Содержание к диссертации
Введение
1. Методы определения режимов работы вентиляторных установок главного проветривания на іщтную вентиляционную сеть 12
І. І.Особенности эксплуатации и выбор вентиляторных установок главного проветривания шахт 12
1.2.Определение режимов совместной работы шахтных вентиляторных установок главного проветривания графическими методами 17
1.3. Методы расчёта вентиляционных систем с помощью ЭЦВМ ... 23
1.4.Методы электрического моделирования при расчёте вентиляционных систем 31
1.5.Выводы, цель и задачи исследований 47
2. Исследование аэродинамических характеристик вентиляторов и составление их математического описания 50
2.1. Аэродинамические схемы и каталожные характеристики шахтных вентиляторных установок главного проветривания 50
2.2. Методика экспериментальных исследований аэродинамических характеристик осевого вентилятора в трех квадрантах. Схемы и конструкции стендов 59
2.3. Анализ полных аэродинамических характеристик давления и составление их математического описания.. 66
2.4. В ы в о д ы 72
3. Разработка методики и алгоритма машинного выбора шахтных вентиляторных установок главного проветривания 75
3.1. Постановка задачи 75
3.2. Формирование исходных данных 76
3.3. Расчётные регулировочные характеристики центробежных вентиляторов 79
3.4. Регулировочные характеристики осевых вентиляторов 84
3.5. Блок-схема алгоритма машинного выбора вентиляторных установок главного проветривания и работа с программой 93
3.6. Выводы 104
4. Разработка математической модели сложной системы проветривания шахты и алгоритма исследования на эцвм совместной работы вентиляторных установок главного пробег ривания 107
4.1. Постановка задачи 107
4.2. Математическое описание аэродинамических характеристик вентиляторных установок в трех квадрантах 108
4.3. Приведенная схема вентиляции шахты 119
4.4. Математическая модель системы блочного проветривания шахты 123
4.5. Подготовка исходных данных 127
4.6. Блок-схема алгоритма исследования совместной работы на шахтную вентиляционную сеть вентиляторных установок главного проветривания ... 129
4.7. В ы в о д ы 137
5. Внедрение результатов научных исследований в производство 139
5.1. Исследование нормального и аварийного проветривания шахты № 4-бис ш/у " Знамя коммунизма " ПО " Донбассантрацит " 139
5.2. Исследование вентиляционной системы шахты Ш 12 " Основная " ш/у " Алмазное " ПО " Донбасс-антрацит " и разработка рекомендаций по её совершенствованию 144
5.3. Анализ вариантов совершенствования вентиляционной системы шахты " Западная капитальная " ПО " Ростовуголь " Р9
5.4. Выводы 166
Основные итоги работы
Литература
- Методы расчёта вентиляционных систем с помощью ЭЦВМ
- Методика экспериментальных исследований аэродинамических характеристик осевого вентилятора в трех квадрантах. Схемы и конструкции стендов
- Расчётные регулировочные характеристики центробежных вентиляторов
- Блок-схема алгоритма исследования совместной работы на шахтную вентиляционную сеть вентиляторных установок главного проветривания
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года [її предусматривается дальнейшее интенсивное развитие угольной и горнорудной промышленности на основе комплексной механизации и автоматизации производственных процессов.
Увеличение мощности и глубины шахт и рудников, интенсификация технологических процессов добычи полезных ископаемых, переход к системам автоматического управления производственными процессами выдвигают повышенные требования к шахтным вентиляционным системам, предназначенным для поддержания нормальных атмосферных условий в горных выработках.
Современные вентиляционные системы шахт характеризуются топологически разветвленной и меняющейся со временем сетью с суммарной длиной горных выработок, достигающей иногда сотен километров, а также большим количеством одновременно работающих вентиляторов [2 ].
Объединение мелких и средних шахт в крупные шахтоуправления с единой системой вентиляции, переход на секционное проветривание при проектировании новых шахт большой производительности привело к тому, что на отдельных шахтах число вентиляторных установок главного проветривания ( БУШ ) доходит до двадцати.
