Depresja cieplna

Zastosowanie zasad termodynamiki do wyjaśnienia ruchu powietrza pod wpływem czynników naturalnych zostało p o raz pierwszy ¡podane

Z obu tych równań wynika, że powietrze w przewodzie będizie się znajdowało w spoczynku, gdy

m

Jeżeli równość ta nie zachodzi,, ruch powietrza musi się rozpocząć nawet bez użycia pracy mechanicznej!.

Przyjąwszy, że powietrze zewnętrzne jest w spoczynku, otrzyma się przy ruchu powietrza w przewodzie równania:

r 2 ' 1 dp

■«i + r

= o m0

z2 — z t + J t

_

¹

v:

m 2 9 - + W J2 = o

(111)

(112)

Rozpatrując ruch powietrza w całym przewodzie można analogicznie do wzoru (104) napisać

Ht = W 12 (113)

gdzie Hf jest całkowitą depresją (pracą) czynników cieplnych. P o odjęciu równań (111) i (112) otrzym uje się

Ht v l -2 9

f dp

+

f dp

J

⁷

_ 1 ^m

_ J r

1 7710

Zarówno w początkowym, jak i w końcow ym punkcie przewodu jest atmosfera zewnętrzna, wskutek czego można przyjąć v l — v 2 =z 0. Mając poza tym na uwadze równanie (94) otrzym uje się

Ht = L ~ L 0 (114)

przy czym ciśnienie w początkowym punkcie i ciśnienie p2 w końco­

w ym punkcie jest jednakowe dla' powietrza wewnętrznego i zewnętrznego.

Rys. 98 (z lew ej). Wykres depresji cieplnej przy ruchu powietrza od punktu 1 do punktu 2

Rys. 99 (z prawej). W ykres depresji cieplnej przy ruchu powietrza od punktu 2 d o punktu 1

Gdy L > L0, otrzymuje się Ht > 0 — ruch powietrza odbywać się będzie w kierunku 1-2. Pole zakreskowane na rys. 98 oznacza Ht. Ponie­

150

waż politropa 1-2 (dla powietrza wewnętrznego) jest odchylona bardziej w prawo od l-2 0, przeto wewnątrz przewodu (w kopalni) jest wyższa temperatura powietrza, a więc zostaje do niego doprowadzona pewna ilość ciepła.

Odwrotnie, gdy L < L0, wtedy Ht < 0, a więc ruch odbywa się w kie­

runku 2-1 (rys. 99). Wewnątrz przewodu (politropa 2-1) temperatura jest niższą powietrze w czasie ruchu oddaje ciepło.

Powierzchnie I, 2, 20 (rys. 98) i 1, 20, 2 (rys. 99) uważać można za obiegi (cyMe) zamknięte, w których ruch odbywa się w kierunku ruchu wskazówki zegara, przy czym

1-2 lufo (rys. 99) 2-1 — odnosi#się do powietrza w przewodzie, 2-2Q lub 1-1 o — przemiana izobaryczna zachodząca w czasie

mieszania się powietrza wychodzącego z ko­

palni z powietrzem zewnętrznym,

20-l lub 1q-2 — przemiana zachodząca w powietrzu ze­

wnętrznym przy przejściu z punktu 2 do 1 (z 1 do 2).

Zmianę kierunku ruchu powietrza, zależnie od różnicy temperatury powietrza na powierzchni i na dole, obserwuje się w kopalniach m ających połączenia z powierzchnią na różnych poziomach (np. połączenia za po­

mocą sztolni i szybu, rys. 100). W zimie chłodne powietrze wchodzi przez sztolnię 1, ogrzane zaś wychodzi przez szyb 2 (wypadek analogiczny do przedstawionego na rys. 98); w lecie kierunek ruchu jest odwrotny (jak na rys. 99).

