Вентиляция

Вентиляция

ВЕНТИЛЯЦИЯ, создание гигиенических условий в закрытом помещении путем поддержания обмена воздуха, необходимого для нормального самочувствия находящихся в помещении людей. Причины порчи воздуха: 1) выделение теплоты и водяного пара людьми и источниками освещения; 2) выделение углекислого газа людьми и источниками освещения; 3) выделение зловонных веществ; 4) пыль; 5) производственные причины (от технологических и производственных процессов). Опытом было установлено, что при временном пребывании людей в закрытом помещении повышение содержания углекислоты до 1,5% никаких ненормальных явлений у человека не вызывало до тех пор, пока при неподвижном воздухе температура и влажность воздуха не повышались; как указывает доктор Яковенко, самочувствие ухудшалось при температуре, равной 24°, относительной влажности в 89% и содержании углекислоты до 1,2%; самочувствие людей улучшалось, как только воздух в испытуемом помещении приводился в движение. К современной вентиляции жилых помещений предъявляются следующие требования: 1) вводимый воздух должен быть нагрет до температуры, близкой к температуре помещения; 2) воздух должен находиться в легком движении, его температура должна время от времени слегка колебаться; относительная влажность не должна превышать 40—50%; 3) воздух д. б. свободен от неприятных запахов; 4) в воздухе не д. б. вредных газов и дымов, а также большого количества пыли. Вентиляция промышленных заведений имеет целью непрерывно поддерживать внутри помещения воздух удовлетворительного качества. При этом комбинированное действие температуры, влажности и движения воздуха должно соответствовать роду и напряжению физического труда, выполняемого в мастерских; кроме того, воздух указан, помещений должен содержать минимальное количество пыли и бактерий и д. б. свободен от ядовитых и вредных примесей, а также от неприятных запахов (доктор Яковенко).

Санитарно-гигиенические условия. Атмосферный воздух состоит из кислорода, азота, углекислоты, водяных паров, аргона, пыли и микроорганизмов. В круглых цифрах можно считать, что атмосферный воздух содержит: азота (N) - 78,00%, кислорода (О) - 20,96%, аргона (Ar) - 1,01% и углекислоты (СO2) - 0,03%. Содержание водяных паров в атмосферном воздухе зависит от температуры воздуха. В фабричных и промышленных помещениях при производственных и технологических процессах выделяются материальные частицы, водяные пары и газообразные продукты. Химический состав выдыхаемого человеком воздуха следующий: кислорода - 16,0%, азота - 79,0%, аргона - 1,0%, углекислоты - 4,0%. В воздухе жилых помещений содержание СО2 д. б. не более 0,07—0,1%; при нахождении людей в помещении определенное число часов в сутки содержание СО2 должно быть не более 0,1—0,15%; при временном, не ежедневном и добровольном пребывании в помещении содержание СО2 допускается 0,15—0,2%. Высшие пределы содержания СО2 относятся к пребыванию здоровых людей, низшие - больных и слабых. Наиболее благоприятная относительная влажность воздуха жилых помещений 30—50% при 20°. При временном пребывании людей температура в помещении не должна превышать норму более чем на 2°, перед занятием таких помещений она м. б. ниже нормы на 1°.

Обмен воздуха по СО2. Для жилых помещений: ventilyatsiya 1 где L - потребное количество воздуха в м3/ч, k - количество СO2, выделяемое 1 чел. или источником в 1 ч., р2 - предельное количество СO2, допускаемое в помещении, а - содержание СO2 в вводимом воздухе, n - число людей или источников выделения СO2. Для помещений временного пользования:

ventilyatsiya 2

где р1 - первоначальное содержание СO2 в помещении, J - объем помещения в м3, z - число часов действия вентиляции. Эта формула составлена в предположении, что вентиляция начинает работать с момента занятия помещения людьми и обмен прекращается после освобождения помещения и что первое время выводится воздух из помещения с содержанием СО2, равным р1 в 1 м3. Среднее содержание СО2 принято равным (p1 + p2)/2; количество СО2, удаляемое этим воздухом, будет ventilyatsiya 3 Количество СО2, поглощаемое вводимым воздухом L, равняется ventilyatsiya 4 Т. о. баланс будет ventilyatsiya 5 после преобразования получим вышеприведенное выражение для L.

Выделение углекислоты человеком в м3/ч, приведенное к 0° (по Петтенкоферу и Шарлингу), таково:

Выделение углекислоты человеком

Выделение углекислоты осветительными источниками в 1 час при 0° (по Фишеру) выражается следующими цифрами:

Выделение углекислоты осветительными источниками

Обмен воздуха по содержанию влаги (профессор Чаплин). Обозначим: m2 - предельное содержание влаги в 1 м3 воздуха, а - содержание влаги в вводимом воздухе, m1 - содержание влаги в помещении до занятия его людьми, А - выделение влаги человеческим телом в 1 час. По аналогии с предыдущим для помещений временного заполнения:

ventilyatsiya 8

для промышленных помещений:

ventilyatsiya 9

где A' - добавочная влажность на 1 человека от источников выделения паров, находящихся в помещении; ventilyatsiya 10 при выделении влаги посторонним источником в z часов Q кг. Если выделение влаги людьми по сравнению с выделениями других источников ничтожно, то расчет потребного воздуха ведется по количеству влаги, выделенной этими источниками: ventilyatsiya 11 где m2 - количество влаги в кг в 1 м3 воздуха, при котором образуется туман, а' - абсолютная влажность вводимого воздуха в кг в 1 м3.

Выделение водяного пара в 1 час человеком (по Ритшелю): при умеренном заполнении помещения (жилые помещения, конторы и т. п.) - 40 г; при большом заполнении помещения (театры, концертные залы, школы и т. п.) - 80 г.

Обмен воздуха в жилых помещениях по тепловым источникам. Если обозначить в Cal/ч. выделение теплоты людьми через w1, освещением - через w2, другими источниками - через w3 и через w4 - охлаждение помещения зимой (—), летом (+), то теплота w = w1 + w2 + w3 ± w4 должна быть удалена часовым обменом воздуха в помещении, т. е.

ventilyatsiya 12

где L - потребное количество воздуха, tm - средняя температура помещения, t' - температура вводимого воздуха, 0,306 - теплоемкость воздуха, отнесенная к 1 м3. Нормальная комнатная температура обычно поддерживается равновесием между теплоотдачей нагревательных приборов, людей, осветительных приборов и отдачей тепла ограждениями. Если же эти источники таковы, что тепловое равновесие быстро нарушается, то поддержание нормальной температуры достигается введением воздуха пониженной по сравнению с ней температуры (например, в помещениях для многолюдных собраний). При хорошем распределении вводимого воздуха его температура м. б. принята на 5° ниже комнатной. На заводах и фабриках происходит хорошее перемешивание воздуха вращающимися и движущимися механизмами, поэтому разность температуры между вводимым и внутренним воздухом можно принимать в 8° и даже доводить до 10°. В табл. 1 и 2 приведены данные о количестве тепла, выделяемого человеком и различными осветительными источниками

Выделение тепла человеком

Выделение тепла осветительными приборами

Обмен воздуха по содержанию в нем ядовитых газов. Количество вводимого воздуха L д. б. взято из такого расчета, чтобы выделяемое количество ядовитых газов было снижено до норм, указанных в табл. 3 (графа 2 - для помещения мастерских и графа 3 - для мест утечки газа):

ventilyatsiya 15

где k - выделение газа за 1 час. K - допустимое содержание газа в 1 м3 воздуха.

Вредное для здоровья содержание в воздухе фабричных газов

Нормы часового обмена воздуха в помещениях неопределенного заполнения даны в помещенной ниже табл. 4.