Обеспечение экономичной и устойчивой их работы с учётом большой разнотипности БУШ стало сложной проблемой. Решение задач такого плана без создания математических моделей и применения ЭВМ вычислительных центров угольных производственных объединений МУП СССР ввиду их сложности, громоздкости, а также ввиду необходимости оперативного получения конечных результатов становится уже невозможным Сз] .
Начало широкого применения ЭВМ для расчёта и управления шахтными вентиляционными системами относится к 1964- году [4] » когда появились достаточно отработанные и обладающие приемлемой для практических нужд точностью специализированные аналоговые вычислительные устройства и алгоритмы расчёта на цифровых ЭВМ. К настоящему времени имеется возможность рассчитывать и анализировать вентиляционные сети практически любой сложности и можно утверждать, что проблема расчёта сложных вентиляционных сетей находится в завершающей стадии решения [5] .
Но широко применяемые в угольных объединениях, проектных институтах и ВГСЧ МУП СССР программы для нахождения с помощью ЭВМ воздухораспределения во всех выработках шахты по данным де-прессионной съёмки на главных направлениях предполагают абсолютную достоверность данных замеров подачи и давления, развиваемых ВУГП, что не всегда соответствует действительности, приводит к большим затратам машинного времени и потере точности расчёта.
Для преодоления этих недостатков необходимо создание единой программы для расчёта системы " вентиляторные установки главного проветривания - шахтная вентиляционная сеть ", что связано также с разработкой приемлемых математических моделей ВУГП.
Очень часто возникают вопросы эффективности замены старых вентиляторных установок новыми на отдельных вентиляционных стволах шахт, требующие от энергомеханических служб горных предприятий оперативного решения, которое подчас бывает затруднено несовершенством существующих методик выбора ВУГП.
Все это определяет актуальность работ по созданию адекватных математических моделей вентиляторных установок главного проветривания шахт при работе их не только на рабочей части характеристики давления, но и на характеристике давления во всех четырех квадрантах.
Актуальность данных работ определяется также необходимостью проверки надёжности реверсирования вентиляционных потоков во время аварийного проветривания на шахте при всей сложности вероятностных задач.
НАУЧНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ. Научная идея работы состоит в описании уравнением Клосса ( в дуальной системе аналогий электрических и аэродинамических параметров ) регулировочных характеристик Р(&,8°) или PCQ.K) при докритических углах атаки.
Научная идея базируется на математической аналогии описания электромагнитных систем с вращающейся беличьей клеткой и аэродинамических систем с вращающейся решеткой профилей.
ЦЕЯЬ РАБОТЫ. Целью диссертационной работы является разработка математических моделей вентиляторных установок главного проветривания шахт при одиночной и совместной работе на сложную вентиляционную сеть.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. Для достижения поставленной в диссертации цели использован комплекс современных методов исследования : анализ и комплексное обобщение достижений науки и практики, математическое моделирование и расчёты на ЭВМ с использованием электрогидравлических аналогий, а также экспериментальные исследования и проверка в шахтных условиях результатов, полученных расчётным путём.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
Научная новизна работы состоит :
- в установлении зависимости Р(0) во втором и четвертом квадрантах для вентиляторных установок по схеме К-Об с учётом ограниченной мощности электропривода;
- в представлении аэродинамических характеристик как раз 8 рывных, состоящих из трех участков восходящих ветвей, независимо от типа вентилятора. Разрывы характеристик определяются перестройкой структуры потока в аэродинамической решетке при за критических углах атаки и скачкообразным переходом с одной ветви характеристики на другую при одном и том же давлении;
- в описании восходящих ветвей аэродинамических характеристик ВУГП уравнением вида Р(00=Р0-RXQ SvcjaQ , где Р0 - давление кругового вихря на аэродинамической решетке при нулевой подаче, R - аэродинамическое сопротивление вращающейся решетки профилей потоку на закритических углах атаки;
- в установлении положения, что при отсутствии точек пересечения статической характеристики сети и восходящих ветвей аэродинамической характеристики вентилятора не существует установившегося режима работы, и можно говорить только о средних во времени значениях давления и подачи, пульсации которых существенно снижаются по мере отнесения точки замера от аэродинамической решетки за счёт проявления ёмкостных и инерционных свойств потока на участке сети до точки замера. Инерционность измерительных приборов и воздухоподводящих трубок к ним создают только иллюзию устойчивости режимов работы на нисходящих участках аэродинамических характеристик;
- в разработке алгоритма распознавания восходящих ветвей разрывной аэродинамической характеристики ВУГП при неоднозначности режима работы;
- в разработке алгоритма моделирования режима работы при реверсировании ВУГП как с помощью обводного канала, так и изменением направления вращения рабочих колес.
