Способ определения механической энергии движущегося тела

Авторы патента:

Колмаков Владислав Александрович (RU)

Чередниченко Мария Владимировна (RU)

Колмаков Анатолий Владиславович (RU)

E21F1/00 - Средства техники безопасности; транспорт; закладка выработанного пространства; оборудование для спасательных работ; вентиляция или дренаж рудников или туннелей

Владельцы патента RU 2583386:

Колмаков Анатолий Владиславович (RU)
Колмаков Владислав Александрович (RU)
Чередниченко Мария Владимировна (RU)

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении механической энергии движущихся тел в горных выработках шахт. Технический результат заключается в повышении точности определения механической энергии движущихся тел и повышении достоверности подачи величины расхода воздуха в шахты. По способу устанавливают тело во входное сечение выработки, измеряют массу тела, устанавливают в выработке неподвижную воздушную среду. Предоставляют телу возможность движения по выработке, измеряют ее длину, время движения тела, определяют заданную скорость движения среды относительно тела. Определяют заданный импульс тела и определяют предельные отклонения от их значений. При наличии отклонений устанавливают в выходном сечении выработки соответствующие их значения, измеряют импульс тела и скорость движения среды относительно тела и определяют удельную плотность объемного расхода среды. Затем замеряют в выходном сечении выработки импульсы тела и удельные плотности объемного расхода среды при каждом замере. Определяют показатели режимов изменения импульса тела, удельной плотности объемного расхода среды. Определяют величину начального импульса тела при каждом замере. Определяют удельную скорость сопротивления среды движению тела и определяют механическую энергию движущегося тела в конечном сечении при переменном импульсе, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах их изменения по приведенным математическим формулам. Определяют условия соотношений фактической величины механической энергии с допустимой ее величиной. При условии, когда фактическая величина энергии больше допустимой, изменяют величину фактической энергии ниже допустимой для получения требуемого технического результата. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для получения более точных данных определения механической энергии движущихся тел при переменном импульсе и сопротивлении текущей среды в выработках шахт.

Известен способ потери объемной плотности механической энергии движущейся среды при лобовом сопротивлении неподвижного твердого тела (Ушаков К.З. и др. Аэрология горных предприятий, М.: Недра, 1987. С. 105-108), в котором путем замера постоянной плотности среды, замера скорости ее движения, замера коэффициента лобового аэродинамического сопротивления тела определяют величину потерь объемной плотности механической энергии среды, как произведение коэффициента лобового аэродинамического сопротивления тела на квадрат скорости ее движения (способ принят за аналог).

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает переменную массу тела; взаимосвязь массы со скоростью движения.

Известен также способ определения механической кинетической энергии движения тела (А.А. Детлаф, Б.М. Яворский. Курс физики, М.: Высшая школа, 1989. С. 31-32), в котором путем замера постоянной массы тела и импульса тела определяют величину механической кинетической энергии движения тела, как частное от деления квадрата импульса тела на удвоенную его массу.

Недостаток данного способа состоит в том, что он не учитывает: переменную массу тела; взаимосвязь массы и скорости движения тела в текущей среде; начальную величину импульса движения тела и сопротивление среды движению тела.

Известен также способ определения механической динамической работы перемещения тела переменной силой в текущей среде (А.В. Колмаков, В.А. Колмаков, Патент RU №2486342. Приоритет 23.09.11, опубл. 23.06.13, бюл. №18), в котором путем замера: переменного импульса силы, измерения удельной плотности объемного расхода среды и режимов их движения определяют величину динамической работы перемещения тела в текущей среде по математической формуле (способ принят за аналог).

Существенное отличие заявленного способа от данного способа, являющегося его эквивалентом по размерности величины, состоит в том, что в известном способе определяется динамическая работа перемещения тела переменной силой в текущей среде, а в заявленном способе определяется механическая энергия движущегося тела при переменном импульсе тела и сопротивлении текущей среды.

Известен также способ определения коэффициента сопротивления движению тела в газе или жидкости (Л.А. Сена. Единицы физических величин и их размерности. М.: Наука. 1988. С. 154), путем замера силы движения тела, скорости его движения и определения коэффициента сопротивления, как частное от деления силы на скорость тела.

Известен также способ измерения механической энергии движущегося тела (Справочник, Измерения в промышленности, раздел «Измерение механической энергии», под ред. проф. П. Профоса, том 2, М.: изд-во Металлургия, 1990. С. 126-127), в котором путем замера массы тела, скорости его движения, определяют механическую кинетическую энергию как произведение массы на половину квадрата скорости движения тела. Причем оба признака ее составляющие: масса тела и скорость движения определяются независимо одна от другой различными способами (способ принят за прототип).

Недостатками данного способа является то, что он не учитывает: переменную массу тела, реальные размеры тела, величину импульса тела; взаимосвязь между массой тела и скоростью движения среды, режимы движения массы тела и скорости движения среды, не учитывает сопротивление движению тела, принимает тело в виде физической модели - точки, которая размеров и сопротивления не имеет.

Задачей изобретения является повышение безопасности, комфортности условий труда и улучшение технико-экономических показателей работы шахт.

Технический результат заявленного изобретения состоит в повышении точности определения механической энергии движущегося тела при переменном импульсе и сопротивлении текущей среды, а с учетом их, в повышении достоверности подачи величины расхода воздуха в шахту, в предотвращении профессиональных заболеваний, эндогенных пожаров, взрывов метана, угольной пыли, травматизма и аварий в шахтах.

