СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕРАВНОМЕРНОЙ МОЩНОСТИ, ПРОИЗВОДИМОЙ ОТНОШЕНИЕМ СИЛЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕЛА К УДЕЛЬНОМУ РАСХОДУ ТЕКУЩЕЙ СРЕДЫ Российский патент 2016 года по МПК E21F1/02 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении неравномерной мощности перемещения тела.

Известен способ определения мощности (БСЭ, том. 17, Большая советская энциклопедия. - М.: 1974, с. 214), при котором измеряют работу, измеряют время, в течение которого она произведена, определяют вид изменения работы: и при равномерной работе определяют равномерную мощность как отношение работы, произведенной за промежуток времени по математической формуле, или при неравномерной работе измеряют элементарную работу, затем принимают элементарное время, обычно 1 сек, и определяют неравномерную мощность, так же как отношение элементарной работы к элементарному времени по математической формуле.

Недостатком данного способа является то, что при равномерной и неравномерной работе не учитывается зависимость изменения мощности от времени ее совершения; начальная величина мощности; взаимосвязь между силой и скоростью движения среды; режимы и варианты их изменений.

Известен также способ определения механической мощности (Измерения в промышленности. Справочник в 3-х кн. Под ред. проф. П. Профоса. - М.: Металлургия, 1990, с. 127-129), при котором измеряют постоянную силу перемещения тела в направлении ее действия, измеряют длину пути перемещения тела и определяют равномерную работу как произведение силы на путь, после этого измеряют время, в течение которого работа совершена, и определяют равномерную мощность, как отношение равномерной работы к интервалу времени ее совершения по математической формуле (данный способ принят за прототип).

Недостатками известного способа является то, что не учитывается зависимость мощности от скорости; взаимосвязь между переменной силой перемещения тела и переменной скоростью движения воздушной среды; режимы их изменения; начальная величина мощности; варианты изменения механической неравномерной мощности во времени и в пространстве пути перемещения тела.

Известен также способ определения первого признака составляющего мощность - силы (Способ определения аэродинамической силы движения тела переменной массы в текущей среде, А.В. Колмаков, A.В. Колмаков, В.А. Колмаков. Патент RU №2418953 C1, приоритет 22.12.2009), при котором путем замера массового расхода тела переменной массы, удельной плотности объемного расхода среды и определения режимов их изменения определяют аэродинамическую силу движения тела переменной массы в текущей среде, и варианты изменения силы (данный способ принят за аналог).

Известен также способ определения первого признака составляющего мощность - работы (Способ определения динамической работы перемещения тела переменной силой в текущей среде. А.В. Колмаков, B.А. Колмаков. Патент RU №2486342 С2, опубл. 27.05.2013), при котором измеряют переменный импульс силы, удельную плотность объемного расхода среды, определяют режимы их изменения и определяют переменную динамическую работу перемещения тела переменным импульсом силы в текущей среде (данный способ принят за аналог).

Существенное отличие заявленного способа определения механической неравномерной мощности от известных способов состоит в том, что он позволяет исключить необходимость непосредственного замера времени движения тела при определении мощности, заменив его измерением отношения длины пути перемещения тела к скорости движения среды.

Задачей изобретения является повышение безопасности, комфортности условий труда и улучшение технико-экономических показателей работы шахт.

Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении точности определения величины неравномерной мощности, производимой отношением силы к удельной плотности объемного расхода текущей среды, а с учетом мощности в повышении достоверной подачи воздуха, предотвращении загазирований атмосферы, эндогенных пожаров, взрывов газов и гибели людей в шахтах и получить экономический результат.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения механической неравномерной мощности, производимой отношением силы к удельной плотности объемного расхода текущей среды, включает выбор горного массива, находящуюся в нем выработку, измерение входного и выходного сечения выработки, подачу устройством изменения расхода воздуха в выработку требуемого расхода воздушной среды, установку тела устройством изменения массы тела во входное сечение выработки, измерение заданной массы тела, предоставление телу возможности движения вдоль выработки, измерение длины выработки, измерение времени движения тела от входного до выходного сечения выработки, измерение заданной скорости движения тела в выходном сечении выработки, определение заданной силы движения тела в среде, отличающийся тем, что дополнительно определяют возможные предельные отклонения от заданного значения силы движения тела и скорости движения воздуха относительно тела в выходном сечении выработки. Затем устанавливают устройством изменения силы минимальное ее значение при дальнейшем увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значении силы при дальнейшем ее снижении до минимального значения. Одновременно устанавливают устройством изменения скорости минимальное значение скорости движения воздуха относительно тела при дальнейшем ее увеличении до максимального значения или максимальное значение при дальнейшем ее снижении до минимального значения. После этого измеряют силу и скорость движения воздуха от одного до другого предельных значений при каждом замере. После этого измеряют миделево сечение и определяют удельную плотность объемного расхода текущей среды, соответствующую скорости движения воздуха относительно тела. Вслед за этим определяют показатель режима изменения силы движения тела и начальную величину удельной плотности объемного расхода среды, затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды и начальную величину силы. Затем определяют начальную величину мощности и определяют при каждом замере механическую неравномерную мощность, производимую отношением силы к удельной плотности объемного расхода среды при разных режимах их изменения по основной математической формуле:

$$P_1=P_o\frac{F^n}{r^m},$$

где P - механическая неравномерная мощность; P_o - начальная мощность, определяется по формуле:

$$P_o=\frac{F_o}{r_o},$$

где F_o - начальная аэродинамическая сила; r_o - начальная удельная плотность объемного расхода среды; Fⁿ - аэродинамическая сила движения тела при каждом замере; r - удельная плотность объемного расхода среды, определяется по формуле:

$$r=\frac{S_{м}}{Q}$$

Q - объемный расход движения среды, определяется по формуле:

Q=ν·S_м

где ν - скорость движения среды; S_м - миделево сечение тела; n - показатель режима изменения силы при переменной удельной плотности объемного расхода среды, определяется по формуле:

$$n=\frac{\Delta \ell nr}{\Delta \ell nF}$$

m - показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды при переменной силе, определяется по формуле:

$$m=\frac{\Delta \ell nF}{\Delta \ell nr}$$

или удельную плотность объемного расхода среды, устройством ее изменения устанавливают на начальном уровне, а силу устройством ее изменяют, после этого измеряют силу, определяют постоянную начальную удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют механическую переменную мощность, производимую телом в текущей среде при постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды, переменной силе и разных режимах их изменения по основной математической формуле:

$$P_2=\frac{F^{n+1}}{r_o}$$

где n+1, m=0 - показатели режимов изменения переменной силы и постоянной удельной плотности объемного расхода среды, или силу устройством ее изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а удельную плотность объемного расхода среды ее устройством изменяют, после этого определяют удельную плотность объемного расхода среды, определяют постоянную начальную силу, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют механическую неравномерную мощность производимую постоянной начальной силой и переменной удельной плотностью объемного расхода среды по основной математической формуле:

$$P_3=\frac{F_o}{r^{m+1}}$$ ,

где n=0, m+1 - показатели режимов постоянной начальной силы и переменной удельной плотности объемного расхода среды, или силу устройством ее изменения устанавливают в выходном сечении на начальном уровне, устанавливают удельную плотность объемного расхода среды ее устройством также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют силу, удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов и определяют механическую мощность, производимую телом в состоянии покоя или равномерного движения в среде при начальной силе, удельной плотности объемного расхода среды и одинаковых режимах их изменения, по основной математической формуле:

$$P_4=\frac{F_o}{r_o}$$ ,

где n=0, m=0 - показатели режимов изменения силы и удельной плотности объемного расхода среды, или устанавливают устройством изменения силы предельное ее значение, устанавливают устройством изменения удельной плотности объемного расхода среды соответствующее предельное ее значение, затем измеряют от начального до конечного значения оба признака и определяют производимую величину мощности, после этого определяют зависимость силы и удельной плотности объемного расхода среды от мощности при каждом замере, определяют общую точку равенства их величин и определяют оптимальную мощность при равенстве силы и удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле:

$$P_5=\frac{{\overline{F}}^n}{{\overline{r}}^m}$$ ,

где n, m - показатели режимов изменения силы и удельной плотности объемного расхода среды при одинаковых величинах признаков, или определяют зависимость силы от времени движения тела при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от времени, затем определяют общий показатель режима их совместного изменения от времени, определяют соответствующую признакам постоянную начальную мощность на протяжении всего периода времени и определяют механическую мощность при зависимости мощности от времени по основной математической формуле:

$$P_6=\frac{P_o-t}{t^{m+1}}$$

где m+1 - показатель режима изменения мощности от времени, при переменной силе и удельной плотности объемного расхода среды; P_o-t - начальная мощность, или определяют зависимость силы от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют показатель режима изменения пути перемещения тела, определяют соответствующую ему постоянную величину мощности и после этого определяют мощность при условии зависимости переменной силы и переменой удельной плотности объемного расхода среды от пути по основной математической формуле:

$$P_7=P_{o-\ell }{\ell }^{m-1-2n}$$

где m-1-2n - показатель режима изменения пути перемещения тела от переменной силы и удельной плотности объемного расхода среды; $$P_{o-\ell }$$ - начальная мощность на протяжении пути движения тела, или определяют мощность между точками замера при условии зависимости силы от времени движения тела, определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды также от времени и определяют сумму величин приращений мощности во времени. После этого определяют мощность между точками замера при условии зависимости силы от пути перемещения тела, определяют зависимость плотности объемного расхода среды также от пути перемещения тела и определяют сумму величин приращений мощности от пути перемещения тела. Затем приравнивают полученные суммы и подтверждают закон сохранения мощности во времени и в пространстве по основной математической формуле:

$${\displaystyle \sum \Delta P_t={\displaystyle \sum \Delta P_{\ell }}}$$

где Δ, t - индексы суммы мощности, изменяющейся во времени;

Δ, $$\ell$$ - индексы суммы мощности, изменяющейся в пространстве пути перемещения тела.

Наличие причинно-следственной связи между начальной величиной мощности и техническим результатом подтверждается тем, что общая величина мощности, производимая отношением силы к удельной плотности объемного расхода воздушной среды, определяет требуемый расход воздуха, слагается из начальной величины и ее приращения при движении тела. Неучет этого вносит значительные ошибки в определение количества воздуха и приводит к авариям и дискомфортным условиям труда. Знание начальной величины мощности позволяет прогнозировать изменение общей величины мощности и расхода воздуха, что исключает дополнительные затраты в каждом пункте траектории движения тела, экономит средства и обеспечивает достижение технического результата.

Наличие причинно-следственной связи мощности и отношения силы к удельной плотности объемного расхода воздушной среды подтверждается тем, что сила и удельная плотность объемного расхода воздуха воздействуют на тело не одинаково и создают разные величины мощности. В шахте движущиеся тела (клети, скипы, бадьи, вагоны, передвигающиеся под действием разных сил, и др.) имеют разные размеры, величины сил взаимодействия с воздухом, что приводит к изменению его расхода и тяжелым последствиям. В известном способе сила и длина пути перемещения тела не связываются между собой ввиду того, что тела принимаются в виде физической модели - точки, которая размеров не имеет, так же как и линия, вместо площади реального тела в предлагаемом способе.

Наличие причинно-следственной связи между показателями режимов величин силы, удельной плотности объемного расхода воздуха и техническим результатом подтверждается тем, что тела в шахте движутся при разных режимах. В известном способе при определении мощности показатель режима принимается, априори, квадратичный без замера, что не соответствует фактическому состоянию. В предлагаемом способе производится определение показателей режима движения у тела и удельной плотности объемного расхода среды, что обеспечивает получение заявленного технического результата. Физический смысл механической неравномерной мощности состоит в том, что она производится взаимодействующей двух сил: силы движения тела и удельной объемной плотности объемного расхода текущей среды - противодействующей, создающей сопротивление движению тела. В предлагаемой формуле изобретения признак охарактеризован общим понятием, выражающим свойство «неравномерная мощность», охватывающим разные частные формы ее реализации. В формуле изобретения подтверждено, что равномерная мощность является частным случаем неравномерной мощности при постоянном отношении силы движения тела к удельной плотности объемного расхода воздушной среды. При этом в описании приводятся сведения, подтверждающие, что именно отношение взаимосвязанной силы к удельной плотности объемного расхода воздушной среды, содержащиеся в понятии неравномерная мощность, обеспечивают в совокупности с другими признаками получение указного в формуле технического результата. В предлагаемой формуле признак «неравномерная мощность», как общее понятие, выражен в виде альтернативы при соблюдении условий, что при любой допускаемой указанной альтернативой силы и удельной плотности объемного расхода среды, в связи с другими признаками, включенными в формулу изобретения, обеспечивает получение одного и того же технического результата. При этом в формуле изобретения характеризуется несколько вариантов определения неравномерной мощности, которые являются функционально самостоятельными.

