dr inż. JÓZEF KNECHTEL Główny Instytut Górnictwa Jednostkowy opór aerodynamiczny lutniociągów zbudowanych z lutni elastycznych Wykonano badania, których celem było wyznaczenie wartości jednostkowego oporu aerodynamicznego lutniociągu zbudowanego z lutni elastycznych. Badano lutnie elastyczne niezbrojone (do wentylacji tłoczącej) oraz lutnie zbrojone (do wentylacji ssącej). Pomiary parametrów wentylacyjnych wykonano zarówno na powierzchni (u producentów lutni) jak i w czynnych wyrobiskach górniczych (na dole kopalni). Na podstawie uzyskanych wyników zaproponowano wartości jednostkowego oporu aerodynamicznego, jakie powinni zapewnić producenci lutni elastycznych. 1. WSTĘP Obecnie w kopalniach węgla i rud coraz częściej stosuje się lutniociągi zbudowane z lutni elastycznych. Najważniejszymi parametrami charakteryzującymi jakość aerodynamiczną lutniociągów są: współczynnik wymiany masy Θ [2] oraz jednostkowy opór aerodynamiczny r [1,2]. Współczynnik wymiany masy Θ zależy nie tylko od jakości tkaniny, z której wykonano lutniociąg, ale głównie od sposobu jego eksploatacji na dole kopalni. Jednostkowy opór aerodynamiczny lutniociągu r zależy głównie od zastosowanego materiału i technologii produkcji lutni. W Poradniku Górnika [1] są dane dotyczące lutniociągów elastycznych, niezbrojonych o średnicach 0,4 m, 0,5 m, 0,6 m i 0,8 m. Tymczasem obecnie produkowane są lutnie elastyczne o większych średnicach: 1,0 m i 1,2 m. Ponadto stosowane są nie tylko lutniociągi zbudowane z lutni elastycznych przeznaczone do tłoczącej wentylacji lutniowej (niezbrojone), ale również lutniociągi przeznaczone do wentylacji ssącej (zbrojone). Użytkownicy lutniociągów zainteresowani są tym, jakimi oporami aerodynamicznymi charakteryzują się wspomniane lutniociągi. W Zakładzie Aerologii Górniczej Głównego Instytutu Górnictwa przebadano kilkadziesiąt lutniociągów zbudowanych z lutni elastycznych. W pracy wykorzystano wyniki badań dotyczące 16 lutniociągów elastycznych nie zbrojonych oraz 20 lutniociągów elastycznych zbrojonych. Są to lutniociągi zbudowane z lutni wykonanych przez czterech producentów: TESECO Sp. z o.o., Dld Sp. z o.o., Zakład Produkcji Plandek oraz DUFLEX. 2. BADANIE LUTNIOCIĄGÓW ISTNIEJĄCYCH Opór jednostkowy r oraz współczynnik wymiany masy powietrza charakteryzują odpowiednio jakość gładzi i jakość szczelności lutniociągów. Parametry te przy projektowaniu lutniociągów są a priori znane. W przypadku natomiast, gdy badamy jakość aerodynamiczną lutniociągów pracujących w kopalni, wówczas wychodząc z wyników pomiarów wyznaczamy opór jednostkowy r i współczynnik wymiany masy. Najpierw obliczamy parametr wzrostu organicznego a [2], korzystając z zależności: 1 V w a ln (1) L V0 Następnie obliczamy rzeczywisty opór jednostkowy r za pomocą następującej zależności [2]: 2a p c r ( )exp( 2 1 exp( 2 ) ) 2 2 w 0 al al V0 2A (2)
Nr 2(480) LUTY 2011 19 oraz współczynnik wymiany masy, korzystając z wzoru [2]: 6 2a Θ 10 aa (3) 2 ra 2a w których: a parametr wzrostu organicznego, m -1 ; L długość lutniociągu, m; V 0 V w strumień objętości powietrza w przekroju dopływowym, m 3 /s; strumień objętości powietrza w przekroju wypływowym, m 3 /s; Δp c spiętrzenie całkowite wentylatora lutniowego, Pa; ρ gęstość powietrza, kg/m 3 ; A ε ς w pole powierzchni przekroju poprzecznego lutniociągu, m 2 ; symbol oznaczający rodzaj wentylacji lutniowej, przy czym: dla wentylacji ssącej ε = 1, a dla wentylacji tłoczącej ε = -1; = bezwymiarowy współczynnik oporu początku lutniociągu równy 1 dla wentylacji ssącej oraz 0,6 dla wentylacji tłoczącej; ς 0 = bezwymiarowy współczynnik oporu końca lutniociągu równy 0,6 dla wentylacji ssącej oraz 1 dla wentylacji tłoczącej. Dla wyznaczenia wartości jednostkowego oporu aerodynamicznego lutniociągu r wykonano pomiary wentylacyjne na stanowiskach badawczych producentów lutni, w Kopalni Doświadczalnej Barbara oraz na dole w kopalniach węgla kamiennego. 