LABORATORIUM Z AEROLOGII GÓRNICZEJ
Temat: Wyznaczanie współczynnika szczelności lutnociągu
Zespół w składzie: Katarzyna Włodek Katarzyna Remer	Rok III Gr. III	Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

Wprowadzenie

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z problemami przewietrzania wyrobisk ślepych w kopalniach. Wyrobiska ślepe, w trakcie drążenia, przewietrzane są za pomocą lutnociągu i wentylatora wymuszającego w nim przepływ powietrza. Zadaniem instalacji lutnociągowej jest doprowadzenie do miejsca pracy (przodka drążonego wyrobiska) odpowiedniej ilości powietrza. Ilość ta powinna zapewnić rozrzedzenie i wymieszanie gazów wydzielających się ze skał oraz gazów postrzałowych do koncentracji nie stwarzającej zagrożenia, jak również zapewnić utrzymanie w wyrobisku właściwych warunków klimatycznych.

Sposoby przewietrzania lutniociągami:

- przewietrzanie tłoczące,

- przewietrzanie ssące,

- przewietrzanie kombinowane.

Często stosuje się kombinacje przewietrzania ssącego i tłoczącego którą uzyskać można przez:

- zmianę kierunku obrotu wirnika wentylatorów osiowych,

- zastosowanie urządzenia rewersyjnego,

- zastosowanie dwóch wentylatorów,

- manewrowanie odpowiednimi zasuwami.

W każdym lutnociągu, niezależnie od stosowanego sposobu występują straty powietrza wskutek jego przepływu przez nieszczelności, połączeń poszczególnych segmentów lutni.

Przy dodatniej różnicy ciśnień w lutnociągu p i w wyrobisku p_o (p - p_o > 0) powietrze wypływa przez nieszczelności do wyrobiska, a przy różnicy ujemnej (p - p_o < 0) powietrze dopływa z wyrobiska do lutni. W obu przypadkach ilość powietrza przepływająca przez wentylator Q_s musi być sumą wymaganej ilości powietrza w przypadku Q_o i ilości Q_s przepływającej przez nieszczelności na całej długości lutnociągu.

W praktyce górniczej stwierdzono niejednokrotnie, że w niektórych warunkach straty powietrza Q_s mogą przewyższać ilości powietrza Q_o dopływającego do przodka. Rola strat w przewietrzaniu lutniowym wzrasta niewspółmiernie przy lutnociągach długich, których zastosowanie staje się coraz bardziej niezbędne w górnictwie podziemnym.

Wielkość współczynnika szczelności k wylicza się na podstawie pomierzonych wielkości wydatku wentylatora Q_w i ilości powietrza dopływającego do przodka Q_o (na wylocie z lutnociągu). Wówczas wielkość względnego współczynnika strat wynosi:

Dla danej wartości p z bezwymiarowego wykresu odczytuje się odpowiednią wartość:

stąd wylicza się k:

gdzie: r - opór jednostkowy lutnociągu ,
,

L - długość lutnociągu , [m] .

Przebieg ćwiczenia

W celu wyznaczenia współczynnika szczelności należało przeprowadzić pomiary przy dwóch różnych ilościach przepływającego powietrza w trakcie zwiększania długości przewodu nieszczelnego. Przewód nieszczelny składa się z czterech elementów o jednakowej długości i średnicy oraz oporze jednostkowym. W zestawie znajdują się odcinki pomiarowe (P), umożliwiające określenie prędkości przepływu oraz ciśnienia statycznego.

Schemat stanowiska pomiarowego do wyznaczania współczynnika szczelności lutnociągu

1. pojedynczy element,

2. zestaw czterech elementów.

Dla danej wydajności wentylatora należało odcinek pomiarowy P₁ umieścić na końcu przewodu 1. następnie wykonać pomiar ciśnienia dynamicznego oraz statycznego na odcinkach pomiarowych P₀ i P₁ w punktach pomiarowych.