Указанный технический результат достигается тем, что способ определения механической энергии тела при переменном импульсе и сопротивлении текущей среды, включает: выбор горного массива, с находящейся в нем выработкой, измерение входного и выходного сечения, подачу в выработку расхода воздуха с заданной скоростью устройством ее изменения, установку тела во входное сечение устройством изменения массы тела, измерение заданной массы тела, предоставление телу возможности движения вдоль выработки от входного до выходного сечения, измерение постоянной длины выработки, измерение времени движения тела и измерение заданной скорости движения тела, отличающийся тем, что дополнительно определяют заданный импульс тела, после этого устанавливают устройством изменения скорости движения воздуха неподвижную воздушную среду в выработке, устанавливают на тело датчик замера скорости и направления движения воздуха относительно тела, определяют возможные отклонения от заданных значений массы тела и скорости движения воздуха относительно движения тела, при наличии отклонений измеряют длину, площадь миделева сечения, форму тела, оставшуюся часть сечения выработки, затем устанавливают устройством изменения массы тела во входном сечении выработки минимальное значение массы - при дальнейшем увеличении массы тела до максимального значения или максимальное значение массы при дальнейшем снижении ее до минимального значения. После этого измеряют массу тела от одного до другого предельного значения, в конечном сечении, одновременно измеряют в конечном сечении выработки скорость движения тела при каждом замере от одного до другого предельного значения, затем определяют удельную плотность объемного расхода движения среды относительно тела, вслед за этим определяют показатель режима движения массы тела в среде между замерами при изменении удельной плотности объемного расхода среды и начальную удельную плотность объемного расхода среды, затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода относительно тела и начальную величину массы тела, после этого определяют при каждом замере начальный импульс тела при совместном изменении переменной массы тела и переменной удельной плотности объемного расхода среды, измеряют удельную скорость сопротивления движению тела и определяют при каждом замере механическую энергию движущегося тела при переменном импульсе, переменной удельной плотности объемного расхода и переменной удельной скорости сопротивления движения среды по основной математической формуле

$E = \frac{P_{o} \frac{m^{n_{1}}}{r_{1}^{n_{2}}}}{r_{2}^{n_{2}}}$ ,

где E - механическая энергия движущегося тела в среде;

P - импульс тела при взаимосвязи переменной массы движения тела и пременной удельной плотности объемного расхода движения среды относительно тела в каждом пункте замера, определяется по формуле

$P = P_{o} \frac{m^{n_{1}}}{r_{1}^{n_{2}}}$ ,

где - P_o начальный импульс тела, определяется по формуле $P_{o} = \frac{m_{o}}{r_{o}}$ , m_o - начальная масса тела $m_{o} = m^{1 - n_{1}}$ , r_o - начальная удельная плотность объемного расхода среды, $r_{o} = r_{1}^{1 - n_{2}}$ где m - масса тела в текущей среде определяется по формуле

$m = \frac{G}{g - a}$ ,

где G - вес тела в конечном сечении выработки; g - ускорение силы тяжести; a - фактическое ускорение движения тела в конечном сечении выработки; r₁ - удельная плотность объемного расхода среды, при каждом замере определяется по формуле

$r_{1} = \frac{S_{м}}{Q}$ ,

где Q - объемный расход движения среды, обтекающей тело, определяется по формуле Q=U₁·S_м, U₁ - скорость движения среды, S_м - миделево сечение тела,

n₁ - показатель режима изменения переменной массы тела при переменной удельной плотности объемного расхода среды определяется по формуле

$n_{1} = \frac{Δ \ln r_{1}}{Δ \ln m}$ ,

где n₂ - показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды относительно тела при переменной массе тела, определяется по формуле

$n_{2} = \frac{Δ \ln m}{Δ \ln r_{1}}$ ,

где r₂ - удельная скорость сопротивления движению тела определяется по формуле

$r_{2} = \frac{1}{2 U_{2}}$ ,

где U₂ - скорость движения тела $U_{2} = \frac{F}{R}$ ; F - сила сопротивления среды; R - коэффициент сопротивления среды.

Далее измеряют механическую энергию при каждом замере, затем определяют приращения механической энергии между каждым замером, измеряют время движения тела и определяют общую механическую энергию движущегося тела за весь период времени его движения в в среде при переменном импульсе тела и переменном сопротивлении текущей среды по математической формуле

$E_{о б} = {\sum Δ [\frac{P}{r_{2}}]}_{i}$ ,

где E_об - механическая энергия движущегося тела, $\sum Δ i$ - индексы суммы приращения энергии между пунктами и номера пунктов замера.

После этого определяют условия соотношения фактической величины механической энергии с допустимой ее величиной, по формуле

E_ф-1<E_д<E_ф-2,

где E_ф-1, E_ф-2 - соответственно фактическая величина механической энергии меньшая и большая, чем допустимая ее величина, E_g - допустимая величины энергии, < - индекс соотношения величин, и при условии, когда фактическая величина энергии больше допустимой, изменяют величину фактической энергии ниже допустимой для получения технического результата.

Наличие причинно-следственной связи между массой тела, скоростью движения среды и техническим результатом подтверждается тем, что движущиеся тела в шахте (клети, скипы, бадьи, вагоны, монорельсовые машины, горные породы под действием силы тяжести и др.) имеют переменную массу, размеры и переменную скорость движения в среде. Поэтому они создают переменный импульс тела, переменное сопротивление движению тела в воздушной среде, что изменяет потребное ее количество воздуха, вплоть до изменения направления его движения и приводит к взрывам газа, пыли и тяжелым последствиям.

В способе-прототипе масса тела принимается в виде физической модели - точки, которая размеров не имеет, не оказывает сопротивления движению тела в среде и не обеспечивает получение технического результата.

Начальная величина импульса также имеет причинно-следственную связь с техническим результатом, поскольку общий импульс тела при каждом замере складывается из начальной величины и его приращения. Знание начальной величины импульса и режимов изменения массы и скорости движения среды между замерами позволяет прогнозировать величины энергии движущегося тела, а с ее учетом получить требуемый технический результат и, в частности, подать в шахту требуемый расход воздуха.

