安全专业《矿井通风》课程最新实验指导书Word格式文档下载.docx
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1—气压计标尺；
2—玻璃罐封闭端；
4—螺钉；
5—游标旋钮3—温度计；
4—玻璃罐开口端
图1a动槽式水银气压计图1b定槽式水银气压计
表1黄铜刻度尺换算到0℃时温度校正值
温度
℃
气压计读值（P读）mmHg
740
750
760
770
780
10
-1.21
-1.22
-1.24
-1.26
-1.27
15
-1.81
-1.83
-1.86
-1.89
-1.91
20
-2.41
-2.44
-2.48
-2.51
-2.54
25
-3.01
-3.05
-3.09
-3.13
-3.17
30
-3.61
-3.26
-3.71
-3.75
-3.80
当实测温度值与表中温度不符时，可用插值法求得温度校正值。
定槽式水银气压计（图1b）的下部水银槽是固定不动的，除不必调节槽内液面高低外，其余使用方法与动槽式基本相同。
（2）空盒气压计
空盒气压计结构如图2所示，它是由一个波纹状金属真空盒和杠杆转动机构组成。
大气压变化时，盒面变形值随之发生变化。
变形值经杠杆机构传动并放大，带动盒面指针转动指出大气压值。
空盒气压计使用前应当用水银气压计校正。
校正时用小螺丝刀拧转盒背面（或侧面）的调节螺丝，使指针所示气压值与水银气压计一致。
测定时，将气压计水平放置，否则会产生误差，仪器完全垂直放置误差可达0.3mmHg，读数前，还应用手指轻轻敲击盒面数下，以消除因摩擦引起的滞后现象，一般应等待数分钟之后读数，读数应根据仪器所附检定证进行刻度、温度和补充校正。
例如某空盒气压计读数为770mmHg，查得其刻度校正值为ΔP刻=－0.1mmHg，温度校正为ΔP温=－0.03（mmHg/℃×
15℃）=－0.45mmHg，补充校正为＋0.6mmHg，则实际大气压P为：
P=P读＋ΔP刻＋ΔP温＋ΔP补=770－0.1－0.45＋0.6=770.05mmHg
1—金属盒；
2—弹簧；
3—指针
图2空盒气压计
（3）JFY-1型矿井通风参数检测仪
JFY-1型矿井通风参数检测仪是一种能同时测定空气绝对压力、相对压差、风速、温度、湿度的精密便携式矿井通风参数综合测定仪器。
采用镉镍电池，可连续工作8h，如图3所示。
测量范围及精度、分辨率如表2所示。
表2JFY-1型矿井通风参数检测仪测量范围及精度、分辨率
参数
测量范围
精度
测量分辩率
绝对压力
800～1200hPa
±
1hPa
0.1hPa
相对压差
400mmH2O
1mmH2O
0.1mmH2O
温度
-30～40℃
0.5℃
0.1℃
湿度
50%～99%RH
4%RH
1%RH
风速
0.4～15m/s
0.4～5m/s时≤0.20m/s
0.1m/s
5～10m/s时≤0.30m/s
14.5m/s时≤0.40m/s
图3JFY-1型矿井通风参数检测仪1—干球温度计；
2—湿球温度计；
3—纱布
图4风扇湿度计
2.空气相对湿度的测定
煤矿井下空气相对湿度常用手摇湿度计和风扇湿度计测定。
它们都由两支水银温度计组成，其中一支为干温度计，另一支水银球上包着纱布，称为湿温度计。
如图4所示。
测定前将湿球上的纱布用清水润湿，测定时，用小风扇罩上的锁匙将发条上紧，风扇转动，使空气以一定速度（1.7～3.0m/s）流经干、湿温度计的水银球周围1～2min，两支温度计指示值稳定即可读取。
根据测出的干球温度和湿球温度，查“湿空气焓湿图”或相对湿度表，可以得知此状态下空气的温度、湿度、比热、比焓、比容、水蒸气分压、热量、显热、潜热等资料。
