2.Експериментальне дослідження аеродинамічних параметрів трубопроводів на лабораторному стенді

2.1.Опис обладнання та принципу устрою лабораторної установки

Дослідження аеродинамічних параметрів металевих трубопроводів для місцевого провітрювання тупикових прохідницьких і очисних виробок виконується на лабораторному стенді, який представляє собою зменшену у масштабі 1:10 натуральної величини модель виробки з установкою для її місцевого провітрювання. Схема експериментальної установки наведена на рис. 2.1.

Стенд складається із наступного обладнання і приладів:

- трьох металевих трубопроводів діаметром d_тр = 0,03 м і довжиною 7 м, із яких один виконаний гладким герметичним (1); другий (2) – шорстким герметичним, третій – гладким негерметичним (3);

- електричного пилососного вентилятора (9), у якого число обертів робочого колеса регулюється зміненням напруги електричного струму;

- пневмометричних трубок (4) для виміру статичного, динамічного і повного тиску повітря у поперечних перетинах трубопроводів;

- водяного депресіометра (5) для виміру статичної депресії;

- рідинного компенсаційного мікроманометра (6) типа МКВ-250;

- розподільчого пневмометричного пульта (7);

- набору гумових гнучких трубок (8) для приєднання пневмометричних трубок до манометрів і розподільчого пульту;

- лабораторного електричного вимірювального щита (10).

Рис. 2.1. Схема лабораторної аеродинамічної установки:

1–гладкий негерметичний трубопровід; 2 – шорсткий герметичний трубопровід; 3 – гладкий негерметичний трубопровід; 4 – пневмометричні трубки; 5 – водяний депресіометр; 6 – мікроманометр МКВ-250; 7 – розподільчий пневмометричний пульт; 8 – гумові гнучкі трубки;

9 – вентилятор; 10 – електричний вимірювальний щит.

Пневмометричні трубки Піто встановлені на всіх трьох трубопроводах лабораторного стенда (рис. 2.1 і 2.2) і призначені для вимірювання статичного, динамічного і повного тисків повітря в різних поперечних перерізах труби за допомогою U – подібного водяного манометра або мікроманометра типу МКВ-250 при нагнітальному і всмоктуючому режимах роботи вентилятора.

Трубка для виміру статичного тиску P_ст представляє собою циліндричну трубку, яка приєднується на одному рівні з внутрішньою поверхнею трубопроводу. Для виміру повного тиску повітря P_п , який дорівнює сумі статичного і динамічного тисків P_д, приємний отвір центральної трубки розміщується в центрі трубопроводу паралельно лініям струменю і назустріч руху повітря (рис. 2.1 і 2.2). При приєднанні за допомогою гумових трубок першого і другого каналів пневмометричних трубок до відповідних трубок манометрів визначається максимальний динамічний тиск в центральній частині трубопроводу P_{д max}, який дозволяє визначити максимальну швидкість руху повітря V_max.

V_max = м/с , (2.1)

де ρ = 1,2 кг/м³ – густина повітря в приміщенні.

Значення швидкості руху повітряних струменів в окремих точках поперечного перерізу повітропроводу різні, а між V_max і V_сер має місце залежність

V_сер = К V_max м/с, (2.2)

де К = 1÷0,75 – коефіцієнт поля швидкостей у струмені повітря в трубопроводі.

Депресія трубопроводу на дільниці між І і ІІ поперечними перерізами вимірюється водяним манометром як різниця статичних тисків

P_ст._І і P_стІІ.

Рис. 2.2. Схема вимірів статичного і динамічного тисків повітря в трубопроводі на лабораторному стенді:

1 – трубопровід; 2 – пневмометричні трубки; 3 – водяний депресіометр; 4 – мікроманометр МКВ-250; 5 – гумові трубки.

Рідинний компенсаційний мікроманометр МКВ-250 (рис. 2.3) призначений для точного вимірювання різниці тисків до 2500 Па (близько 250 мм вод.ст.). Прилад складається з двох посудин 1 і 2, заповнених водою і з’єднаних між собою гумовою трубкою 3. У центрі посудини 1 знаходиться гайка, через яку проходить мікрометричний гвинт 4, нижній кінець якого шарнірно з’єднаний із станиною приладу, а верхній закріплений нерухомо з головкою 5, обертаючи яку, посудина 1 може рухатись вверх або вниз повздовж вісі гвинта 4. При вимірюванні динамічного тиску повітря посудину 1 переміщують до тих пір, поки рівень води в посудині 2 не доторкнеться вістря 7 візирного штифта. Промінь світла, яке надходить до посудини 2 через бокове скло 8, дає можливість спостерігати доторкання вістря візирного штифта і його відображення від поверхні води через спеціальний оптичний пристрій. Шкала приладу 9 розбита на ділення через 2 мм, а шкала 10 (ноніус) розділена на 200 частин, тобто одне ділення шкали ноніуса відповідає 0,1 Па, або 0,01 мм вод. ст.

Для визначення динамічного тиску в точці розташування пневмометричної трубки в трубопроводі робота з приладом виконується у наступній послідовності.

1. За допомогою рівня установочними гвинтами прилад виставляють в горизонтальне положення.

2. Повертаючи головку 5, патрубок 11 з покажчиком числа ділень по шкалі 9 установлюється на нульове ділення шкали.

3. За допомогою гумових трубок з’єднують патрубок статичного тиску пневмометричної трубки з патрубком 11 приладу (-), а патрубок повного тиску пневмометричної трубки – з патрубком 12 приладу (+). Під дією різниці тисків P_п і P_ст. вода в посудині 2 опуститься, а в посудині 1 підніметься, внаслідок чого безпосереднє і відбите зображення візирного штифта розійдуться між собою (рис. 2.3.Б І).

4. Для правильного виміру значення динамічного тиску необхідно з′єднати вістря штифта і його зображення шляхом повертання головки у напрямку обертання годинникової стрілки або в протилежному напрямку до тих пір, поки посудина 1 підніметься до рівня і коли в посудині 2 вістря штифта і його зображення з′єднаються на поверхні води в одній точці (рис. 2.3.Б ІІ). Величина динамічного тиску відраховується по шкалі 9 і ноніусу 10 мм вод.ст. (Па).

Наприклад, якщо по шкалі 9 ціле число ділень було 6, а по шкалі 10 ноніуса – 0,86, тоді сумарний відлік буде дорівнювати 6,86 мм вод.ст., або 68,6 Па.

А)

Установка приладу на "нуль"

Б)

Понижений Правильне Підвищений

рівень води вимірювання рівень води

. Рис. 2.3. Рідинний компенсаційний мікроманометр МКВ-250(А) і

установки приладу на "нуль" (Б).

Пилососний вентилятор 9 (рис. 2.1) при експериментальних дослідженнях вентиляційних трубопроводів послідовно з′єднується з трубопроводами 1,2 і 3 за допомогою гумового шланга 8. При проведенні досліджень з герметичними трубопроводами 1 і 2 вентилятор працює в режимі нагнітання, а при дослідженні негерметичного трубопроводу 3 вентилятор переключається з нагнітального режиму на всмоктуючий. Регулювання швидкості обертання ротора двигуна і робочого колеса вентилятора здійснюється шляхом зміни напруги лабораторним автотрансформатором на електричному вимірювальному щиті 10 від 160, 180, 200 до 220 В (рис. 2.1).

Розподільчий пневмометричний пульт 7 призначений для безпосереднього приєднання гумових трубок 8 до превмометричних трубок на трубопроводах 1,2,3, до водяного депресіометра 6 і мікроманометра, МКВ-250 (рис. 2.1).