Показатели режимов движения тела переменной массы и удельной скорости движения среды также имеют причинно-следственную связь с техническим результатом. Это подтверждается тем, что тела в шахте движутся не всегда равномерно - ускоренно с показателем степени, равном двум, который принимается в известном способе-прототипе - априори, без замеров, и не обеспечивает получение требуемого технического результата. В этой связи поясняем также, что использование в заявке дробных, целых, положительных и отрицательных степеней у признаков в промежуточных операциях, вполне допустимо уровнем техники при условии соблюдения стандартизованной конечной размерности у признаков массы, скорости, энергии и др. (см., например, Л.А. Сена. Единицы физических величин и их размерности. М.: Наука, 1988, с. 67), что соблюдено в формуле способа.

Величина механической энергии движущейся среды также имеет причинно-следственную связь с техническим результатом, поскольку в шахте ее величина нормируется. Так, величина объемной плотности механической энергии движения среды между входным и выходным сечениями выработок шахты нормируется правилами безопасности, в зависимости от самовозгорания угля, газообильности, величины добычи угля, утечек воздуха. Например, для шахты в целом величина объемной плотности энергии воздуха не должна превышать 3000-4500 Дж/м³ (см. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. М.: Недра, 1975, С. 86), а для добычного пожароопасного участка эта величина не должна превышать всего 45-120 Дж/м³ (Временное руководство по проектированию и организации проветривания угольных шахт, Кемерово, Востнии, 1969, С. 165-168). Величина скорости движения воздуха имеет причинно-следственную связь с техническим результатом, поскольку в шахтах она нормируется, в зависимости от вида горной выработки. Так минимальная величина скорости движения воздуха в выработке не должна быть ниже 0,15-0,5 м/с, а максимальная - не должна быть выше 4-15 м/с (Правила безопасности в угольных шахтах Госгортехнадзор России, М.: 2003, С. 74-76).

Физический смысл механической энергии движущегося тела при переменном импульсе и сопротивлении текущей среды состоит в том, что при каждом замере энергия является равнодействующей: сил импульса тела и сил противодействия тела среды.

Изобретение поясняется фиг. 1, где показан вид выработки сбоку. Позиции на чертеже обозначают: горный массив - 1, выработка - 2, входное сечение выработки - 3, выходное сечение выработки - 4, заданная скорость движения тела - 5, устройство изменения скорости воздуха - 6, тело - 7, устройство изменения массы и импульса тела - 8, длина выработки - 9, датчик для замера скорости и направления движения воздуха - 10, длина тела - 11, миделево сечение - 12, оставшаяся часть сечения выработки - 13, масса тела - 14, удельная плотность объемного расхода среды, омывающей тело - 15, удельная скорость сопротивления среды движению тела - 16. Предлагаемый способ заключается в том, что для определения механической энергии движущегося тела при переменном импульсе тела и сопротивления текущей среды выбирают горный массив - 1, с находящейся в нем выработкой - 2, замеряют ее входное - 3 и выходное - 4 сечение, подают в выработку расход воздуха с заданной скоростью - 5, устройством ее изменения - 6, устанавливают тело - 7 во входное сечение устройством изменения массы тела и импульса тела - 8, измеряют заданную массу тела, предоставляют телу возможность движения вдоль выработки от входного до выходного сечения, измеряют длину - 9 выработки, время движения тела, измеряют заданную скорость движения тела и определяют заданный импульс тела. После этого устанавливают устройством изменения скорости движения воздуха неподвижную воздушную среду в выработке, устанавливают на тело датчик - 10, для замера скорости и направления движения воздуха относительно тела, сообщают телу устройством изменения массы возможность движения в воздушной среде по длине выработки, измеряют время движения тела под действием силы тяжести от начального до конечного сечения, измеряют скорость движения воздуха в конечном сечении выработки.

Затем измеряют возможные отклонения от заданных значений массы тела и скорости движения воздуха относительно движения тела.

При наличии отклонений измеряют длину - 11 тела, площадь миделева сечения - 12, форму тела, оставшуюся часть сечения выработки - 13.

Затем устанавливают устройством изменения массы тела во входном сечении выработки минимальное ее значение - при дальнейшем увеличении массы тела до максимального значения или максимальное значение при дальнейшем снижении ее до минимального значения. После этого изменяют массу тела от одного до другого предельного значения, одновременно измеряют в конечном сечении выработки скорость движения тела и определяют массу тела - 14 в среде. Затем определяют удельную плотность объемного расхода среды относительно тела - 15, после этого определяют при каждом замере импульс начальный импульс тела при совместном изменении переменной массы тела и переменной удельной плотности объемного расхода среды.

Вслед за тем определяют показатель режима движения массы тела в среде между замерами при изменении удельной плотности объемного расхода и начальную плотность объемного расхода среды.

Затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода относительно тела, начальную величину массы, определяют начальный импульс тела, определяют удельную скорость сопротивления движению тела - 16 и определяют механическую энергию движущегося тела в текущей среде по основной математической формуле. Далее измеряют механическую энергию при каждом замере, затем определяют приращения механической энергии движения между каждым замером, измеряют время движения тела и определяют общую механическую энергию движущегося тела за весь период времени его движения в среде при переменном импульсе тела и переменном сопротивлении текущей среды по основной математической формуле.

После этого определяют условия соотношения фактической величины механической энергии с допустимой ее величиной и при условии, когда фактическая величина энергия больше допустимой, изменяют величины фактической энергии ниже допустимой для получения требуемого технического результата.

Замеры параметров производят следующими приборами и устройствами: пружинными весами измеряют - массу тела; микроманометром ММН-1 с воздухомерной трубкой и анемометрами МС-13, АСО-3 - скорость движения воздуха; микробароневилиром - МБ-2 барометрическое давление; мерной рулеткой - длину выработки, длину тела, площадь сечения, объем тела; компьютером «note book», секундомером - время движения тела; вентилятором типа ВМП - регулировалась скорость скорость движения воздуха.