例如：
干球18℃，湿球15℃时，其温度差3℃之纵栏与湿球15℃之横栏交叉值68就是表示相对湿度为68%。
绝对湿度：
每1m3空气中所含水蒸气的质量叫空气的绝对湿度。
其单位与密度单位相同，其值等于水蒸气在其分压力与温度下的密度，用符号ρv表示：
式中Mv——水蒸气的质量，kg；
V——空气的体积，m3。
相对湿度：
单位体积空气中实际含有的水蒸气量（ρv）与其同温度下的饱和空气中水蒸气含量（ρs）之比称为空气的相对湿度，即相对湿度=水汽分压力/饱和蒸汽压力，其大小反映了空气接近饱和的程度，故也称之为饱和度。
用符号φ表示：
3.风流点压力测定
（1）皮托管
皮托管是传递风流压力的仪器，由内外两根细金属管组成，内管前端中心有孔与标有“+”号的管脚相同。
外管前端封闭，在其管壁开有4～6个小孔与标有“-”号的管脚相同，测定时使管嘴与风流平行，中心孔正对风流传递测点风流的绝对全压（绝对静压与动压之和），而管壁上的小孔则只传递测点的绝对静压。
其结构如图5。
图5皮托管
（2）U型压差计
U型压差计如图6，由一根弯成U型的玻璃管1（其中装入蒸馏水或酒精），刻度尺2和支撑板组成。
测定时，用胶皮管将风流压力接引到玻璃管内，垂直U型管的两液面高差即为测定的压差△h，如为倾斜U形压差计，其压差为：
△h＝ρgLsinα，Pa
式中L——U形管内的液面高差，Pa；
α——U形管的倾角，°
；
ρ——工作液密度，kg/m3。
图6U型压差计
（3）YYT-2000单管倾斜压差计
YYT－2000单管倾斜压差计用于测量不溶于乙醇的气体差压。
其倾斜角度可以变更，主要由底座、介质容器、测量管、弧型支架、零位调节器、多向阀、水准器等组成。
底座下装有三个调水准螺钉；
测量管由无色透明的玻璃管制作，在其长度方向上，均匀刻有250mm以上的分度格；
测量管可以在弧型支架的槽中来回调节其倾斜角度。
弧型支架上标有5档倾斜常数k（0.2、0.3、0.4、0.6、0.8），用于测量5档压力范围的压差。
多向阀上部可作60°
的旋转运动，顶面黑色标牌上标有“＋，-”符号，下部侧壁上装有标号为1、2、3的三个接咀，根据它们的特定组合就可进行压差测量。
工作原理如图7所示。
它是由一个具有大断面的容器A（面积为F1）与一个小断面的倾斜管B（面积为F2）互相连通，并在其中装有适量酒精的仪器。
在P1与P2压差作用下，具有倾斜度α的管子B内的液体在垂直方向升高了一个高度Z1，而A容器内的液面下降了Z2，这时仪器内液面的高差为：
△Z=Z1+Z2。
由于A容器液体下降的体积与B管液体上升的体积相等，即：
Z2F1=LF2则Z2=LF2/F1，并且Z1=Lsinα
则△Z=Z1+Z2=L（sinα+F2/F1）
故用此压差计测得P1与P2之压差△h为：
△h=ρg△Z=ρgL（sinα+F2/F1）
式中ρ——酒精的比重；
令：
k=ρ（sinα+F2/F1），则：
△h=gkLPa
式中k——仪器的校正系数；
L——倾斜管上的读数，mm。
有些仪器生产商在玻璃管刻度上直接将重力加速度g转换为10。
图7YYT-2000单管倾斜压差计工作原理
图8是YYT-2000单管倾斜压差计的结构图，在三角形的底座上装设容器与带刻度的玻璃，并用胶皮管将其连通。
容器的顶盖上有注液孔螺丝，三通旋塞及调零螺丝，仪器的底座上有水准泡和调平螺丝。
玻璃管的倾角可借弧形板与销钉来调节。
为了读数准确，玻璃管上装有活动游标。
零位调整螺丝下部是一个浸入液体的圆拄体，若转动螺丝就可改变圆柱体浸入液体的深度。