3. POMIARY NA STANOWISKACH POMIA- ROWYCH NA POWIERZCHNI ORAZ NA DOLE KOPALNI Kierując się zasadami podanymi w pracy [14], wykonano 16 serii pomiarów w lutniociągach tłoczących o średnicy 0,4 m [9, 10, 11], 0,6 m [9, 11], 0,8 m [8, 9, 11], 1,0 m [5, 6, 7, 8] i 1,2 m [5, 6, 7, 8] oraz 20 serii pomiarów w lutniociągach ssących o średnicach 0,2 m [13], 0,3 m [13], 0,5 m [13], 0,8 m [3, 12] i 1,0 m [4, 13]. Lutniociągi te miały długości od 40 m do 624 m. Z każdym z lutniociągów współpracował wentylator. W każdej z wymienionych serii pomiarowych w przekrojach dopływu powietrza i jego wypływu mierzono ciśnienie statyczne i dynamiczne, przy czym ciśnienie dynamiczne mierzono wzdłuż osi leżącej w płaszczyźnie przekroju poprzecznego lutniociągu w 9 punktach, w przypadku lutniociągu o średnicy 0,4 m, w 11 punktach w przypadku lutniociągu o średnicy 0,5 m, w 13 punktach w przypadku lutniociągu o średnicy 0,6 m, w 17 punktach w przypadku lutniociągu o średnicy 0,8 m, w 21 punktach w przypadku lutniociągu o średnicy 1,0 m oraz w 25 punktach w przypadku lutniociągu o średnicy 1,2 m. Odległość punktów jednego od drugiego wynosiła 5 cm. W przypadku lutniociągu o średnicy 0,2 m analogiczne pomiary wykonano w 11 punktach, zaś w przypadku lutniociągu o średnicy 0,3 m w 16 punktach. W odniesieniu do lutniociągów o mniejszej średnicy odległość punktów jednego od drugiego wynosiła 2 cm. Ponadto, z uwagi na większe zawirowania przepływu powietrza, w przypadku lutniociągów o średnicach; 0,2 m, 0,3 m i 0,5 m, pomiary wykonano w dwóch, wzajemnie prostopadłych osiach. Wymienione ciśnienie mierzono przy pomocy sondy pomiarowej Prandtla połączonej wężami z mikromanometrem pochyłym, o dokładności dziesiątych części paskala. Również przy pomocy sondy Prandtla połączonej wężem z mikromanometrem mierzono ciśnienie statyczne. Dla określenia gęstości powietrza w lutniociągu mierzono temperaturę powietrza termometrami suchym i wilgotnym o dokładności odczytu 0,2 C. Ciśnienie barometryczne mierzono przy pomocy barometru typu THOMEN o dokładności 10 Pa. Wyniki pomiarów zestawiono w tabelach od 1 do 9. Tabele od 1 do 5 dotyczą lutniociągów niezbrojonych (przewidzianych do wentylacji tłoczącej), zaś tabele od 6 do 9 dotyczą lutniociągów zbrojonych. W tabelach tych podano: rodzaj i średnicę lutniociągu, D; wysokości słupków cieczy manometrycznej odpowiadające ciśnieniu dynamicznemu, w poszczególnych punktach leżących w przekroju poprzecznym lutniociągu, h d ; wysokość słupka cieczy manometrycznej dla stanu przed pomiarem, h 0d; stałą przełożenia mikromanometru dla ciśnienia dynamicznego, d ; stałą przełożenia mikromanometru dla ciśnienia statycznego, st ; wysokość słupka cieczy manometrycznej odpowiadająca ciśnieniu statycznemu, h st ; wysokość słupka cieczy manometrycznej dla stanu przed pomiarem, h 0st ; temperaturę powietrza w lutniociągu mierzoną termometrami suchym t i wilgotnym t ; ciśnienie barometryczne powietrza, p.