Технический результат, возникающий от совокупности отличительных признаков предложенного изобретения, сводится к следующему. Операции определения переменного импульс тела позволяют учесть во взаимосвязи одновременное изменение массы тела и скорости движения воздушной среды, в отличие от способа прототипа, где масса тела и скорость его движения измеряются различными способами без учета их взаимосвязи. Таким путем в заявленном способе удается повысить достоверность определение массы тела и скорости движения воздуха в шахте.

Начальная величина импульса как комплексный и размерный коэффициент пропорциональности между общей величиной импульса и определяющими его факторами позволяет повысить точность определения общей величины энергии и таким путем повысить достоверность величины расхода воздуха.

Учет нелинейности изменения показателей режима массы тела и удельной плотности объемного расхода среды позволяет повысить точность определения энергии, удельной плотности объемного расхода и таким путем повысить достоверность определения расхода воздуха, а с его учетом улучшить технико-экономические условия работы шахт, повысить производительность труда горняков, снизить травматизм, профзаболевания, исключить загазирование атмосферы выработок, взрывы газа, пыли и аварийность в шахтах.

Учет изменения импульса тела и сопротивления среды во времени позволяет расширить диапазон решения практических задач в шахте, в отличие от известного скалярного способа, который не учитывает время движения тела в среде и не позволяет получить требуемый технический результат в условиях шахт.

Определение показателей режимов изменения массы тела и скорости движения тела среды в предложенном способе позволяет прогнозировать изменения массы тела и скорости движения среды, а не принимать показатель степени у скорости априори - в виде двойки без замеров, что вносит ошибки в результаты замеров расхода воздуха в шахте. Кроме того, определение в заявленном способе в комплексе удельной плотности объемного расхода среды и удельной скорости сопротивления движению тела позволяет учесть одновременное их действие. Способ-прототип не учитывает сопротивление движению тела в среде и не позволяет получить технический результат (см. таблицу).

Из таблицы видно, что заявленный способ позволяет повысить точность определения механической энергии движущегося тела в текущей среде в диапазоне от 64 раз до 1.1 раза, против способа-прототипа.

Из таблицы видно, что заявленный способ позволяет повысить достоверность определения скорости воздушной среды в диапазоне от 8 раз до 1.1 раза по сравнению со способом-прототипом.

В предложенном способе имеются параметры, содержащие пределы количественных значений механической энергии. Предложенный способ позволяет определять механическую энергию движущихся тел и в более широком диапазоне величин ее параметров.

Примером применения заявленного способа служат данные замера операций, подтверждающие повышение точности определения механической энергии движущегося тела в текущей среде, по сравнению со способом-прототипом. Для осуществления способа выбирался горный массив - 1, находящаяся в нем выработка - 2, измерялось входное - 3 $\underset{в х}{S} = 1 м^{2}$ и выходное - 4 $\underset{в ы х}{S} = 1 м^{2}$ сечение выработки, подавался в выработку расход воздуха с заданной скоростью - 5 U₃=4.9 м/с, устройством ее изменения - 6, устанавливалось тело - 7 во входное сечение выработки, устройством изменения массы и импульса тела - 8, предоставлялась телу возможность движения от входного до выходного сечения, измерялась длина - 9 l=2.45 м выработки, дополнительно устанавливалась устройством изменения скорости движения воздуха неподвижная воздушная среда, устанавливался на тело датчик - 10 для замера скорости и направления движения воздуха, сообщалась телу возможность движения, измерялось время движения тела t=1c, измерялась заданная скорость движения тела и определялся заданный импульс тела, $P = 4.9 \frac{к г \cdot м}{с}$ , затем определялись возможные отклонения от заданных значений массы тела от Δm=-0.75 кг до Δm=+1 кг и скорости движения воздуха от ΔU=-2.46 м/с до ΔU=+2.04 м/с. При наличии отклонений измерялась длина тела 11 от l_т=0.056 м до l_т=0:112 м площадь его миделева сечения 12 тела от S_м=0,00313 м² до S_м=0.0124 м², оставшаяся площадь сечения выработки 13. Затем устанавливалось во входном сечении минимальное значение массы 14 тела от m=0.25 кг, при дальнейшем ее увеличении до m=2 кг одновременно измерялась в конечном сечении скорость движения тела в среде - от U=2.44 м/с до U=6.94 м/с. Затем определялась удельная плотность объемного расхода движения среды относительно тела 15 от r₁=0.409 c/м до r₁=0.144 м/с, далее определялся при каждом замере импульс тела от P=0.61 кг·м/с до P=13,88 кг·м/с, затем определялся показатель режима изменения массы тела при переменном расходе движения среды относительно тела n₁=0.503 и определялась начальная масса тела m_o=0.50, затем определялся показатель режима изменения плотности движения среды относительно тела при переменной массе тела n₂=1.98 и определялась начальная величина удельной плотности движения среды, r_o=2.4, одновременно определялась величина начального импульса тела P_o=0.209, после этого определялась удельная скорость сопротивления движению тела 16 при каждом замере от r₂=0.819 до r₂=0.288, и определялась механическая энергия движущегося тела по основной математической формуле

от $E_{\min} = \frac{P}{r_{2}} = \frac{0.61}{0.819} = 0.747 Д ж$

до $E_{\max} = \frac{13.88}{0.288} = 48.19 Д ж$

Далее измерялась механическая энергия при каждом замере, затем определялись приращения механической энергии тела между каждым замером, измерялось время движения тела и определялась общая механическая энергия движущегося тела за весь период времени движения в среде при переменном импульсе тела и переменном сопротивлении текущей среды по математической формуле

E_об=0.747+(3-0.747)+(12-3)+(48.02-12)=48.2 Дж.

После этого определялись условия соотношения фактической величины механической энергии с допустимой ее величиной для условий добычного пожароопасного участка по формуле

0.747<48<48.2,

при условии, когда фактическая величина энергии больше допустимой, путем изменения ее величины ниже допустимой получали требуемый технический результат.

