Sposoby przeprowadzania pomiarów

W dowolnym przekroju wyrobiska prędkość ¡powietrza nie jest stała we wszystkich jego punktach. Ta zmienność prędkości w różnych punk­

tach danego przekroju przedstawia najczęściej o tyle złożoną funkcję różnych zmiennych niezależnych, że podanie jakiegoś ogólnego ¡prawa rozkładu prędkości staje się wprost niemożliwe. Zarówno rozważania teoretycznej, ^ jak i obserwacje wskazują na to, że w większości przy­

padków miejscem największych prędkości jest środkowa część przekroju poprzecznego, a najmniejsze prędkości występują na obwodzie przekroju.

W wyrobiskach kopalnianych prędkości rozmieszczone są zwykle niesy­

metrycznie w przekrojlu (rys. 72).

Wskutek nierównych prędkości w różnych pumktadh przekroju istnieje pewna trudność przy określainiu prędkości średniej v, a tym samym i ilości powietrza Q = v • S, przepływającego przez dany przekrój o po­

wierzchni S.

W wyrobiskach kopalnianych stosunek największej i średniej pręd­

kości zmienia się w szerokich granicach. Tak np. według Murgue’a 118

i Skoczyńskiego w wyrobiskach z obudową murową stosunek ten waha się od I,d6 do 1,25 i średnio wynosi 1„20; w wyrobiskach z obudową drewnianą 1,22 do 1,47; średnio 1,37; w wyrobiskach bez obudowy 1,24 do 1,36, średnio 1,33. Dla wyrobisk zupełnie prostych z obudową drew­

nianą stosunek ten można przyjąć średnio 1,25 (Mc Elroy, Komarow).

Istnieje w iele sposobów pomiaru ilości przepływającego powietrza oraz średniej jego prędkości.

Rys. 72. Rozkład prędkości powietrza Rys. 73. Podział przekroju wyrobiska

w przekroju poprzecznym chodnika na kwadraty

Sposób 1. Jednym z najdokładniejszych sposobów jest podział prze­

kroju poprzecznego wyrobiska na kwadraty za pomocą naciągniętych nici (rys. 73), pomiar prędkości v } w środku każdego kwadratu i w ykre­

ślenie krzyw ych równych prędkości mai rysunku przedstawiającym prze­

krój wyrobiska. Ilość powietrzai, przepływająca między krzywym i v-, i Vi +1, będzie

Vi + V ’i + i

---

2---gdzie Si oznacza przekrój elementarny, zawarty między (krzywymi v }, oraz Uj+i, znaleziony przez planimetrowanie na rysunku. Całkowita ilość przepływającego powietrza

n n

ę‘ - E q' ~ E “

Vi + Vi + 1

a prędkość średnia

1

Vi

s ’ ¿ j Si

Vi + Vi + i

(61)

(62)

gdzie S1 = U si oznacza całkowitą powierzchnię przekroju wyrobiska.

1

Sposób 2. Bardzo dokładnym i stosunkowo łatwym sposobem pomiaru jest sposób oparty na graficznym całkowaniu.

119

Nazywając przez Vj prędkość (powietrza w dowolnym elemencie po­

wierzchni A (współrzędne x, y, rys. 74), otrzym uje się ilość powietrza przepływającego przez ten element dS = d x - d y

d^Q = ^Vj • ^dS = ^v\ • dtr • dy Całkowita ilość powietrza płynąca w wyrobisku

Q = -dS = Sy (Jxv i • dr) • dy

Jeżeli punkty pomiaru prędkości zostaną rozmieszczone na szeregu linii równoległych (rys. 75 a) poziomych (lulb pionowych), a więc rów no­

ległych do osi X (lub Y), to będzie można sporządzić (rys. 75 b) wykresy rozkładu prędkości wzdłuż każdej z takich linii w układzie X , V;.

d x x

Rys. 74. Graficzne całkowanie

1 2 3 4 5 X

Rys. 75. Graficzne całkowanie Powierzchnia elementarnego paska na takim wykresie (rys. 75 b) w y­

nosi Vj • d x , całkowita zaś powierzchnia ograniczona krzy wą V\

SxV; • d X

P o splanimetrowaniu powierzchni tak wykreślonych krzywych nanosi się wielkość tych powierzchni na wykres (rys. 76) w układzie Y, ^xv-t• dx.

Łącząc odpowiednie punkty I', II', III', IV' linią krzywą i planimetr u jąc.

powierzchnię tej krzywej otrzymuje się

Sy (SxVi - dx)-ùy = Q (63)

a więc szukaną ilość powietrza.