20 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Tabela 1 Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągów elastycznych (niezbrojonych) o średnicy 0,4 m L 1 = 70 m; Producent A L 2 = 80 m; Producent B L 3 = 60 m; Producent C 1 19 14 42 50 39 28 2 15 18 63 65 39 29 3 6 20 73 75 41 35 4 13 24 75 83 39 40 5 18 25 79 85 37 42 6 42 25 79 84 36 43 7 38 23 78 81 36 40 8 33 21 72 69 34 36 9 27 15 64 38 32 24 h od 0 0 2 2 0 0 d 5 5 10 10 5 5 h st 90 172 209 192 180 140 st 2 5 1 1 2 2 h 0st 0 0 1 1 0 0 t, C 11,0 11,0 5,6 5,2 2,4 2,4 t, C 4,6 4,6 2,6 2,6-0,4-0,4 p, Pa 99 430 99 430 100 080 100080 99 220 99 220 Tabela 2 Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągów elastycznych (niezbrojonych) o średnicy 0,6 m L 1 = 80 m; Producent B L 2 = 61 m; Producent C 1 30 26 60 48 2 32 32 76 56 3 39 33 88 58 4 43 38 90 64 5 44 40 88 67 6 44 43 88 73 7 42 45 80 74 8 42 46 70 76 9 41 46 68 78 10 41 44 64 77 11 39 42 76 74 12 38 37 80 43 13 36 20 76 43 h od 2 2 0 0 d 10 10 5 5 h st 118 146 148 78 st 5 10 2 2 h 0st 1 2 0 0 t, C 5,6 5,2 5,2 5,2 t, C 2,8 2,8 1,0 1,0 p, Pa 100 020 100 020 99 200 99 200
Nr 2(480) LUTY 2011 21 Tabela 3 Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągów elastycznych (niezbrojonych) o średnicy 0,8 m L 1 = 77 m; Producent B L 2 = 60 m; Producent C L 3 = 80 m; Producent D 1 9 10 2 10 132 96 2 12 11 11 26 142 125 3 15 11 50 33 146 141 4 16 13 59 37 153 153 5 17 13 59 39 153 161 6 18 15 56 39 154 164 7 18 16 12 36 158 169 8 18 18 2 34 161 171 9 18 18 2 33 160 172 10 18 19 2 32 158 170 11 18 20 2 33 158 163 12 18 19 52 39 156 158 13 17 19 32 39 150 151 14 16 18 42 39 144 144 15 14 17 54 41 130 126 16 13 15 56 39 125 116 17 12 12 52 4 115 106 h od 2 2 0 0 6 6 d 10 10 5 5 10 10 h st 96 63 123 49 110 78 st 10 10 5 5 2 2 h 0st 2 2 0 0 1 1 t, C 5,4 5,2 5,2 5,2 24,0 24,0 t, C 2,6 2,6 1,0 1,0 17,2 17,2 p, Pa 100 080 100 080 99 200 99 200 97 120 97 120 Tabela 4 Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągów elastycznych (niezbrojonych) o średnicy 1,0 m Producent A L 1 = 70 m Producent B L 2 = 75 m Producent C L 3 = 76 m Producent D L 4 = 66 m 1 30 27 28 31 8 8 32 32 2 23 29 49 48 12 9 47 50 3 25 31 51 55 12 10 52 55 4 25 32 53 61 12 11 53 56 5 25 34 59 65 13 12 55 61 6 19 35 63 66 13 13 55 62 7 25 36 59 68 13 13 60 64 8 27 36 64 69 12 13 60 68 9 31 37 65 69 12 13 59 67 10 37 37 71 68 13 13 60 68 11 43 37 67 67 13 13 59 69 12 41 39 69 67 12 13 59 65 13 37 37 67 67 12 13 61 64 14 45 38 67 68 12 13 59 61 15 51 37 71 69 12 13 58 61 16 55 36 77 67 12 13 58 59 17 51 37 77 67 13 12 57 49 18 47 36 70 66 12 11 58 48 19 47 36 76 66 11 11 55 48 20 46 35 81 53 12 9 57 33 21 45 33 81 29 8 6 47 32 h od 0 0 0 0 0 0 6 6 d 5 5 5 5 5 5 10 10 h st 38 26 114 147 162 149 127 119 st 5 5 2 5 2 2 2 2 h 0st 0 0 0 0 0 0 1 1 t, C 2,8 2,8 31,0 31,0 9,2 10,2 27,2 27,2 t, C -0,6-0,6 19,0 19,0 5,4 6,2 17,6 17,6 p, Pa 98 120 98 120 110 770 110 770 97 640 97 680 97 180 97 180
22 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Tabela 5 Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągów elastycznych (niezbrojonych) o średnicy 1,2 m Producent A L 1 = 70 m Producent B L 2 = 70,5 m Producent C L 3 = 70 m Producent D L 4 = 70 m 1 12 15 12 18 3 3 24 25 2 12 17 16 18 4 3 28 29 3 13 19 23 20 4 4 31 31 4 13 18 30 22 4 4 33 34 5 13 21 35 26 5 4 36 33 6 14 22 38 27 5 4 38 34 7 15 23 38 28 5 5 39 34 8 15 23 37 32 5 5 39 35 9 18 21 36 36 5 5 38 35 10 18 22 35 38 6 5 37 34 11 20 23 34 38 6 6 35 35 12 19 24 30 40 6 6 35 34 13 19 24 29 41 6 6 35 34 14 20 23 34 42 6 6 34 35 15 22 23 33 40 6 6 35 34 16 26 23 34 41 6 7 34 34 17 27 23 37 39 6 7 34 36 18 28 23 38 38 6 7 34 34 19 27 22 37 38 6 7 34 32 20 31 22 37 37 6 6 32 32 21 31 22 36 39 5 6 31 32 22 31 22 34 38 5 5 29 32 23 29 19 32 37 5 5 26 31 24 28 17 30 37 4 4 25 32 25 23 15 28 36 3 4 21 32 h od 0 0 0 0 0 0 5 5 d 5 5 5 5 5 5 10 10 h st 19 18 139 88 124 119 97 94 st 5 5 5 5 2 2 2 2 h 0st 0 0 0 0 0 0 1 1 t, C -0,4-0,4 30,2 30,2 9,4 9,2 30,0 30,0 t, C -3,0-3,0 19,2 19,2 4,6 5,4 27,8 27,8 p, Pa 98 240 98 240 110 780 110 780 