Rys. 100. Zmiana kierunku ruchu po­

wietrza zależnie od jego temperatury

►Kierunek ruchu powietrza w zimie Kierunek ruchu powietrza w (ecie

W przypadku wentylatora obserwuje się w punkcie jego umieszczenia depresję (rys. 95) lub kompresję (rys. 94), lub — jeżeli jest on umieszczo­

ny wewnątrz przewodu (rys. 96) — z jednej! strony wentylatora depresję, z drugiej kompresję. Różnicę ciśnienia hsł poza i przed wentylatorem da się z łatwością zmierzyć. Przeprowadzenie takich pomiarów jest w yklu­

czone w przypadku ruchu wskutek wjpływów termodynamicznych. Nie może więc tu być m owy o depresji w takim znaczeniu, jak przy ruchu powietrza pod w pływ em wentylatora.

Do porównania obu rodzajów ruchu służyć może wielkość pracy Ht (rys. 98 i 99), którai wyraża jednocześnie depresję w m sł. powietrza.

W odniesieniu do procesów cieplnych pracę tę, czyli depresję cieplną, oznaczać się będzie przez Hf. Analogicznie do wzoru (102)

ht = y • Hf (115)

wyraża depresję cieplną w mm H20 .

Dotychczas rozpatrywano ruch powietrza w przewodzie, w którym przemiana termodynamiczna zachodzi według politropy o stałej wielkości wykładnika m. W rzeczywistości w ¡kopalni wielkość ta nie jest stała na całej długości prądu; z wystarczającą jednak dla celów praktycznych do­

kładnością można przyjąć, że w odpowiednio wybranych mniejszych 151

odcinkach prądu wykładnik politropowy nie ulega zmianie. Dzieląc więc badany prąd powietrza na takie mniejsze odcinki (rys. 101 a) i wykreśla­

jąc dla nich politropy, otrzyma; się w rezultacie na wykresie pracy obieg zamknięty (rys. 101 b), którego powierzchnia okreśja wielkość depresji cieplnej.

Na wykresie tym odcinki 1-2, 2-3, 3-4, 4-5 i 5-6 odinoszą się do po­

wietrza w kopalni; odcinek 6-7 przedstawia przemianę izobaryczną przy mieszaniu się powietrza wychodzącego z kopalni z zewnętrznym ; 7-1 oznacza przemianę zachodzącą w powietrzu zewnętrznym przy przej­

ściu od wylotu szybu w ydechow ego 7 do wlotu szybu wdechowego 1, a ponieważ w danym przykładzie w yloty szybów znajdują się na jed ­ nym ¡poziomie, punkty te leżą na wykresie obok siebie.

W niektórych przypadkach otrzym uje się wykres jak na rys. 102.

Na wykresie takim część powierzchni obiegu 2-3-4-5-6-e jest dodatnia (ruch powietrza w kierunku ruchu wskazówki zegara), część zaś l-e-7 — ujemna.

Sporządzenie wykresu pracy i obliczenie na jego podstawie wielkości depresji cieplnej nie będzie przedstawiało trudności, jeżeli w odnośnych punktach zostanie pomierzone ciśnienie p i ciężar właściwy- powietrza y.

Ciśnienie mierzy się za pomocą barometru. Ciężar właściwy może być obliczony na podstawie w zorów (35), (36) i (37).

Dla ułatwienia zadania można korzystać z gotowego wykresu izoterm

p

Rys. 101. Wykres depresji cieplnej panującej w kopalni

Rys. 102. Dodatnie i ujemne pola wykresu depresji cieplnej

152

(rys. 107), cna którym zamiast ciśnienia p w kG /m 2 lepiej jest oznaczyć odnośne ciśnienie barometryczne b w mm sł, Hg (p = 13,6 • b).

Wielkość depresji cieplnej zależy od wielkości powierzchni obiegu na wykresie, a więc od głębokości kopalni (zmiany p) i zmian temperatury.

Im niższą temperaturę ma prąd schodzący 1-2-3 (rys. 101) oraz im wyższą temperaturę ma prąd wznoszący się 4-5-6, tym większą otrzym uje się powierzchnię obiegu, tym lepiej jest wykorzystana depresja cieplna dla ruchu powietrza. W zimie jest ona na ogół większa aniżeli w lecie. Przy projektowaniu przewietrzania należy dążyć do tego, ażeby depresja ciepl­

na była jaik największa i alby unikać ujemnych powierzchni obiegu, które powstają między innymi przy (kierowaniu (powietrza ogrzanego w dół.

