при­ мерно до половины разреза, видимость уменьшилась до 5 м. Объем задымленной зоны составил 5,27 млн. м3. За 25 мин работы вентилятора дым был полностью вынесен из задымленной зоны разреза. Концентрация СО снизилась в 2 раза.

В данном случае средняя эффективная производи­ тельность струи установки УПК-4

Величина коэффициента эффективности струи по выносу вредных примесей

3500

= 0, 86.

4070

Таким образом, эффективность выноса вредных примесей струей вентиляторной установки УПК-4 в

146

Период инверсий с температурным градиентом у =

——0,5° С/100 м меньше единицы и составляет 0,86. Важной задачей является определение уменьшения

скорости, производительности и дальнобойности струи, создаваемой установкой, в условиях устойчивой атмо­ сферы при подаче струи под некоторым углом к го­ ризонту

ветственно фактически наблюдаемая в разрезе вели­ чина скорости, дебита воздушной струи и ее дально­ бойность; ир, Qp и Lp — те же величины, найденные расчетным путем по приведенным выше формулам.

Полученное по результатам натурных исследова­ ний в разрезе выражение для /гу при угле наклона

где у — вертикальный температурный градиент атмо­ сферы, в которой распространяется затопленная струя, изменяется от 1 до —1,5°С/100 м.

Для ориентировочных расчетов пределы примени­ мости формулы (35) могут быть расширены до у = —3,5°С/100 м.

При расчете параметров струи, создаваемой уста­ новкой УПК-4, для условий распространения в атмо* сфере без ее ограничения бортами, коэффициент ky необходимо вводить в формулы (26), (27) и (32). При малом нагреве струи в установке УПК-4 попра­ вочный коэффициент, учитывающий температуру и

Анализ результатов исследований И расчетов с ис­ пользованием формулы (35), полученной по натурным экспериментам, показывает, что при подаче горизон­ тальной струи в условиях как равновесной, так и устойчивой атмосферы (при температуре ниже 15— 20° С) наблюдается незначительное (на 5—6%) сни­

жение параметров струи по сравнению с расчетом по формулам Г. Н. Абрамовича. Вместе с тем при у = —1,5°С/100 м и а = 20° получим значительное сни­ жение параметров струи (на 40—42%).'

Передвижная вентиляторная установка ПВУ-6 соз­ дает слабонагретую струю с разностью температуры по отношению к окружающей среде 1,96° С. Расчет струи следует производить по приведенным формулам. Значения исходных параметров: Qo=200 м3/с; v0= = 110 м/с; <2=0,084; эквивалентный диаметр струи в начальном сечении с/о=1,52 м.

Ухудшение параметров затопленной струи при ее подаче под углом 20° в период температурной инвер­ сии с градиентом до —1,5°С/100 м может учитываться коэффициентом ky, определяемым в первом приближе­ нии по формуле (35).

Дальнобойность струи установки ПВУ-6 и ее про­ изводительность в зависимости от стратификации ат­ мосферы и угла наклона струи а ориентировочно мо­ гут приниматься по данным рис. 39.

§ 9. Выбор рационального расстояния от установок УПК-4 и УПК-РД до проветриваемого

объекта

Установка УПК-4. Определение расстояния, на котором должна располагаться вентиляторная уста­ новка УПК-4 при проветривании отдельного объекта,

148

Если невозможно расположить вентиляторную установку УПК-4 на расстоянии, обеспечивающем ско­ рость по оси струи у проветриваемого объекта, рав­ ную 1,3 м/с, снижение ее достигается уменьшением угла наклона вентилятора с таким расчетом, чтобы на проветриваемый объект была направлена струя, имеющая необходимую скорость.

Отношения скорости по оси струи в данном сече­ нии к скорости на различном расстоянии от оси струи:

Схема расчета величины уменьшения угла наклона вентилятора следующая. Направляют ось струи вен­ тилятора установки УПК-4 на проветриваемый уча­ сток и определяют расстояние до проветриваемого объекта, например L=100 м; определяют угол накло­ на вентилятора. Допустим, си = 20°; по табл. 31 нахо­ дят, что скорость струи по ее оси на расстоянии 100 м от конфузора равна 5,0 м/с. При такой скорости будет происходить взметывание пыли и, следователь­ но, ее надо уменьшить путем изменения угла наклона вентилятора; определяют отношение vx/vT. В нашем случае wT= 5,0 м/с; ух= 1,3 м/с, тогда

-i$L. = - Ы - = 0,26. Vy 5»0

чтобы ось струи находилась выше проветриваемого объекта на у — 0,7 R.

По табл. 31 находят, что на расстоянии L=100 м

149

Рис. 55. Схема распространения нагретой струи в раз­ резе:

/ — установка УПК-РД: 2 — границы нагретой струн

новки УПК-4 для проветривания данного объекта а = 0^ — а 2 = 20 — 10 ="10°.

Установка УПК-РД располагается в разрезе на такой высоте над дном разреза, чтобы струя его не касалась (так же как и бортов). Нижняя граница струи должна проходить на малом расстоянии от дна, так как вынос вредных примесей из наиболее глубо­ кой части разреза будет затруднен. Как показали натурные опыты, нижняя граница струи должна рас­ полагаться от проветриваемого участка на высоте ие более 30 м. Максимальный угол наклона двигателя РД-ЗМ-500 по условиям его длительной работы не должен превышать 20°. Такая величина угла наклона диктуется возможностью свободного распространения струи без взаимодействия ее с верхней бровкой ни­ жележащего уступа. Схема распространения нагретой струи в разрезе изображена на рис. 55.

Определим расстояние от вентиляторной установки до дна разреза (см. рис. 55)

hp= -f- 1ц -[- h3, (36)

где hi — расстояние по вертикали от уровня стоянки установки до точки перегиба оси струи, м; li2— ра­ диус струи в рассматриваемом поперечном сечении, м; йз=30 м — максимально допустимое по условиям выноса вредных примесей расстояние от дна разреза до нижней границы струи.

Теоретический вывод уравнения оси нагретой

150