автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Исследование и разработка методов оценки аэродинамического взаимодействия активных регуляторов с потоками воздуха в воздухопроводах

УДК 622 411 332 (574 31)

ШЕВЦОВ АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

Исследование и разработка методов оценки аэродинамического взаимодействия активных регуляторов с потоками воздуха в воздухопроводах

05 26 03 «Пожарная и промышленная безопасность»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Республика Казахстан Караганда, 2008

0034455590

003445590

Работа выполнена в Карагандинском государственном техническом университете

Научный руководитель.

доктор технических наук Левицкий Ж Г

Официальные оппоненты

доктор технических наук Баймухаметов С К

кандидат технических наук Макашев Б К

Ведущая организация.

Казахский национальный технический университет им К И Сатпаева

Защита состоится 18 сентября 2008 года в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 14 61 05 при Карагандинском государственном техническом университете по адресу 100027, Республика Казахстан, г Караганда, Бульвар Мира, 56, главный корпус, конференц-зал E-mail aspirantma@kstu kz

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Карагандинского государственного технического университета

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

Тутанов С К

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность задачи. Принятая Правительством Республики Казахстан «Стратегия индустриального инновационного развития страны на 2003 - 2015 годы» предусматривает развитие различных отраслей промышленности, в том числе горно-добывающей и горно-перерабатывающей При этом государство уделяет особое внимание вопросам обеспечения промышленной безопасности

В комплексе задач, стоящих перед горно-добывающей промышленностью, совершенствование добычи и переработки полезных ископаемых может быть обеспечено за счет технического перевооружения горно-добывающих предприятий, повышения производительности труда и дальнейшей интенсификации технологических процессов с одновременным обеспечением безопасных условий труда в шахтах и рудниках Одним из основных путей улучшения санитарно-гигиенических условий и повышения безопасности труда является организация более четкой эффективной и гибкой системы проветривания подземных горных выработок, в том числе наземного комплекса производственных помещений и горно-добывающих предприятий

Вентиляционные сети современных шахт и рудников представляют единую систему, состоящую из горных выработок, для доставки воздуха в которые используются как поверхностные вентиляторы главного проветривания, так и подземные вентиляторы местного проветривания, служащие не только для подачи воздуха в тупиковые забои, но используемые для регулирования распределения воздуха в вентиляционной сети

Необходимость постоянного перераспределения воздуха обусловлено развитием подготовительных и очистных работ, введением в эксплуатацию новых горизонтов, старением выработок и их ликвидацией, изменением режимов работы вентиляторов, загромождением и тд В условиях высокой газообильности, выбросоопасности и пожароопасности угольных шахт важное значение приобретает оперативность управления проветриванием И хотя основная задача по обеспечению потребным количеством воздуха подземных выработок решается успешно, необходимо проделать еще значительную работу по определению и реализации выбора рациональных режимов проветривания, как для каждого объекта вентиляции, так и для каждой шахты в целом Вопросы безопасного ведения горных работ требуют оперативного вмешательства в характер воздухораспределения в подземных горных выработках В большинстве случаев для нахождения приемлемого решения необходимо выполнить анализ значительного количества вариантов всевозможных распределений Таким образом, проведение, исследований по установлению влияния регуляторов активного типа (далее активный регулятор) на изменение аэродинамических параметров потоков воздуха в управляемых вентиляционных системах является актуальной задачей

Целью работы является повышение промышленной безопасности на горных предприятиях за счет обоснования пожаровзрывобезопасных аэродинамических параметров проветривания подземных выработок в процессе использования активных регуляторов в вентиляционных системах.

з

Идея работы заключается в определении влияния активного регулятора на зоны загрязнения подземных выработок газом и пылью

Основные задачи исследований:

- обоснование необходимости использования активных регуляторов в Системе управления вентиляционными потоками,

- установление зависимостей связывающих аэродинамические характеристики активного регулятора с изменением параметров воздушных потоков в управляемых ветвях вентиляционных сетей,

- исследование и оценка структуры воздушных потоков в зоне работы активных регуляторов,

- разработка рекомендаций качественной и количественной оценки влияния активных регуляторов на управление воздушными потоками с целью локализации различного рода вредностей в местах их образований

Методы исследований. Работа выполнена с использованием теоретических и экспериментальных методов исследований с анализом литературных, фондовых и патентно-информационных источников, теоретического обобщения результатов исследований и статической обработкой полученной информации

Основные научные положения, выносимые на защиту

- изменение и перераспределение расходов воздуха в системе горных выработок и промышленных воздухопроводах достигается использованием эжекционного эффекта активных регуляторов, устанавливаемых в вентиляционных каналах и работающих без перемычки,

- эжекционный эффект источника тяги, работающего без перемычки в ограниченном пространстве вентиляционного канала, обусловлен величиной изменения статической составляющей давления, зависящей от скорости истечения и угла воздействия воздушного потока, вытекающего из вентилятора на основной поток воздуха в выработке,

