Устройство для проветривания тупиковых выработок Советский патент 1987 года по МПК E21F1/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания тупиковых забоев, опасных по газу и пыли, а также для подачи воздуха по воздухопроводам большой протяженности при проходке туннелей и других работах, связанных с проветриванием и удалением вредных и взрывчатых газов и пыли.

Целью изобретения является повышение эффективности проветривания тупиковых выработок за счет увеличения дальнобойности пульсирующей струи и снижения энергозатрат на проветривание.

На фиг. 1 показана схема проветривания тупикоЕ ой выработки; на фиг. 2 - воздуховОх с постоянными периодическими сужениями поперечного сечения.

Устройство для проветривания тупиковых выработок включает вентилятор 1 местного проветривания, установленный на входе нагнетательного воздуховода 2, выполненного с постоянными периодическими сужениями поперечного сечения, например выполненного обжатием воздуховода 2 из упруго- э.пастичного материала системой жестких колец 3 седлообразного профиля. Воздуховод выполняет функцию -устройства, преобразующего .ламинарный режим движения воздушного потока в пульсирующий.

Устройство работает следующим образом.

При нагнетании вентилятором 1 свежего воздуха в воздуховод 2 с уве./1ичепием скорости (V) движения воздушного потока в нем интенсивно развивается турбулент пость со спектром акустических частот колебаний, т. е. происходит рассеяние энергии воздушного потока по спектру сопут- ствующ.их частот колебаний, что приводит к увеличению внутреннего трения частиц в воздущном потоке, и, как следствие, к значительным потерям кинетической энергии поступате.льного движения потока и увеличению энергетических потерь в вентиляционной системе.

Кроме того, в результате взаимодействия пульсируюп его воздушного потока со стенками воздуховода из упругоэластич- ного материала в воздуховоде также возбуждается спектр продольных и поперечных механических колебаний стенок, что сопровождается дополнительной потерей кинетической энергии воздушного потока. Процесс потери энергии воздушным потоком епхе более усугубляется в случае, когда собственные колебания стенок воздуховода происходят в противофазе с колебаниями воздушного потока, так как энергия потока расходуется на работу по преодолению инерции движения стенок.

Упорядочение пространственных и временных характеристик волновых процессов, протекающих в воздушном потоке и стенках воздуховода, позволяет подавить турбулентный спектр сопутствующих частот, т. е.

0

5

0

5

0

0

5

всю энергию спектра сопуствуюнхих частот воздушного потока концентрировать в одной «рабочей частоте.

Это достигается созданием внешнего условия в виде постоянных периодических сужений поперечного сечения воздуховода 2 и согласования временной периодичности потока - выделенная частота v колебаний потока с пространственной периодичностью внутренней поверхности стенок, изменяющейся вдоль воздуховода по синусоидальному закону, - длиной волны v синусоиды по формуле

.,

где V - скорость движения воздушного потока в воздуховоде;

V - выделенная «рабочая частота колебаний (пу.льсаций) воздушного потока;

Л -длина волны пространственной периодичности продольного профиля стенок.

Отсюда при известных V и v находим дли- пу волпы .:

,V Я-.

Рассчитанная длина волны К реализуется 3 устройстве воздуховода, которому придают форму продольного синусоидального профиля внутренней поверхности стенок (внутреннего канала)..,

Расстояние между сменными сужениями воздуховода равно длине волны колебаний воздушного потока на выделенной «рабочей частоте. Устройство воздуховода 2 в виде вентиляционной трубы из упруго- эластичного материала конструктивно осу- цлествляется, например, путем обжатия вентиляционной трубы регулярной системой жестких колец седлообразного профиля 3. Шаг между кольцами задается расчитанной длиной волпы колебаний воздушного потока на выделенной «рабочей частоте.

