10.3.3. Отрицательное регулирование вентиляционными окнами.

Отрицательное регулирование вентиляционными окнами является наиболее распространенным, так как не требует значительных затрат. Вентиляционные окна (рис.10.2) представляют собой отверстия в вентиляционных дверях или перемычках, пропускающих определенное количество воздуха. Целесообразно устраивать окна с изменяющейся площадью отверстия, что делает возможным производить регулирование более гибко.

С аэродинамической точки зрения вентиляционное окно представляет собой диафрагму, которая вызывает резкое сужение воздушного потока (рис.10.2). Сужение это продолжается за пределами окна до сечения , затем поток расширяется. Когда воздушный поток проходит окно происходит сжатие и расширение струи с возникновением обратных токов и завихрений в застойных зонах. Потери давления в потоке при прохождении окна, или депрессия окна, определяется из выражения

h_ок=(10.15)

где - удельный вес воздуха;

g – ускорение свободного падения;

v₁ – средняя скорость движения воздуха в сечении 1-1

v₂ - средняя скорость движения воздуха в сечении 11-11

Рис.10.2 Схема движения воздуха через вентиляционное окно

Из равенства (10.15) определяем приращение скорости движения воздуха в окне

v₂ – v₁ = (10.15)

Среднюю скорость движения воздуха по выработке в сечении 1-1 и в струе в сечении 11-11 можно выразить через количество воздуха Q, поперечное сечение выработки S и поперечное сечение струи S_c в месте максимального сжатия

v₁= (10.16) v₂= (10.17)

Cечение струи в месте максимального сужения 11-11 можно выразить через площадь сечения окна S_ок

S_c= (10.18)

где -коэффициент сужения потока.

Следовательно

v₂= (10.19)

Из равенств (10.17), (10.18) (10.19) определяем приращение скорости в окне

v₂ – v₁ = - (10.20)

Приравнивая правые части равенств (10.15) и (10.20) получим

=- (10.21)

Из равенства (10.21) определяем поперечное сечение окна

S_ок=(10.22)

Экспериментально установлено, что когда отношение S_ок/S≤ 0.5 =0.65. Кроме этого=1.2 кг/м³, а g=9.81 м/с². Постанавливая значения ,, иg в равенство (10.22) получим

S_ок=(10.23)

Потеря напора в окне может быть выражена через расход воздуха и аэродинамическое сопротивление окна, т.е. h_ок= R_окQ², тогда из равенства (10.23) получим

S_ок=(10.24)

Экспериментально установлено, что в том случае, когда S_ок/S> 0.5 ≠0.65 при этом выполняется равенство

(10.25)

где v_ок – средняя скорость движения воздуха в окне

- коэффициент, равный 1.6-1.8.

Из равенства (10.25) получим

v_ок-v₁= (10.26)

Скорость движения воздуха в окне выражаем через расход воздуха и поперечное сечение окна, v_ок=Q/S_ок, тогда с учетом равенств (10.15), (10.16) получим

=- (10.27)

Принимая =1.7,=1.2 кг/м³, g=9.81 м/с² и решая равенство (10.27) относительно S_ок, получим

S_ок=, (10.28)

а, учитывая, что h_ок=R_окQ² из равенства (10.28) получим

S_ок=, (10.29)

Из равенств (10.23),(10.24), (10.28) и (10.29) видно, что для расчета поперечного сечения окна необходимо определить потери напора в окне или аэродинамическое сопротивление окна. Эти параметры определяются в зависимости от топологии вентиляционной сети на основании использования первого и второго законов расчета вентиляционных сетей, а также свойств простейших вентиляционных соединений. Рассмотрим примеры регулирования распределения воздуха в вентиляционной сети при помощи отрицательных регуляторов.

Регулирование распределения воздуха в простом параллельном соединении горных выработок.

Необходимо определить поперечное сечение окна для распределения воздуха по крыльям шахтного поля, аэродинамическое сопротивление которых R₁, R₂ (рис.10.3), в количестве q и q. Допустим, что необходимо увеличить подачу воздуха в крыло R₁, установкой вентиляционного окна в ветви R₂. Определим необходимое аэродинамическое сопротивление и поперечное вентиляционного окна. На основании свойств параллельного соединения горных выработок для схемы представленной на рис.10.3 можно записать следующее равенство

Рис.10.3 Схема к расчету аэродинамического сопротивления окна для регулирования распределения воздуха в простом параллельном соединении горных выработок.

R₁ (q)²=(R₂+R_ок) (q)² (10.30)

где R_ок – аэродинамическое сопротивление окна.

Из равенства (10.30) определяем сопротивление окна

R_ок=R₁-R₂ (10.31)

Отношение q/q=m назовем коэффициентом регулирования, тогда

R_ок=R₁ m² - R₂ (10.32)

Регулирование распределения воздуха в простом диагональном соединении горных выработок

Заданы сопротивления ветвей простого диагонального соединения R₁, R₂, R₃.,

R₄, R₅, а также общее количество воздуха проходящего через это соединение Q (рис.10.4). При помощи вентиляционных окон распределить воздух таким образом, что бы расходы воздуха в ветвях были q₁, q₂,q₃, q₄, q₅, а воздух в диагонали двигался от узла 2 к узлу 3.

Требуемое распределение воздуха отличается от естественного, следовательно, для контуров 1-2-3-1 и 2-4-3-2 не будет выполняться второй закон сетей т.е.

h_1-2 +h_2-3 – h_1-3 ≠0=Δh_1-2-3-1 (10.33)

h_2-4 - h_3-4 – h_2-3 ≠0=Δh_2-4-3-2 (10.34)

Для того, что бы распределить воздух требуемым образом, необходимо в каждом контуре установить отрицательный регулятор, депрессия которого должна быть равна невязке депрессии по контуру, т.е.Δh_1-2-3-1 =h_ок и Δh_2-4-3-2=h_ок.

Если h_1-2 +h_2-3 >h_1-3 вентиляционное окно необходимо установить в ветви R₂, а если h_1-2 +h_2-3 <h_1-3 , вентиляционное окно необходимо установить в ветви R₁. Заметим, что нельзя устанавливать регулятор в ветви R₅, в связи с тем , что это приведет к перераспределению расхода воздуха сразу в обоих контурах. Аналогично для контура 2-4-3-2 . Если h_2-4 >h_3-4 +h_2-3 вентиляционное окно необходимо установить в ветви R₄, а если h_2-4 <h_3-4 +h_2-3 , вентиляционное окно необходимо установить в ветви R₃.

Методика регулирования распределения воздуха в сложной вентиляционной сети отрицательными регуляторами аналогична рассмотренной выше.