Нормы часового обмена воздуха в помещениях неопределенного заполнения

Эффективная температура (температура, влажность, движение воздуха). Температура, влажность и движение воздуха играют большую роль при устройстве рациональной вентиляции. Тепловой баланс человеческого организма в нормальных условиях его существования, т. е. равновесие между приходом и расходом теплоты, поддерживается постоянным вырабатыванием и потерей теплоты организмом. Охлаждение человеческого тела происходит путем излучения теплоты, конвекции (проведения теплоты) и выделения водяных паров. Разница температуры тела и окружающей среды обеспечивает охлаждение тела излучением, повышение температуры воздуха уменьшает охлаждение тела этим путем; охлаждение излучением совсем прекращается, когда обе температуры делаются одинаковыми. Соприкосновение воздушных течений с поверхностью тела и постоянная смена нагретого слоя более холодным вызывает охлаждение тела конвекцией: чем больше скорость движения воздуха, омывающего поверхность тела, тем быстрее оно охлаждается. Охлаждение тела в этом случае будет тем больше замедляться, чем слабее будет заменяться нагретый телом слой воздуха более холодным слоем. Влажность окружающего воздуха обусловливает охлаждение тела путем испарения воды; испарение воды с поверхности тела будет идти тем быстрее, чем меньше влажность окружающего тело воздуха. Если слой воздуха, находящийся у поверхности кожи, будет медленно сменяться более холодным слоем, то он может нагреться до температуры тела и насытиться выделившимися с поверхности тела парами, - испарение будет замедлено, и охлаждение тела сильно уменьшится. Т. о. движение воздуха влияет на человеческое тело двояко: оно вызывает охлаждение тела конвекцией и испарением. Комбинируя эти три фактора, способствующие установлению равновесия между скоростью теплообразования внутри человеческого организма и потерей им тепла, можно создать условия, при которых человек будет чувствовать себя хорошо. При этом может случиться, что в отдельности каждый фактор будет превышать, норму. Влияние комбинаций этих трех факторов на человека и составляет то, что называется эффективной температурой. Изучая влияние состояния воздуха в помещении на человека при различных комбинациях этих трех факторов при различной работе, выполняемой человеком, можно для каждого отдельного случая определить, какие эффективные температуры соответствуют наилучшим условиям самочувствия человека. Наиболее благоприятные условия для физической работы человека лежат в пределах эффективных температур ниже 18° (д-р Яковенко). Охлаждение тела д. б. большим при тяжелой физической работе, нежели при легкой. Американское «Общество инженеров по вентиляции и отоплению» дает для мастерских следующие эффективные температуры:

ventilyatsiya 18

Эти температуры для наших условий, конечно, несколько изменяются; основной же принцип остается тот же, т. е. характер труда и вместе с ним напряжение человеческого организма д. б. приняты во внимание при назначении температуры воздуха. Для быстрого определения значений эффективных температур по показаниям в воздухе сухого и влажного термометра и скорости воздуха служат термометрические карты. На этих картах нанесены показания сухого и влажного термометров, кривые скоростей движения воздуха, линии эффективных температур в °С и отмечена зона комфорта, т. е. границы эффективных температур, наиболее благоприятных для человека.

Эффективный обмен воздуха. Вводимый воздух нужно стремиться распределять равномерно по всему вентилируемому помещению; обмен воздуха, дающий такой эффект, называется эффективным. Эффективный обмен обеспечивает хорошее перемешивание вводимого воздуха с воздухом помещения. Этот фактор является столь же важным гигиеническим фактором, как и описанные выше.

Запахи. Исследования, произведенные Нью-Йоркской комиссией по вентиляции, выявили, что воздух нормальной температуры и влажности, но имеющий неприятные запахи, вредно отражается на самочувствии находящихся в нем людей, понижая их активность и производительность. Запахи должны быть удаляемы путем отсасывания в местах их образования.

Пыль и газы. Пыль и газы должны обсасываться в местах их образования т. о., чтобы между рабочими и очагом образования пыли или выделения газов создавался ток свежего воздуха - как бы воздушная завеса (прослойка), предупреждающая возможность попадания пыли и газов в дыхательные пути человека.

В зависимости от способов обмена воздуха в закрытых помещениях рассматриваются: 1) вентиляция естественная и 2) вентиляция искусственная. В зависимости от устройств искусственная вентиляция разделяется на: а) приточную, б) вытяжную и в) отсасывающую.

1) Вентиляция естественная - обмен воздуха, происходящий через неплотности дверей, окон, пористость строительных материалов, стен, полов, потолков и т. п. Движущей силой в данном случае является разность давлений воздуха внутри и вне помещения вследствие неодинаковых температур наружного и внутреннего воздуха или вследствие давления ветра; более легкий и теплый воздух внутри помещения вытесняется тяжелым холодным, поступающим извне внизу помещения. Недостаток естественной вентиляции - неопределенность ее действия. Ланг и Гозебрух на основании своих исследований вывели формулу для подсчета количества воздуха L, проникающего через поры строительных материалов в единицу времени, а именно:

ventilyatsiya 19

где F - поверхность стены в м2, е - толщина стены в м, р—р0 - разность давлений у внутренней и наружной стены в кг/м2, с - коэффициент проницаемости материала (для бута - 0,000124, кирпича - 0,000201, бетона - 0,000258). В этой формуле не учтен обмен через неплотности. При естественной вентиляции обмен редко доходит до одного объема помещения.

2) Вентиляция искусственная - обмен воздуха, достигаемый введением и извлечением его через специальные каналы или отверстия. Движение воздуха м. б. достигнуто: а) созданием разницы температур, б) использованием силы ветра при помощи нагнетательных и всасывающих колпаков (головки - дефлекторы, флюгарки); в) механическим путем - при помощи вентиляторов. Искусственная вентиляция дает полную возможность производить правильный постоянный обмен воздуха в помещении в требуемых объемах.

Схемы вентиляционных устройств и детали вентиляционных установок.

1) Приточная вентиляция (см. фиг. 1).

Приточная вентиляция

Наружный воздух забирается через воздухоприемник Е и доставляется в пылевую (вентиляционную) камеру S, где установлен фильтр для отделения пыли путем фильтрации воздуха (за исключением той пыли, которая оседает при входе в камеру вследствие падения скорости воздуха в этом месте). Далее при помощи вентилятора V воздух нагнетается через нагревательные приборы Н в главный канал L, откуда разводится по ответвленным каналам Z в вентилируемые помещения I, II, III, вступая в них через решетки, которые устанавливаются у выходов каналов в помещение. Для увлажнения приточного воздуха увлажнительные приборы устанавливают там, где воздух достиг своей конечной температуры. На фиг. 2 показано положение вентилятора со всеми приборами:

Положение вентилятора со всеми приборами

1 - пыльная камера, 2 - фильтр, 3 - нагревательный прибор, 4 - увлажнитель, 5 - вентилятор и 6 - приточный канал. Кроме обычного нагнетания засосанного воздуха в вентилируемые помещения, здесь можно вести воздух мимо нагревательных приборов, в чем является необходимость летом. Если очистка вентиляционного воздуха от пыли производится путем промывки, тогда увлажнение и промывка осуществляются одновременно. Так как в этом случае увлажнение следует производить при температуре более низкой, чем та, при которой воздух вступает в вентилируемое помещение, то воздух перед впуском в приточные каналы догревают. На фиг. 3 показана американская установка с промывкой и догреванием воздуха (размеры даны в мм):

Американская установка с промывкой и догреванием воздуха

1 - предварительный нагрев воздуха, 2 - промывка его, 3 - высушивание, 4 - догревание воздуха.

2) Вытяжная вентиляция (фиг. 1) вытягивает испорченный воздух из вентилируемых помещений по каналам А, которые объединяются общим сборным боровом (каналом). Борова присоединяются к вытяжным шахтам, которые выводятся вертикально через крышу; через шахту выводится испорченный воздух наружу. Увеличение напора в вытяжной системе создается также путем нагревания извлекаемого воздуха или с помощью вентилятора.

3) Отсасывающие системы. Удаление пыли, газов, паров и других вредностей, выделяющихся при производственных процессах, производится путем отсасывания по системе труб при помощи включенного в систему эксгаустера (фиг. 4а, 4б).