97 680 97 660 97 220 97 220 Tabela 6 Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągów elastycznych (zbrojonych) o średnicach 0,2 m i 0,3 m lutniociąg o średnicy 0,3 m i długości 90,05 m lutniociąg o średnicy 0,2 m i długości 89,95 m w osi w osi w osi w osi w osi w osi w osi w osi 1 17 14 13 14 12 9 10 11 2 25 27 23 22 17 16 19 15 3 33 29 26 26 18 19 20 18 4 35 33 30 29 19 19 21 18 5 38 35 32 32 20 20 22 19 6 37 34 34 34 20 19 23 21 7 37 36 35 34 19 20 23 22 8 36 36 36 36 18 21 21 22 9 35 37 35 37 18 19 18 21 10 33 36 36 36 17 17 15 19 11 32 35 33 34 10 10 7 13 12 30 34 30 33 13 30 32 28 32 14 28 28 26 31 15 24 25 24 28 16 12 14 17 24 h od 0 0 2 2 d 5 5 5 5 h st 71 206 47 171 st 5 5 5 5 h 0st 0 0 2 2 t, C 20,0 20,0 20,4 20,4 t, C 16,0 16,0 16,4 16,4 p, Pa 97720 97720 97720 97720
Nr 2(480) LUTY 2011 23 Tabela 7 Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągu elastycznego (zbrojonego) o średnicy 0,5 m L = 80 m; lutniociąg ssący L = 80 m; lutniociąg tłoczący w osi w osi w osi w osi w osi w osi w osi w osi 1 33 32 26 28 38 48 50 47 2 51 53 50 44 62 74 92 71 3 62 63 68 56 72 84 98 82 4 65 67 72 63 72 85 98 87 5 71 69 76 65 77 82 88 89 6 69 65 75 68 79 80 79 88 7 66 62 68 63 81 75 67 87 8 58 66 58 63 81 70 57 80 9 52 62 52 62 77 62 48 69 10 40 47 45 45 72 52 43 53 11 17 27 8 13 41 22 18 22 h od 0 0 0 0 d 2 2 2 2 h st 162 167 181 127 st 1 2 1 2 h 0st 0 0 0 0 t, C 16,6 16,6 19,6 19.6 t, C 13,8 13,8 14,6 14,6 p, Pa 97720 97720 97660 97660 W zastosowanej metodzie pomiarowej podzielono poprzeczny lutniociągu na półpierścienie [3, 4], każdy o szerokości 5 cm (dla lutniociągów o średnicy od 0,4 m do 1,2 m) oraz o szerokości 2 cm (dla lutniociągów o średnicy 0,2 m i 0,3 m). Dla każdego z półpierścieni wyznaczono ciśnienie dynamiczne, a następnie korzystając ze wzoru na ciśnienie dynamiczne p d : p d 2 w (4) 2 obliczono średnią prędkość powietrza w danym półpierścieniu, przekształcając wzór (4). We wzorze (4) oznacza gęstość powietrza płynącego lutniociągiem, zaś w prędkość tego powietrza. Mnożąc pole powierzchni półpierścienia przez prędkość powietrza uzyskuje się strumień powietrza płynący przez dany półpierścień. Sumując strumienie objętości powietrza płynące przez wszystkie półpierścienie uzyskuje się sumaryczny strumień objętości powietrza, który płynie danym przekrojem lutniociągu. Wzór (4) w tym przypadku służy do wyznaczenia średniej prędkości powietrza. Aby wyznaczyć ciśnienie dynamiczne skorzystano z następującego wzoru: p d g h /, (5) c w którym c oznacza gęstość cieczy manometrycznej (przyjęto c = 810 kg/m 3 ), g przyspieszenie siły ciężkości w polu grawitacyjnym Ziemi (g = 9,80665 m/s 2 ), h d wysokość słupka cieczy manometrycznej, zaś d stałą przełożenia mikromanometru. d d Ciśnienie statyczne obliczono za pomocą wzoru analogicznego do wzoru (5), przy czym indeks dotyczący ciśnienia dynamicznego zastąpiono indeksem st dotyczącym ciśnienia statycznego. 4. ANALIZA UZYSKANYCH WYNIKÓW Korzystając z danych pomiarowych zestawionych w tabelach od 1 do 9, za pomocą znanych wzorów [2] obliczono takie wielkości jak: różnica ciśnień statycznych w lutniociągu i na zewnątrz przewodu lutniowego p st, ciśnienie dynamiczne p d, gęstość tego powietrza, strumień objętości powietrza płynący przez dany pomiarowy V. Wymienione wielkości wyznaczono dla obu krańcowych przekrojów lutniociągu: dopływu () i wypływu (). Z kolei, korzystając z otrzymanych wyników, za pomocą wzorów (1), (2) i (3) wyznaczono wartości liczbowe: parametru wzrostu organicznego a, rzeczywistego oporu jednostkowego lutni r i współczynnika wymiany masy. Wartości tych wielkości podano w tabelach 10 i 11. Tabela 10 dotyczy elastycznych lutniociągów nie zbrojonych (przeznaczonych do wentylacji tłoczącej), natomiast tabela 11 dotyczy elastycznych lutniociągów zbrojonych (przewidzianych do wentylacji ssącej). W wymienionych tabelach w poszczególnych kolumnach zestawiono: średnicę lutniociągu, jego długość, parametr wzrostu organicznego, współczynnik wymiany masy oraz jednostkowy opór aerodynamiczny lutniociągu.