Jeżeli przy wykreślaniu tych krzyw ych zastosowane zostały następu­

jące skale:

1 cm na osi X odpowiada a m 1 cm na osi Y odpowiada (3 m 1 cm na osi v } odpowiada y m/sek 1 cm na osi dx odpowiada ô m 2/sek 120

i jeżeli wyniki planimetrowania są w cm 2, to

Q = S.y (PSxT vi -a-dx)-ę>-df y

= (a-p*y 9)‘Ji/ (j>; •

^dx)

•

^dy

Prędkość średnią otrzyma się zgodnie z wzorem (41)

_Q s

(64)

v =

Punkty pomiaru nie powinny być położone zbyt blisko przy ścianach, gdyż w tych miejscach dokładny pomiar prędkości jest utrudniony.

Położenie skrajnych punktów nie może być jednak zbyt odległe od ścian, -gdyż wtedy obliczona prędkość byłaby niedokładna. W drodze do­

świadczalnej ustalono, że odległość od ścian nie powinna być większa od 0,25 <m, zwykle przyjm uje się ją równą 0,10 do 0,20 m.

Liczba punktów pomiaru w przekroju nie powinna być mniejsza od 20, tj. 4 X 5; średnio wynosi ona około 30, a przy bardzo dużym przekroju wyrobiska dochodzi do 70.

Rys. 76. Graficzne całkowanie

Sposób 3. Zamiast wykreślania krzyw ych i planimetrowania po­

wierzchni przyjąć można, że prędkości v x, v 2 . . . v n odnoszą się do całości pól (kwadratów) Si, s2 . . . sn, na które podzielony został przekrój w yro­

biska (rys. 73).

Ilość powietrza przepływająca przez talkie pole S; będzie

q i = S i • V i

Całkowita ilość powietrza przepływającego przez wyrobisko

Przekrój wyrobiska

a prędkość średnia

Q = JT Si * Vi

S = Z s i

V■== — =

n

2 Si • Vi

_1_________

n 2 Si

1

(65)

(66)

Liczba pól, na które ma Ibyć podzielony przekrój wyrobiska, zależy od jego powierzchni. Badania wykazały, że podział powierzchni przekroju

121

na nadmiernie małe pola daje za małą prędkość średnią, przy zbyt dużych polach natomiast otrzym uje się za dużą prędkość średnią. Tłumaczy się to tym, że przy małych polach skrajne punkty pomiaru przesuwają się bliżej do ścian wyrobiska, a w ięc do strefy najmniejszych prędkości.

W praktyce przekrój wyrobiska dzieli się na pola o powierzchni 0,1 do 0,35 m2, co odpowiada kwadratom o Iboku 0,3 d o 0,6 m. . . .

Sposób 4. Jeżeli przekrój wyrobiska podzieli się na jednakowej wiel­

kości pola sx = s2 = . . . s„ = s, to

i prędkość średnia

Q = s • % V i (67)

S — n - s

i

v = R = l . ^ Vi (68)

S n i

Dokładność pomiaru będzie tu, jak i w sposobie 3, zależna od wielkości pól (ich liczby). Sposoby 3 i 4 dają przeciętnie błąd około 3 /o (zwykle wy­

niki są za małe). . , .

Sposób 5. Z taką samą mniej więcejl dokładnością, jak przy sposobie 4, uzyskuje się wyniki, jeżeli pomiar przeprowadza się w 5 punktach w y ro ­ biska, a mianowicie w środku wyrobiska oraz naprzeciwko środków obu boków, piętra i spodu wyrobiska w odległości Vn do V9 wymiarów po­

przecznych wyrobiska. Otrzymany przy tym błąd nie jest większy od błędu, jaki otrzym uje się przy pomiarze w 30 punktach.

Sposób 6. W celu uproszczenia pomiarów na stacjach pomiarowych można przeprowadzić tylko jeden dokładny pomiar i określić stosu­

n e k —— (gdzie vmax oznacza prędkość w środku przekroju) lub też w y

-Vma r

znaczyć punkt, w 'którym prędkość jest równa prędkości średniej v\

wszystkie dalsze pomiary należy przeprowadzać tylko w środku przekroju luib w tak wyznaczonym punkcie. Uzasadnienie tego sposobu wynika z tzw. prawa Murgue’a, według którego wszystkie prędkości w danym przekroju pozostają zawsze w stałym stosunku do siebie.

Przy określaniu średniej prędkości powietrza w blaszanych lutniach w entylacyjnych na podstawie prędkości w środku otworu wylotowego należy otrzymane wartości m nożyć przez współczynnik k = 0,83 do 0,91.