Заявленный способ позволяет решить поставленную задачу и получить технический результат, заключающийся в повышении точности определения механической энергии движущегося тела при переменном импульсе и сопротивлении текущей среды, а с учетом их в повышении достоверности подачи величины расхода воздуха в шахту, в предотвращении профессиональных заболеваний, эндогенных пожаров, взрывов метана, угольной пыли, травматизма и аварий в шахтах.

Изобретение может быть использован с помощью средств, известных в технике, например устройств изменения скорости движения воздуха - передвижных вентиляторов местного проветривания ВМЦ, ВЦ, стационарных вентиляторов проветривания ВОД, ВЦД и др., также движущихся тел переменной массой - клети, скипы, бадьи, вагоны, горные машины, горные породы, движущиеся под действием силы тяжести и др.

Способ определения механической энергии движущегося тела, при переменном импульсе и сопротивлении текущей среды, включает: выбор горного массива с находящейся в нем выработкой, замер входного и выходного сечения, подачу в выработку расхода воздуха с заданной скоростью устройством ее изменения, установку тела во входное сечение устройством изменения массы тела, измерение заданной массы тела, предоставление телу возможности движения вдоль выработки от входного до выходного сечения, измерение постоянной длины выработки, времени движения тела и измерение заданной скорости движения тела, отличающийся тем, что дополнительно определяют заданный импульс тела, после этого устанавливают устройством изменения скорости движения воздуха неподвижную воздушную среду в выработке, устанавливают на тело датчик замера скорости и направления движения воздуха относительно тела, определяют возможные отклонения от заданных значений массы тела и скорости движения воздуха относительно движения тела, при наличии отклонений измеряют длину, площадь миделева сечения, форму тела, оставшуюся часть сечения выработки, затем устанавливают устройством изменения массы тела во входном сечении выработки минимальное значение массы - при дальнейшем увеличении массы тела до максимального значения или максимальное значение массы при дальнейшем снижении ее до минимального значения, после этого измеряют массу тела от одного до другого предельного значения в конечном сечении, одновременно измеряют в конечном сечении выработки скорость движения тела при каждом замере от одного до другого предельного значения, затем определяют удельную плотность объемного расхода движения среды относительно тела, вслед затем определяют показатель режима движения массы тела в среде между замерами при изменении удельной плотности объемного расхода среды и начальную удельную плотность объемного расхода среды, затем определяют показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода относительно тела и начальную величину массы тела, после этого определяют при каждом замере начальный импульс тела при совместном изменении переменной массы тела и переменной удельной плотности объемного расхода среды, измеряют удельную скорость сопротивления движению тела и определяют при каждом замере механическую энергию движущегося тела при переменном импульсе, переменной удельной плотности объемного расхода и переменной удельной скорости сопротивления движения среды по основной математической формуле
$E = \frac{P_{o} \frac{m^{n_{1}}}{r_{1}^{n_{2}}}}{r_{2}}$ ,
где E - механическая энергия движущегося тела в среде;
P - импульс тела при взаимосвязи переменной массы движения тела и переменной удельной плотности объемного расхода движения среды относительно тела, в каждом пункте замера, определяется по формуле
$P = P_{o} \frac{m^{n_{1}}}{r_{1}^{n_{2}}}$ ,
где P_o - начальный импульс тела, определяется по формуле $P_{o} = \frac{m_{o}}{r_{o}}$ , m_o - начальная масса тела; $m_{o} = m^{1 - n_{1}}$ , r_o - начальная удельная плотность объемного расхода среды, $r_{o} = r_{1}^{1 - n_{2}}$
m - масса тела в текущей среде, определяется по формуле
$m = \frac{G}{g - a}$ ,
где G - вес тела в конечном сечении выработки; g - ускорение силы тяжести; a - фактическое ускорение движения тела в конечном сечении выработки; r₁ - удельная плотность объемного расхода среды, при каждом замере определяется по формуле
$r_{1} = \frac{S_{м}}{Q}$ ,
где Q - объемный расход движения среды, обтекающий тело, определяется по формуле Q=U₁·S_м; U₁ - скорость движения среды; S_м - миделево сечение тела,
n₁ - показатель режима изменения переменной массы тела при переменной удельной плотности объемного расхода среды, определяется по формуле
$n_{1} = \frac{Δ \ln r_{1}}{Δ \ln m}$ ,
где n₂ - показатель режима изменения удельной плотности объемного расхода среды относительно тела при переменной массе тела определяется по формуле
$n_{2} = \frac{Δ \ln m}{Δ \ln r_{1}}$ ,
где r₂ - удельная скорость сопротивления движению тела, определяется по формуле
$r_{2} = \frac{1}{2 U_{2}}$ ,
где U₂ - скорость движения тела $U_{2} = \frac{F}{R}$ ; F - сила сопротивления среды движению тела; R - коэффициент сопротивления среды,
далее измеряют механическую энергию при каждом замере, затем определяют приращение механической энергии тела между каждым замером, измеряют время движения тела и определяют общую механическую энергию движущегося тела за весь период времени движения в среде при переменном импульсе тела и переменном сопротивлении текущей среды по математической формуле
$E_{о б} = Σ Δ {[\frac{P}{r_{2}}]}_{i}$ ,
где E_об - общая механическая энергия движущегося тела, ΣΔi - индексы суммы, приращения энергии между пунктами и номера пунктов замера,
после этого определяют условия соотношений фактической величины механической энергии с допустимой ее величиной по формуле
E_ф-1<E_g<E_ф-2,
где E_ф-1, E_ф-2 - соответственно фактическая величина энергии меньшая и большая, чем допустимая ее величина, E_g - допустимая величина энергий, < - индекс соотношения величин энергии, и при условии, когда фактическая величина энергии больше допустимой, то изменяют величину фактической энергии ниже допустимой для получения требуемого технического результата.