- при однонаправленном взаимодействии потока воздуха в вентиляционном канале и свободной струи на выходе из вентилятора характер изменения поперечной составляющей скорости в любом сечении основного участка свободной струи, представленной в безразмерных координатах, является универсальным и описывается степенной зависимостью,

- область влияния активных регуляторов обеспечивает эффективный изолированный отвод и разбавление локальных областей, загрязненных газом и пылью до безопасных пределов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются

- корректной постановкой задач исследований, обоснованностью принятых исходных предпосылок, методов анализа и использованием фундаментальных законов и положений рудничной аэрологий и промышленной вентиляции,

- удовлетворительной сходимостью (в пределах 5 - 15%) расчетных и экспериментальных данных,

- апробацией работы на международных конференциях, совещаниях, семинарах и публикациях основных научных положений в открытой печати

Научная новизна работы состоит в следующем,

- получены зависимости для определения величины изменения давления в выработке с вентилятором, работающим без перемычки, с учетом изменения направления истечения воздушного потока из выходного отверстия активного регулятора и его воздействия на локальные источники загрязнения,

- получена зависимость изменения координаты половинного значения максимальной скорости в поперечном сечении ограниченной свободной струи на любом удалении от выходного отверстия,

- установлено, что все значения половинных максимальных скоростей для различных сечений свободной струи находится на одной прямой проведенной из полюса струи под углом 6 - 7°,

- предложена функциональная зависимость, позволяющая определить величину скорости потока воздуха в любом поперечном сечении основного участка свободной струи, распространяющейся в ограниченном пространстве

Личный вклад автора состоит.

- в разработке и реализации идеи учета влияния угла направления воздушного потока, вытекающего из вентилятора, на характер изменения аэродинамических параметров в вентиляционных каналах различной формы и назначения,

- в разработке методики экспериментальных исследований по изучению эжектирующего влияния активных регуляторов на изменение расходов воздуха в вентиляционной системе и эффективное удаление вредных веществ из источников их поступления,

- в изучении структуры воздушных потоков в зоне работы активных регуляторов в ограниченном пространстве;

- в разработке практических рекомендаций и предложений по совершенствованию управлением воздушными потоками на основе использования активных регуляторов

Научное значение полученных в диссертации результатов заключается в установлении общих закономерностей влияния активных регуляторов на воздушные потоки, позволяющие дать качественную и количественную оценку их воздействия на изменение давления, расходов воздуха и вынос загрязняющих веществ на исходящие вентиляционные струи

Практическое значение работы состоит в том, что ее реализация позволяет определить влияния регуляторов активного типа на изменение аэродинамических параметров воздушных потоков в управляемых вентиляционных системах, что дает возможность решать задачи управления вентиляционными режимами, как в нормальных, так и аварийных условиях эксплуатации горно-добывающих и промышленных предприятий Разработан алгоритм по определению аэродинамических параметров активных регуляторов по обеспечению заданного расхода воздуха в регулируемой ветви

Реализация работы. Научные результаты и практические рекомендации, разработанные автором, использованы при

- составлении «Рекомендации по определению влияния активного регулятора на изменение аэродинамических параметров потоков воздуха в управляемых вентиляционных системах»;

- разработке автоматизированной информационной системы позволяющей произвести выбор и расчет параметров QSba и Бвьа в соответствии с заданными исходными данными, с последующим их использованием по управлению воздушными потоками в сложных вентиляционных системах,

- определении пожаровзрывобезопасных условий отработки добычного участка с использованием активного регулятора

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международной научной конференции «Наука и образование — ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030», Караганда, КарГТУ, 2004, 2008 гг, Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы горно-металлургического комплекса Казахстана», Караганда, КарГТУ, 2005г, Международной научно-практической конференции «Повышение качества образования и научных исследований» в рамках VI Сатпаевских чтений, Экибастуз, ЕИТИ, 2007 г, III Международной научно-практической конференции «Эффективные инструменты современных наук - 2007» Том 9 Технические науки Днепропетровск, 2007 г

Публикации работы: Основное содержание диссертации отражено в 9 печатных работах, из них 4 статьи и 5 тезисов докладов

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов и выводов, изложенных на 127 страницах текста печатного устройства ЭВМ, содержит 46 рисунков, 27 таблиц, списка использованных источников из 97 наименований и приложения

Автор выражает признательность научному руководителю доктору технических наук, профессору Ж Г Левицкому за методическую помощь в выполнении работы, а также благодарность за ценные советы доктору технических наук, профессору А К Акимбекову, к т н Давыдову Е Г.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой-главе дается обзор исследований по существующим способам учета влияния работы активных регуляторов на потокораспределение в вентиляционной сети

Применяемые в настоящее время в шахтах подземные вентиляторы разделяются на две группы

а) вспомогательные вентиляторы (толкачи), служащие для регулирования распределением воздуха в сети и работающие без трубопроводов,

б) вентиляторы местного проветривания (ВМП), подающие воздух по трубопроводам в тупиковые или сквозные выработки

б

Влиянию активных регуляторов на потокораспределение посвещены теоретические и экспериментальные работы Ф.А Абрамова, Н Ф. Гращенкова, А К Акимбекова, С К Баймухаметова, С В Цоя, Л.А Пучкова, Е И Рогова, Ж Г Левицкого, КЗ Ушакова, В. А. Колмакова, ИИ Медведева, А И Швыркова, П И Мустеля, Н П Якушина, А М Устинова, С Г Катаева, А,И. Кокетаева и других известных ученых.