24 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągów elastycznych (zbrojonych) o średnicy 0,8 m Tabela 8 Producent A Producent D hd L1 = 48,0 m L2 = 42,8 m L3 = 74,0 m L4 = 105,0 m L5 = 120,0 m L6 = 88,7 m L7 = 94,2 m L8 = 49,1 m L9 = 40,0 m L10 = 80,0 m 1 8 1 1 12 9 7 14 15 15 30 17 12 9 12 10 19 15 23 18 14 21 35 40 52 43 2 9 5 9 14 12 12 23 30 30 40 26 14 14 13 14 27 26 27 26 24 24 37 43 63 56 3 12 16 17 16 16 14 33 37 37 48 30 16 17 16 18 27 36 27 28 32 28 38 47 70 65 4 16 18 17 17 18 17 40 43 43 47 36 21 18 19 20 28 34 31 30 33 31 38 49 76 70 5 17 19 21 19 21 18 44 44 44 47 37 21 19 20 22 30 29 33 32 34 33 39 49 80 79 6 18 22 23 19 23 21 48 48 48 44 43 22 22 24 24 32 26 31 32 37 37 39 50 85 87 7 19 23 23 18 23 21 49 49 49 48 44 22 24 25 26 33 26 32 32 39 38 39 50 86 90 8 18 24 23 21 23 22 51 51 51 48 48 22 27 28 27 33 25 32 33 40 41 39 50 88 91 9 18 26 25 21 23 23 53 51 51 53 52 24 28 30 27 33 25 32 32 41 42 39 51 88 91 10 18 27 24 21 22 25 55 52 52 56 57 25 28 31 28 32 26 32 33 39 40 39 52 86 88 11 17 28 23 21 23 24 57 53 53 58 59 25 28 31 27 31 26 33 33 38 39 40 52 83 83 12 18 24 24 20 23 25 57 50 50 59 62 23 27 31 27 28 27 33 32 37 38 40 53 81 76 13 19 22 23 19 23 23 54 44 44 58 64 22 24 29 25 25 28 33 32 35 35 40 52 77 72 14 16 16 19 16 23 22 52 46 46 56 62 22 23 26 24 23 31 33 32 30 32 38 52 71 70 15 14 13 15 12 22 20 43 43 43 47 54 18 20 14 22 16 30 32 32 24 28 38 53 64 64 16 13 9 5 7 2 17 32 35 35 36 45 12 17 13 20 13 23 25 27 23 24 38 52 51 57 17 3 7 4 7 1 7 18 28 28 22 38 12 10 12 14 9 21 13 22 23 21 36 48 27 34 hod 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 d 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 hst 53 94 98 188 81 103 116 175 175 284 60 155 167 115 121 168 63 34 127 104 st 5 5 5 5 2 2 1 1 1 1 5 5 5 2 2 2 5 2 5 2 h0st 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 t, 0 C 24,4 24,4 24,4 24,0 24,0 24,0 24,0 23,0 23,0 23,0 22,8 22,6 22,6 22,4 22,4 22,4 12,8 12,4 8,0 8,0 t, 0 C 23,0 23,0 23,0 22,8 22,8 23,0 23,0 22,2 22,2 22,2 22,0 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 12,2 12,2 5,6 5,6 p,pa 104 560 104 500 104 580 104 600 104 700 104 650 104 620 104 660 104 660 104 580 103 540 103 500 103 480 103 400 103 400 103 460 98 280 98 280 97 545 97 545
Nr 2(480) LUTY 2011 25 Wyniki pomiarów parametrów wentylacyjnych lutniociągów elastycznych (zbrojonych) o średnicy 1,0 m Tabela 9 Producent A Producent D hd L1 = 269,5 m L2 = 624,3 m L3 = 93,6 m L4 = 423,5 m L5 = 75,0 m L6 = 75,0 m 1 31 20 19 25 6 33 30 45 9 9 0 9 11 16 0 11 2 29 23 24 40 28 38 34 50 15 13 18 14 19 17 11 17 3 33 33 32 44 40 41 40 59 16 14 19 15 21 19 13 20 4 33 39 31 48 46 48 42 61 17 16 19 14 22 20 14 21 5 34 45 32 51 50 56 50 68 19 18 19 15 22 19 16 23 6 38 45 30 53 53 56 62 72 19 18 19 15 21 19 18 23 7 38 45 32 57 56 62 65 73 21 18 21 16 21 20 18 22 8 40 46 32 60 59 64 70 75 22 19 21 17 21 21 19 21 9 42 46 34 62 62 65 74 75 22 21 21 17 21 20 22 22 10 42 46 35 63 63 64 75 76 22 21 20 19 20 20 23 22 11 44 46 40 61 66 64 77 75 22 22 22 21 20 21 24 22 12 43 47 44 59 66 63 77 75 21 21 21 21 20 20 24 21 13 44 46 51 58 65 62 77 74 20 21 20 22 19 22 24 