Управление аэрогазодинамическими и тепломассообменными процессами при нормализации атмосферы карьеров (стр. 5 )

При работе карьерных вентиляторов в динамическом режиме происходит искривление траекторий осей струй, которое оказывает существенное влияние на дальнобойность. Исследования параметров струй, перемещающихся в пространстве, производились на специальном стенде с применением графометрической обработки фотографий задымленных струй. При этом для имитатора вентилятора типа НК-12КВ скорость истечения струй из насадка изменялась в диапазоне U0=(20¸50) м/с при скоростях поступа­тельного перемещения W=(0,1¸0,8) м/с; угол атаки струи – между вектором скорости истечения воздуха в началь­ном сечении U и скоростью поступательного перемещения W – изменялся в ин­тервале с шагом Δa0=p /12 (15°).

Степень искривления траекторий осей струй, вытекающих из насадков имитаторов, d0=(4¸20)×10-3 м определялась при a0=p /2 (90°) при Q0=10-3 м3/с. Скорость поступательного перемещения изменялась в интервале W=(0,1¸0,5) м/с с шагом DW=0,1 м/с.

В результате анализа экспериментальных данных была получена обобщенная эмпирическая формула траектории оси при поступательном перемещении струи:

где: W- скорость поступательного перемещения, м/с;U0 – средняя скорость воздуха в начальном сечении струи, м/с;а – коэффициент структуры струи; a0 – угол атаки струи, рад; – безразмерные координаты траектории. Результаты расчетов по ф.16 приведены на рис.5.

При a0 < p/2 из 16 можно определить глубину проникновения струи по направлению О перемещения при условии:

,

и ординату точки с макси­мальной глубиной проникновения в направлении :

Абсцисса точки определится при подстановке в уравнение 16. Точка пересечения траектории оси струи, перемещающейся под углом с осью , определится из уравнения 16 при :

Глубину проникновения струи по оси определяем, исходя из условия Um=3 м/с.

В зависимости от отношения W/U0 оптималь­ный угол атаки перемещающейся струи находится в интервале . При этом определение точек изотахи Um=3 м/с на траекториях осей перемещающихся струй можно производить по формуле:

(17)

где: - безразмерная длина траектории оси струи.

Ввиду того, что дальнобойность струи , в практических расче­тах для заданного отношения W/Uo значение aопт можно определить по формуле: (18)

При исследовании параметров струй, создаваемых имитаторами вентилятора НК-12КВ (d0=5,6×10-3 м), cкорость истечения изменялась в диапазоне 20£U0£50 м/с, а скорость углового перемещения 1£w£6 рад/с.

Для имитаторов d0=(4,8,12,16,20)×10-3 м скорость углового перемещения изменялась в интервале 1£w£5 рад/с при Q0=10-3  м3/с.

На основании анализа экспериментального материала по методике было получено обобщенное эмпирическое уравнение траектории оси струи при угловом перемещении имитаторов вентиляторных установок:

, (19)

где:- скорость истечения струи в начальном сечении, м/с;w - скорость углового перемещения имитатора, рад/с; а - коэффициент структуры струи; d0 - диаметр имитатора, м; полярные координаты точек траектории.

Значение функции, при котором струя превращается в след, т. е. , определится из уравнения:

(20)

Откуда:

После подстановки ji в 19 получим:

Анализ результатов исследований параметров струй при угловом перемещении свидетельствует о том, что в зависимости от места расположения установок целесообразно изменять режим работы авиадвига­телей. Расчетами было установлено, что при =90 обеспечивается эффективный искусственный воздухообмен Центрального карьера комбината "Ураласбест" в интервале скорости углового пере­мещения 10-3£ wH £5×10-3 рад/с на режиме работы авиадвигателя HK-I2KB 0,7 номинала (Uо= 40 м/с). Для обеспечения условий формирования струй в этом интервале wH  необходимо, чтобы jmin³ 7/45p (рис. 6а). При работе двигателя вентилятора на режиме 0,85 номинала (Uo = 50 м/с) обеспечивается проветривание карьера с =108, 10-3£ wH £ 6×10-3 рад/с, jmin³ 5/36 p  (рис. 6б).