Изобретение поясняется фиг. 1, где показан разрез выработки сбоку. Позиции на чертеже обозначают: горный массив - 1, выработка - 2, входное сечение - 3, выходное сечение - 4, устройство изменения расхода воздуха - 5, тело - 6, устройство изменения силы - 7, длина выработки - 8, миделево сечение тела - 9.

Предлагаемый способ заключается в том, что для определения неравномерной мощности, производимой силой движения тела и удельной плотностью объемного расхода воздушной среды, выбирают горный массив - 1,находящуюся в нем выработку - 2, измеряют входное сечение - 3, выходное сечение - 4 сечение выработки, устанавливают устройством изменения расхода воздуха - 5 требуемый расход воздушной среды, устанавливают тело - 6 во входное сечение выработки устройством - 7, измеряют заданную массу тела, представляют телу возможность движения вдоль выработки, измеряют длину 8 выработки, измеряют время движения тела от входного до выходного сечения, измеряют заданную скорость движения тела в выходном сечении выработки, определяют заданную силу движения тела в среде, дополнительно определяют возможные предельные отклонения от заданного значения силы движения тела и скорости воздуха относительно тела в выходном сечении выработки. Затем устанавливают устройством изменения силы минимальное ее значение - при дальнейшем увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение силы - при дальнейшем ее снижении до минимального значения. Одновременно устанавливают устройством изменения скорости минимальное значение скорости движения воздуха относительно тела - при дальнейшем ее увеличении до максимального значения или максимальное значение - при дальнейшем ее снижении до минимального значения. После этого измеряют силу и скорость движения воздуха от одного до другого предельных значений при каждом замере. После этого измеряют миделево сечение тела, определяют удельную плотность объемного расхода текущей среды, соответствующую скорости движения воздуха относительно тела. Вслед за этим определяют показатель режима изменения силы движения тела и начальную величину удельной плотности объемного расхода среды. Затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды и начальную величину силы. Затем определяют начальную величину мощности и определяют при каждом замере механическую неравномерную мощность, производимую отношением силы к удельной плотности объемного расхода среды при разных режимах их изменения по основной математической формуле;

или удельную плотность объемного расхода среды устройством ее изменения - 5 устанавливают на начальном уровне, силу ее устройством - 7 изменяют, после этого измеряют силу, определяют постоянную начальную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют механическую мощность по математической формуле;

или силу устройством ее изменения - 7 устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а удельную плотность объемного расхода среды ее устройством - 5 изменяют, после этого определяют удельную плотность объемного расхода среды, определяют постоянную начальную силу, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют механическую мощность по основной математической формуле;

или силу устройством ее изменения - 7 устанавливают в выходном сечении на начальном уровне, устанавливают удельную плотность объемного расхода среды ее устройством - 5 также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют силу, удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов и определяют механическую мощность по основной математической формуле;

или устанавливают устройством изменения силы - 7 предельное ее значение, устанавливают устройством изменения удельной плотности объемного расхода среды - 5 соответствующее предельное ее значение, затем измеряют от начального до конечного значения оба признака и определяют производимую величину мощности. После этого определяют зависимость силы и удельной плотности объемного расхода среды от мощности при каждом замере, определяют общую точку равенства их величин и определяют оптимальную мощность при равенстве силы и удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле;

или определяют зависимость силы от времени движения тела при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от времени, затем определяют общий показатель режима их совместного изменения от времени, определяют соответствующую признакам начальную мощность на протяжении всего периода времени и определяют мощность по основной математической формуле;

или определяют зависимость переменной силы от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют режим изменения пути перемещения тела, определяют соответствующую ему постоянную величину мощности и после этого определяют неравномерную мощность по основной математической формуле, или определяют неравномерную мощность между точками замера при условии зависимости силы от времени движения тела, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды также от времени и определяют сумму величин мощности во времени. После этого определяют мощность между точками замера при условии зависимости силы от пути движения тела, зависимость удельной плотности объемного расхода среды также от пути движения тела и определяют сумму приращений величин мощности от пути движения, затем приравнивают полученные суммы и подтверждают закон сохранения мощности во времени и в пространстве по основной математической формуле.