18 14 43 45 54 56 64 61 79 72 19 21 20 21 19 22 25 17 15 43 44 56 53 63 60 74 71 19 19 19 22 19 20 24 15 16 40 43 54 50 60 54 70 69 18 18 18 21 18 21 23 15 17 39 42 53 48 56 51 66 69 17 17 17 20 19 19 20 14 18 34 36 53 45 52 51 61 65 16 16 16 18 17 17 20 13 19 32 23 46 42 48 48 53 62 15 14 13 16 17 17 14 11 20 22 14 37 38 41 41 12 56 12 9 9 8 10 3 6 7 21 8 14 24 21 26 25 12 41 6 7 7 4 2 2 2 2 hod 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 d 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 hst 194 259 253 393 407 438 506 642 51 31 42 7 st 1 1 1 1 1 1 1 1 5 5 5 5 h0st 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 t, C 27,0 26,8 29,2 26,4 26,4 26,4 25,6 24,8 12,2 12,2 14,4 16,6 t, C 25,0 25,8 26,8 25,6 24,8 24,8 24,4 23,8 11,2 11,2 12,4 13,4 p,pa 107 720 107 740 107 670 107 510 107 540 107 520 107 500 107 520 97 620 97 620 97 640 97 640
26 MECHANIZACJA I AUTOMATYZACJA GÓRNICTWA Tabela 10 Jednostkowe opory aerodynamiczne lutniociągów zbudowanych z lutni elastycznych (niezbrojonych) Lp. Średnica D, m Długość L, m Parametr wzrostu organicznego Współczynnik wymiany masy Jednostkowy opór aerodynamiczny a, m -1 Θ, m 2,5 /kg 0,5 r 0, kg/m 8 1 0,4 70,0 9,186. 10-4 57,5 0,6108 2 0,4 80,0 1,108. 10-4 2,3 0,5333 3 0,4 60,0 8,445. 10-4 39,3 0,9143 4 0,6 80,0 4,326. 10-4 41,7 0,1068 5 0,6 61,0 5,267. 10-4 57,1 0,1063 6 0,8 77,0 1,558. 10-4 15,3 0,0337 7 0,8 60,0 8,491. 10-4 228,5 0,0318 8 0,8 80,0 2,259. 10-4 12,7 0,0360 9 1,0 70,0 2,873. 10-4 82,0 0,00822 10 1,0 75,0 5,933. 10-4 177,5 0,01569 11 1,0 76,0 5,051. 10-4 123,9 0,01877 12 1,0 66,0 4,345. 10-4 86,5 0,01356 13 1,2 70,0 9,755. 10-5 28,1 0,00254 14 1,2 70,5 4,501. 10-4 259,9 0,00359 15 1,2 70,0 1,431. 10-5 0,9 0,00704 16 1,2 70,0 2,792. 10-4 112,1 0,00395 Tabela 11 Jednostkowe opory aerodynamiczne lutniociągów zbudowanych z lutni elastycznych (zbrojonych) Lp. Średnica D, m Długość L, m Parametr wzrostu organicznego Współczynnik wymiany masy Jednostkowy opór aerodynamiczny a, m -1 Θ, m 2,5 /kg 0,5 r 0, kg/m 8 1 0,2 90,0 1,846. 10-4 0,4 71,145 2 0,3 90,1 3,454. 10-4 3,1 8,292 3 0,5 80,0 2,587. 10-5 0,2 0,9706 4 0,5 80,0 1,056. 10-4 1,4 1,1411 5 0,8 48,0 1,092. 10-4 2,8 0,3219 6 0,8 42,8 7,485. 10-4 34,0 0,7174 7 0,8 74,0 1,004. 10-3 62,2 0,5137 8 0,8 105,0 1,700. 10-4 4,4 0,5105 9 0,8 120,0 5,545. 10-4 22,3 0,6819 10 0,8 88,7 2,368. 10-4 11,1 0,2144 11 0,8 94,2 4,200. 10-4 20,1 0,3614 12 0,8 49,1 1,748. 10-3 115,6 0,7819 13 0,8 40,0 1,680. 10-4 8,2 0,1384 14 0,8 80,0 4,634. 10-4 54,4 0,0630 15 1,0 269,5 5,588. 10-6 0,1 0,1405 16 1,0 624,3 1,588. 10-4 10,5 0,0725 17 1,0 93,6 4,085. 10-4 16,9 0,4744 18 1,0 423,5 3,496. 10-4 25,4 0,1313 19 1,0 75,0 2,487. 10-4 29,1 0,0354 20 1,0 75,0 1,847. 10-4 20,2 0,0302 Tabela 12 Proponowane do przyjęcia przez producentów wartości jednostkowego oporu aerodynamicznego dla lutniociągów zbudowanych z lutni elastycznych Rodzaj lutni Średnica lutni D, m Jednostkowy opór aerodynamiczny r, kg/m 8 lutnie elastyczne niezbrojone, przewidziane do wentylacji tłoczącej lutnie elastyczne zbrojone, przewidziane do wentylacji ssącej 0,4 1,000 0,6 0,120 0,8 0,039 1,0 0,020 1,2 0,008 0,2 75 0,3 9 0,5 1,5 0,8 0,6 1,0 0,2