Удаление пыли, газов, паров и других вредностей, выделяющихся при производственных процессах, производится путем отсасывания по системе труб при помощи включенного в систему эксгаустера

Удаление пыли, газов, паров и других вредностей, выделяющихся при производственных процессах, производится путем отсасывания по системе труб при помощи включенного в систему эксгаустера

В местах образования и выделения вредностей на концах подведенных труб устраивают специальные ловители, приемники, зонты и т. п., конструкция которых должна отвечать наиболее рациональному улавливанию вредностей. Эксгаустер большей частью устанавливается на конце трубопровода, и отсасываемое вещество просасывается через эксгаустер. В случае отсасывания пыли, волокон и т. п. за эксгаустером устанавливают так называемый фильтр или циклон для отделения пыли и т. п. (см. Заводская вентиляция).

Впуск приточного воздуха должен производиться в таком месте, где можно рассчитывать на сравнительно большую чистоту воздуха. Воздухоприемники рационально делать на высоте не менее 2 м над землей, так как на этой высоте слой воздуха содержит меньше уличной пыли. Надо избегать расположения воздухоприемника на расстоянии от здания, так как в этом случае воздухоприемные шахты соединяются со зданием подземными каналами, по которым наружный воздух доставляется в камеру и в которых осаждается влага, образуется плесень и т. п., - все это понижает качество приточного воздуха. Во всяком случае воздухоприемные каналы д. б. вполне доступны для поддержания в них чистоты.

Очистка воздуха. Камеры должны быть устроены так, чтобы пыль, оседающая вследствие уменьшения скорости входящего воздуха, не могла движением воздуха подниматься с пола камеры; для этого переднюю часть камеры выделяют под так называемый пылеотстойник, где скорость воздуха должна быть меньше 0,1 м. Пылеотстойник д. б. доступен для очистки. Для дальнейшей очистки воздуха от пыли служат фильтры. На фиг. 5 показаны фильтры-ловители пыли; они создают незначительные сопротивления и применяются в случае вентиляции, действующей вследствие разности температур.

Фильтры-ловители пыли

На фиг. 6 и 7 изображены так называемые проходные фильтры разных конструкций (размеры в мм): мешочный фильтр (фиг. 6), фильтр с заполнением коксом, торфом, древесной шерстью или гравием (фиг. 7).

Мешочный фильтр

Кроме того, применяются металлические фильтры с масляной смазкой. Очистка воздуха в таких фильтрах дает очень хорошие результаты.

Мешочный фильтр

Нагревание воздуха. Наружный воздух до ввода в помещение в большинстве случаев д. б. подогрет; нагревание устраняет влияние температуры его на величину обмена. Температура приточного воздуха б. ч. назначается равной температуре помещения.

Увлажнение и промывка воздуха. Увлажнение воздуха либо достигается путем установки открытых сосудов с водой на нагревательных приборах, либо осуществляется пульверизацией воды в особых камерах или в подводящих воздух каналах. Часто увлажнение воздуха соединяют с очисткой его от пылевых частиц путем промывки; лучше всего это достигается введением в ток воздуха насыщенного водяного пара, который, конденсируясь на поверхности пылевых частиц, образует туман, легко осаждаемый мелким дождем. Увлажненный таким образом воздух надлежит промывать распыленной водой до полного удаления из него тумана, а, следовательно, и до полного удаления пылевых частиц.

Приточные и вытяжные каналы. Приточный воздух поступает в вентилируемые помещения по каналам. В жилых и общественных зданиях каналы прокладывают преимущественно в стенах здания во время кладки стен. Каналы, проложенные в стенах, имеют ряд отрицательных сторон: зависимость сечений каналов от толщины стен, шероховатость внутренних стенок, неблагоприятные формы ответвлений и т. д., - все это создает значительные сопротивления движению воздуха по каналам; кроме того, каналы, проложенные в стенах, не обеспечивают сохранения первоначальных свойств вентиляционного воздуха. Поэтому широко пользуются, в особенности в Америке, металлическими трубами не только в вентиляционных системах для промышленных заведений, но и для жилых помещений. Эти трубы б. ч. делают из оцинкованного железа. Металлические трубопроводы создают наиболее благоприятные условия для движения воздуха как в отношении характера внутренней поверхности, формы сечения, возможности выполнения рациональных форм ответвлений, так и в виду того, что системы металлических трубопроводов могут быть выполнены в полной мере в соответствии с расчетом. Приточные каналы у выхода в вентилируемое помещение снабжают металлическими решетками с жалюзи или иными клапанами, которые дают возможность перекрывать приток воздуха.

Вытяжные каналы м. б. направлены непосредственно вертикально вверх и там объединены общими сборными боровами, или же вертикальные каналы могут быть выведены, каждый отдельно, наружу или в общую самостоятельную шахту. Когда несколько вытяжных отверстий приходится объединять общим вытяжным каналом или, когда вытяжное отверстие находится на некотором расстоянии от вытяжного канала, то приходится вытяжные отверстия сообщать с вертикальными каналами при помощи горизонтальных каналов. При вентиляции, действие которой основано на разности температур, надлежит соблюдать следующее: 1) при движении вытяжного воздуха вверх вытяжные каналы прокладывать во внутренних частях здания (для сохранения температуры воздуха); 2) при движении вниз каналы прокладывать в наружных стенах здания (воздух охлаждается и падает вниз). Вытяжные каналы, как и приточные, у выхода из помещения снабжают клапанами с решетками.

Вентиляционные трубопроводы и каналы изготовляют из разных материалов - железа, алебастра, бетона, кирпича, дерева и др., - им придают круглую или прямоугольную форму сечения. В зависимости от характера установки трубопроводы имеют простой вид (без разветвлений) или сложный (разветвленный), распределяющий воздух в различные пункты или отсасывающий его из ряда мест. Трубопроводы для отсасывания пыли, очесов и т. п. делают б. ч. металлические и выполняют их в виде централизованных разветвленных систем (см. Заводская вентиляция).

Приточные и вытяжные отверстия. Расположение приточных отверстий д. б. осуществлено так, чтобы движение вводимого в помещение воздуха не было ощутимо для находящихся в нем людей. Если температура приточного воздуха выше температуры помещения, ввод его делают несколько выше человеческого роста. Если температура вводимого воздуха равна температуре помещения, то приточные отверстия располагают ближе к потолку; если же температура вводимого воздуха ниже комнатной, то приточные отверстия делают непосредственно под потолком. Вытяжные отверстия располагают так, чтобы получался возможно полный обмен воздуха в помещении, и чтобы извлечение воздуха производилось ближе к источникам порчи его. В жилых помещениях нужно стремиться к выполнению первого требования. При впуске воздуха вверху помещения и при температуре его выше комнатной вытяжные отверстия располагают внизу. При температуре вводимого воздуха ниже комнатной вытяжные отверстия лучше располагать в верхней части помещения, т. к. в этом случае впускаемый воздух стремится опуститься вниз, выдавливая испорченный воздух вверх. В тех случаях, когда из помещения требуется удалять как испорченный воздух, так и избыток теплоты (в результате перегрева воздуха помещения), вытяжные отверстия устанавливают внизу и вверху помещения; при этом верхнее отверстие служит для удаления избытка теплоты. Оба отверстия выводят в один и тот же канал и снабжают клапанами. Если воздух вводится при температуре выше комнатной, то вытяжные отверстия м. б. устраиваемы в той же стене, где и приточные; при температуре вводимого воздуха ниже или равной комнатной вытяжные отверстия следует располагать в стенах, противоположных тем, в которых расположены приточные.