Najkorzystniejszy jest taki sposób przewietrzania, przy którym po­

wietrze z szybu wdechowego doprowadza się najkrótszą drogą do naj­

niższego punktu kopalni i przy którym przepływa ono na drodize od tego punktu aż do wylotu szybu wydechowego przez przodki, mając staJle kie­

runek wznoszący się. Taki sposób przewietrzania jest najkorzystniejszy również ze względu na odprowadzanie gazu kopalnianego, który jest lżejszy od powietrza.

Rys. 103. Nadziemny piec wentylacyjny

Tylko rzeczywiście ważne okoliczności (np. wydzielanie się C 0 2) mogą usprawiedliwić przewietrzanie przodków schodzącym prądem p o w ie trz a .

Poza tym powietrze zużyte musi b yć kierowane bezpośrednio do chodników w entylacyjnych i nie może przepływać przez drogi przewo­

zowe. Z tego też względu szyb wydobywczy, główne przecznice i chod­

niki przewozowe powinny służyć raczej do doprowadzania powietrza świeżego, a nie do odprowadzania zużytego.

Dla zwiększenia depresji cieplnej budowano dawniej nad szybem wydechowym komin w entylacyjny (rys. 101). Zwiększa on depresję cieplną o wielkość H't.

W pływ ogrzewania prądu wznoszącego się na przebieg przewietrzania znalazł swój wyraz w tzw. piecach w entylacyjnych. Piece te urządzano zarówno na powierzchni, jak i pod ziemią.

Piece nadziemne (rys. 103) miały palenisko w pobliżu wylotu szybu wentylacyjnego i były zaopatrzone w ¡komin. Zwiększenie depresji nastę­

powało tu zarówno z powodu istnienia komina (H't, rys. 101 i 103), jak i podniesienia w nim temperatury powietrza wychodzącego (H'',. rys. 103).

Za piec w entylacyjny mógł służyć również komin czynnej kotłowni.

Wadą pieców nadziemnych była nieduża depresja wytwarzana przez nie, 153

gdyż ogrzany słup powietrza (6-8) miał ta stosunkowo niedużą wysokość.

Zaletą ich jest większe — w porównaniu z piecami podziemnymi — bez­

pieczeństwo, »proste urządzenie i łatwa obsługa.

P iece podziemne (rys. 104) umieszczano na dole szybu wydechowego, a wskutek tego ogrzewały one słup powietrza równy głębokości szybu i tym samym stwarzały znacznie większą depresję H'”. Wadą ich była możliwość zetknięcia się gazu kopalnianego z ogniem. Dla uniknięcia tego palenisko C było odizolowane od wyrobiska A, przez które płynęło po­

wietrze z kopalni. Sklepienie B robioilo tak długie, by płomień i iskry nie sięgały szybu wydechowego.

Dawniej piece takie stosowano nawet w kopalniach gazow ych; w przy­

padkach takich do paleniska doprowadzało się prąd świeżego powietrza chodnikiem D, a odległość paleniska od punktu łączenia się powietrza wychodzącego z gazami spalinowymi była odpowiednio duża (15 do 30 m).

Rys. 104. Podziemny piec w entylacyjny

Piece takie ogrzewały wychodzące powietrze zwykle do tempera­

tury 35 -r- 40 °C, rzadziej! do 50 -f- 75 °C. W przypadku ogrzewania powietrza do temperatury 40 °C uzyskiwano depresję około 14 mm ¡sł.

w ody na 100 m głębokości umieszczenia paleniska.

Przepisy górnicze zabraniają obecnie stosowania pieców wentylacyj­

nych w kopalniach węgla.

Podobną rolę jak piece wentylacyjne odgrywają w szybach przewody parowe doprowadzające parę na dół, wobec czego dla zwiększenia depresji wskazane jest umieszczać je w szybie wydechowym.

Próbowano również wpuszczać parę wodną, bezpośrednio do szybu;

sposób ten okazał się jednak bardzo mało skuteczny; lepsze wyniki uzy­

skuje się przez zastosowanie odpowiednio dużych eżektorów.

W dokumencie Wentylacja kopalń. Przewietrzanie wyrobisk (Stron 152-157)