В ДИССЕРТАЩОННОЙ РАБОТЕ ЗАЩИЩАЕТСЯ :
- методика и результаты исследования работы вентилятора в режиме противовгоіючения и в турбинном режиме;
- математическое описание аэродинамических характеристик осевых и центробежных шахтных вентиляторных установок главного проветривания;
- методика и алгоритм машинного выбора вентиляторных установок главного проветривания шахт;
- структура формализованного представления блочной системы проветривания шахты;
- математическое описание аэродинамических характеристик вентиляторов в 3-х квадрантах с учётом неустойчивых и разрывных зон;
- методика и алгоритм определения режимов совместной работы шахтных вентиляторных установок главного проветривания на сложную вентиляционную сеть.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ СОСТОИТ :
- в установлении эмпирических зависимостей между номинальными значениями параметров регулировочных характеристик и номинальными параметрами характеристик давления при оптимальном угле установки лопаток рабочих колес или направляющего аппарата ВУГП;
- в установлении эмпирических зависимостей между номинальными и экстремальными значениями параметров, входящих в уравнение Клосса для описания рабочих участков аэродинамических характеристик ВУГП;
- в разработке инженерной методики моделирования стандартными блоками сложной системы проветривания шахты, включающей в себя до двадцати ВУГП и до сорока вентиляционных стволов;
- в разработке методики расчёта условной акустической гибкости шахтной вентиляционной сети для каждой ВУГП с целью вы 10 равнивания времени переходных процессов при нестационарном методе решения стационарных задач;
- в разработке алгоритмов и программ :
а) автоматизированного поиска БУШ из серийно выпускаемых нашей промышленностью, которые удовлетворяют всем требованиям при работе на заданные депрессию и расход для каждого из десяти возможных периодов работы шахты, а также определения для каждого периода углов установки лопаток рабочих колес или направляющих аппаратов, частоты вращения, потребляемой мощности, КОД и средне годовых приведенных затрат по каждой БУШ;
б) определения режима работы, включая и неустойчивые, каждой из ( до двадцати ) совместно работающих при прямом или реверсивном включении БУШ, если известны параметры вентиляционной сети.
РЕАЛИЗАЩЯ РАБОТЫ. Результаты научных исследований в виде пакетов программ внедрены и используются на вычислительных центрах ПО " Донбассантрацит " и " Ростовуголь " при решении задач выбора вентиляторных установок главного проветривания и определения режимов их совместной работы, а также в учебном процессе HIM.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание диссертационной работы докладывалось и получило одобрение : на научно-технических семинарах Северо-Кавказского научного центра высшей школы " Механизация и автоматизация горных работ " ( Новочеркасск, 1979-1984 гг. ), на научном семинаре во Всесоюзном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте электровозостроения " Вопросы аэродинамики, теплообмена и очистки охлаждающего воздуха от пыли, снега и воды на магистральных и промышленных локомотивах " ( Новочеркасск, 1980 г. ), на сов II
местном заседании отдела ЙІМ АН ГССР и кафедры горной механики ГПИ ( Тбилиси, 1984 г. ) и на научном семинаре во Всесоюзном научно-исследовательском институте горной механики им.М.М.Федорова ( Донецк, 1984 г. ).
ПУБЛИКАЦИЯ. По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатных работы.
ОБЪЁМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы ( 102 наименования ) и приложений. Работа содержит 118 страниц машинописного текста, 49 рисунков и 13 таблиц.
Работа выполнена на кафедре гидропневмоавтоматики, гидропривода и рудничных стационарных установок НПЙ и является частью темы, решаемой Новочеркасеким политехническим институтом по проблеме " Рациональное использование природных ресурсов, разработка новых эффективных малоотходных технологий и охрана окружающей среды ", утвержденной приказом МБ и GC0 РСФСР № 392 от 12 сентября 1978 г. ( государственный регистрационный № 81092782 ).
