8.3.3 Отрицательное регулирование вентиляционными окнами

Отрицательное регулирование вентиляционными окнами является наиболее распространенным, так как не требует значительных затрат. Вентиляционные окна (рис.8.2) 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.8.2). Сужение это продолжается за пределами окна до сечения II-II, 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=(8.13)

где – удельный вес воздуха;

g– ускорение свободного падения;

v₁– средняя скорость движения воздуха в сеченииI-I;

v₂– средняя скорость движения воздуха в сеченииII-II.

Из равенства (8.13) определяем приращение скорости движения воздуха в окне

v₂–v₁=(8.14)

Среднюю скорость движения воздуха по выработке в сечении I-Iи в струе в сеченииII-IIможно выразить через количество воздухаQ, поперечное сечение выработкиSи поперечное сечение струиS_cв месте максимального сжатия

v₁=(8.15)

v₂=(8.16)

Cечение струи в месте максимального сужения II-II можно выразить через площадь сечения окнаS_ок

S_c=(8.17)

где - коэффициент сужения потока.

Следовательно:

v₂=(8.18)

Из равенств (8.15), (8.16) определяем приращение скорости в окне

v₂–v₁=-(8.19)

Приравнивая правые части равенств (8.14) и (8.19) получим

=-(8.20)

Из равенства (8.21) определяем поперечное сечение окна

S_ок=(8.21)

Экспериментально установлено, что когда отношение S_ок/S≤0.5=0.65. Кроме этого=1.2 кг/м³, аg=9.81 м/с². Постанавливая значения,, иgв равенство (8.21) получим

S_ок=(8.22)

Потеря напора в окне может быть выражена через расход воздуха и аэродинамическое сопротивление окна, т.е. h_ок=R_окQ², тогда из равенства (8.22) получим

S_ок=(8.23)

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

(8.24)

где v_ок- средняя скорость движения воздуха в окне

- коэффициент, равный 1.6-1.8.

Из равенства (8.24) получим

v_ок-v₁=(8.25)

Скорость движения воздуха в окне выражаем через расход воздуха и поперечное сечение окна, v_ок=Q/S_ок, тогда с учетом равенств (8.14), (8.15) поучим

=-(8.26)

Принимая =1.7,=1.2 кг/м³,g=9.81 м/с²и решая равенство (8.26) относительноS_ок, получим

S_ок=(8.27)

а учитывая, что h_ок=R_окQ²из равенства (8.27) получим

S_ок=(8.28)

Из равенств (8.21),(8.22), (8.26) и (8.27) 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.8.3), в количествеqи q. Допустим, что необходимо увеличить подачу воздуха в крылоR₁, установкой вентиляционного окна в ветвиR₂. Определим необходимое аэродинамическое сопротивление и поперечное вентиляционного окна. На основании свойств параллельного соединения горных выработок для схемы представленной на (рис.8.3) можно записать следующее равенство

Рис.8.3 - Схема к расчету аэродинамического сопротивления окна для регулирования распределения воздуха в простом параллельном соединении горных выработок.

R₁(q)²=(R₂+R_ок) (q)² (8.29)

где R_ок– аэродинамическое сопротивление окна.

Из равенства (7.28) определяем сопротивление окна

R_ок=R₁-R₂ (8.30)

Отношение q/q=mназовем коэффициентом регулирования, тогда

R_ок=R₁ m²-R₂ (8.31)

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 соединениеQ(рис.8.4). При помощи вентиляционных окон распределить воздух таким образом, что бы расходы воздуха в ветвях былиq₁,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 (8.32)

h_2-4-h_3-4–h_2-3≠0=Δh_2-4-3-2 (8.33)

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_окиΔh_2-4-3-2=h_ок.

Если h_1-2+h_2-3>h_1-3вентиляционное окно необходимо установить в ветвиR₂, а еслиh_1-2+h_2-3<h_1-3, вентиляционное окно необходимо установить в ветвиR₁. Заметим, что нельзя устанавливать регулятор в ветвиR₅, в связи с тем , что это приведет к перераспределению расхода воздуха сразу в обоих контурах. Аналогично для контура 2-4-3-2 . Еслиh_2-4>h_3-4+h_2-3вентиляционное окно необходимо установить в ветвиR₄, а еслиh_2-4<h_3-4+h_2-3, вентиляционное окно необходимо установить в ветвиR₃. Методика регулирования распределения воздуха в сложной вентиляционной сети отрицательными регуляторами аналогична рассмотренной выше.