Контроль витрат повітря в каналах із великим поперечним перерізом

Abstract

Дисертаційна робота вирішує задачу вимірювання та контролю витрат повітря в каналах із великим поперечним перерізом. Така задача насамперед актуальна у вентиляційних каналах гірничодобувних шахт. У роботі виконано аналіз існуючих методів вимірювання та контролю які можливо застосувати для даної задачі. Виділено їх переваги та недоліки. Для вирішення задачі запропоновано первинний перетворювач перепаду тиску - модифіковану напірну трубку. Особливість трубки в тому, що вона дозволяє визначати напрямок руху потоку повітря - прямий чи реверсивний. Створено математичні моделі швидкого обчислення коефіцієнта стискуваності повітря та його динамічної в'язкості. Розроблено загальну математичну модель вимірювання витрати за методом максимальної швидкості. Розроблено схему, яка дозволяє виконувати градуювання та повірку перетворювачів - напірна трубка (трубка Піто). На основі розроблених моделей та методів створено мікроконтролерний прилад - обчислювач витрати повітря. Виконано аналіз результатів роботи обчислювача в реальному вентиляційному каналі.

Диссертационная работа решает задачу измерения и контроля расхода воздуха в каналах с большим поперечным сечением. Такая задача, прежде всего актуальная у вентиляционных каналах горнодобывающих шахт. Диаметр таких каналов может достигать 5 метров и более, что делает затруднительным использование большинства популярных преобразователей перепада давления, как например сужающих устройств. В работе проведен анализ существующих методов измерения и контроля, которые возможно применить для данной задачи. Отдельно выделено их преимущества и недостатки. Для решения поставленной задачи предложено использовать первичный преобразователь перепада давления – модифицированною напорную трубку. Особенность трубки в том, что она позволяет определять направление движения потока воздуха – прямой или реверсивный. Данный преобразователь выполнен в виде направленных за и против потока двух напорных трубок объединенных в общий корпус. Разработана схема, которая позволяет производить градуировку и поверку преобразователей – напорных трубок (трубок Пито). Особенностью схемы в том, что она адаптирована для работы вместе со стандартизованной установкой для поверки механических счетчиков газа, которые являются очень распространенными. Схема разработана на базе цифрового сигнального микропроцессора ARM7, что позволило производить градуировку и поверку преобразователей в реальном времени. На основании разработанных моделей и методов создано микроконтроллерный прибор – вычислитель расхода воздуха. Описано назначение о принципы работы каждого функционального блока вычислителя. Приведена методика обработки данных по входным каналам, а также общая методика работы прибора для обеспечения его безотказной и стабильной работы. Сделано анализ результатов работы вычислителя в реальном вентиляционном канале.

The thesis is addressing to solve a problem of air flow measuring and control in ducts with a large cross-section. This problem especially urgent in the ventilation ducts mining pits. The analysis of existing measurement and control methods which may apply to the task is described. Their advantages and disadvantages are provided. To solve the target a primary converter pressure – a modified pressure tube is suggested. The peculiarity of the tube that it allows you to determine the air flow direction – straight or reverse. Created mathematical models for quick calculating of air compressibility and air dynamic viscosity. A general mathematical model for airflow calculating by the maximum speed method is created. A stand, which allows to grading and calibrate pressure pipes (Pitot tubes), is developed. On created models and methods basis the microcontroller airflow computer is produced. The airflow computer analysis in real ventilation ducts is made.