Większe wartości tego współczynnika należy przyjmować przy mniejszej średnicy lutni i przy większych (np. 10 m/sek) prędkościach powietrza.

Pomiar prędkości powietrza przy otworze wlotowym daje mniej dokładne wyniki, przy czym k wynosi około 0,7.

Sposób 7. Zw ykłe pomiary kopalniane przeprowadza się przez wolne przesuwanie p o całym przekroju wyrobidka (rys. 77) anemometru', trzy­

manego bezpośrednio w ręce lub osadzonego na kiju długości około 1 m Pomiar prędkości powietrza trwa przy tym sposobie 2 d o 3 min lub nawet mniej (minimum 1 'min).

Ważną rolę odgrywa równomierność przesuwania anemometru.

Jeżeli przeprowadzający pomiar znajduje się w przekroju wyrobiska, zmniejsza sołbą przekrój przepływu o 0,4 do 0,5 m2 i przyczynia się tym do zwiększenia prędkości powietrza. Stosunkowo m ały w pływ na pręd­

kość wywiera obecność osoby wykonującej; pomiar, jeżeli stoi ona w prze­

kroju wyrobiska poza anemometrem w odległości 1 do 1,5 m. W związku 122

z tym pomiar anemometrem może być przeprowadzany dworna sposobami przed sobą i w przekroju.

1. Przy pomiarze przed sobą osoba wykonująca pomiar staje twarzą do prądu i trzyma anemometr w wyciągniętej ręce na wysokości ramienia. Nie zmieniając położenia anemometr u (przesuwa się w przekroju wyrobiska od jednej jego ściany do drugiej. Następnie nieco się schyla i przesuwa się wzdłuż następnej poziomej linii w kierunku przeciwnym. Po wykonaniu pomiaru wzdłuż wszyst­

kich linii poziomych prowadzi się anemometr wzdłuż linii pio­

nowych.

Rys. 77. Przesuwanie anemometru w przekroju wyrobiska

2. Przy pomiarze w przekroju osoba wykonująca pomiar trzyma anemometr w wyciągniętej ręce i przesuwa się od jednej ściany' do drugiej;, będąc zwrócona przez cały czas twarzą do ściainy. Przy mniejszej szerdkości wyrobiska wykonywujący pomiar stoi z boku, np. między stojakami lub przyciśnięty plecami do ściany, i opro­

wadza anemometrem przekrój przed sobą.

W większych przekrojach wyrobiska zaleca się wykonywać pomiar prędkości w każdej połowie osobno. Jeżeli wyrobisko podzielone jest na

-¿c Rys. 78. W ielkość p o- '|

prawki k zależnie od 5 przekroju wyrobiska ^

Przekrój wyrobiska S,mz

kilka przedziałów, pomiary w ykonuje się w każdym przedziale osobno.

Zaleca się osadzać anemometr na kiju długości około 1 m. W każdym miejscu wykonuje się nie mniej jak 3 lub 4 pomiary. Jeżeli poszczególne odczyty znacznie różnią się:, należy pomiar powtórzyć.

Zależnie od sposobu wykonywania pomiaru należy wprowadzić pewną poprawkę k, przez którą mnoży się otrzymaną prędkość. Wielkość tej poprawki wynosi (Mc Elroy, Komarow):

1. (dla pomiaru przed sobą: anemometr w wyciągniętej ręce k = 1,14;

anemometr na krótkim kiju k = 1,05 - f - 1,10; anemometr na kiju długości 1 m k = 1 ,0 ;

123

2. dla (pomiaru w przekroju: wielkość poprawki k zależy od przekroju wyrobiska (rys. 78); jeżeli w ykonujący pomiary znajduje się mię­

dzy stojakami lub oprowadza anemometrem osobno ¡każdą połowę wyrobiska, wartość poprawki może być przyjęta w wysokości k = 0,9.

P rzy wykonywaniu pomiarów w kilku punktach przekroju (sposo­

by 1 do 4) należy mieć na uwadze, że w czasie pomiaru ilość przepływa­

jącego powietrza może się zmieniać. W obec tego zachodzi potrzeba spro­

wadzania pomierzonych prędkości do pewnej ściśle określonej prędkości.

W tym celu zwykle umieszcza się w pewnym punkcie przekroju kontrolny przyrząd pomiarowy (np. rurkę Pitota), który pozostaje w ciągu pomia­

rów w jednym miejscu. W czasie pomiaru w każdym punkcie dokonuje się jednocześnie odczytu na przyrządzie kontrolnym.

W dokumencie Wentylacja kopalń. Przewietrzanie wyrobisk (Stron 121-127)