Движение воздуха в вентиляционных системах происходит под влиянием сил движущих и сил сопротивления. Движущей силой является давление на единицу поверхности, создаваемое вентиляторами, воздуходувками и т. п. машинами или соответственными источниками энергии: ветром, разностью температур и т. п. Это давление Н, измеряемое обычно в мм водяного столба, идет: 1) на создание скоростного напора Hv и 2) на преодоление сопротивления Нz в системе, состоящего из: а) трения в трубах и каналах Нρ и б) местных или особых сопротивлений Hξ входа, выхода, в местах сужения и расширения труб и каналов, в коленах, отводах, клапанах, задвижках, а также в пылевых камерах, фильтрах, циклонах, нагревательных приборах и т. п. частях вентиляционной системы.

ventilyatsiya 27

Скоростной напор выражается так:

ventilyatsiya 28

где v - скорость движения воздуха в м/сек, γ - удельный вес воздуха в кг/м3.

Сопротивление трения. При движении воздуха по воздухопроводам возникают два вида трения: внутреннее - от вихреобразований и от трения частицы о частицу в силу вязкости, - и внешнее трение - между стенкой трубы и частицами протекающего воздуха. Для подсчета Hρ практика удовлетворяется следующей опытной формулой:

ventilyatsiya 29

для труб любого сечения и

ventilyatsiya 30

для труб круглого сечения, где ϱ - коэффициент трения для труб любого сечения, λ = 4ϱ - коэффициент трения для труб круглого сечения, U/F- отношение периметра трубы к площади сечения, D - диаметр трубы круглого сечения в м, I - длина трубы в м, γ - удельный вес воздуха в кг/м3, v - скорость воздуха в м/сек, g= 9,81 м/сек2. Величина коэффициента трения является опытной величиной. Значительное влияние на величину коэффициента трения оказывает степень шероховатости стенок труб, диаметр трубы, скорость протекания воздуха, внутреннее трение. На фиг. 8 изображены изменения коэффициента ϱ, полученного различными исследователями для стенных каналов и металлических труб, как функции v и U.

ventilyatsiya 31

На фиг. 9 - то же для λ при протекании воздуха по металлическим трубам различных диаметров, но при одной и той же скорости v = 16 м/сек.

ventilyatsiya 32

На фиг. 10 - то же для λ в металлических трубах при различных скоростях протекания, но одинаковом диаметре D = 0,145 м.

ventilyatsiya 33

Фишер дает для стенных каналов

ventilyatsiya 34

Ритшель для чистых каналов и низких скоростей дает

ventilyatsiya 35

он же - для металлических трубопроводов:

ventilyatsiya 36

Блесс - для металлических трубопроводов:

ventilyatsiya 37

Браббе и Братке вывели следующие формулы для подсчета сопротивления трения в круглых трубах:

Браббе и Братке вывели следующие формулы для подсчета сопротивления трения в круглых трубах

для γ = 1,2 кг/м3, 760 мм ртутн. ст. и 20°. Для прямоугольных труб надо в формулу подставлять

ventilyatsiya 39

где а и b- длины сторон сечения канала.

Местные сопротивления. Давление, необходимое для преодоления местных сопротивлений:

ventilyatsiya 40

Коэффициенты местных сопротивлений см. табл. 5.

Коэффициенты местных сопротивлений

Браббе считает, что местные сопротивления для металлических труб, имеющих в свету размеры от 50 до 300 мм, составляют 40—60% общего сопротивления и 86—90% для труб от 400 до 1100 мм.

Давление, необходимое для преодоления сопротивления фильтров:

Давление, необходимое для преодоления сопротивления фильтров

где L - количество воздуха в м3/ч, γ - удельный вес воздуха в кг/м3, F - площадь фильтра в м2, m - коэффициент (для бязи 0,024—0,03; для бумазеи 0,0015—0,002). Подробнее об этом изложено у Ритшеля, там же даны величины сопротивления нагревательных приборов.

Измерение давлений, скоростей и определение протекающих количеств воздуха в трубопроводах. Давление Н, которое необходимо создать для перемещения воздуха и преодоления сопротивления в заданной системе, составляется из давления, идущего на создание скорости столба воздуха, так называемого скоростного напора, или динамического давления HV, и давления, идущего для преодоления всех сопротивлений, называемого статическим НS, т. е. H = HV + HS. Давление HV представляет собою кинетическую энергию единицы объема, и выражается следующей формулой:

ventilyatsiya 43

HV м. б. измерено только в зависимости от направления потока. НS м. б. рассматриваемо как потенциальная энергия; оно распределяется по всем направлениям потока и поэтому м. б. измерено только в направлении, перпендикулярном потоку, т. о., чтобы влияние скорости потока было исключено. Н представляет собой полную энергию единицы объема и измеряется как сумма обоих первых. Hи НS обозначают давления по отношению к атмосферному: в случае нагнетания - избыток над атмосферным давлением, при всасывании - разрежение, т. е. разность между атмосферным и абсолютным давлением (фиг. 11).

ventilyatsiya 44

Давления измеряются водяными и спиртовыми манометрами; точные измерения (при малых давлениях) производятся при помощи микроманометров. Н, HV и HS измеряются путем установки манометров, как показано на фиг. 12.

ventilyatsiya 45

Изогнутые трубки а и б носят название, по имени изобретателя, трубок Пито. На указанном выше принципе измерений основана конструкция измерительных приборов, при помощи которых можно измерить Н, HV и НS. Наиболее известной является трубка Прантля (фиг. 13), она имеет в отогнутом конце канал, начинающийся отверстием в торце, и канал кольцевой формы, идущий вокруг первого и сообщающийся с измеряемой средой при помощи кольцевого выреза; оба канала подводятся к манометру и в зависимости от соединения с ним дают возможность производить необходимые измерения.

Трубка Прантля

Другие подобные инструменты вместо кольцевого выреза имеют по окружности несколько отверстий, например, трубка Браббе (фиг. 14) и Тейлора (фиг. 15).

Трубка Браббе

Все эти инструменты, как показано на фиг. 12 (а и б), помещаются в поток против движения его; каждый инструмент имеет свой поправочный коэффициент.

Трубка Тейлора

Напорная шайба (фиг. 16) служит для измерения скоростных напоров HV, а вместе с тем и скоростей v.

Напорная шайба

При измерении шайба опускается плоской стенкой перпендикулярно потоку (фиг. 17).

При измерении шайба опускается плоской стенкой перпендикулярно потоку

На шайбу со стороны потока действует давление

На шайбу со стороны потока действует давление

а с задней стороны - давление НS, уменьшенное на некоторую величину, пропорциональную скоростному напору HV, т. е.

ventilyatsiya 52

манометр, присоединенный к шайбе, покажет:

ventilyatsiya 53

Для шайбы Рекнагеля β = 0,37; для шайбы Крелсена β = 0,372. Скорость v определяется из выражения:

ventilyatsiya 54

Скорость также м. б. измерена при помощи анемометров. Измерение протекающих количеств производится при помощи трубки Вентури, шайб и специальных сопел.

Измерение протекающих количеств путем измерения потери на трение в трубопроводе. За последнее время определение количества протекающего воздуха в трубопроводе производится также при помощи измерения трения в трубе. Целым рядом работ видные европейские инженеры доказали, что этот способ дает вполне точные результаты и не требует никаких сложных приборов и приспособлений. Для измерения этим способом требуется прямая труба длиной 2—3 м (фиг. 18); при этом измеряемый участок берется равным 1,5 м.

ventilyatsiya 55

На этом расстоянии просверливаются два отверстия, которые, для предотвращения искажения измерения давления от движения потока, должны быть диаметра 1,5 мм. Во избежание же влияния вихрей эти отверстия должны находиться от концов трубы, где помещаются решетки, служащие для выпрямления потока, на расстоянии не менее 0,5 м. Труба д. б. расположена горизонтально, и отверстия д. б. направлены вниз; отверстия соединяются с U-образным манометром, наполненным алкоголем. В виду того, что алкоголь со временем принимает из воздуха влагу, необходимо перед каждым опытом проверять его удельный вес. Измерение описываемым способом может производиться во время работы установки. Этим прибором измеряется статическое давление. Как известно, потеря давления на трение выражается равенством:

ventilyatsiya 56

для круглого сечения:

ventilyatsiya 57

откуда получаем v и G (G - вес воздуха в кг/сек):

ventilyatsiya 58

величина λ берется по данным опытов, F - сечение трубы. Якоб и Омбек дают формулу для определения λ в зависимости от скорости потока v (см/сек), диаметра D см трубы, от модуля вязкости v протекающего тела, также в некоторой степени от температуры и в значительной степени от абсолютного давления в трубопроводе. Эта формула имеет вид:

ventilyatsiya 59

Для приближенных расчетов при гладких медных трубах может применяться формула

ventilyatsiya 60

где v = η/γ - абсолютный модуль вязкости, а η - абсолютный коэффициент вязкости. Эта формула отвечает определенной степени шероховатости поверхности. Так как в большинстве вентиляционных установок трубопроводы делаются из гладких железных листов, то в этих случаях приведенные выше формулы для λ также применимы (для шероховатых труб Омбеком выведена специальная формула).