На основе выполненных иссделований авторами получены результаты, позволяющие повысить надежность вентиляционных расчетов, и дают возможность установить влияние активных регуляторов на изменение расходов воздуха в сети при использовании их как для проветривания тупиковых выработок, так и для оценки возможного изменения расхода воздуха в прилегающих выработках Работы данного направления справедливы для соосного движения воздушных потоков без учета изменения угла воздействия потока воздуха, вытекающего из вентилятора на основной воздушный поток

Управление потокораспределением выдвигают на передний план необходимость исследования динамических свойств воздушных потоков в зоне работы активных регуляторов Изучение динамики изменения' аэродинамических параметров в зоне взаимодействия воздушного потока и свободной струи с учетом угла направления на выходе из вентилятора является основной задачей наших исследований

Во второй главе выполнены аналитические исследования и получена функциональная зависимость для определения величины изменения депрессии в выработке с вентилятором, с учетом возможного поворота угла изменения направления истечения воздушного потока из выходного отверстия активного регулятора

,р

с

2 ВЫХ

соэ а + (2/? - к)(ц2 - )

(1)

где кшх - депрессия, создаваемая в выработке активным потоком воздуха на выходе из вентилятора, Па, к' - коэффициент, учитывающий влияние всасывающего отверстия вентилятора, р - плотность воздуха, кг/м3, 5 -сечение выработки в месте установки вентилятора, м2, 8дых - сечение входного или выходного отверстия вентилятора, м2, и\ - средняя скорость потока воздуха в сечении 1-1, м/с, ¿ъ - средняя скорость потока воздуха в сечении 2-2, м/с, а - угол, учитывающий поворот вентилятора вокруг своей оси в вертикальной или горизонтальной плоскости по отношению к направлению воздушного потока, град; р и к- поправочные энергетические коэффициенты Кориолиса и Буссинеска, связь между которыми определяется зависимостью к = 3/3-2

Если на момент включения в работу активного регулятора отсутствует движение воздуха в вентиляционном ставе (и,=Ог=0), то формула (1) упрощается и принимает вид

^к'р^-о^сова (2)

Для проверки полученных формул и изучения структуры воздушного потока в зоне работы активного регулятора были проведены экспериментальные исследования на специальном вентиляционном стенде, сконструированном 8 лаборатории кафедры рудничной аэрологии и охраны труда Карагандинского государственного технического университета

Вентиляционная установка состояла из металлических труб круглого сечения диаметром с1г = 0,25 м, длиной 1Т - 7 м Поступление воздуха и его движение обеспечивалось с помощью центробежного вентилятора Ц4-70 Общее количество воздуха, поступающее в модель, а, следовательно, и производительность вентилятора, регулировалось с помощью шибера, расположенного вблизи вентилятора, что позволяло изменять расход воздуха от 0,382 до 0,033 м3/с

В качестве активного регулятора, моделирующего работу вентилятора, работающего без перемычки, использовалась эжекторная установка со съемными насадками диаметром с1ф= 0,015, 0,02, 0,025 м Конструкция эжекторной установки позволяла изменять ее угол поворота вокруг своей оси в вертикальной или горизонтальной плоскости по отношению к направлению воздушного потока Подача воздуха в эжекторную установку осуществлялось с помощью воздуходувки ВПП-4/1

Исследования проводились на вентиляционном стенде при скоростях движения воздушного потока в диапазоне от 0,68 до 7,8 м/с, что соответствовало числу Яе от 11333 до 130000

Для оценки полученных результатов на вентиляционном стенде были проведены серии экспериментов по определению изменения давления в воздухопроводе при работе эжекторной установки, моделирующей работу вентилятора, работающего без перемычки

Анализируя полученные результаты изменения давления в вентиляционной системе при совместной работе вентилятора и эжекторной установки приходим к следующим выводам величина изменения давления в вентиляционной системе при совместной работе вентилятора и эжекторной установки, измеренных в натурных условиях, со значениями изменения давления, определенных расчетным путем, свидетельствует о том, что расхождение между этими величинами не превышает 11%, при работе вентилятора, давление в вентиляционной системе в зависимости от угла поворота эжекторной установки от 0 до 45° приводит к росту давления кф, с уменьшением количества протекающего воздуха, увеличивается влияние эжекторной установки на аэродинамические параметры потоков воздуха в вентиляционной системе

С целью изучения влияния эжекторной установки на приращение количества воздуха в воздухопроводе были проведены дальнейшие экспериментальные исследования, которые позволили установить, что при включении эжекторной установки в работу, количество протекающего воздуха