Замеры параметров в указанных пунктах производят следующими приборами и устройствами: пружинными весами измерялась масса тела; микроманометром ММН-1 с воздухомерной трубкой и анемометрами МС-13, АСО-3 - скорость движения воздуха; микробаронивелиром - барометрическое давление; мерной рулеткой - длина тела, площадь миделева сечения, длина пути перемещения тела; компьютером «note book», секундомером - время движения тела; вентилятором типа ВМП - регулировалась скорость движения воздуха и плотность объемного расхода воздушного потока; термометром - измерялась температура воздуха.

Технический эффект, возникающий от совокупности отличительных признаков предложенного изобретения, сводится к следующему: начальная величина мощности как комплексный и размерный коэффициент пропорциональности между величиной неравномерной мощности и определяющими ее факторами позволяет повысить достоверность общей величины мощности в 1.5 раза и таким путем повысить точность определения воздуха, подаваемого в шахту. Учет нелинейности изменения показателей режима силы и удельной плотности объемного расхода воздуха позволяет повысить точность определения мощности до 3 раз, а удельную плотность объемного расхода воздуха до 2 раз и таким путем повысить достоверность расхода воздуха, а с его учетом повысить производительность труда горняков, снизить травматизм, профессиональные болезни, исключить взрывы газа и получить значительный экономический эффект. В предлагаемом способе имеются параметры, содержащие пределы количественных значений, которые нормируются «Правилами Безопасности» шахт по величине скорости и сечению выработок. Так, согласно ПБ предусмотрено семь типоразмеров сечений выработок, в каждой из которых нормируется своя скорость от 0,25 м/с до 15 м/с и площадь сечения от 1.5 м² до 9 м². Предложенный способ учитывает эту особенность в виде удельной плотности объемного расхода воздушной среды и позволяет использовать ее во всем диапазоне переменных признаков определения мощности. В известном способе используется линейная скорость движения тела, что не позволяет получить требуемый технический результат. Сила движения в шахтах не нормируется, т.к. пока нет инженерных способов ее регламентирования, поэтому нередки случаи самопроизвольного опрокидывания вентиляционной среды, что приводит к авариям.

Примером применения предлагаемого способа служит определение механической неравномерной мощности движения угля переменной силой и переменой удельной плотности объемного расхода текущей воздушной среды в вертикальной горной выработке под действием силы тяжести. Для осуществления способа выбирался горный массив 1 с находящейся в нем выработкой 2, измерялось входное 3 $$\underset{}{S_{вх}}=1{м}^2$$ и выходное 4 $$\underset{}{S{\text{'}}_{вых}}=1{м}^2$$ сечение выработки, подавался устройством изменения расхода воздуха 5 требуемый расход воздуха, устанавливалось тело 6 во входное сечение устройством изменения силы движения тела 7, измерялась заданная масса тела $$m_{з}=0.5кг$$ , предоставлялась телу возможность движения вдоль выработки, измерялась длина 8 $${\ell }_{з}=2.45м$$ выработки, измерялось время $$t_{з}=1.41с$$ движения тела, измерялась заданная скорость движения среды $$V_{з}=3.45\frac{м}{с}$$ в конечном сечении выработки, определялась заданная сила движения тела F_з=1.22H, в конечном сечении дополнительно определялись возможные отклонения от заданного значения силы движения тела и скорости движения воздуха относительно тела в выходном сечении выработки. При наличии отклонений силы и скорости от заданных значений устанавливалось устройством изменения силы минимальное ее значение F_min=0.305H при дальнейшем увеличении до максимального значениям F_max=19.6Н. Одновременно устанавливалась минимальная скорость движения воздуха относительно тела $$V_{\min }=2.44\frac{м}{с}$$ , при дальнейшем ее увеличении до максимального значения $$V_{\max }=6.94\frac{м}{с}$$ . После этого измерялась сила и скорость движения воздуха от одного до другого предельного значения при каждом замере, измерялось время движения тела $$t_{\max }=2c$$ до $$t_{\min }=0.71c$$ . Затем измерялся размер тела и миделево сечение тела от S_min=0.00313 до S_max=0.0124 м² и определялась удельная плотность объемного расхода воздуха от r_max=0.819 м²с/м³ до r_min=0.288 м²с/м³. Вслед за этим определялся показатель режима изменения силы движения тела n=0,25 и начальная величина удельной плотности объемного расхода среды r_o=0.608. Затем определялся показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды и начальная величина силы F=0.1378. После этого определялась начальная величина мощности Р_o=0.226 и определялась при каждом замере механическая неравномерная мощность при условии переменной силы, переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах и вариантах их изменения по основной математической формуле:

от $$P_{1-\min }=0.226\frac{{0.305}^{0.25}}{{0.819}^{3.98}}=0.371Вт$$

до $$P_{1-\max }=0.226\frac{{19.6}^{0.25}}{{0.288}^{3.98}}=68.051Вт$$

или определялась механическая неравномерная мощность при условии постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды, переменной силе и разных режимах их изменения по основной математической формуле:

от $$P_{2-\min }=\frac{{0.305}^{0.25}}{0.608}=0.371Вт$$

до $$P_{2-\max }=\frac{{19.6}^{0.25+1}}{0.608}=67.82Вт$$

или определялась механическая неравномерная мощность при условии постоянной начальной силе и переменной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле:

от $$P_{3-\min }=\frac{0.1378}{{0.819}^{3.98}}=0.371Вт$$

до $$P_{3-\max }=\frac{0.1378}{{0.288}^{3.98+1}}=67.84Вт$$

или определялась механическая неравномерная мощность при условии постоянной начальной силы и постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основной математической формуле:

$$P_4=\frac{0.1378}{0.608}=0.226$$

или определялась механическая неравномерная мощность при условии оптимальных значений силы и удельной плотности объемного расхода среды и разных режимах их изменения по основой математической формуле:

$$P_5=0.226\frac{{0.672}^{0.25}}{{0.672}^{3.98}}=0.99Вт$$

или определялась механическая неравномерная мощность при условии зависимости переменной силы и переменной удельной плотности объемного расхода среды от времени движения тела и разных режимах их изменения по основной математической формуле:

от $$P_{6-\min }=\frac{12.06}{2^{3.98+1}}=0.382Вт$$

до $$P_{6-\max }=\frac{12.06}{{0.71}^{3.98+1}}=66.38Вт$$

или определялась механическая неравномерная мощность при условии зависимости переменной силы и переменной удельной плотности объемного расхода среды от длины пути движения тела при разных режимах их изменения по основной математической формуле:

от P_7-min=1.288·0.61^2.5=0.374 Вт

до P_7-max=1.288·4.9^2.5=68.45Вт

или определялась механическая неравномерная мощность между точками замера при условии зависимости силы от времени движения тела, зависимости удельной плотности объемного расхода, также от времени движения. После этого определялась сумма приращений мощности от времени. Затем определялась механическая неравномерная мощность между точками замера при условии зависимости силы от пути перемещения тела, зависимости удельной плотности объемного расхода среды также от пути перемещения тела. После этого определялась сумма приращений механической мощности от пути. Затем приравнивались полученные суммы величин мощности и подтверждался закон изменения и сохранения в пространстве пути перемещения тела по основной математической формуле:

$${\displaystyle \sum P_t\left[0.372+1.772+9.86+55.55\right]={\displaystyle \sum P_{\ell }\left[0.374+1.786+9.94+56.45\right]}}$$