三通旋塞如图8b所示，当反时针方向转动其旋钮至极限位置（图8b左）时，玻璃管借胶皮管与容器连通，并经三通旋塞孔与大气相通，而标有“+”、“-”两管接头则被隔断，此时为调整零位位置，当顺时针方向转动其旋钮至极限位置（图8b右）时，管接头“+”端与容器2相通，标有“-”管接头借胶皮管12通向玻璃管液面，此时三通旋塞孔与大气的通路则被隔断，此即为测压位置。
YYT－2000单管倾斜压差计具体使用操作步骤：
①注入酒精，将调整螺丝置于中间位置，拧开注液孔螺丝，把配置好的酒精（比重0.81）注入容器内，直到玻璃内酒精液面在“0”附件为止。
②调平仪器，将玻璃管按所测压力大小固定到合适位置，用调平螺丝将仪器调平，转动三通旋塞至“调零”位置，玻璃管液面如不在“0”刻度上，则调整零位调整螺丝使液面恰好位于“0”刻度上。
③将高压接到“+”接头上，将低压接到“-”接头上，然后转动三通旋塞到“测压”位置，管内液面上升，待液面稳定后，即可读数，记作L，将其乘以玻璃管所在位置的校正系数k，即为测得的压差。
1-底座；
2水准指示器；
3-弧形支架；
4-加液盖；
5-零位调节；
6-多向阀；
7-活动游标；
8-倾斜测量管；
9-可调水准螺钉；
10乙醇容器
图8aYYT-2000单管倾斜压差计整体结构图
图8bYYT-2000单管倾斜压差计气压孔阀结构图
四、实验步骤
1．分别用水银气压计、空盒气压计和JFY-1型矿井通风参数检测仪测大气压P。
2．用风扇湿度计测空气的相对湿度，计算绝对湿度、湿空气密度。
3．用JFY-1型矿井通风参数检测仪测定各楼层绝对大气压力及各楼层之间的大气压力差。
（1）将仪器同放于某基点处，将电源开关拨至“通”位置，等待15～20min后，按“总清”键，记录基点绝对压力值。
（2）按“差压”键，等读数值由乱码变为0，将记忆开关拨于“记忆”位置，再将仪器的时间对准。
（3）分别到1~5楼，测定相应的绝对压力和压差值，此过程中不能关闭仪器电源。
4．采用皮托管和胶皮管配合单管倾斜压差计，分别在风机作抽出式和压入式通风时通过改变通风机转速和管网总风阻以改变管网中的风量，分别测定出某一点的相对全压ht、相对静压hs和速压hv，分析其变化规律。
（1）将仪器控制阀门置于“校正”位置后，调平仪器底盘（将底盘上的水准泡调至指标圆环中央）。
（2）根据测定压力值大小，选定仪器倾斜系数（选定时要有足够余量，以免酒精溢出。
没有把握时，选最大系数，再由大向小调整，以增加精度。
）
（3）旋动零位调节器调节斜管中液面，使之液面弧面刚好与“0”刻度线相切。
（4）检查无误后，开动风机。
（5）在风机作抽出式通风时，分别测定某一状态下测点的相对全压ht、相对静压hs和速压hv，改变风机转速或管网风阻，再读取相应的ht、hs和hv值。
（测完一种压力后，应将仪器控制开关置于校正位置后，更换胶管接法，按上述方法测定其余压力）
（6）让风机作压入式通风，用同样的方法同时读取相应的ht、hs和hv值。
五、注意事项
1．空盒气压计使用前应当用水银气压计校正。
2．用JFY-1型矿井通风参数检测仪测定各楼层绝对大气压力及各楼层之间的大气压力差时要注意，不要将仪器放在楼梯口，保证测定点不受风流干扰。
3．YYT-2000单管倾斜压差计的使用：
（1）使用前要进行气密性检查、气泡检查、积水检查、调平、0刻度调节。
（2）为了增加测定的准确性，仪器内的酒精必须经常更换，否则，使用前必须对仪器进行校正。
（3）必须通晓仪器的原理及结构，具有判明仪器指示是否正常的能力。
排出斜管中气泡时，要监视斜管液面，以免将酒精吹出。
（4）实测时，应根据压差选择档位，使读数值越大越好。
（5）测定点压力用胶皮管与皮托管连接要注意拔管子的顺序，必须正确判明压力大小，保证仪器“+”端接高压力，“-”端接低压力，即压力的传递方向为高压接口（+）→液体→低压接口（-）。