Похожие патенты:

Способ вентиляции карьера // 2582356

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при искусственном проветривании застойных зон глубоких карьеров. Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности энергетического воздействия средств вентиляции на воздушный бассейн карьера при дефиците энергии неустойчивости внутрикарьерной атмосферы.

Система проветривания нефтешахты // 2582145

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания уклонных блоков на месторождениях высоковязкой нефти и природного битума, подземная добыча которых производится шахтным способом.

Способ вентиляции глубоких карьеров // 2581644

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при искусственном проветривании застойных зон глубоких карьеров. Техническим результатом предлагаемого решения является повышение эффективности регулирования вентиляционных потоков и их распределения между застойными зонами, что позволяет уменьшить материальные и энергетические затраты на проветривание карьера.

Система автоматизации главной вентиляторной установки // 2574098

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к системам автоматизации вентиляторных установок, и может быть использовано для обеспечения безопасного, энерго- и ресурсосберегающего проветривания подземных горнодобывающих предприятий.

Подземное сооружение с естественной теплообменной вентиляцией // 2572265

Изобретение относится к области вентиляции и кондиционирования, а именно к устройствам с естественной вентиляцией с утилизацией тепла. Технический результат направлен на создание устройства с естественной энергонезависимой вентиляцией с возможностью утилизации тепла, распределенного в толще грунта, позволяющего поддерживать положительную температуру внутри подземного сооружения, обеспечивая естественную вентиляцию, предотвращающую опасный уровень загазованности помещения.

Способ проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки полезного ископаемого, расположенного по падению пласта // 2569647

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания выемочных участков (панелей и блоков). Технический результат заключается в разработке энергоэффективного способа проветривания выемочного участка при обратном порядке отработки полезного ископаемого, расположенного по падению пласта, обеспечивающего регулирование работы вентиляторов местного проветривания в зависимости от величин тепловых депрессий, возникающих между выработками выемочного участка, а также угла γ наклона камер относительно оси выемочного штрека.

Система регулирования воздухоподготовки на подземном горнодобывающем предприятии // 2566546

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к системе регулирования воздухоподготовки на поземном горном предприятии. Технический результат заключается в создании высокоэффективной автоматизированной системы регулирования воздухоподготовки на подземном горнодобывающем предприятии, работающей в холодное и теплое время года за счет обеспечения надежной работы системы воздухоподготовки с использованием резервной шахтной калориферной установки.

Способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия // 2566545

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для проветривания подземных горнодобывающих предприятий. Техническим результатом является повышение энергоэффективности проветривания за счет действия тепловых депрессий, действующих между стволами, и общерудничной естественной тяги на всех типах подземных горнодобывающих предприятий, работающих по различным способам проветривания (всасывающему, нагнетательному или комбинированному) с различным количеством стволов; расширение периода использования способа (круглогодично).

Способ проветривания глубоких карьеров // 2560736

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проветривании глубоких карьеров трубопроводным способом. Техническим результатом является повышение эффективности проветривания крупных застойных зон глубоких карьеров за счет расширения зоны активного действия вентиляционного трубопровода.

Установка для подогрева воздуха, подаваемого в шахту // 2558169

Изобретение относится к системам обогрева различных объектов и предназначено преимущественно для использования при подогреве воздуха, подаваемого в шахту. Установка для подогрева воздуха, подаваемого в шахту, содержит камеру сгорания, воздухоподогреватель, вентилятор, дымосос и трубопроводы.

Способ проветривания карьера // 2584700

Изобретение относится к горному делу, а именно к проветриванию карьеров, и может быть использовано для интенсификации воздухообмена в карьерном пространстве, очистки воздуха, поступающего в карьерное пространство, и защиты воздушного бассейна от загрязнений, образующихся при ведении горных работ открытым способом. Способ проветривания карьера путем создания водяной завесы участками вдоль границы карьера и обеспечения ее контакта с ветровым потоком, в котором водяную завесу образуют распылением воды из двух трубопроводов - холодной и горячей воды, находящихся под избыточным давлением. Трубопровод горячей воды размещают на верхней кромке борта карьера, а трубопровод холодной воды удален от трубопровода горячей воды на 10-15 метров. В теплый период года водяную завесу формируют путем одновременного распыления холодной воды на подветренном борту карьера из трубопровода, составляющего 1/4 его периметра, и горячей воды из трубопровода, составляющего 1/4 его периметра, на наветренном борту карьера. 2 ил.

Способ мониторинга расходов воздуха в сети горных выработок и система для его осуществления // 2587192

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для оперативного определения воздухораспределения в сети горных выработок в штатных и аварийных режимах проветривания шахт и рудников. Технический результат - повышение информативности и надежности определения расходов воздуха в каждой выработке в сети горных выработок. Способ включает установку датчиков скорости движения воздуха в отдельных выработках рудника, данные с которых в режиме реального времени передают на сервер. При этом данные скорости движения воздуха в выработках передают с датчиков по каналам передачи данных через контроллер на автоматизированное рабочее место специалиста, где с помощью компьютерной программы производят расчет распределения измеренных расходов во всех ветвях вентиляционной сети. На сервере установлена аэродинамическая модель вентиляционной сети рудника, содержащая топологию сети горных выработок, их аэродинамическое сопротивление и места размещения вентиляционных установок, причем аэродинамическое сопротивление ветвей вентиляционной сети задают как по проектным данным, при потере данных от одного из датчиков отсутствия фиксированного расхода, так и по результатам эксплуатационных измерений. При работе системы мониторинга оперативно решается задача распределения расходов воздуха во всех ветвях вентиляционной сети на основе модели вентиляционной сети и показаний датчиков расходов воздуха, тем самым прогнозируются расходы во всех горных выработках. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Система управления шахтной энергетической установкой // 2590920