с полученной точностью расчетов: 100%=101.4%

Заявленный способ позволяет решить поставленную задачу и получить технический результат, заключающийся в повышении точности определения механической неравномерной мощности, производимой отношением переменной силы движения тела к переменной удельной плотностью объемного расхода воздушной среды для создания безопасных, комфортных условий труда и улучшения технико-экономических показателей работы шахт. Изобретение может быть использовано с помощью средств, известных в технике, например устройств изменения скорости движения воздуха - передвижных вентиляторов местного проветривания ВМЦ, ВЦ, стационарных вентиляторов главного проветривания - ВОД, ВЦД и др., устройств изменения силы - электровозов К - 10, АРП, типовых клетей, скипов, бадьей, движущихся потоков угля, породы самотеком или конвейерами, капежа воды, водяных и воздушных завес, добычных комбайнов, транспортных машин и др.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении неравномерной мощности перемещения тела. Согласно способу устанавливают тело во входное сечение выработки, измеряют массу тела, устанавливают в выработке неподвижную воздушную среду, предоставляют телу возможность движения по выработке, измеряют ее длину, измеряют миделево сечение тела, время движения тела, определяют заданную скорость движения среды относительно тела, определяют заданную силу и определяют предельные отклонения от их значений, при наличии отклонений устанавливают в выходном сечении выработки соответствующие их значения, измеряют силу тела и скорость движения среды относительно тела и определяют удельную плотность объемного расхода среды. Затем замеряют в выходном сечении выработки силу и удельную плотность объемного расхода среды при каждом замере. После этого определяют показатели режимов изменения силы, удельной плотности объемного расхода среды, определяют величину начальной мощности и определяют неравномерную мощность движущегося тела в конечном сечении выработки при переменной силе, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах их изменения по приведенным математическим формулам. Технический результат заключается в повышении точности определения неравномерной мощности, производимой отношением силы к удельной плотности объемного расхода текущей среды, и повышении достоверности подаваемого в выработку воздуха. 1 ил.