Пример. Выделяя из спектра акустических частот колебаний вентиляционной струи, например, частоту )4 Гц (240 имп/ /мин), наиболее допустимую из соображений санитарно-гигиенических условий труда горнорабочих в забое, а также приняв рассчетную скорость V воздушного потока, равную 15 м/с, определяют пространственную синусоидальную периодичность продольного профиля стенок воздуховода, соответствующую длине волны по формуле

Я Х 3,75 м.

Рассчитанная длина волны X, равная 3,75 м, на выделенной частоте v колебаний воздушного потока, равной 4 Гц (240 имп/мин), реализуется в устройстве воздуховода путем выполнения сужения

поперечного сечения воздуховода с шагом, равным 3,75 м. С учетом упругоэластичных свойств материалов, применяемых в качестве воздуховодов в шахтных условиях, оптимальное (из опыта работы) соотношение минимального и максимального диаметров синусоидального профиля воздуховода должно составлять около 0,8.

Подавление спектра сопуствующих турбулентности частот способствует перераспределению энергии пульсирующего потока с ее концентрацией на одной «рабочей частоте, т. е. происходит передача энергии с сопутствующих частот в «рабочую за счет колебательной самоорганизации (под- страивания) частиц потока к одной «рабочей частоте, что в конечном итоге приводит к увеличению кинетической энергии поступательного движения воздушного потока. При установивщемся режиме пульсирующего поступательного движения воздушного потока через воздуховод в потоке наступает когерентное состояние системы частиц, т. е. все частицы воздуха колеблются согласованно с постоянной разностью фаз. Согласование пространственных и временных волновых характеристик стенок воздуховода и воздушного потока приводит к уменьшению пристеночного (контактного) трения, так как при поступательном движении пульсирующей струи воздуха подвижная нагрузка со стороны потока на стенки изменяется по синусоидальному закону, внутреннее сечение канала воздуховода также синхронно изменяется по такому же закону.

что приводит к уменьшению энергетических потерь на трение между воздушным потоком и стенками. Кроме того, одночастотные колебания лучше поддаются управлению: задавая «жесткую геометрию продольного профиля стенок воздуховода, устанавливают более четко распределение узлов и пучностей в системе стоячих волн при установившемся р.ежиме движение струи.

Обеспечение пульсирующего режима истечения с увеличением да.льнобойности свободной струи воздуха на выходе исключает возможность местных и слоевых скоплений метана, снижает газовую опасность при работе горных машин и повышает безопасные и санитарно-гигиенические условия труда горнорабочих.

Формула изобретения

Устройство для проветривания тупиковых выработок, включающее нагнетательный воздуховод, соединенный с вентилятором местного проветривания, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности проветривания тупиковых выработок за счет увеличения дальнобойности пульсирующей струи и снижения энергозатрат на проветривание, нагнетательный воздуховод выполнен с постоянными периодическими плавными сужениями поперечного сечения, причем расстояние между смежными сужениями равно длине волны на выделенной частоте колебаний воздушного потока.

Изобретение относится к горной промыш ленности и предназначено для проветривания тупиковых забоев, опасных по газу и пыли. Цель изобретения - повышение эффективности проветривания за счет уве.личения дальнобойности струи и снижения энергозатрат на проветривание. Для этого соединенный с вентилятором 1 местного проветривания нагнетательный воздуховод 2 выполнен с постоянными периодическими плавными сужениями поперечного сечения. Расстояние между смежными сужениями равно длине волны на веделенной частоте колебаний воздушного потока (ВП). Воздуховод 2 выполняет функцию устр-ва, преобразующего ламинарный режим движения ВП в пульсирующий. При нагнетании вентилятором 1 свежего воздуха в воздуховод 2 происходит передача энергии с сопутствующих частот в «рабочую за счет с подстраивания частиц ВП к одной «рабочей частоте. Это приводит к увеличению кинетической энергии поступательного движения ВП. Обеспечение пульсирующего режима истечения с увеличением дальнобойности струи воздуха на выходе исключает возможность местных и слоевых скоплений метана и снижает газовую опасность при работе горных машин. 2 ил. & сх У//////////////////////// X о; а У/////// у/7////

I J

Фиг. г