Do wyznaczenia współczynnika szczelności przewodu nieszczelnego należało wyznaczyć następujące wielkości:

1. Dla zadanej wydajności wentylatora wykonać pomiary ciśnienia dynamicznego i statycznego na odcinkach pomiarowych P₀ i P₁ przy podłączeniu tylko pierwszego odcinka.

2. Następnie dołączyć odcinek nr 2 i ponownie dokonać pomiaru cisnień dynamicznych i statycznych na odcinkach pomiarowych P₀, P₁ i P₂.

3. Pomiary powtórzyć przy podłączeniu odcinka nr 3 i nr 4.

Zestawienie pomierzonych parametrów wentylacji lutniowej:

Parametry powietrza na stanowisku:

• Temperatura sucha t_s = 20,4 [°C]

• Temperatura wilgotna t_w = 15,2 [°C]

• Ciśnienie barometryczne p = 990,3 [hPa]

• Gęstość powietrza ρ = 0,9 [kg/m³]

Lp.	Wielkość wymiar	Odcinek pomiaru	Odcinek przewodu
						P1 - P0	P2 - P0	P3 - P0	P4 - P0
		1	Ciśnienie dynamiczne Δpd , N/m^2	P0	372,78	372,78	431,64	421,83
				P1	100,062	100,062	88,29	92,214
				P2		96,138	49,05	47,088
				P3			52,974	39,24
				P4				33,354
		2	Ciśnienie statyczne Δpst , N/m^2	P0	199,5354	205,0094	178,9638	192,5605
				P1	235,44	289,395	382,59	402,21
				P2		83,385	196,2	240,345
				P3			49,05	98,1
				P4				34,335

Opracowanie wyników pomiarów

Opracowanie wyników pomiarów polegało na wyznaczeniu następujących wielkości:

1. średniej prędkości przepływu powietrza ze wzoru:

[m/s]

2. wydatku objętościowego przepływu powietrza ze wzoru:

Q = 9,621 ∗ 10^-4 ∗ v_śr [m³/s]

3. ciśnienia całkowitego w punkcie pomiarowym:

Δp_c = Δp_st + Δp_d

4. współczynnika strat powietrza w przewodzie nieszczelnym:

gdzie: Q_w - wydatek powietrza na odcinku pomiarowym P₀,

Q_o - wydatek powietrza na odcinku pomiarowym kolejno P_1, P_2, P_3, P₄.

5. współczynnik a z wykresu,

6. współczynnik szczelności k ze wzoru:

.

Zestawienie obliczonych parametrów wentylacji lutniowej:

Lp.	Wielkość wymiar	Odcinek pomiaru	Odcinek przewodu
						P1 - P0	P2 - P0	P3 - P0	P4 - P0
		1	Prędkość średnia vśr , [m/s]	P0	20,36445	20,36445	21,91327	21,66283
				P1	10,55069	10,55069	9,910651	10,12849
				P2		10,34175	7,386963	7,237716
				P3			7,676757	6,607101
				P4				6,091446
		2	Wydatek przepływu powietrza Q , [m^3/s]	P0	0,019593	0,019593	0,021083	0,020842
				P1	0,010151	0,010151	0,009535	0,009745
				P2		0,00995	0,007107	0,006963
				P3			0,007386	0,006357
				P4				0,005861
		3	Ciśnienie całkowite w przekroju Δpc , [N/m^2]	P0	572,3154	577,7894	610,6038	614,3905
				P1	335,502	389,457	470,88	494,424
				P2		179,523	245,25	287,433
				P3			102,024	137,34
				P4				67,689
4	Wsp. strat powietrza p	P0	0,518	0,508	0,350	0,281
5	Współczynnik a	P0	0,939	0,93	1,303	1,5
6	Wsp. szczelności przewodu k , [m^3/N^1/2s]	P0	1,81982	0,634175	0,572486	0,459279
7	Wartość średnia wsp. szczelności	P0	0,87144

---