Способ определения неравномерной мощности, производимой отношением силы перемещения тела к удельному расходу текущей среды, включает: выбор горного массива, находящуюся в нем выработку, измерение входного и выходного сечения выработки, подачу устройством изменения расхода воздуха в выработку требуемого расхода воздушной среды, установку тела устройством изменения массы тела во входное сечение выработки, измерение заданной массы тела, предоставление телу возможности движения вдоль выработки, измерение длины выработки, измерение времени движения тела от входного до выходного сечения выработки, измерение заданной скорости движения тела в выходном сечении выработки, определение заданной силы движения тела в среде, отличающийся тем, что дополнительно определяют возможные предельные отклонения от заданного значения силы движения тела и скорости движения воздуха относительно тела в выходном сечении выработки, затем устанавливают устройством изменения силы минимальное ее значение при дальнейшем увеличении до максимального значения или устанавливают максимальное значение силы при дальнейшем ее снижении до минимального значения, одновременно устанавливают устройством изменения скорости воздуха относительно тела при дальнейшем ее увеличении до максимального значения или максимальное значение при дальнейшем ее снижении до минимального значения, после этого измеряют силу и скорость движения от одного до другого предельных значений при каждом замере, после этого измеряют миделево сечение и определяют удельную плотность объемного расхода текущей среды, соответствующую скорости движения воздуха относительно тела, вслед за этим определяют показатель режима изменения силы движения тела и начальную величину удельной плотности объемного расхода среды, затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды и начальную величину силы, затем определяют начальную величину мощности и определяют при каждом замере механическую неравномерную мощность, производимую переменной силой и удельной плотностью объемного расхода среды при разных режимах изменения, по основной математической формуле:
$$P_1=P_0\frac{F^n}{r^m}$$ ,
где F - сила движения тела; P - механическая неравномерная мощность; P₀ - начальная мощность, определяется по формуле:
$$P_0=\frac{F_0}{r_0}$$ ,
F₀ - начальная аэродинамическая сила; r₀ - начальная удельная плотность объемного расхода среды; Fⁿ - аэродинамическая сила движения тела при каждом замере; r - удельная плотность объемного расхода среды, определяется по формуле:
$$r=\frac{S_{м}}{Q}$$ ,
где Q - объемный расход движения среды определяется по формуле $$Q=\nu \cdot S_{м}$$ ;
ν - скорость движения среды; S_м - миделево сечение тела; n - показатель режима изменения силы при переменной удельной плотности объемного расхода среды, определяется по формуле:
$$n=\frac{\Delta \ln r}{\Delta \ln F}$$ ,
m - показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды при переменной силе, определяется по формуле:
$$m=\frac{\Delta \ln F}{\Delta \ln r}$$ ,
или удельную плотность объемного расхода среды, устройством ее изменения устанавливают на начальном уровне, а силу устройством ее изменяют, после этого измеряют силу, определяют постоянную начальную удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют механическую переменную мощность, производимую телом в текущей среде при постоянной начальной удельной плотности объемного расхода среды, переменной силе и разных режимах их изменения по основной математической формуле:
$$P_2=\frac{F^{n+1}}{r_0}$$ ,
где n+1, m=0 - показатели режимов изменения переменной силы и постоянной удельной плотности объемного расхода среды, или силу устройством ее изменения устанавливают в выходном сечении выработки на начальном уровне, а удельную плотность объемного расхода среды ее устройством изменяют, после этого определяют удельную плотность объемного расхода среды, определяют постоянную начальную силу, определяют соответствующие им показатели режимов изменения и определяют механическую неравномерную мощность, производимую постоянной начальной силой и переменной удельной плотностью объемного расхода среды, по основной математической формуле:
$$P_3=\frac{F_0}{r^{m+1}}$$ ,
где n=0, m+1 - показатели режимов постоянной начальной силы и переменной удельной плотности объемного расхода среды, или силу устройством ее изменения устанавливают в выходном сечении на начальном уровне, устанавливают удельную плотность объемного расхода среды ее устройством также на начальном уровне, после этого одновременно измеряют силу, удельную плотность объемного расхода среды, определяют соответствующие им показатели режимов и определяют механическую мощность, производимую телом в состоянии покоя или равномерного движения в среде при начальной силе, удельной плотности объемного расхода среды и одинаковых режимах их изменения, по основной математической формуле
$$P_4=\frac{F_0}{r_0}$$ ,
где n=0, m=0 - показатели режимов изменения силы и удельной плотности объемного расхода среды, или устанавливают устройством изменения силы предельное ее значение, устанавливают устройством изменения удельной плотности объемного расхода среды соответствующее предельное ее значение, затем измеряют от начального до конечного значения оба признака и определяют производимую величину мощности, после этого определяют зависимость силы и удельной плотности объемного расхода среды от мощности при каждом замере, определяют общую точку равенства их величин и определяют оптимальную мощность при равенстве силы и удельной плотности объемного расхода среды по основной математической формуле:
$$P_5=P_{0-5}\frac{{\overline{F}}^n}{{\overline{r}}^m}$$ ,
где n, m - показатели режимов изменения силы и удельной плотности объемного расхода среды при одинаковых величинах признаков, или определяют зависимость силы от времени движения тела при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от времени, затем определяют общий показатель режима их совместного изменения от времени, определяют соответствующую признакам постоянную начальную мощность на протяжении всего периода времени и определяют механическую мощность при зависимости мощности от времени по основной математической формуле:
$$P_6=\frac{P_{0-t}}{t^{m+1}}$$
где m+1 - показатель режима изменения мощности от времени, при переменной силе и удельной плотности объемного расхода среды P_0-t - начальная мощность, или определяют зависимость силы от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды от пути перемещения тела в единицу времени при каждом замере, затем определяют показатель режима изменения пути перемещения тела, определяют соответствующую ему постоянную величину мощности и после этого определяют мощность при условии зависимости переменной силы и переменой удельной плотности объемного расхода среды от пути по основной математической формуле:
$$P_7=P_{0-l}\cdot l^{m-1-2n}$$
где m-1-2n - показатель режима изменения пути перемещения тела от переменной силы и удельной плотности объемного расхода среды; P_0-l - начальная мощность на протяжении пути движения тела, или определяют мощность между точками замера при условии зависимости силы от времени движения тела, определяют зависимость удельной плотности объемного расхода среды также от времени и определяют сумму величин приращений мощности во времени, после этого определяют мощность между точками замера при условии зависимости силы от пути перемещения тела, определяют зависимость плотности объемного расхода среды также от пути перемещения тела и определяют сумму величин приращений мощности от пути перемещения тела, затем приравнивают полученные суммы и подтверждают закон сохранения мощности во времени и в пространстве по основной математической формуле:
$${\displaystyle \sum \Delta P_t=}{\displaystyle \sum \Delta P_l}$$ ,
где Δ, t - индексы суммы мощности, изменяющейся во времени;
Δ, l - индексы суммы мощности, изменяющейся в пространстве пути перемещения тела.