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 po (p - po > 0) powietrze wypływa przez nieszczelności do wyrobiska, a przy różnicy ujemnej (p - po < 0) powietrze dopływa z wyrobiska do lutni. W obu przypadkach ilość powietrza przepływająca przez wentylator Qs musi być sumą wymaganej ilości powietrza w przypadku Qo i ilości Qs przepływającej przez nieszczelności na całej długości lutnociągu.
W praktyce górniczej stwierdzono niejednokrotnie, że w niektórych warunkach straty powietrza Qs mogą przewyższać ilości powietrza Qo 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 Qw i ilości powietrza dopływającego do przodka Qo (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
pojedynczy element,
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:
Dla zadanej wydajności wentylatora wykonać pomiary ciśnienia dynamicznego i statycznego na odcinkach pomiarowych P0 i P1 przy podłączeniu tylko pierwszego odcinka.
Następnie dołączyć odcinek nr 2 i ponownie dokonać pomiaru cisnień dynamicznych i statycznych na odcinkach pomiarowych P0, P1 i P2.
Pomiary powtórzyć przy podłączeniu odcinka nr 3 i nr 4.
Zestawienie pomierzonych parametrów wentylacji lutniowej:
Parametry powietrza na stanowisku:
Temperatura sucha ts = 20,4 [°C]
Temperatura wilgotna tw = 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/m2 |
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/m2 |
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:
średniej prędkości przepływu powietrza ze wzoru:
[m/s]
wydatku objętościowego przepływu powietrza ze wzoru:
Q = 9,621 ∗ 10-4 ∗ vśr [m3/s]
ciśnienia całkowitego w punkcie pomiarowym:
Δpc = Δpst + Δpd
współczynnika strat powietrza w przewodzie nieszczelnym:
gdzie: Qw - wydatek powietrza na odcinku pomiarowym P0,
Qo - wydatek powietrza na odcinku pomiarowym kolejno P1, P2, P3, P4.
współczynnik a z wykresu,
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 , [m3/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/m2] |
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 , [m3/N1/2s] |
P0 |
1,81982 |
0,634175 |
0,572486 |
0,459279 |
7 |
Wartość średnia wsp. szczelności |
P0 |
0,87144 |