Методы расчёта вентиляционных систем с помощью ЭЦВМ
Количественное и качественное совершенствование электронно-вычислительной техники послужило толчком к развитию аналитических методов моделирования вентиляционных сетей. Наиболее разработанными являются : метод последовательных приближений, метод мини мизации специальных функций, метод расчёта цепей по принципу минимума мощности, метод касательных гипербол.
Для использования ЭЦВМ при расчёте и анализе воздухораспре-деления в сложных шахтных вентиляционных сетях вся информация о сети, включая её топологию, представляется в числовой форме путём кодировки узлов и ветвей сети. И в дальнейшем список элементарных ходов полностью определяет топологию сети.
Большинство из существующих методов преобразования топологии сети основано на выделении линейно-независимых ветвей путём построения дерева и формирования на их основе независимых циклов, для которых вычисляются поправки расходов воздуха ( метод слепого поиска и метод локального поиска ). Но использование независимых циклов накладывает известные ограничения на размерность решаемых задач ввиду нерационального представления топологической информации и существенного увеличения времени вычислений одной итерации за счет многократного уточнения поправок расходов воздуха в зависимых ветвях.
В ИЩ АН Каз.ССР был разработан метод обработки топологической информации на основе построения системы минимальных циклов І45, 46 1. Применение вместо независимых циклов системы минимальных циклов исключает необходимость построения дерева и позволяет значительно сократить как время расчёта задач потокораспре-деления, так и занимаемый при этом объём оперативной памяти ЭЦВМ.
В настоящее время большое развитие получили методы предварительного упрощения вентиляционных систем путём их эквивалентных преобразований L47, 48] , применение которых наиболее целесообразно при определении режимов работы вентиляторных установок.
Рассмотрим более подробно методы аналитического решения задач расчёта шахтных вентиляционных сетей.
Наибольшее распространение при решении задач воздухораспре-деления и регулирования получил метод последовательных приближений [4-9-55] . Сущность этого метода заключается в предварительном произвольном распределении воздуха по участкам вентиляционной сети, после чего сумма потерь давления 5! Р в каждом независимом контуре сети равна так называемой невязке депрессий: Р=ДР. Для нахождения действительных депрессий стремятся к такому распределению воздуха по сети, когда величина ДР близка или равна нулю. G этой целью определяется поправка расхода д0{ для всех ветвей независимого контура по формуле где f - номер цикла рас чёта; R - аэродинамическое сопротивление l-той выработки.
После внесения соответствующих поправок во все независимые замкнутые циклы процесс вычислений повторяется в следующих итерациях до тех пор, пока не выполнится предварительно заданное условие точности решения задачи. Первоначально с помощью этого метода решались только задачи естественного воздухораспределения в сети, но в дальнейшем формула ( 1.3 ) была применена для расчёта вентиляционных систем с вентиляторами, характеристики которых выражены аналитически L56 ] . Однако при простоте и компактности алгоритмов метода последовательных приближений ему присущи и определенные недостатки : большое количество итераций; необходимость ввода информации о независимых контурах сети; ограниченность источников тяги, количество которых определяется числом независимых контуров.
Методика экспериментальных исследований аэродинамических характеристик осевого вентилятора в трех квадрантах. Схемы и конструкции стендов
Ввиду того, что в настоящее время находится в эксплуатации большое количество вентиляторных установок главного и местного проветривания, выполненных по аэродинамической схеме К-06 ЦАГИ, в качестве объекта экспериментальных исследований нами был выбран один из представителей данной схемы - осевой двухступенчатый вентилятор местного проветривания типа " Проходка 500-2М ".
Для проведения исследований вентилятора в первом квадранте ( вентиляторный режим ) был разработан аэродинамический стенд, общий вид которого показан на рис.2.8 а, а схема - на рис.2.8 б. Вентилятор I укреплен консольно на вертикальной торцовой стенке камеры 2, выполненной в виде трубы диаметром I м и длиной б м. В данном случае испытуемый вентилятор работал по схеме со всасывающим воздуховодом. Для измерения расхода воздуха использовался измерительный коллектор ЦАГИ 3 диаметром 350 мм и коэффициентом расхода 0С= 0,986. Установка необходимых рабочих режимов вентилятора производилась с помощью регулируемого дросселя 4. Разность давления в расходомере и статическое давление в камере измерялись с помощью наклонных микроманометров 5 и 6 типа ІШН. Конструкция аэродинамического стенда и методика экспериментальных исследований полностью соответствовали требованиям ГОСТ 10921-74 І88].