Nr 2(480) LUTY 2011 27 Dla elastycznych lutniociągów tłoczących o średnicy 0,4 m wartość jednostkowego oporu aerodynamicznego lutniociągu wynosi od 0,533 do 0,914 kg/m 8 i jest dużo mniejsza od wartości podawanej w Poradniku Górnika [1], która wynosi 1,765 kg/m 8. Dla lutniociągów o średnicy 0,6 m wymieniony opór jest równy około 0,11 kg/m 8 i też jest mniejszy od wartości podanej w pracy [2], która wynosi 0,147 kg/m 8. Dla lutniociągów o średnicy 0,8 m jednostkowy opór aerodynamiczny jest zbliżony do wartości podanej w pracy [2], aczkolwiek również mniejszy. Dla lutniociągów o średnicy 1,0 m wartości jednostkowego oporu aerodynamicznego zmieniają się w dużym zakresie: od 0,00822 do 0,01877 kg/m 8. Nadmienić należy, że dolna wartość została uzyskana na stanowisku badawczym na powierzchni, natomiast wartość górna wynika z pomiarów wykonanych na dole kopalni. Podobna sytuacja jest w przypadku lutniociągów o średnicy 1,2 m. W tym przypadku wartość jednostkowego oporu aerodynamicznego wynosi od 0,00254 do 0,0704 kg/m 8. Dla elastycznych lutniociągów ssących (zbrojonych) o średnicy 0,2 m jednostkowy opór aerodynamiczny jest równy 71,145 kg/m 8. Dla lutniociągów o średnicy 0,3 m wartość tego oporu jest równa 8,292 kg/m 8, a dla lutniociągów o średnicy 0,5 m równa 0,971 kg/m 8. Wymienione wartości zostały uzyskane w oparciu o badania wykonane na stanowiskach pomiarowych na powierzchni. Dla lutniociągów o średnicy 0,8 m wspomniany opór jednostkowy wynosi od 0,06 do 0,78 kg/m 8. Wartości 0,063 kg/m 8 oraz 0,1384 kg/m 8 zostały uzyskane na podstawie badań wykonanych na powierzchni, natomiast pozostałe wyniki uzyskano z pomiarów wykonanych w czynnym wyrobisku na dole kopalni. Z tabeli 11 wynika, że nawet w warunkach dołowych wartość jednostkowego oporu aerodynamicznego lutniociągu zbrojonego może być rzędu 0,2 0,4 kg/m 8. Dla lutniociągów o średnicy 1,0 m jednostkowy opór aerodynamiczny wynosi od 0,03 do 0,47 kg/m 8. Również w tym przypadku wartości 0,0302 i 0,0354 kg/m 8 uzyskano w oparciu o wyniki badań wykonane na stanowiskach badawczych na powierzchni. Z analizy tabeli 11 wynika, że dla elastycznego lutniociągu zbrojonego o średnicy 1,0 m, nawet na dole kopalni jednostkowy opór aerodynamiczny nie powinien przekraczać wartości 0,13 0,14 kg/m 8. 5. WNIOSKI Zbadano 16 elastycznych lutniociągów niezbrojonych oraz 20 elastycznych lutniociągów zbrojonych o średnicach: 0,2 m, 0,3 m, 0,4 m, 0,5 m, 0,6 m, 0,8 m, 1,0 m i 1,2 m. Wyznaczono wartości jednostkowego oporu aerodynamicznego tych lutniociągów. Lutniociągi przewidziane do wentylacji ssącej (zbrojone) charakteryzują się większym oporem aerodynamicznym aniżeli lutniociągi niezbrojone. Na podstawie uzyskanych wyników wydaje się, że należy zrewidować wartości jednostkowych oporów aerodynamicznych podanych w pracy [2]. Przeprowadzone badania wykazały, że jest możliwe uzyskanie wartości niższych. W związku z powyższym proponuje się, aby producenci lutni elastycznych stosowali takie technologie, które pozwolą na uzyskanie wartości jednostkowego oporu aerodynamicznego lutni nie większych od podanych w tabeli 12. Literatura 1. Bystroń H., Jaroń S., Markefka P., Strumiński A., Wojtyczka A.: Poradnik Górnika, T3 Dział I Przewietrzanie kopalń, wyd. Śląsk, Katowice 1974. 