СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГИБКОГО ДЕФОРМИРУЕМОГО ВОЗДУХОПРОВОДА Российский патент 2014 года по МПК E21F1/08 F24F7/07 

Изобретение относится к шахтной и рудничной вентиляции и может быть использовано для повышения достоверности определения параметров проветривания подготовительных выработок угольных шахт и рудников, в частности аэродинамических и механических параметров гибкого деформируемого воздухопровода.

Известен способ определения удельного аэродинамического сопротивления жесткого герметичного воздухопровода (Абрамов ФА Рудничная аэрогазодинамика. - М.: Недра, 1972. - С.90-92). Недостатком известного способа является невозможность определения удельного аэродинамического сопротивления воздухопровода в связи с недостаточным количеством данных аэродинамического режима его работы.

Известен способ определения аэродинамического сопротивления герметичного воздухопровода с помощью дифференциального уравнения движения воздуха по воздухопроводу с переменным диаметром и продувки его вентилятором (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт.- Макеевка-Донбасс, 1989. - С.157-172). Недостатком известного способа является невозможность учета влияния степени деформируемости «тела» воздухопровода при увеличении его диаметра под действием внутреннего давления при движении воздуха в силу малых влияний давления для достоверной оценки деформации в связи с жесткостью воздухопровода.

Техническим результатом применения предлагаемого способа определения параметров гибкого деформируемого воздухопровода является определение диаметра воздухопровода в месте измерения расхода и давления воздуха в воздухопроводе и определение удельного аэродинамического сопротивления и модуля поперечной упругости материала из полученных зависимостей.

Предложен способ определения параметров гибкого деформируемого воздухопровода, включающий установку воздухопровода с утечками воздуха, не превышающими 5%, продувку вентилятором и измерение расхода и давления воздуха.

Отличием способа является то, что дополнительно измеряют диаметры и длину воздухопровода и полученные данные подставляют в зависимости удельного аэродинамического сопротивления r₀ и модуля упругости материала воздухопровода Е:

$$r_0=\left[1+8\left(\frac{d-d_0}{d_0}\right)\right]\frac{p}{Q^{2}L},кг\cdot {с}^2/{м}^9$$

и $$E=\left(\left(1-\nu \right)\frac{d_0^{2}p}{4\delta \left(d-d_0\right)}\right),кг/{м}^2,$$

где d₀ - исходный диаметр воздухопровода, м;

d - диаметр воздухопровода вблизи вентилятора, м;

р и Q - давление и расход воздуха в воздухопроводе, соответственно кг/м² и м³/с;

L - длина воздухопровода, м;

δ - толщина стенок воздухопровода, м;

ν - коэффициент Пуассона для трубного материала.

Другим отличием является то, что при превышении коэффициента утечек (K_ym≥1,05) стыки труб герметизируют до снижения его значения до заданной величины.

Сущность изобретения заключается в том, что воздухопровод с коэффициентом утечек воздуха (K_ym≤1,05) продувают с измерениями его длины L, расхода и давления воздуха (Q, р) в воздухопроводе в 3-5 м от устья выработки, диаметра трубопровода d в месте замера Q, p и используют систему зависимостей для определения параметров r₀ и Е:

$$d=d_0\left(1+\left(1-\nu \right)\frac{d_{0}p}{4E\delta }\right),(1)$$

$$\frac{p}{r_0{Q}^{2}L}=\exp \left(-{\left[\left(1-\nu \right)\frac{d_0{r}_0{Q}^{2}L}{4E\delta }\right]}^{2/3}\right).(2)$$

Подставляя величину $$\frac{\left(1-\nu \right)d_0}{4E\delta }$$ из формулы (1) в формулу (2), получают неявную зависимость уравнения для определения параметра r₀:

$$\frac{p}{r_0{Q}^{2}L}=\exp \left(-{\left[\left(\frac{d-d_0}{d_0}\right)\left(\frac{r_0{Q}^{2}L}{p}\right)\right]}^{2/3}\right).(3)$$

После решения зависимости (3) относительно $$\frac{r_0{Q}^{2}L}{p}$$ с ошибкой не более 3% при

$$\left(\frac{d-d_0}{d_0}\right)\le \mathrm{0,2}$$

получают зависимость:

$$\frac{r_0{Q}^{2}L}{p}=\left[1+8\left(\frac{d-d_0}{d_0}\right)\right],(4)$$

из которой находят r₀ (удельное аэродинамическое сопротивление):

$$r_0=\left[1+8\left(\frac{d-d_0}{d_0}\right)\right]\frac{p}{Q^{2}L}.(5)$$

Модуль поперечной упругости трубной ткани E определяют с использованием формулы (1), учитывая, что коэффициент Пуассона подобных материалов находится в диапазоне (0,2-0,3) и принят средним для трубного материала ν=0,25. Из формулы (1) следует:

$$E=\left(\left(1-\nu \right)\frac{d_0^{2}p}{4\delta \left(d-d_0\right)}\right).(6)$$

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

В выработке с воздухопроводом протяженностью 50-100 м, где утечки воздуха не превышают 5%, замеряют расход и давление воздуха {Q, p) в воздухопроводе в 3-5 м от устья выработки и диаметр воздухопровода d в месте замера расхода и давления. По зависимостям (5) и (6) определяют удельное аэродинамическое сопротивление воздухопровода и поперечный модуль упругости трубной ткани.

Способ позволяет учитывать влияние деформируемости гибких вентиляционных воздухопроводов на его аэродинамику и достоверно ее прогнозировать в ходе проведения подготовительной выработки. Способ может быть использован также при стендовых испытаниях воздухопроводов на выпускающих их предприятиях.

Изобретение относится к шахтной и рудничной вентиляции и может быть использовано для повышения достоверности определения параметров проветривания подготовительных выработок угольных шахт и рудников, в частности аэродинамических и механических параметров гибкого деформируемого воздухопровода. Технический результат направлен на повышение достоверности определения влияния деформируемости гибких вентиляционных воздухопроводов на его аэродинамику, прогнозирование ее в ходе проведения подготовительной выработки. В выработке устанавливают воздухопровод с утечками воздуха, не превышающими 5%. Производят продувку вентилятором и измеряют расход и давление воздуха. Измеряют диаметры и длину воздухопровода. Полученные данные подставляют в зависимости удельного аэродинамического сопротивления и модуля упругости материала воздухопровода. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ определения параметров гибкого деформируемого воздухопровода, включающий установку воздухопровода с утечками воздуха, не превышающими 5%, продувку вентилятором и измерение расхода и давления воздуха, отличающийся тем, что дополнительно измеряют диаметры и длину воздухопровода и полученные данные подставляют в зависимости удельного аэродинамического сопротивления (r₀) и модуля упругости материала воздухопровода (E):
$$r_0=\left[1+8\left(\frac{d-d_0}{d_0}\right)\right]\frac{p}{Q^{2}L},кг\cdot {с}^2/{м}^9$$
и $$E=\left(\left(1-\nu \right)\frac{d_0^{2}p}{4\delta \left(d-d_0\right)}\right),кг/{м}^2,$$
где d₀ - исходный диаметр воздухопровода, м;
d - диаметр воздухопровода вблизи вентилятора, м;
p и Q - давление и расход воздуха в воздухопроводе, соответственно кг/м² и м³/с;
L - длина воздухопровода, м;
δ - толщина стенок воздухопровода, м;
ν - коэффициент Пуассона для трубного материала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при превышении коэффициента утечек (K_ут≥1,05) стыки труб герметизируют до снижения его значения до заданной величины.