увеличивается, вызывая соответственно и увеличение скорости течения и это влияние тем больше (при (¿р^согм), чем меньше первоначальный дебит ветви

В третьей главе рассмотрены вопросы, связанные с изучением воздушного потока в зоне влияния активного регулятора

В процессе экспериментальных исследований установлено, что работа активного регулятора влияет на характер потокораспределения и формирование скоростных полей в зоне свободной турбулентности При этом выделяют два основных режима

- взаимодействие потоков в переходный период, когорыи характеризуется изменением начальных условий скорости движения спутного потока,

- взаимодействие потоков при установившемся режиме, когда абсолютная величина средней скорости движения спутного потока зависит от величины приращения воздуха

На рисунке 1 представлен безразмерный профиль избыточной скорости осесимметричной струи, распространяющейся в спутном потоке воздуха для полученных профилей скоростей

Аи Ди„

09 08 0,7

о,е

05 0,4 0,3 0,2 01

0 0,2 0,4 06 0,8 1 1 2 1,4 1,6 1,8 у

Ус

Рисунок 1 - Безразмерный профиль избыточной скорости осесимметричной струи, распространяющейся в спутном потоке воздуха в ограниченном пространстве

со ♦ * Ля« 1 йф- 0,015 м

ч « д о □ Л я а <1ф= 0 ,025 м

о

ы ДА V

о Ч а

•

к

V к

В результате обработки данных, представленных на рисунке 1, была получена зависимость, которая позволяет находить в поперечных сечениях осесимметричной струи в условиях ограниченного пространства численные значения профилей скоростей

у

Ус

-0,6775

г

У

-0,0761

Ус] и,

+ 1

+ 4,.

(3)

где Оу - скорость воздуха в точке, отстоящей на удалении у от центра поперечного сечения струи, м/с; их~ скорость на оси струи, м/с; и"п - скорость спутного потока, м/с.

В качестве координаты ус принималась точка, в которой значение скорости равна половине осевой у(итш/2). Для определения характера изменения координаты ус, в зависимости от удаления от полюса струи, рассмотрим геометрическую схему осесимметричной струи (рисунок 2) распространяющуюся в ограниченном пространстве.

Рисунок 2 - Геометрическая схема осесимметричной струи

Если провести из полюса струи прямую, соединяющую координаты ус для всех рассматриваемых сечений свободной струи, приходим к выводу, что все точки ус, характеризующие половинные значения максимальных скоростей, лежат на одной прямой, угол наклона которой может быть найден из соотношения

где х - расстояние от выходного отверстия вентилятора до рассматриваемого поперечного сечения, м, х' — расстояние от выходного отверстия до полюса струн, м, 8 ~ угол, под которым проходит прямая соединяющая точки с половинным значением скоростей

Расстояние от полюса основного участка струи до выходного отверстия форсунки находится из выражения

где RSba - радиус выходного отверстия, м, ¡3 - угол расширения свободной струи, равен 8-10°

Для определения координаты ус, характеризующую половинное значение максимальных скоростей для различных сечений свободной струи воспользуемся выражением (4) Откуда с учетом (5) получим

Схема потока воздуха с указанием расположения осей, представлена на рисунке 3

Рисунок 3 - Схема расположения координат с указанием масштаба дня определения параметров х и уе

(6)

х

п

Расчеты по определению tg5, для различных сечений приведены в таблице 1

Таблица 1 - Результаты расчетов по определению tgS

Номер Параметры, определяющие положение Среднее Отклонение от

сечения значения ¡л/2 значение среднего

X, м х\ и ус, м 1Я5 значения tga, %

1 од 0,063 0,016 0,098 11,0

2 0,2 0,063 0,031 0,118 7,3

3 0,3 0,063 0,042 0,115 0,11 4,5

4 0,5 0,063 0,055 0,098 11,0

5 0,7 0,063 0,095 0,12 8,3

Параметры х и уе определялись из графиков (рисунок 2, 3), а значение х' находилось по формуле (5)

Из таблицы 1 следует, что среднеарифметическое значение составляет ¿£<5=0,11 Таким образом

Л =0,11

х + -

ЪР.

(7)

Выражение (3) с учетом (7) преобразуется к виду

0,2331

(Щх+^Ч <80 ).

-0,6775

' ЧР)

/

-0,0761

0,11

х+

Кых I

ЪР).

+ 1

+ У..