В результате экспериментов определялась зависимость давления, развиваемого вентилятором, от его подачи при различном аэро динамическом сопротивлении сети. Все экспериментальные данные приводились к нормальным атмосферным условиям и частоте вращения рабочего колеса 3000 об/мин. После чего были построены размерная и безразмерная характеристики давления, которые показаны на рис, 2.9.
С целью проведения исследований работы вентилятора в режиме противовключения и турбинном режиме был разработан экспериментальный стенд, общий вид и схема которого показаны на рис.2.10 а и рис.2.10 б - соответственно. Также как и при исследовании работы вентилятора в вентиляторном режиме, конструкция стенда, методика экспериментальных исследований и требования к приборной базе соответствовали ГОСТ 10921-74.
Экспериментальный аэродинамический стенд состоял из испытуемого вентилятора I " Проходка 500-2М ", закрепленного консольно на торце аэродинамической камеры 2 диаметром І м и длиной б м. В роли вентилятора наддува использовался более мощный вентилятор местного проветривания 3 типа СВМ-бМ, постоянно работающий на всасывание. Тормозной либо турбинный режим работы испытуемого вентилятора определялся тем, каким образом был установлен на стенде данный вентилятор. Верхнее по схеме ( рис.2.10 б ) положение соответствует турбинному режиму, а нижнее - тормозному режиму. Расход воздуха определялся с помощью измерительного коллектора 4, а разность давлений на нём и статическое давление в камере - с помощью наклонных микроманометров ММН 5 и 6 соответственно. Дросселирование потока осуществлялось регулируемым дросселем 7, установленным на выходе вентилятора СВМ-бМ.
Для управления приводом исследуемого вентилятора питание его электродвигателя производилось через тиристорний преобразователь частоты 8 типа ТПЧ-63-ІУ4 и индукционный регулятор 9.
Электрические параметры измерялись измерительным комплектом 10 типа K-5I, а частота вращения рабочего колеса исследуемого вентилятора - строботахометром II типа СТ МЭИ в комплекте с частотомером - периодомером 13 с относительной погрешностью 10 \ Пуск электродвигателя вентилятора осуществлялся пускателем 14.
Необходимость управления приводом исследуемого вентилятора была вызвана тем обстоятельством, что оба вентилятора и " Проходка 500-2М ", и СВМ-бМ имеют сравнимые мощности ( II и 14 кВт ). Поэтому, изменяя частоту и величину напряжения питания двигателя вентилятора, можно изменять частоту вращения и жёсткость его механической характеристики, т.е. исследовать данный вентилятор, но как бы с менее мощным приводом.
Из теории электрических машин [89] известно, что частота вращения и вращающий момент асинхронного электродвигателя пропорциональны соответственно частоте и квадрату его напряжения питания. Поэтому, при изменении частоты напряжения питания электродвигателя исследуемого вентилятора необходимо с целью конгруэнтности механических характеристик изменять и величину его питающего напряжения, но в квадратичной зависимости.
При исследовании работы вентилятора " Проходка 500-2М " в турбинном режиме оба вентилятора работали согласно, т.е. направления создаваемых ими воздушных потоков совпадали. Вентилятор СВМ-6М запитывался непосредственно от 3-х фазной сети (Uc=380 В), ( {с = 50 Гц ). Частота и напряжение питания испытуемого вентилятора были отличны от его номинальных и составляли jc =25 Гц и ILC ss 95 В, т.е. при снижении частоты в 2 раза, величина напряжения была снижена в 4 раза по сравнению с номинальными значениями.