Движение воздуха в системе под влиянием разности температур. Если в вертикальном канале высотой h м температура воздуха ti больше температуры наружного воздуха ta, то столб воздуха с температурой tiи удельным весом γiбудет легче столба с температурой ta и удельным весом γа и разность весов создаст давление, необходимое для перемещения столба воздуха (фиг. 19):

ventilyatsiya 62

или, относя к 0°, получаем:

ventilyatsiya 63

γ = 1,293 (при 0°). На этом принципе и производится расчет вентиляционных систем, где движущей силой является разность температур.

ventilyatsiya 64

Движение воздуха от действия нагнетательных и всасывающих головок. Использование скорости ветра для вентиляции производится при помощи так называемых дефлекторов и флюгарок. Эти головки (из чугуна или железа) устанавливаются на вытяжных каналах на крыше: дефлекторы устанавливаются неподвижно, флюгарки имеют возможность поворачиваться под действием ветра. Действие ветра создает всасывание у отверстия головки и тем самым производит перемещение воздуха. В некоторых случаях дефлекторы устанавливаются вручную (на пароходах) против воздушных токов и т. о. создают нагнетание наружного воздуха в помещение. Существует большое количество конструкций тех и других головок.

Всасывающие неподвижные головки

На фиг. 20, 21 и 22 изображены всасывающие неподвижные головки, на фиг. 23 - подвижная головка, а на фиг. 24 - нагнетательная головка.

Неподвижная и нагнетательная головки

Движение воздуха в системе от действия механических сил при помощи вентиляции. Преодоление больших сопротивлений в системах, т. е. создание давлений больших, чем те, которые м. б. созданы вышеописанными способами, достигается при помощи вентиляторов. Выбор вентилятора для заданной системы производится в зависимости от сопротивлений, которые ему приходится преодолевать во всасывающей линии или в нагнетательном, или в обеих вместе, и в зависимости от количества воздуха, подлежащего перемещению. На фиг. 25 показана установка вентилятора во всасывающей и в нагнетательной системах и графически изображены сопротивления и скоростные напоры, существующие в системе.

Установка вентилятора во всасывающей и в нагнетательной системах и графически изображены сопротивления и скоростные напоры, существующие в системе

Ясно, что вентилятор должен создать давление:

Вентилятор должен создать давление

где Нн. и Нн.1 - суммарное давление в нагнетательной части и Hв. - во всасывающей, HSн. - статическое давление в нагнетательной части, a HSв. и Hв.1 - во всасывающей, HVн. - скоростной напор в нагнетательной части, а HVв. и HVв.1 - во всасывающей. При этом

ventilyatsiya 69

При работе вентилятора только на всасывающую сеть, давление

ventilyatsiya 70

При работе вентилятора только на нагнетательную сеть

ventilyatsiya 71

Изменение давления в закрытом помещении и нейтральная зона. Давление в каждом закрытом помещении устанавливается в зависимости от того, каким путем осуществляется его вентиляция. Так, например, при естественной вентиляции и температуре закрытого помещения ti выше температуры наружного воздуха ta, т. е. ti> ta, при наличии проницаемости внешних ограждений, давление в помещении устанавливается согласно фиг. 26.

ventilyatsiya 72

При обратных температурных условиях соответственно изменяется направление стрелок. Ясно, что на некоторой высоте от пола должна находиться зона равных давлений с наружной и внутренней стороны боковых ограждений; эта зона называется нейтральной при искусственной вентиляции нейтральная зона устанавливается в зависимости от задания и является функцией выбираемого режима вентиляции. Если, например, приток и извлечение воздуха в закрытом помещении будут равны, то нейтральная зона установится посредине высоты помещения, в противном же случае, в виду изменения давления в помещении, положение нейтральной зоны соответственно изменится.

Обслуживание и регулирование вентиляционных установок. Для управления большими вентиляционными системами все регулирующие, обслуживающие и указательные приборы помещаются в одном центральном помещении. В этом помещении размещаются дальномерные термометры, дальномерные манометры, приборы для измерения количеств воздуха, регулирующие приспособления для вентиляторов, амперметры, вольтметры и пусковые приспособления для вентиляторных моторов, приспособления для обслуживания клапанов на расстоянии. В последнее время за границей вентиляционные системы оборудуются приборами для автоматической регулировки системы в виде термостатов, которые управляют ближайшими к ним вентиляционными приборами.

Расчет каналов и трубопроводов. Существует несколько принципов расчета каналов и трубопроводов, на основании которых разработан ряд методов расчета; они изложены у Чаплина, Ритшеля и других. Расчет разветвленных трубопроводов и каналов по принципу эквивалентных отверстий методом Блесса - см. Заводская вентиляция.

Вентиляция рудничная, проветривание горных выработок, - правильное и равномерное снабжение свежим воздухом всех частей рудника. Цель проветривания: поддержание дыхания людей и животных и горения ламп; борьба: а) с высокой температурой и влажностью в подземных выработках, б) с рудничными пожарами, в) взрывами гремучего газа и г) с удушливыми и ядовитыми газами.

Наполняющую подземные горные выработки смесь газов - рудничную атмосферу, или рудничный воздух, называют чистой или свежей, если она по своим свойствам близка к воздуху на поверхности земли, в противном случае - тяжелой или удушливой; если рудничный воздух содержит ядовитые газы, то это - атмосфера ядовитая, и, наконец, если в числе примесей есть и горючие газы, обладающие способностью взрываться, то рудничный воздух называется гремучим. Поступающий в рудник атмосферный воздух, проходя через горные выработки, изменяется качественной количественно в отношении своих составных частей. В нем уменьшается содержание кислорода, который поглощается дыханием людей, животных, горением ламп, гниением органических веществ (дерева, угля, экскрементов), окислением серного колчедана и т. д., и, вместе с этим, рудничный воздух обогащается углекислотой (СО2). Последняя поступает от указанных процессов дыхания, горения, гниения, а также выделяется из пор угля и окружающих пород, от взрывных работ и от различных случайных причин (рудничные пожары, взрывы гремучего газа, каменноугольной пыли и т. п.). Воздух, содержащий менее 17% кислорода, вместо обычных 20,96%, считается для дыхания негодным, хотя, признаки затрудненного дыхания появляются лишь при наличии. 12% кислорода и менее. Свеча тухнет в воздухе, содержащем 17,5% кислорода. При наличии в воздухе СО2 около 1,5% трудно зажечь рудничную лампу, при 2,8% СО2 свеча тухнет, затрудненное же дыхание начинает сказываться лишь при 3% СО2. Смертельным является содержание около 12—15% СО2, причем углекислота, образовавшаяся от дыхания, более ядовита, нежели получившаяся от других причин. По данным различных исследователей (Шондорф, Брукман и др.), в рудниках от дыхания образуется углекислоты в 10—20 раз меньше, чем от других причин. Кроме углекислоты в рудничном воздухе встречаются и ядовитые газы: окись углерода (СО), сернистый газ (SО2), сероводород (H2S) и некоторые другие, получающиеся от действия рудничных вод на минеральные соли, от процессов разложения солей. В каменноугольных рудниках часто встречается рудничный, или гремучий, газ, представляющий собой смесь СН4 с различными углеводородами, углекислотой и азотом. Гремучий газ сам по себе не вреден, но опасен потому, что с кислородом воздуха образует взрывчатую смесь. Кроме примеси различных газов рудничный воздух обычно бывает загрязнен присутствием минеральной пыли. Каменноугольная пыль угольных рудников, помимо загрязнения рудничного воздуха, опасна тем, что мельчайшие частички угля, пропитанные углеводородами, углекислотой, кислородом и т. д., в смеси с воздухом, так же, как и гремучий газ, создают условия, благоприятные для взрыва.

