СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГИБКОГО ДЕФОРМИРУЕМОГО ВОЗДУХОВОДА Российский патент 2016 года по МПК F24F13/00 

Изобретение относится к шахтной и рудничной вентиляции и может быть использовано для повышения достоверности расчетных параметров и качества проветривания подготовительных выработок угольных шахт и рудников.

Известен способ определения удельного аэродинамического сопротивления жесткого герметичного воздуховода r₀, кгс²/м⁹ (Абрамов Ф.А. Рудничная аэрогазодинамика [Текст] / Ф.А. Абрамов. - М.: Недра, 1972. - С. 92) путем его продувки вентилятором с установленными параметрами давления и расхода воздуха и последующего определения параметра r₀ по формуле:

где Q - расход воздуха в воздуховоде, м/с;

L - длина воздуховода, м;

p - давление, развиваемое нагнетателем (вентилятором), кг/м².

Недостатком способа является невозможность учета влияния степени деформации «тела» воздуховода под действием внутреннего давления при движении воздуха на изменение аэродинамического сопротивления.

Известен способ определения диаметра d гибкой герметичной деформируемой «запертой» трубы (Справочник по сопротивлению материалов [Текст] / Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев. - Киев: Наук. Думка, 1988. - С. 434), находящейся под постоянным внутренним давлением p без движения воздуха, который рассчитывается по формуле:

где d₀ - начальный диаметр воздуховода, м;

v - коэффициент Пуассона;

R - модуль упругости материала воздуховода, кг/м²;

δ - толщина стенок, м.

Способ исключает возможность определения аэродинамического сопротивления воздуховода r₀ ввиду отсутствия аэродинамического режима работы.

Переход на аэродинамический режим с незначительными (менее 10%) утечками воздуха можно осуществить решением дифференциального уравнения движения воздуха по воздуховоду с переменными диаметром (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт [Текст] / Макеевка. - Донбасс, 1989. - С. 164):

где x - расстояние от конца воздуховода, м.

В безразмерном виде решением будет:

где и зависит от одного безразмерного параметра который с расхождением не более 2% аппроксимируется функцией $$y=e^{-\alpha 0^{\mathrm{,7}}}$$ при α<0,2.

Способ не позволяет определить влияние деформации гибких вентиляционных воздуховодов на аэродинамику при увеличении их диаметра.

Задачей изобретения является разработка способа учета влияния деформируемости гибкого воздуховода при увеличении его диаметра на изменение аэродинамического сопротивления и определение модуля упругости материала гибкого воздуховода.

Решение поставленной задачи достигается тем, что используется способ определения аэродинамических и механических параметров гибкого деформируемого воздуховода, включающий продувку его вентилятором, при этом аэродинамические и механические параметры выявляются поэтапно. На первом этапе продувку воздуховода проводят в двух различных режимах работы вентилятора таких, что расход воздуха второго режима больше расхода первого, при этом расходы воздуха в каждом из режимов определяют как среднее или среднегеометрическое значение расходов на входе и выходе воздуховода; на втором этапе производят расчет отношения (Z) удельного аэродинамического сопротивления воздуховода (r₀) к модулю поперечной упругости материала воздуховода (E) по формуле:

где δ - толщина стенок воздуховода, м;

d₀ - исходный диаметр воздуховода, м;

L - длина воздуховода, м;

Q₁, Q₂ - расходы воздуха в воздуховоде при первом и втором режимах работы вентилятора соответственно, м³/с;

p₁, p₂ - давления воздуха при первом и втором режимах работы вентилятора соответственно, кг/м²;

удельное аэродинамическое сопротивление воздуховода рассчитывают по формуле:

модуль поперечной упругости материала воздуховода определяют по формуле:

Способ реализуют следующим образом.

В выработке или помещении с воздуховодом протяженностью 50-100 м воздуховод продувают вентилятором, замеряют расход воздуха по периметру на расстоянии 10-15 м от конца воздуховода (Q_з) и в 5-10 м от устья выработки или выхода помещения, где проложен воздуховод, (Q_исх), и принимают расход воздуха в воздуховоде Замеряют статическое давление воздуха в воздуховоде p₁. Затем меняют режим продувки изменением угла разворота направляющих лопаток вентилятора или включением в сеть резервного вентилятора, проводят замеры Q_з, Q_исх,, p₂ и вычисляют Вторым режимом проветривания считается тот, у которого Q₂>Q₁. После получения параметров по расходу и давлению при двух режимах продувки последовательно определяют отношение Ζ удельного аэродинамического сопротивления воздуховода к модулю поперечной упругости материала воздуховода по формуле (1), затем удельное аэродинамическое сопротивление труб r₀ и модуль упругости E материала воздуховода по формулам (2) и (3) соответственно.

Способ позволяет учитывать влияние деформации гибких вентиляционных воздуховодов на его аэродинамику и достоверно ее прогнозировать.

Способ может использоваться при стендовых испытаниях воздуховодов на предприятиях.

Изобретение относится к шахтной и рудничной вентиляции и может быть использовано для повышения достоверности определения параметров проветривания подготовительных выработок угольных шахт и рудников. Способ определения аэродинамических и механических параметров гибкого деформируемого воздуховода включает продувку вентилятором. Аэродинамические и механические параметры выявляются поэтапно: на первом этапе продувку воздуховода проводят в двух различных режимах работы вентилятора таких, что расход воздуха второго режима больше расхода первого, при этом расходы воздуха в каждом из режимов определяют как среднее или среднегеометрическое значение расходов на входе и выходе воздуховода. На втором этапе производят расчет отношения (Z) удельного аэродинамического сопротивления воздуховода (r₀) к модулю поперечной упругости материала воздуховода (E) по формуле:

где δ - толщина стенок воздуховода (м); d₀ - исходный диаметр воздуховода (м); L - длина воздуховода (м); Q₁, Q₂ - расходы воздуха в воздуховоде при первом и втором режимах работы вентилятора соответственно (м³/с); p₁, p₂ - давления воздуха при первом и втором режимах работы вентилятора соответственно (кг/м²); удельное аэродинамическое сопротивление воздуховода рассчитывают по формуле:

а модуль поперечной упругости материала воздуховода определяют по формуле:

Способ определения аэродинамических и механических параметров гибкого деформируемого воздуховода, включающий продувку его вентилятором, отличающийся тем, что аэродинамические и механические параметры выявляются поэтапно, при этом на первом этапе продувку воздуховода проводят в двух различных режимах работы вентилятора таких, что расход воздуха второго режима больше расхода первого, при этом расходы воздуха в каждом из режимов определяют как среднее или среднегеометрическое значение расходов на входе и выходе воздуховода; на втором этапе производят расчет отношения (Z) удельного аэродинамического сопротивления воздуховода (r₀) к модулю поперечной упругости материала воздуховода (E) по формуле:

где δ - толщина стенок воздуховода, м;
d₀ - исходный диаметр воздуховода, м;
L - длина воздуховода, м;
Q₁, Q₂ - расходы воздуха в воздуховоде при первом и втором режимах работы вентилятора соответственно, м³/с;
p₁, p₂ - давления воздуха при первом и втором режимах работы вентилятора соответственно, кг/м²;
удельное аэродинамическое сопротивление воздуховода рассчитывают по формуле:

модуль поперечной упругости материала воздуховода определяют по формуле:
$$E=\frac{r_0}{Z},(кг/{м}^2)$$ .