实验二通风阻力测定
1．掌握管网通风阻力的测定方法；
2．掌握风阻（R），摩擦阻力系数（α）的测定方法，加深对能量方程的理解；
3．掌握测压仪表的使用方法。
1．通风阻力测定
通风管网中1-2段通风阻力为：
式中P1、P2——1、2段面的风流的静压，pa；
υ1、υ2——1、2断面风速，m/s；
hυ1、hυ2——1、2断面风流的动压，pa；
△Z1-2——1、2断面标高差，m；
ρ1、ρ2、ρm——1、2两断面风流中空气密度及平均密度，kg/m3；
g——重力加速度，m/s2。
（1）气压计法
在同一时间分别在1、2断面测定绝对气压P、风速υ、空气密度ρ、测点标高Z，按上式计算通风管网中1-2段通风阻力hR1-2。
（2）压差计法
在风流正常稳定的1、2两个测点处各设置一个皮托管，其尖端应正对风流。
用胶皮管分别将其静压管接到压差计的“+”、“-”两端，则由压差计的读数L、档位系数k可以计算出风流两点间的势能差△h=gkL。
同时用皮托管和压差计分别测出1、2断面动压hυ1、hυ2。
这时1、2两断面间的通风阻力为：
2．摩擦风阻（Rf）和摩擦阻力系数（α）测定
式中hf——摩擦阻力，Pa；
Rf——摩擦风阻，kg/m7或Ns2/m8；
Q——测段间的平均风量，m3/s；
L——测点间距，m；
S——测段间管网的平均净断面积，m2；
U——测段间管网的平均周长，m；
α测——测段摩擦阻力系数，kg/m3或Ns2/m4。
再按下式换算为标准状态下（ρ0=1.2kg/m3）的摩擦阻力系数（α0）：
式中ρ测——测定时的空气密度，kg/m3。
胶皮管；
1．测定某测段的通风阻力
在管网系统中，在风道内选择某一测段，将单管压差计调平，分别在该测段的进风侧和回风侧两个测点放置皮托管，用胶皮管将测点皮托管中的静压管分别接到压差计的“+”、“-”两端，测算出该测段两断面间风流的势能差△h=gkL，其中L为压差计读数；
再用皮托管和压差计分别测出各断面的平均动压并计算各断面的风量；
用皮尺和小钢尺量出测段长度和各断面的断面积、周长；
测算实验条件下的气压、温度、相对湿度，计算空气密度；
进而计算各测段通风阻力、风阻、摩擦阻力系数。
可根据实验装置选择多个测段，根据实测结果，分析总结其中的规律。
选择比较典型的测段，测算其局部阻力和局部风阻、局部阻力系数。
2．分析总结通风网络变化时测段通风阻力的变化规律
（1）通风机运转参数变化时某测段通风阻力的变化规律
风机在快、中、慢3个转速下分别测定同一测段两断面间间风流的势能差，分析总结其规律。
（2）管网系统变化时某测段通风阻力的变化规律
风机转速不变时，通过调节管网系统其它分支的风量，使被考查测段的风量由大变小，分别测定同一测段两断面间风流的势能差，分析总结其规律。
（3）在通风机特性曲线和管网风阻曲线图上标出上述两个实验过程中风机的工况点或者管网工况点变化情况。
并结合煤矿生产实际过程中通风网络参数变化规律与实验过程中总结的规律之间的关系。
1．测定过程中，如果压差计出现异常现象，必须立即查明原因，排除故障，重新测定。
故障可能是：
（1）胶皮管因有水、污物进入或胶皮管打折而堵塞；
胶皮管被扎有小眼或破裂。
（2）压差计漏气，容器连接处有气泡。
（3）皮托管放置在风流的涡流区内。
2．应尽可能增加两测点的长度，以减少分段测定的积累误差。
实验三通风机性能测定
1．掌握风机特性测定方法，加深理解风机风压、功率与效率同风量的关系。
2．掌握风机性能测定的原理、仪器、数据整理、计算方法。
3．依据实验过程理解风机特性曲线的作用。
反映通风机工作特性的基本参数有通风机的风量Q、风压H、功率N和效率η。
各工况点时通风机的风压、功率和效率随风量变化而变化的关系曲线，称为通风机的个体特性曲线。