(8)

Анализ результатов, полученных при исследовании осесиммитричной струи, распространяющейся в ограниченном пространстве в спутном лотоке, подтверждает основное свойство струйных течений, заключающееся в том, что в сходственных точках любых двух сечений основного участка струи безразмерные величины скорости одинаковы

В четвертой главе приводятся примеры использования активных регуляторов в целях регулирования потокораспределением в вентиляционной сети

Проведенные исследования показывают, что работа активного регулятора оказывает заметное влияние на потокораспределение воздуха в сети При этом в процессе их работы происходит увеличение расхода воздуха не только в регулируемой ветви, но и по шахте в целом Возмущение, вносимое работой активного регулятора в потокораспределение воздуха определяется (1)

Возникающая невязка депрессии Ьвых нарушает условие однозначности напора в любой из контуров, включающих активные регуляторы, что приводит к возникновению поправки к расходам воздуха Д£) Использование уравнения (1) позволяет решать разнообразные задачи, связанные с перераспределением воздуха в сети Основными параметрами при выборе активного регулятора является установление его производительности ()еьа и площади выходного отверстия вентилятора В работе представлено решение данной задачи, в результате которой получены функциональные зависимости для определения производительности вентилятора Оеых и площади выходного сечения вентилятора

Для определения необходимого приращения воздуха Д(9 в ветви с активным регулятором, производительность последнего Q,blX может быть найдена по формуле

-Q+JQ2 +

Г 2Scosa ^

r2S2R(&02 +2ДШ)Л

, ЛЛ^-Р-к) А к'р{2р-к) ,

_25cosa__1 (9)

Ssj2j3-k)

Эта же задача может быть решена, при прочих равных условиях, если сечение выходного отверстия активного регулятора будет соответствовать значению, определяемому из выражения

5 = 2Sk'pQlx cos а

°bLt 2 S2R(AQ2 +2AQQ)-k'p{2p-kl2QQna-Qla) (10)

В диссертационной работе разработана автоматизированная информационная система, позволяющая произвести выбор и расчет параметров бш*й S<ua в соответствии с заданными исходными данными, с последующим их использованием по управлению воздушными потоками в сложных вентиляционных системах

На основании проведенных исследований показана целесообразность применения активного регулятора для создания пожаровзрывобезопасных условий работы добычного участка при возвратноточной схеме проветривания

На рисунке 4 приведен график зависимости концентрации метана в верхнем кутке от производительности активного регулятора

Рисунок 4 - Зависимость концентрации метана в верхнем кутке от производительности активного регулятора

Из приведенного графика следует, что использование активного регулятора позволит снизить концентрацию метана в верхнем кутке до взрывобезопасных пределов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Краткие выводы по результатам диссертационных исследований.

В диссертационной работе решена актуальная научная задача по определению влияния регуляторов активного типа на изменение аэродинамических параметров потоков воздуха в управляемых вентиляционных системах различной сложности

Основные научные выводы и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем

1 Проведенный анализ литературных источников и фондовых материалов работы вентиляционных установок местного проветривания, используемых в подземных условиях в качестве активных регуляторов, позволил определить основные факторы, влияющие на величину изменения депрессии в выработке и сформулировать задачи по определению этого влияния

2 В результате решения поставленных задач получены функциональные зависимости по определению невязки депрессии при работе активного регулятора учитывающие влияние всасывающего и выходного отверстий вентилятора лри изменении угла направления вытекающей свободной струи по отношению к направлению воздушного потока в вентиляционном канале. Экспериментальная проверка полученных формул подтвердила справедливость

тех положений, которые были заложены в основу вывода функциональных зависимостей. Сопоставление теоретических и экспериментальных данных показали, что ошибки не превышают 11%

3 Анализ полученных функциональных зависимостей позволил выяснить факторы, влияющие на величину квы1 При этом установлено, что наибольшее влияние на характер зависимости оказывают следующие параметры расход воздуха в выработке ¡2, производительность вентилятора Qвыx, площадь поперечного сечения выработки площадь выходного отверстия вентилятора Зсш, угол поворота вентилятора а. Уменьшение диаметра выходного отверстия при сохранении производительности вентилятора способствует увеличению эжекционных эффектов и как следствие к увеличению расхода воздуха, что приводит в конечном итоге к увеличению расхода в вентиляционной системе, и, наоборот, при увеличении к уменьшению Таким образом, изменение аэродинамических параметров активного регулятора позволяет повысить его воздействия на управляемые воздушные потоки

4 Установлено что, работа активного регулятора в ограниченном пространстве вносит ряд особенностей в структуру воздушного потока Изменение скоростного поля в зоне свободной турбулентности в ограниченном пространстве при установившемся режиме свидетельствует о его непрерывной деформации и подтверждает основное свойство струйных течений, заключающееся в том, что между продольными скоростными полями для различных сечений свободных струй сохраняется подобие

5 Изучение геометрии потока, позволило установить новую особенность, свободной струи, в ограниченном пространстве, заключающуюся в том, что половинные значения максимальных скоростей для различных сечений свободной струи находится на одной прямой проведенной из полюса струи под углом 6 - 7° С учетом данного свойства в работе получены зависимости для определения изменения поперечных составляющих скоростей иу для любого сечения основного участка свободной струи, распространяющихся в ограниченном пространстве Выявленное свойство положено в основу вывода функциональной зависимости по определению величины изменения скорости потока воздуха в любом поперечном сечении основного участка свободной струи, распространяющейся в ограниченном пространстве