Аналогичные расчёты можно произвести для других средств ис­кусствен-ного воздухообмена, создающих изотермические струи.

С учетом экономико-экологического фактора и многообразия параметров карьеров к средствам общеобменной искусственной вентиляции должны предъявляться следующие основные требования: максимальная начальная производительность и дальнобойность струй; высокая надежность и экономичность; соответствие гигиенических характеристик санитарным нормам; оснащённость устройствами для активного подавления вредных примесей в атмосфере карьера; широкий диапазон изменения ориентации струй в процессе пылегазоподавления.

На основании выполненных исследований и опыта промышленных испытаний различных средств вентиляции и пылегазоподавления предложен типажный ряд карьерных вентиляторов, адаптированный к условиям открытых горных

работ: мобильные вентиляторы - оросители многоцелевого назначения с дизельным и дизель-электрическим приводом; мобильные вентиляторы с дизель-электрическим приводом на базе вертолетных винтов со складывающимися лопастями ( вертолеты серии "Ка" ) для проветривания воронкообразных ка­рьеров

и застойных зон восходящими вертикальными и наклонными струями; передвижные вентиляторы большой производительности (Qc = 10000–12000 м3/с) на базе несущих вертолетных винтов с электрическим и газотурбинным приводом; передвижные вентиляторы-оросители на базе ТВД. Вентиляторы на базе несущих винтов вертолетов должны комплектоваться воздухоочистительными экранами, устанавливаемыми со стороны подсоса воздуха под винт.

Технические характеристики карьерных вентиляторов, входящих в рекомендуемый типажный ряд, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики карьерных вентиляторов

Показатель	УМП- -1А (Б)	ВОКМ -1(2) -300	УМП-14	УМП- 21	АВК- -35/Э	ВК -2000	АИ-20КВ	НК-12KB	ВОКМ -4-2500
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Движитель воздуха	Авиационные винты	Несущие вертолетные винты серии «Ми» и «Ка»	Турбовинтовые двигатели
Диаметр винта, м	3,6	3,6 (2х2,5)	14,5	21	35	15,74	4,5	5,6	9
Тип привода	Дизель­ный	Дизель- электр.	Электрический	Газотурбин. электр.	Дизель - электр.	Газотурбинный
Мощность привода, кВт	368	600	320	1000	2х4050 /8000	600	2550-3000	9400-11000	10200-12050

Продолжение табл. 1
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Средняя скорость воздуха в началь­ном сечении струи, м/с	24	24	7,2	8,15	12,6	10,3	40	61	40
Начальный расход воздуха, м3/с	240	300	1050	2520	11000-12000	2000	640	1680	2500
Дальнобойность струи в равновес­ной атмосфере до сечения со средней скоростью 0.6 м/с	180	250	200	250	640	230	320	520	600
Высота подъема вертикальной струи в устойчи­вой атмосфере при температур­ном градиенте g = +0,5 –5	-	-	290-150	374-200	600-329	300-170	270-170	450-265	600-300
Базовое транс­портное основа­ние	БелАЗ- 548	БелАЗ -7519	Ходовая тележ­ка бурового станка	Ходо­вая те­лежка ЭКГ-8И	БелАЗ-7519	Шасси авт. КрАЗ спец. Изгот.	Ходовая тележка ЭКГ-4,6	Ходовая тележка ЭКГ-8И
Назначение	Универсальные установки мест­ного проветрива­ния	Вентиляторы для создания вертикальных и наклонных струй	Вентиляторы - воздухоочистители для создания вертикальных и наклонных струй	Вентиляторы - оросители - генераторы осадков
Состояние работ	Серийное про­извод-ство	Рабо­чие черте­жи	Опытные образ­цы	Рабо­чие черте­жи	Эскиз­ный проект	Промышленные образцы	Рабочие чертежи

3. Теоретические и экспериментальные исследования процессов