Количество воздуха, которым должен снабжаться рудник, устанавливается особыми правилами. Русские «Правила безопасности при ведении горных работ», изд. 1925 г., требуют не менее 1 м3 воздуха в 1 мин. на каждого подземного рабочего. Рудники с выделением гремучего газа разделяются этими «Правилами» на 3 категории: к первой категории относятся рудники, выделяющие на 1 т суточной добычи не более 9 м3 гремучего газа, считая по анализу общей исходящей струи, ко второй - рудники, выделяющие 9—18 м3 гремучего газа и к третьей -  рудники с выделением более 18 м3 на 1 тонну суточной добычи. Количество воздуха на 1 тонну суточной добычи для рудников первой категории д. б. не менее 1,5 м3 и во всяком случае не менее 2,5 м3 на каждого человека в минуту, для 2-й категории - не менее 2 м3 на 1 тонну суточной добычи и не менее 3 м3 на человека в мин. и для 3-й категории - не менее 2,5 м3 на 1 тонну добычи и не менее 3,5 м3 на одного подземного рабочего, причем содержание гремучего газа в общей исходящей струе во всех случаях не должно превышать 1%. На каждую лошадь во всех случаях полагается воздуха в 4 раза больше, чем на человека. Количество воздуха должно рассчитываться всегда с запасом на 25—50%. В общем, чем больше воздуха будет поступать в рудник, тем выгоднее: расход на вентиляцию падает весьма небольшой цифрой на 1 тонну добычи, производительность же рабочего значительно увеличивается.

Движение воздуха в руднике. Депрессия; ее непосредственное измерение. Для проветривания горных выработок требуется непрерывное течение струи воздуха; необходимо, чтобы рудник сообщался с поверхностью не менее чем двумя выходами: одним - для подачи свежего воздуха, другим - для удаления испорченного. Воздух обычно поступает в рудник через подъемную шахту, проходит горные выработки и, насыщенный вредными примесями, направляется ко второй вентиляционной шахте, по которой выходит на поверхность. Это движение воздуха, или тяга, как и всякое движение, получается в результате нарушения равновесия, которое в данном случае создается разностью давлений со стороны струи, входящей в рудник и покидающей его. Т. к. воздух всегда стремится восстановить это нарушенное равновесие, которое может поддерживаться естественным или искусственным путем, то течение воздуха будет продолжаться непрерывно. Так обр. для движения воздуха по выработке необходимо всегда иметь некоторую разность давлений между входным и выходным отверстиями этой выработки. Эту разность давлений принято называть депрессией выработки или рудника (если речь идет о руднике в целом). Практически давление воздушной струи определяют высотой столба не по ртутной шкале, где деления слишком мелки и недостаточно точно и резко отмечают колебания, а по шкале водяных манометров различных конструкций. Каждый мм деления шкалы водяного манометра соответствует давлению 1 кг на 1м2.

Обыкновенный депрессионный манометр (фиг. 27) состоит из стеклянной наполненной водой U-образной трубки а1а2, между коленами которой помещается шкала с.

Манометры

Один конец трубки при помощи резинового рукава b соединяют с пространством, в котором желают измерить депрессию, а второй оставляют открытым. Шкала разделена так, что нуль помещен в середине и счет делений идет от него вверх и вниз. Нулевое деление обычно устанавливается на высоте горизонта жидкости, когда она в обоих коленах стоит на одном уровне. Отсчеты берут, складывая показания обоих колен. Более совершенную конструкцию представляет манометр Русселя с плавающей шкалой (фиг. 28), которая так погружена в воду, что нулевое деление ее всегда совпадает с поверхностью жидкости. Трубка а1 с помощью резинового рукава b соединяется с испытываемым пространством, а а2 - с атмосферой. Кроме указанных типов существует еще целый ряд самопишущих измерителей депрессии, из которых в рудничной практике наиболее известен депрессиометр Охвата (фиг. 29). Здесь вместо двух трубок имеется довольно широкий сосуд, разделенный на две равные части а и b перегородкой, не доходящей до дна. В каждом отделении имеется поплавок (S и S1); поплавки снизу под водой связаны между собой цепочкой. Пространство поверх поплавка S через патрубок и рукав d соединяется с исследуемым пространством, а пространство поверх поплавка S1 - с атмосферой. К поплавку S1 прикреплен стержень с карандашом, который чертит кривую на барабане с, вращающемся при помощи часового механизма. Благодаря такому приспособлению каждый мм вертикальной высоты кривой линии соответствует 2 мм депрессии, а время, т. е. дни и часы, определяются по горизонтальным делениям сетки. При равновесии горизонт воды в приборе находится на высоте штифта е. Отверстие f служит для наполнения сосуда водой. На передней стенке измерителя помещается обыкновенный стеклянный манометр для контроля показаний измерителя. При незначительных колебаниях депрессии применяются мультипликаторные измерители, или микроманометры, дающие точность измерения до 0,01 мм вод. ст. и выше. На фиг. 30 представлен микроманометр, изготовляемый фирмой P. Фюс (R. Fuess, Steglitz—Berlin).

Микроманометр, изготовляемый фирмой P. Фюс (R. Fuess, Steglitz—Berlin)

Одно из сечений выработки, в которой измеряется депрессия, соединено резиновым рукавом d с широким сосудом А, представляющим собой одно из колен U-образной трубки; вторым коленом служит узкая наклонная стеклянная трубка с, сообщающаяся при помощи резинового рукава s со вторым сечением выработки. При значительном поперечном сечении сосуда А, сравнительно с трубкой с, уровень жидкости (обычно - подкрашенного спирта) в сосуде меняется незначительно, в то время как в наклонной трубке с эти мало заметные колебания давления отсчитываются довольно легко.

Измерение количества и скорости воздуха. Для определения количества поступающего в данную выработку воздуха измеряют в каком-либо сечении выработки среднюю скорость воздушной струи; умноженная на площадь данного сечения, она даст количество воздуха, проходящего в секунду. Скорость воздушной струи измеряется особыми приборами, построенными на принципе трубки Пито, или анемометрами. Приборы первого рода основаны на следующем. Загнутая под прямым углом трубка одним концом вводится в струю воздуха, а вторым концом соединяется с манометром. Показания манометра будут различны в зависимости от направления трубки; при направлении ее против движения струи манометр показывает сумму статического и динамического напора; если загнутое колено направлено по движению струи, он покажет разность напоров. Если поставить трубку поперек струи, то манометр показывает ординарный динамический напор, и тогда скорость воздуха м. б. определена по формуле:

ventilyatsiya 77

где v - скорость воздуха в м/сек, g - ускорение силы тяжести (9,81 м/сек2), m - манометрическая разность давлений в мм водяного столба, δ - плотность воздуха. Приборы второго рода - анемометры - представляют собой вертушки, которые струей воздуха приводятся во вращательное движение; по числу оборотов вертушки в единицу времени можно судить о скорости воздуха (см. Анемометр). Для определения средней скорости течения воздуха по выработке анемометр помещают в различных частях ее сечения и из полученных отсчетов выводят среднее. Иногда употребляют анемометр с часовым механизмом; прибор автоматически в определенное время включается в работу и по истечении заданного промежутка времени также автоматически выключается. Кроме упомянутых, в рудничной практике применяется еще целый ряд конструкций измерителей скорости воздуха, например, дифференциальный анемометр Шульца, измеритель Бруина, Эллингауза и другие.