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для управления режимом работы шахтной главной вентиляторной установки (ГВУ) подземного горнодобывающего предприятия с одновременной выработкой электроэнергии. Технический результат заключается в повышении производительности шахтной энергетической установки путем регулирования режимов работы ГВУ и одновременным улучшением качества вырабатываемой электроэнергии. Система управления шахтной энергетической установкой включает блок управления ГВУ, электропривод ГВУ, узел силовой передачи, электрогенератор и узел передачи, накопления и/или преобразования электроэнергии. В вентиляционном канале шахты перед ГВУ установлен датчик давления воздуха, а в диффузорном канале - датчики давления и расхода воздуха. Электропривод ГВУ выполнен регулируемым. Блок управления связан с указанными датчиками регулируемым электроприводом ГВУ и механизмом управления ведущим валом узла силовой передачи. Блок управления выполнен с возможностью изменения крутящего момента на ведущем валу и изменения режима работы ГВУ в зависимости от показаний датчиков давления и расхода воздуха. Электропривод выполнен частотно-регулируемым, а узел силовой передачи - в виде трансмиссии или фрикционного вариатора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ вентиляции двухпутных перегонных тоннелей метрополитена // 2594025

Изобретение относится к области вентиляции двухпутных перегонных тоннелей метрополитена. Технический результат заключается в обеспечении по длине перегонного тоннеля и на станциях метрополитена условий, гарантирующих безопасность эксплуатации тоннелей в штатной и аварийной ситуациях, а также регламентируемые санитарно-гигиенические параметры воздушной среды, в частности, положительную температуру тоннельного воздуха в зимний период и отсутствие превышения максимально допустимой температуры летом. Способ вентиляции двухпутных перегонных тоннелей метрополитена, включающий круглогодичную подачу наружного воздуха в двухпутный тоннель по приточной вентиляционной шахте, расположенной на станции, и удалении тоннельного воздуха из двухпутного тоннеля через вытяжные вентиляционные шахты. Одна из шахт расположена на той же станции, где находится приточная шахта, а другая - на соседней станции. Наружный воздух из приточной вентиляционной шахты направляют в вентиляционный канал, расположенный в верхней части тоннеля, а затем через клапан, связывающий центральную часть вентиляционного канала с тоннелем, перепускают воздух в тоннель с возможностью организации его движения по нему в противоположенных направлениях. Перед подачей в вентиляционный канал в зимний период времени наружный воздух смешивают с тоннельным воздухом, имеющим положительную температуру, который забирают непосредственно со станции. Причем количество тоннельного воздуха, смешиваемого с наружным воздухом, определяют в зависимости от количества наружного воздуха и его температуры по соотношению:, где Gн - весовое количество наружного воздуха, кг/с; tтр - температура воздуха, направляемого в вентиляционный канал, после смешения холодного наружного и части тоннельного воздуха, °C; tн - температура наружного воздуха, °C; tт - температура тоннельного воздуха на станции, °C. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ проветривания подземного горнодобывающего предприятия // 2601342

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проветривании подземных горнодобывающих предприятий. Согласно способу подают наружный воздух по воздухоподающему стволу за счет работы главной вентиляторной установки (ГВУ), нагревают его в шахтной калориферной установке. Нагретый воздух подают в воздухоподающий ствол, при этом в воздухоподающий ствол подсасывается и наружный воздух через надшахтное здание ствола. При нагреве определяют величину общерудничной естественной тяги в микроконтроллерном блоке с помощью данных, полученных с датчиков температуры, давления, либо плотномеров и датчиков расхода воздуха, установленных в калориферном канале. В околоствольном дворе воздухоподающего ствола, в главных вентиляционных выработках, подходящих к вентиляционному стволу, и в поверхностном комплексе главной вентиляторной установки. Теплопроизводительность шахтной калориферной установки и режим работы главной вентиляторной установки регулируются устройствами управления, на которые поступает информация с микроконтроллерного блока в зависимости от величины общерудничной естественной тяги. Отводят воздух по вентиляционному стволу на поверхность, при этом подсасывается наружный воздух через надшахтное здание вентиляционного ствола. В воздухоподающем стволе выше уровня пересечения с ним калориферного канала и в вентиляционном стволе выше уровня канала главной вентиляторной установки устанавливают воздушные завесы, которые подают воздух навстречу подсасываемым потокам воздуха. При этом режим работы воздушных завес регулируется устройствами управления, на которые поступает информация с микроконтроллерного блока в зависимости от объема подсасываемого воздуха, определяемого датчиками расхода воздуха. Технический результат заключается в снижении энергетических затрат на нагрев воздуха в шахтных калориферных установках и на работу ГВУ и обеспечении безопасности воздухоподготовки в холодное время года подземного горнодобывающего предприятия. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения неравномерной мощности, производимой отношением силы перемещения тела к удельному расходу текущей среды // 2601950

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при определении неравномерной мощности перемещения тела. Согласно способу устанавливают тело во входное сечение выработки, измеряют массу тела, устанавливают в выработке неподвижную воздушную среду, предоставляют телу возможность движения по выработке, измеряют ее длину, измеряют миделево сечение тела, время движения тела, определяют заданную скорость движения среды относительно тела, определяют заданную силу и определяют предельные отклонения от их значений, при наличии отклонений устанавливают в выходном сечении выработки соответствующие их значения, измеряют силу тела и скорость движения среды относительно тела и определяют удельную плотность объемного расхода среды. Затем замеряют в выходном сечении выработки силу и удельную плотность объемного расхода среды при каждом замере. После этого определяют показатели режимов изменения силы, удельной плотности объемного расхода среды, определяют величину начальной мощности и определяют неравномерную мощность движущегося тела в конечном сечении выработки при переменной силе, переменной удельной плотности объемного расхода среды, разных режимах их изменения по приведенным математическим формулам. Технический результат заключается в повышении точности определения неравномерной мощности, производимой отношением силы к удельной плотности объемного расхода текущей среды, и повышении достоверности подаваемого в выработку воздуха. 1 ил.