通风机性能测定，就是使风机在一定转速下，通过改变其工作风阻，使其工况点变化，测定相关参数，并绘制其关系曲线。
1．通风机的风量
Qf表示单位时间内通过通风机的风量，单位为m3/s。
（1）由动压来换算风量
可以测定管网中与风机风量相等且风流比较稳定的任意断面风流的动压来换算风速，进而求算风机的风量。
因为
则：
（2）由静压差换算风量
选择两个断面积相差较大且通风阻力基本可以忽略不计的某一测段，测定两断面间的静压差，进而求算风机的风量。
若两断面间的通风阻力hR1-2基本可以忽略不计，且两断面空气密度基本相等，即hR1-2≈0，则：
，特别地，若S1=∞，则
式中L——压差计读数，△=gkL为测段两断面间的静压差，Pa；
ρm——测段间空气的平均密度，kg/m3；
S1、S2——两断面的断面积。
若被测断面的风量与风机风量相等，则Qf=Q。
2．通风机的装置风压
表征通风机装置性能的主要参数有风压
、风量
、风机轴功率
、效率
和转速n等。
通风机装置全压
是通风机装置对空气作功时消耗于每1
空气的能量。
对于抽出式通风，存在以下关系：
式中
—通风机装置的全压，Pa；
—通风机装置的静压，Pa；
—通风机扩散器出口速压，Pa；
—通风系统的自然风压，Pa，当其作用方向与风机作用方向一致时，
取正值；
反之，取负值；
—通风系统的总阻力，Pa，对于抽出式通风，其值等于单位体积空气在通风系统进风口与通风机入风口的风流总能量之差。
对于压入式通风，其值等于单位体积空气在通风机进风口与系统出风口的风流总能量之差。
对于抽出式通风，有：
—通风机入风口断面风流的相对静压，Pa；
—通风机入风口断面风流的平均动压，Pa。
对于压入式通风，有：
—通风机出口断面风流的相对静压，Pa；
—通风机出口断面风流的平均动压，Pa。
3．通风机功率
通风机装置的输出功率以全压计算时称为全压功率
，以静压计算时称为静压功率
，计算式为：
，kw
通风机的输入功率Ni表示通风机从电动机得到的功率，单位为kw，通风机的输入功率可用下式计算：
，kw
式中I—电机输入电流，A；
U—电机输入电压，V；
Cosφ—功率因数；
——电机效率和传动效率。
4．通风机的效率η
通风机的效率是指通风机输出功率与输入功率之比。
设风机的轴功率即通风机的输入功率为Ni，则相对应的通风机装置全压效率
和静压效率
计算式为：
多功能空气动力学实验装置；
1．抽出式风机性能测定
（1）在风机入口选择风流较稳定的断面，插入皮托管，分别测定该断面风流的相对静压hs2、平均动压hυ2，以求算通风机装置的静压
和风机的风量Qf。
（2）在管网中选择两个断面积相差较大且通风阻力基本可以忽略不计、其风量与风机风量相等的某一测段，测定两断面间的静压差，进而求算风机的风量Qf。
（3）开启风机，通过改变风机的工作风阻，在每一个工况点下同时测定上述各参数，同时测定对应工况点下各电气参数I、U、Cosφ和
。
并用表格记录所有数据，对实验过程进行适当描述。
（4）对测定数据进行处理，绘制该通风机的特性曲线。
（5）改变风机转速，重复上述过程，记录相关数据并绘制相关曲线。
（6）对比各组数据之间的关系，总结有关规律。
2．压入式风机性能测定
在风机出口附近选择风流较稳定的断面，插入皮托管，分别测定该断面风流的相对静压hs2、平均动压hυ2，以求算通风机装置的静压
其它测定步骤同抽出式风机性能测定。
1．注意风机的运转情况，如有异常现象应立即关机检查排除。
2．测定过程中不要随意改变网络结构，以免影响测定结果。
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