Определение депрессии вычислением. Сопротивление движению воздуха. Единицы сопротивления. Для определения депрессии в настоящее время пользуются исключительно эмпирическими формулами. Причина этого заключается в чрезвычайной трудности построения рациональной теории движения рудничного воздуха по выработкам, связанной с учетом многочисленных и разнообразных явлений; проникнуть в их сущность путем точного математического анализа пока не представляется возможным в виду непостоянства самой природы этих явлений. Из ряда эмпирических формул, предложенных для определения депрессии, наиболее распространенной является формула Жирара-Дабюиссона (Girard d’Abuisson):

Формула Жирара-Дабюиссона (Girard d’Abuisson)

где h - депрессия в мм водяного столба, или в кг/м2, β - эмпирический коэффициент, L - длина выработки в м, Р - периметр поперечного сечения в м, S - площадь поперечного сечения в м2, v - средняя скорость движения воздуха в м/сек, g- ускорение силы тяжести и δ - плотность рудничного воздуха. Обычно, относя плотность δ к средней плотности рудничного воздуха δ0 и считая это отношение равным единице: δ/δ0 = 1, обозначают β·δ/2g = α. Тогда формула получает более простое выражение для непосредственного вычисления по ней депрессии, а именно:

ventilyatsiya 79

Обозначая количество воздуха, протекающего через данную выработку в 1 сек., через Q м3, и, заменяя v через Q/S, получим:

ventilyatsiya 80

В таком виде формула применяется наиболее часто. Коэффициент не является величиной строго постоянной; на практике обычно пользуются средними его значениями, установленными эмпирически, для разных выработок.

ventilyatsiya 81

Для гладких труб из листового железа имеем:

ventilyatsiya 82

Для рудников, взятых в целом, по Девилье, α = 0,0018. Множитель α·P·L/S3 называется потенциалом, или удельным сопротивлением, и обозначается обычно через R; тогда h = R·Q2.

Удельным сопротивлением, или потенциалом, можно характеризовать не только каждую выработку в отдельности, но и весь рудник в целом; т. к. R почти всегда представляет собой дробь, то, чтобы упростить вычисление, Пти (Petit) была предложена другая единица измерения сопротивления - мюрг (m), в 1000 раз большая R, т. е. m= 1000·R, и, следовательно, h = m·Q2/1000 мм. Другим исследователем, Гибалем (Guibal), была предложена единица сопротивления темперамент (Т), равная обратной величине удельного сопротивления, т. е. Т = 1/R, и, следовательно, h= Q2/T мм. Совершенно особой представляется единица измерения, предложенная Мюргом (Murgue) и названная им эквивалентным отверстием. Под этим термином разумеется воображаемое круглое отверстие в тонкой стенке, представляющее собой то же сопротивление движению данного количества воздуха, какое представляет и данная выработка. Т. о. численной величиной площади эквивалентного отверстия можно характеризовать сопротивление выработки движению по ней воздуха. Площадь эквивалентного отверстия А в м2 вычисляется по формуле

ventilyatsiya 83

Чем А больше, тем легче проветривание рудника и наоборот. В настоящее время трудными для проветривания считаются рудники, имеющие А < 1 м2, средними - при А = 1—2 м2 и легкими -имеющие А > 2 м2.

Система соединения проводов воздуха и их расчет. Если выработки, служащие проводами воздуха, последовательно идут одна за другой, не имея боковых ответвлений, то такое сочетание их носит название системы последовательного соединения проводов. Потенциал системы последовательного соединения выработок равен сумме потенциалов отдельных проводов, составляющих систему. Если потенциал системы, выраженный через удельное сопротивление, назовем через R, а удельное сопротивление последовательно следующих один за другим проводов - через R1, R2, R3, …, Rnто

ventilyatsiya 84

Заменяя все R через мюрги, имеем:

ventilyatsiya 85

то же в темпераментах:

ventilyatsiya 86

и, наконец, в эквивалентных отверстиях:

ventilyatsiya 87

Так как количество воздуха, проходящего через каждую выработку, здесь будет одно и то же, то, назвав секундный дебит воздуха через Q м3, получим:

ventilyatsiya 88

или

ventilyatsiya 89

т. e. депрессия системы последовательного соединения проводов воздуха равна сумме депрессий отдельных проводов, составляющих систему. Если две или несколько выработок, являющихся проводами воздуха, имеют одно общее устье и одно общее выходное отверстие, причем, кроме этих двух пунктов, отдельные выработки не связаны между собой никакими дополнительными проводами, то такое сочетание выработок носит название системы параллельного соединения проводов (фиг. 31).

Система параллельного соединения проводов

Отдельные выработки системы в этом случае называются ветвями. По числу ветвей системы м. б. двухпроводными, трехпроводными и т. д. Если каждая ветвь параллельной системы представляется одним неразветвляющимся проводом, она называется простой, в противном случае - сложной. Общее сопротивление для простой и проводной системы параллельного соединения проводов в различных единицах выразится следующим образом: в удельном сопротивлении

ventilyatsiya 91

в мюргах

ventilyatsiya 92

в темпераментах

ventilyatsiya 93

в эквивалентных отверстиях

ventilyatsiya 94

где слагаемые, стоящие в правых частях равенств, представляют собой сопротивления отдельных ветвей системы, выраженные в различных единицах сопротивления. Для определения количества воздуха qk, которое пойдет по какому-либо проводу порядкового номера к простой параллельной системы, служат формулы в зависимости от того, в каких единицах выражено сопротивление:

ventilyatsiya 95

где Q - общее количество воздуха, поступающего в систему, а остальные буквы имеют прежнее значение. Депрессия параллельной системы проводов в целом, очевидно, будет равна депрессии любого из проводов систем. При расчете проветривания при естественном распределении воздуха в сложной параллельной системе, последнюю предварительно приводят к простой, заменяя каждое разветвление боковой ветви одним, так называемым фиктивным, или воображаемым, проводом, сопротивление которого эквивалентно сопротивлению разветвления. Это сопротивление фиктивного провода подсчитывается обычным способом по одной из приведенных выше формул. Когда сложная параллельная система будет приведена к простой, она разрешается элементарно. Если в параллельное соединение проводов воздуха включаются дополнительные провода, соединяющие боковые ветви, то система приобретает название диагональной (фиг. 32).

ventilyatsiya 96

При одном диагональном проводе система называется простой диагональной, при большем числе - сложной. Расчет проветривания при диагональном соединении проводов воздуха, особенно в сложных диагональных системах, представляется весьма затруднительным и осуществляется обычно по тому или другому приближенному методу. Кроме перечисленных наиболее часто встречающихся систем проводов воздуха, на практике при проветривании рудников могут быть вообще какие угодно сочетания проводов воздуха; расчет этих последних если и возможен, то только как грубо приближенный или ориентировочный.

Ветвление воздушной струи и его значение. В небольших рудниках подземные горные работы нередко последовательно омываются одной струей. В больших рудниках эта система проветривания не пригодна, т. к. при ней сечение выработок может оказаться недостаточным для пропуска большого количества воздуха, нужного для рудника (наибольшая допускаемая скорость движения струи по русским «Правилам безопасности» не д. б. > 6 м/сек); кроме того при последовательном проветривании воздух будет доставляться в достаточной степени испорченным. Для предотвращения этих неудобств прибегают к ветвлению струй, которое обычно начинается уже у самой шахты (фиг. 33).

ventilyatsiya 97

Воздух распределяется при помощи квершлагов или гезенков по отдельным пластам свиты, далее по штрекам направляется в правое и левое крылья работ, где так же ветвится отдельными струями по забоям работ. Омыв все горные выработки и работы, струи воздуха начинают постепенно сливаться вместе, образуя у вентиляционной шахты один общий поток, который выносится наружу. Преимущества ветвления воздушных струй при проветривании рудника следующие: 1) является возможность разбавлять испорченный у забоев воздух каждый раз новыми подводными струями, 2) можно понижать температуру и влажность воздуха, 3) при ветвлении скорость движения воздуха м. б. урегулирована в желаемых пределах, что особенно важно для газовых и пыльных пластов, 4) ветвление понижает депрессию и облегчает работу вентилятора, 5) различные нарушения в движении воздуха (например, обрушение кровли и т. п.) отражаются только на том участке, где это нарушение произошло, и 6) ветвление дает возможность легкой изоляции участка в случае пожара, без нарушения проветривания остальных частей рудника и т. д.