Способ подогрева шахтного вентиляционного воздуха и устройство для его осуществления // 2604577

Группа изобретений относится к системам обогрева, а именно к способу подогрева шахтного вентиляционного воздуха и устройству для его осуществления. Способ включает нагрев атмосферного воздуха дымовыми газами, поступающими из камеры сгорания топлива, подачу его в шахту через вентиляционную систему. В поток вентиляционного воздуха, непосредственно во всасывающий канал шахтного вентилятора главного проветривания, дозированно подают присадку горячего воздуха. В камере сгорания используют вторичное дутье. Вторичный воздух подогревают в конвективной рубашке боковых стенок камеры сгорания. В выходном газоходе используют поддув холодного воздуха, который направляют вверх под углом не менее 45°.Камера сгорания топлива снабжена расположенными снаружи вентиляторами вторичного дутья и выполненными в боковых стенках наклонными щелевыми форсунками. Наружная поверхность боковых стенок камеры сгорания топлива снабжена конвективной рубашкой. В потолочной части камеры сгорания топлива расположены газовые горелки. Улучшает подогрев шахтного воздуха, при исключении попадания дымовых газов в вентиляционный поток, подаваемый в шахту. Обеспечивает увеличение кпд воздухонагревательной установки за счет полного сгорания топлива, уменьшение металлоемкости воздуховода. 2 н.з. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Шахтная установка для вентиляции и кондиционирования воздуха // 2608518

Изобретение относится к горной и нефтедобывающей промышленности. Технический результат заключается в повышении надежности и производительности установки. Шахтная установка содержит вентиляционный блок с совмещенной входной коробкой, выходные диффузоры которого объединены в один воздуховод для подачи воздуха в скважину. Входные коллекторы вентиляционного блока размещены на торцах совмещенной входной коробки, а совмещенное заборное устройство включает в себя фильтры воздушные, секции перепускного канала на входе и выходе, секцию охлаждения системы кондиционирования воздуха, вертикальную промежуточную камеру смешения, секцию нагрева системы кондиционирования воздуха. Секции перепускного канала оснащены входным и выходным воздушными клапанами. Секции охлаждения и нагрева также оснащены входным и выходным воздушными клапанами, между которыми установлены теплообменник охлаждения воздуха и теплообменник нагрева воздуха. При этом установка снабжена пароэжекторной холодильной машиной, служащей источником охлажденной воды для охлаждения технологического теплоносителя системы кондиционирования воздуха, и тепловым пунктом с теплообменниками нагрева и охлаждения технологического теплоносителя системы кондиционирования воздуха. Причем для охлаждения в пароэжекторной холодильной машине воды на противоположном от совмещенного заборного устройства участке установки размещена вентиляторная градирня. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ вентиляции станций метрополитена и устройство для его осуществления // 2608962

Изобретение относится к вентиляции и может быть применено для систем основной вентиляции метрополитена. Технический результат заключается в поддержании нормативных температурно-влажностных параметров и содержания кислорода и углекислого газа в воздушной среде во всех местах платформы станции, снижении интенсивности дутьевых потоков, снижении эксплуатационных затрат на регулирование воздуха. Способ включает подачу на станцию поршневого потока из тоннелей прихода поездов. Рассредоточенное удаление отработанного воздуха через подплатформенное пространство станционной вентиляционной шахтой и наклонные ходы и тоннели ухода поездов. При выходе из тоннеля на станцию поршневой поток разделяется на два потока: один в объеме примерно 1/3 части поступающего поршневого потока подают в виде наклонных компактных вентиляционных струй к средней трети станции по каналу, расположенному под сводом платформы, площадь сечения которого примерно 8 м2, а второй в виде ослабленного поршневого потока поступает на платформу из тоннеля у торца станции. В центре платформы станции смесь поршневого потока и воздуха станции образует два потока в сторону вытяжек. Каждый поток по мере движения к вытяжке пополняется ослабленным поршневым потоком, поступающим на платформу из торца станции непосредственно из тоннелей прихода поездов. Одновременно по ходу движения часть потока отработанного воздуха удаляется рассредоточенно станционной шахтой через вытяжные отверстия. Забор воздуха в канал осуществляется при помощи вентиляторного агрегата и поршневого действия поездов, причем место забора тоннельного воздуха в канал располагается до области взаимодействия тоннельного потока и вытяжного отверстия станционной шахты с целью снижения интенсивности эжекции поршневого потока. 2 н.п. ф-лы, 11 ил., 4 табл.

Способ определения расхода воздуха в выработанном пространстве очистного забоя // 2610600

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения расхода воздуха, протекающего по выработанному пространству очистного забоя. Технический результат заключается в исключении условий для формирования взрывоопасных метановоздушных смесей на выемочных участках газовых шахт за счет обоснованно установленного расхода воздуха, протекающего по выработанному пространству выемочного участка. Способ включает установление среднесуточной нагрузки на очистной забой, абсолютной метанообильности призабойного пространства, расхода воздуха по выработкам выемочного участка и концентрации метана в рудничном воздухе. При этом выявляют количественную связь между среднесуточной нагрузкой на очистной забой и метанообильностью выработанного пространства. Метанообильность выработанного пространства и расход воздуха, протекающего по выработанному пространству участка, определяют с учетом доли метанообильности призабойного пространства лавы и пределов взрывоопасных концентраций метана в рудничном воздухе по зависимостям: и где Iв.п - метанообильность выработанного пространства выемочного участка, м3/мин; А - среднесуточная нагрузка на очистной забой, тонн; а и в - эмпирические коэффициенты; n - доля метанообильности призабойного пространства лавы Iп.п (м3/мин) в метанообильности выработанного пространства участка, доли ед.; Qв - расход воздуха, протекающего по выработанному пространству, м3/мин; с - взрывоопасная концентрация метана в рудничном воздухе, % (объемные). 1 ил.