2. Bystroń H.: Metody obliczania nie rozgałęzionych lutniociągów kopalnianych i oceny ich jakości aerodynamicznej, Archiwum Górnictwa 35, 3(1990). 3. Bystroń H., Knechtel J.: Przeprowadzenie badań lutni ssących typu TS-LWS w klasie wykonania B, tj. na Δp min = 7000 Pa celem określenia maksymalnych długości lutniociągów zbudowanych z takich lutni, dokumentacja prac GIG o symbolu: 411 21401 111, Katowice, czerwiec 2001. 4. Bystroń H., Knechtel J.: Przeprowadzenie badań w celu oznaczenia jednostkowego współczynnika oporu aerodynamicznego dla lutni ssących Ø 1000 wykonanych w klasie C, dokumentacja prac GIG o symbolu: 411 33043 111, Katowice, sierpień 2003. 5. Knechtel J.: Badania jednostkowego oporu aerodynamicznego lutni elastycznych do wentylacji tłoczącej typu TS-03 o średnicy 1,0 m oraz o średnicy 1,2 m, dokumentacja prac GIG o symbolu: 582 04666 112, Katowice, styczeń 2006. 6. Knechtel J.: Wyznaczenie współczynnika jednostkowego oporu aerodynamicznego lutni elastycznych do wentylacji tłoczącej o średnicy 1,0 m i o średnicy 1,2 m, dokumentacja prac GIG o symbolu: 582 02216 112, Katowice, kwiecień 2006. 7. Knechtel J.: Badanie jednostkowego oporu aerodynamicznego lutni elastycznych do wentylacji tłoczącej o średnicy 1,0 m oraz o średnicy 1,2 m, dokumentacja prac GIG o symbolu: 512 17516 112, Katowice, kwiecień 2006. 8. Knechtel J.: Badanie jednostkowego oporu aerodynamicznego lutni elastycznych do wentylacji tłoczącej o średnicach: 0,8 m, 1,0 m oraz o średnicy 1,2 m, dokumentacja prac GIG o symbolu: 582 41406 113, Katowice, sierpień 2006. 9. Knechtel J.: Przeprowadzenie badań wyznaczających współczynnik jednostkowy oporu aerodynamicznego dla elastycznych lutni wentylacyjnych tłoczących o średnicy Ø400, Ø600 i Ø800, dokumentacja prac GIG o symbolu: 582 04178 112, Katowice, styczeń 2008. 10. Knechtel J.: Przeprowadzenie badań dla wyznaczenia jednostkowego oporu aerodynamicznego elastycznych lutni wentylacyjnych tłoczących o średnicy Ø400, dokumentacja prac GIG o symbolu: 582 09578 112, Katowice, luty 2008. 11. Knechtel J.: Przeprowadzenie badań dla określenia współczynnika jednostkowego oporu aerodynamicznego elastycznych lutni wentylacyjnych tłoczących o średnicach: Ø400, Ø600 i Ø800, dokumentacja prac GIG o symbolu: 582 02978 112, Katowice, luty 2008. 12. Knechtel J.: Badanie własności aerodynamicznych lutniociągu elastycznego (zbrojonego) oraz wyznaczenie jednostkowego oporu aerodynamicznego lutniociągu, jak również oporu aerodynamicznego kolanka 90, dokumentacja prac GIG o symbolu: 582 51529 112, Katowice, listopad 2009. 13. Knechtel J.: Badanie parametrów aerodynamicznych elastycznych lutniociągów zbrojonych o średnicach: 0,2 m, 0,3 m, 0,5 m i 1,0 m wykonanych z tkaniny technicznej VINYTOL 752 NV, dokumentacja prac GIG o symbolu: 582 27310 112, Katowice, czerwiec 2010. 14. Roszczynialski W., Trutwin W., Wacławik J.: Kopalniane pomiary wentylacyjne, wyd. Śląsk, Katowice 1992. Recenzent: prof. zw. dr hab. inz. Wacław Trutwin