6 Разработаны практические рекомендации по выбору активных регуляторов с целью получения необходимого распределения воздуха в выработках шахт Создана автоматизированная информационная система, позволяющая произвести выбор и расчет параметров Qвш и Заш в соответствии с заданными исходными данными, с последующим их использованием по управлению воздушными потоками в сложных вентиляционных системах На конкретных примерах показана практическая реализация предложенных методов использования активных регуляторов для решения вентиляционных задач по управлению воздушными потоками в вентиляционных системах

7 На примере шахты «Саранская» рассмотрено влияние активного регулятора на изменение аэродинамических характеристик выработанного пространства (температурных параметров, концентрации метана и утечек

воздуха) с целью оценки пожаровзрывобезопасных условий в зоне работы лавы 53-К12-з Предложено использование активного регулятора дяя создания пожаровзрывобезопасных условий работы добычного участка при возвратноточной схеме проветривания

Оценка полноты решений поставленных задач.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решены следующие задачи

- обоснована необходимость использования активных регуляторов в системе управления вентиляционными потоками,

- установлены зависимости, связывающие аэродинамические характеристики активного регулятора с изменением параметров воздушных потоков в управляемых ветвях вентиляционных сетей,

- исследованы элементы структурных характеристик воздушных потоков в зоне работы активных регуляторов,

- разработаны рекомендации качественной и количественной оценки влияния активных регуляторов на управление воздушными потоками с целью локализации различного рода вредностей в местах их образований

Оценка научного уровня выполнения работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области.

В диссертационной работе впервые- получены зависимости для определения величины изменения давления в выработке с вентилятором, работающим без перемычки, с учетом изменения направления истечения воздушного потока из выходного отверстия активного регулятора и его воздействия на локальные источники загрязнения,

- получена зависимость изменения координаты половинного значения максимальной скорости в поперечном сечении ограниченной свободной струи на любом удалении от выходного отверстия,

- установлено, что все значения половинных максимальных скоростей для различных сечений свободной струи находится на одной прямой проведенной из полюса струи под углом 6 - 7°,

- предложена функциональная зависимость, позволяющая определить величину скорости потока воздуха в любом поперечном сечении основного участка свободной струи, распространяющейся в ограниченном пространстве

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1 Левицкий ЖГ, Аманжолов ЖК, Шевцов А. А, Жуматаева Г.П Повышение эффективности работы аспирационных систем / Международная научная конференция «Наука и образование - ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» - Караганда, КарГТУ, 2004 -С 261-263.

2 Левицкий Ж Г, Аманжолов Ж К, Шевцов А А., Байтуганова М О Теоретические основы очистки внутренних поверхностей воздуховодов и вентиляционных каналов / Труды международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы горно-металлургического комплекса Казахстана» - Караганда, КарГТУ, 2005 -С 271 -274

3 Левицкий ЖГ, Аманжолов ЖК, Шевцов А А Оценка влияния эжекторной установки на вентиляционный поток в воздухопроводе // Труды университета, КарГТУ, 2006 - №2 - С 49-51

4 Шевцов А А О влиянии эжекторной установки на величину изменения расхода воздуха в вентиляционном ставе // Республиканский научный журнал «Технология производства металлов и вторичных материалов», КГИУ, 2007 -№1 -С 192-196

5 Шевцов А А Результаты исследования влияния напорно-эжекторной установки на характеристики вентиляционной сети / Международная научно -практическая конференция «Повышение качества образования и научных исследований» в рамках VI Сатпаевских чтений - Экибастуз, ЕИТИ, 2007 - С 213-214 i

6 Левицкий Ж Г, Аманжолов Ж К, Шевцов А А Результаты теоретических и экспериментальных исследований по оценке влияния активного регулятора на изменение давления в воздухопроводе / III Международная научно - практическая конференция «Эффективные инструменты современных наук - 2007» Том 9 Технические науки -Днепропетровск,2007 -С 6-8

7 Левицкий Ж Г, Шевцов А А. Влияние активного регулятора на изменение давления и распределение воздуха в вентиляционной сети. // Труды университета,КарГТУ, 2007 -№3 -С 33-35

8 Левицкий Ж Г, Шевцов А А Активный регулятор и его влияние на аэродинамические параметры вентиляционных потоков // Вестн КузГТУ 2007 — №5 - С 13-17

9 Шевцов А А Оценка влияния аэродинамических параметров активного регулятора на величину изменения давления в вентиляционной сети / Международная научная конференция «Наука и образование - ведущий фактор стратегии«Казахстан-2030» - Караганда, КарГТУ, 2008 -С 297-298

TYÍÜH

Aya журпзпштердеп aya агындарымен белсенд! ретгепштердщ аэродинамикалык зрекеттесущ багалау эдютерш эзфлеу жэне зерттеу

Диссертациялык жумыстагы зерттеу объекпс1 ретвде тау-кен кэсшорындардыц жерасты казбалары болып табылады

Жумыстьщ максаты - желдету жуйелершде белсенд: ретгепштерд1 колдану барысында жерасты казбаларын желдетудщ жарьшыс жашнан каушиз аэродинамикалык; параметрлерш нактылау аркасында тау-кен кэсшорындардагы енеркэстт1к каушсодпеп жогарлату болып табылады