Расчётные регулировочные характеристики центробежных вентиляторов
Среднегодовая стоимость электроэнергии, расходуемой в среднем за 7 лет одной вентиляторной установкой, определится к=1 wc nbVyK г пк где К - порядковый номер периода эксплуатации вентиляторной установки при неизменном вентиляционном режиме и установленной мощности NK привода; Q - подача вентиляторной установки, равная 0ішк , м3/с; SVuK " статическое давление вентиляторной установки, равное депрессии шахты Ршк , даПа; Тк- количество часов работы установки в К -том периоде; кт - тариф единицы потребляемой электроэнергии [97],руб.кВт. час; RT2- тариф единицы установленной мощности электродвигателей, руб/кВА; NK- установленная мощность электродвигателей в К-том периоде, кВА; П tw к - статический КОД вентиляторной установки в К -том периоде; п - КІЩ электропривода в К-том периоде.
Разработанные нами методика, алгоритм и программа машинного выбора вентиляторных установок главного проветривания шахт были составлены с учётом этих положений L98] .
Предлагаемые методика и алгоритм предназначены для выбора с помощью серийных ЭЦВМ ( например, серии ЕС ) вентиляторных установок главного проветривания шахт из серийно выпускающихся в настоящее время отечественной промышленностью.
Исходными данными являются : срок Тк работы шахты в каждом периоде, потребное количество воздуха QK и депрессия шахты Рк . Данные по периодам могут вноситься в хронологическом порядке. алгоритме предусмотрен поиск экстремальных значений Qmax» Qrrvln » Pmcw Число периодов работы может изменяться в пределах от I до 10.
Библиотека данных, характеризующих как осевые, так и центробежные вентиляторные установки , составлены исходя из того, что каждая вентиляторная установка при определенной частоте вращения приводного электродвигателя характеризуется параметрами : - режимными номинальными QH, Pcm-н» Пн -предельными Qmax, Qmin» Pcnvmax, Nmaxf - стоимостными Afc, Cp, Co5, C , C .
В результате вычислений на печать выводятся данные, включающие типы всех БУШ, удовлетворяющих поставленным условиям, их параметры регулирования и КПД в каждом периоде эксплуатации, а также приведенные среднегодовые затраты по каждой установке. Определение всех этих величин возможно благодаря аналитическому описанию аэродинамических характеристик вентиляторных установок в дуальной системе электрогидродинамических аналогий уравнением Клосса и установлению зависимостей между номинальными, текущими и предельными значениями параметров БУШ.
В настоящее время шахтные вентиляторные установки главного проветривания выпускаются как с центробежными, так и с осевыми вентиляторами. Поэтому при разработке алгоритма машинного выбора ВУГП шахт необходимо составить математическое описание регулировочных характеристик обоих типов вентиляторов.
Расчётные регулировочные характеристики центробежных вентиляторов Рассмотрим шахтные вентиляторные установки главного провет ривания с центробежными вентиляторами. В настоящее время в серийно выпускаемых отечественной промышленностью ВУГП с центробежными вентиляторами предусматривается 2 способа регулирования : либо поворотом лопаток осевого направляющего аппарата, либо изменением частоты вращения приводного электродвигателя.
При первом способе регулирования в зависимости от угла установки 8 направляющего аппарата ( НА ) характеристики pVu(в) и П) изменяются в широких пределах. При всех 0 характеристики C v (Щ могут быть описаны уравнением где Pcrrvmo - максимальное статическое давление при соответствующем значении 9 і SKH S- критическое и текущее значения скольжения,равные Здесь Q , Q0, & - значения подачи вентиляторной установки при максимальном и нулевом давлениях на соответствующих в зависимости от 8 характеристиках и текущее значение подачи при установившемся режиме работы. Значение Pcm.max при различных 8 может быть определено по эмпирической формуле Pcm.max= aPcm D-bO-co SignS0], ОЛ) где Q. и О - эмпирические коэффициентUi SionQ0- плюс или минус единица в зависимости от знака G. Значение Qo может быть также выражено через номинальное значение
Блок-схема алгоритма исследования совместной работы на шахтную вентиляционную сеть вентиляторных установок главного проветривания
Блок-схема алгоритма исследования с помощью ЭВМ совместной работы шахтных БУШ на сложную вентиляционную сеть показана на рис.4.4. Данный алгоритм составлен на основе описанной выше математической модели блочного проветривания шахты и позволяет исследовать вентиляционные системы шахт, включающие до двадцати вентиляторных установок главного проветривания при любой комбинации режимов их работы. Б связи с этим резервируется ввод в память ЭВМ двадцати одномерных массивов параметров блоков и начальных условий. Объём массивов определяется числом блоков КБ, которое вводится в программу.