Регулирование количества воздуха, протекающего по горным выработкам. Для установления нужного направления воздушных струй и целесообразного распределения количества воздуха по выработкам прибегают к регулированию воздуха. Сокращение количества протекающего по выработке воздуха достигается путем искусственного увеличения сопротивления этой выработки движению по ней воздуха. Наоборот, увеличение количества воздуха, протекающего через данную выработку, достигается за счет уменьшения воздушных дебитов в других, сопряженных с данной, выработках путем искусственного увеличения их сопротивления. Увеличение сопротивления (мюргов) того или иного провода в вентиляционной практике достигается постановкой в выработке регуляционного окна, под которым разумеют отверстие в перемычке, поставленной поперек выработки и суживающей живое сечение этой последней до сечения окна; размеры окна определяются по формулам:

ventilyatsiya 98

здесь х - искомое сечение регуляционного окна в м2, q - количество воздуха, которое должно идти по данной выработке в м3/сек., S - площадь поперечного сечения данной выработки в м2, hх - депрессия, поглощаемая регуляционным окном в мм водяного столба, mх - мюрги регуляционного окна. Первая из вышеприведенных формул дает сечение регуляционного окна в зависимости от той депрессии hx, которую должно поглощать окно, а вторая - в зависимости от сопротивления окна движению воздушной струи, выраженного в мюргах mx. Соответственное направление воздушных струй и целесообразное распределение количества воздуха по отдельным выработкам на практике достигается постановкой в воздушных ходах перемычек и вентиляционных дверей. На фиг. 34 представлена обыкновенная перемычка с окном, задвижкой которого можно установить нужное отверстие для прохода воздуха.

Перемычка с окном, задвижкой которого можно установить нужное отверстие для прохода воздуха

В тех выработках, где производится откатка в вагонетках, устраивают различных конструкций автоматически открывающиеся и закрывающиеся двери (фиг. 35).

В тех выработках, где производится откатка в вагонетках, устраивают различных конструкций автоматически открывающиеся и закрывающиеся двери

«Правила безопасности» требуют, чтобы во всех случаях, когда при открывании двери может нарушиться вентиляция рудника, были устроены две или несколько вентиляционных дверей на таком расстоянии, чтобы одна из них была постоянно закрыта. В тех случаях, когда две струи перекрещиваются, устраивают так называемые воздушные мосты, или кроссинги.

ventilyatsiya 101

На фиг. 36 и 37 даны наиболее распространенные схема и конструкция кроссингов, которые ясны из чертежа. Наконец, когда по одной и той же выработке свежая и отработанная струя воздуха должны идти во взаимно противоположных направлениях, устраивают деревянные, парусиновые и каменные перегородки вдоль выработки (фиг. 38)

ventilyatsiya 102

или прибегают к проветриванию в этих случаях через деревянные, железные или парусиновые трубы (фиг. 39), диаметр которых, в зависимости от количества подаваемого воздуха и длины выработки, изменяется от 250 до 750 мм.

ventilyatsiya 103

Естественное проветривание. При естественном проветривании причинами, вызывающими движение воздуха, являются: 1) нагревание воздуха теплотой горных пород, благодаря чему он становится легче и поднимается вверх, 2) поглощение воздухом газов малого удельного веса, а также паров воды, 3) толчки и охлаждение, от падающей воды и 4) действие ветра, которым воздух при помощи соответствующих приспособлений может загоняться в рудник (фиг. 40).

ventilyatsiya 105

Схема естественной вентиляции при двух шахтах такова: воздух входит через одну шахту, затем, омыв работы, нагревается и выходит на поверхность через другую; в этих случаях нередко для усиления тяги на устье шахты, выдающей воздух, устраивается еще вытяжная труба. Температура, наружного воздуха меняется, а вместе с нею меняется и вес воздуха, под влиянием которого создается тяга. В то время как зимой холодный столб наружного воздуха, поступая в рудник, нагревается, летом, наоборот, он охлаждается, благодаря чему струя воздуха получает обратное направление. Наконец, при равенстве температур рудничного и поверхностного воздуха тяга в руднике будет отсутствовать, и тогда придется прибегнуть к искусственному проветриванию. На практике естественная вентиляция применяется для проветривания небольших рудников, в капитальных же, с большой производительностью, обычно прибегают к искусственному проветриванию при помощи вентиляторов. Особый вид естественного проветривания составляет вентиляция выработок диффузией, но этот способ является весьма несовершенным и применяется только для коротких глухих выработок, длина которых не превосходит 10 м.

Частичное проветривание применяется в глухих забоях и осуществляется тем или иным вентиляционным прибором, нагнетающим воздух по трубам к забоям выработок. Вентиляционный прибор устанавливается вблизи забоя в струе свежего воздуха. Главным преимуществом частичного проветривания является то, что оно не отражается на увеличении общей депрессии рудника и дает возможность в нужных случаях увеличивать, уменьшать или совсем прекращать доставку свежего воздуха к забоям; недостатком являются затруднения как в смысле устройства его, так и в отношении эксплуатации и надзора. Для частичного проветривания применяются ручные вентиляторы и вентиляторы с электромотором, воздушные и водяные струйчатые приборы и, наконец, сжатый воздух, подводимый по трубам непосредственно к забою.

Изменение направления струи воздуха. Всасывающее проветривание (депрессионное) имеет несомненные преимущества перед проветриванием нагнетающим (компрессионным), почему оно и пользуется исключительным распространением на рудниках; к компрессионному проветриванию прибегают только в редких, исключительных случаях. Каждая вентиляционная установка, согласно «Правилам», д. б. снабжена соответствующими приспособлениями на случай надобности изменения всасывающего действия вентилятора на нагнетательное. Поэтому в вентиляционных установках предусматривается возможность соединения отверстия в диффузор с шахтой, а всасывающих каналов вентилятора - с наружным воздухом.

Шахтные затворы и шлюзы. Если шахта, над которой установлен вентилятор, служит исключительно для проветривания, над нею устанавливается постоянный шахтный затвор (фиг. 41), имеющий вид колокола, края которого помещаются в кольцевой канал с водой или глиной (для плотности затвора).

Шахтный затвор

Такой затвор во время взрыва гремучего газа в шахте свободно сбрасывается, и воздушная волна получает непосредственный доступ в атмосферу, минуя вентилятор, который т. о. будет предохранен от разрушения. Если вентиляционная шахта служит одновременно и подъемной, то применяются специальных конструкций клапаны или различного устройства воздушные шлюзы для маневрирования в них поднимаемых и опускаемых в шахту грузов.

Клапан Бриара

На фиг. 42 показан обыкновенный клапан Бриара, на фиг. 43 - клапан Шульте.

Клапан Шульте

Диагональное и центральное проветривание. Подъемная шахта (подающая воздух) и шахта вентиляционная (через которую воздух выходит на поверхность) могут располагаться или по соседству, на небольшом расстоянии между собой, или на значительном (например, одна в центре рудника, а вторая на периферии). В первом случае система проветривания называется центральной, а во втором - диагональной; и та и другая на практике встречаются довольно часто. При небольшой глубине разработки, когда рудник представляется выгодным разбить на отдельные участки, обслуживаемые каждый отдельной вентиляционной шахтой, получается диагональная система проветривания. Наоборот, когда глубина разработки значительна и проходка шахт обходится дорого, преимущество приобретает центральное проветривание, - например, при разработке круто падающих свит, причем вентиляционная шахта в этом случае нередко используется частично и для подъема.

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 3 - 1928 г.