Жумыс эдеби, кор жэне патенттск-акпараттык деректемелерд1 талдап зерттеулердщ теорияльщ жэне экспериментпк эдютерш, зерттеу нэтижелердщ теория лык; жалпылануын жэне алынган авдтараттыц статистикальщ евделуш колданумен орындалган

Орындалган зерттеулердщ шлыми корытындылары мен тэж1рибел!к нэтижелер1 келесще

Жерасты жащайларында белсенд1 реттепштер ретшде колданылатын жерплпсп желдету вентиляциялык к^рылгыныд жумысы жайлы эдеби деректер мен кор материалдарына журпзшген талдау кдзбадаш депрессияньщ езгеру мэнше эсер ететш непзп факторларды аньщтауга жэне осы эсердо табу бойынша мэселелерд! коюга мумкшдщ берд1

Койылган мэселелерд! шешу нэтижесшде желдету каналындагы aya агыныньщ багытына Караганда шыгатын еркш агын багытын езгерту кез1нде вентилятордьщ сору жэне шыгу садылаулары эсерлерш есепке алатьш жерплпсп желдету вентилятордьщ жумысы кезшде депрессияньщ уйлеспеуш аныкгау бойынша функционалдык тэуелдинктер алынды Алынган формулаларды сынаулар аркылы тексеру функционалдык тэуелд1лпстерд1 табу непзше салынган ережелердщ д^рыстыгын растады Теорияльщ жэне сынаулар кезщде алынган мэлшеттерд1 салыстыру цател1ктер 11 %-дан аспайтыньш керсетп

Алынган функционалдык тэуелдшктерда талдау Ишыгу мэнше эсер ететш факторларды табуга мумкхндж берд1 Тэуелдш1К сипатына келеа параметрлер ен улкен эсер ететш1 аныкталды казбадагы ауанын мелшер1 Q, вентилятордьщ 6ШМД1ШП Ошыф казбанын келденен кима ауданы S, вентилятордьщ шыгу сацылау ауданы Smbl!y, вентилятор бдаьшысыныц б^рышы а Вентилятор еншдштн сактап шыгу сацылаудьщ диаметрш кншрейту эжекцияльщ эффектшердщ улгаюына жэне осьшьщ салдарынан aya мелшершщ де улгаюына эсер етед1, ал бул нэтижесшде желдету жуйесшдеп мелшердщ ргаюына экелш согады, жэне де керюшше - ^лгайткан кезде азаюына Осылайша, белсещц реттепштщ аэродинамикалык параметрлерш езгерту баскарылатын aya агындарына оньщ эсерлерш жогарлатуга немесе азайтуга мумюндш беред!

Белсенд1 реттепштщ шектеул1 кещстисте жумыс iCTeyi aya агыныныц К¥рылымьша 6ip катар ерекшел1ктерд1 енпзетш аныкталды. Орнатылган тэртш кезшде шектеул1 кещстпстеп еркш турбуленттш аймакта жылдамдылык; epicri езгерту оныц узД1каз деформациясы жайлы ацгартады жэне еркш ашндардьщ эртурл1 клмалары ушш бойлай жылдамдылык ерютер арасында ^ксастык сакталатынында болатын агындардьщ непзп каситетш дэлелдейд1

Белсенд1 реттепш жумысыныц аймашндаш агын геометриясын зсрттеу шектеул1 кещстисте таралатын еркш агынныц жаца ерекшштн орнатуга мумкшд!к берд1 Оныц mshici мынада - рркш агындардьщ зртурл1 кималары ушш максималд1 жылдамдыктардыц жарты мэндер1 6-7° бурышымен агын « полюсшен журпзшген 6ip тузудщ бойында болады Алынган касиет шектеул1 кещстисте таралатын еркш агынныц непзп учаскесшдеп кез-келген келденец кимасында aya агыны жылдамдыгыныц езгеру мэшн аныктау бойынша функционалдык тэуелдшкт! табу негшне салынган

Шахта казбаларында ауаныц кажетп таралуын алу максатымен белсенд1 реттепштерд1 тавдау бойынша тэжфибелш усыныстар эз1рленд1 Курдел! желдету жуйелершде aya агындарын баскару бойынша вентиляциялык есептерД1 шешу ушш енпзшген бастапкы мэлшеттермен сэйкес келетш элементгерд1 тацдауга жэне есептеуге мумкшдш беретш автоматтандьфылган акпараттык жуйе курылды Курдел1 желдету жуйелершде aya агындарын баскару бойынша вентиляциялык; есептерд1 шешу ушш белсенд1 ретгепштерд1 колдану бойынша усынылган эдштердщ тэж1рибел1к юке асырылуы пакты мысалдарда керсетшд1