В качестве исходных данных по каждому блоку приведенной схемы проветривания вводятся данные, характеризующие шахтную вентиляционную сеть (rt, Гft, Гг1, Г , Г0І, ГСІ, Гуі, Ч, С,, ), и данные, характеризующие работу БУШ ( SKi» Ркі» хі Рог, огі їо г )« а также общее время счёта t
Перед началом расчёта вводятся следующие величины, определяющие начальные условия : - начальное время L ; - начальное давление P t по каждому блоку; - параметры У , определяющие участки характеристик давления, на которых работает каждая вентиляторная установка.
Как правило, t=0, Р =0 и =0, что соответствует одновременному пуску всех вентиляторных установок на открытую сеть.
Кроме того, задаются шагом интегрирования и шагом вывода на печать при расчёте процесса выхода вентиляторных установок на установившиеся режимы. Опыт работы с программой, составленной по данному алгоритму, показывает, что лучше выбирать шаг интегрирования, равный 0,1 с, шаг вывода на печать, равный 10 с, и общее время счёта X = 300 с.
Как видно из рис.4.4, в алгоритме предусмотрено две печати. Одна печать используется до выхода системы на установившийся режим работы с указанием текущего времени t , давления перед вентиляторной установкой ї\ , расходов Q\, и 0 в каждом блоке. Вторая печать используется после достижения нужного времени расчёта, при котором режимы работы вентиляторных установок считаются установившимися. На печать выводятся номера блоков ( і \ давления, развиваемые каждой вентиляторной установкой ( Р ), а также воздухораспределение по каждому блоку ( Q Q , Qy Ьог» 0гг1 Qrcl ) c указанием знаков. Печать организуется автоматически на указанное число блоков КБ.
В рассматриваемом алгоритме используются численные методы интегрирования при расчёте правых частей дифференциальных уравнений. Решение дифференциальных уравнений вида (4.10) осуществляется по стандартной подпрограмме Рунге-Кутта. Число этих диф
ференциальных уравнений равно числу блоков вентиляционной системы КБ.
При численных методах интегрирования на каждом шаге ДІ находится воздухораспределение путём решения системы нелинейных алгебраических уравнений. Для этого задается любое начальное значение Q ( обычно Q = 0 ) и определяется для последнего блока ошибка - воздухораспределения и знак ошибки, который присваивается параметру П . Делается шаг Д(Э = (rQot /32)П . Это делается до тех пор, пока произведение П не изменит знак. При смене знака ошибки делается шаг назад (Ql= Q -AQ ) , уменьшается приращение дОі в 4 раза, проверяется новое значение дОі на малость (Оц + kQ-Q = 0) . Если оно недостаточно мало, то все повторяется. Если хотя бы один вентилятор работает в режиме помпажа,т.е. при непрерывном переходе с одной на другую характеристику, то задача поиска минимума не может быть решена. Нужно вести исследования системы во времени и находить средние значения подачи и давления каждой вентиляторной установки, расхода в каждом элементе сети.
В рассматриваемом алгоритме воздухораспределение на каждом шаге ДІ находится следующим образом.
Вначале полагается равным нулю расход через вентиляционную сбойку, находящуюся слева от первого блока, Qrc=Q ( см.рис.4.2, 4.3 ). Затем давление в точке А первого блока полагается равным сумме давления, развиваемого вентиляторной установкой, и теплового напора за вычетом потерь на участках \ и Г . После этого организован внутренний цикл. Определяются расход воздуха через ветвь Г по формуле Qkr2l= "Qrc"Qi и давление в точке первого блока, равное сумме давления в точке А и потерь депрес сии в данной ветви. Вычисляются расходы воздуха через воздухопода-ющий ствол и вентиляционную сбойку первого блока, после чего определяется давление в точке А первого блока, равное сумме давления в точке В и потерь через вентиляционную сбойку первого блока. Величина Qrc полагается равной ( - Qrc ), что необходимо при нахождении расхода воздуха через ветвь Г второго блока. Далее начинается рассмотрение следующего блока.