Автор эз1рлеген гылыми нэтижелер мен тэжфибелж усыныстар

- «Баскарылатын желдету жуйелердеп aya агындары аэродинамикалык; параметрлершщ взгеруше белсенд! реттепштщ эсерш аныктау бойынша ^сыныстарды» К¥растырган кезде,

- курдел! желдету жуйелершде aya агындарын баскару бойынша вентиляциялык есептерд1 шешу кезшде талап етшетш нэтижелерге кол жетюзу ушш тшмд1 параметрлерд1 тацдауга мумюндис беретш автоматтандырылган акпараттык; жуйеш эзфлеген кезде колданылды,

- белсенд! реттегшш колданумен алу учаскесш ецдеудщ ерт-жарылыс жагьщан кдушаз жагдайларын аныктау кезде

Бр ^сьгаыстарды тау-кен металлургиялык, машинажасау жэне баска саладагы енеркэсш мекемелерде кез-келген курдел1 желдету жуйелершде белсенд: реттепштерд1 колдану непзшде желдету агындарын баскару тишдштн жогарлату ушш кдпдануга болады

Диссертациялык; жумыста орындалган кешенд1 зерттеулер кемф шаны мен метанньщ пайда болуыныц алдын алу максатымен жогары еншд1 газы ете мол кемф такгаларын ендеген кезде шац-газ тэртштерш баскарумен байланысты мэселелерд! шешугемумкшд1к беред!

SUMMARY

Studies and Working out Methods of Estimation of Aerodynamic Interaction of

Active Regulators with Air Flows in Air Pipelines «

The objects of the dissertation work are underground workings of mining enterprises

The purpose of the work is increasing industrial safety at mining enterprises due to substantiating explosion-proof aerodynamic parameters of underground working ventilation in the process of active regulators use in ventilation systems

The work is carried out with the use of theoretical and experimental methods of studies with the analysis of literature, fund and patent-and-information sources, theoretical generalization of the results and statistical processing of the information obtained

The main scientific conclusions and practical results of the studies earned out are as follows.

The carried out analysis of the literature sources and fund materials of ventilation systems of local ventilation operation in underground conditions used as active regulators, permitted to determine the main factors effecting the value of depression change in the working and to formulate the problems for determining this effect

In the result of the problems solving there are obtained functional dependences for determining depression changes taking mto account the effect of soaking and output openings of the ventilator with the changing of the running out free stream angle relatmg to the direction of the air flow in the ventilation channel The experimental check of the formulae obtained confirmed the correctness of the principles which were put as the base for deriving functional dependences

Comparing theoretical and experimental data showed that errors are no more than 11

%

The analysis of the functional dependences obtained permitted to reveal the factors effecting value hBBix. At this there was stated that the most effect have the following parameters air rate in the working Q, ventilator capacity Qbbix, cross-section of the working S, the area of the ventilator output opening Sbhx, ventilator turning angle a Decreasing the output opening with the same ventilator capacity assist the increase of ejection effects and consequently the increase of air rate, which leads to the increase of the rate in the ventilation system and vice versa

Thus, changing aerodynamic parameters of the active regulator permits to increase or to decrease its effect on the regulated air flow

It was stated that the operation of the active regulator m the limited space has a number of peculiarities in the air flow structure The speed field changing in the zone of free turbulence in the limited space in the stabilized mode testifies its continuous deformation and confirms the main property of the streams, that between the longitudinal speed fields for different sections of free streams there is some likeness

Studying the geometry of the flow m the zone of the active regulator operation permitted to establish a new peculiarity of the free stream in the limited space that the half values of maximum speeds for different sections of the free stream are on one straight line built from the stream pole with angle 6-7° The property revealed is laid as a base for deriving a functional dependence for determining the air flow speed change value m any cross-section of the mam part of the free stream m the limited space

There are worked out recommendations for selecting active regulators with the aim to obtain necessary air distribution m mining workings There is built an automated information system permitting to select and to calculate corresponding elements in accordance to the starting data introduced for solving ventilation problems to control air flows in complicated ventilation systems On the concrete examples there is shown practical realization of the methods suggested for using active regulators for solving ventilation problems

Scientific results and practical recommendations worked out by the author are used in

- making up "Recommendations for determining the active regulator effect on aerodynamic air flows parameters changing m the controlled ventilation systems",

- working out automated information system permitting to select rational parameters for achieving necessary results when solvmg the problems of air flows control in complicated ventilation systems,

- definition of non fire explosive working conditions of extractive section wits used of active regulators.

The recommendations mentioned can be used for improving the efficiency of ventilation flows control on the basis of using active regulators m ventilation systems of any complicity at enterprises of mining, metallurgical and other industnes

Carried out in the dissertation work complex studies permit to solve the problems connected with controlling dust-and-gas modes when developing veiy gas-mtensive coal seams with high capacity with the aim to prevent forming both coal dust and methane

Подписано к печати 01 07 2008 г Тираж 100 экз Бумага офсетная Уел п л 1,3 Формат 60x84 1/16 Отпечатано в типографии ТОО «САНАТ-Полиграфия», г Караганда, ул Терешковой, 34/2