矿山通风安全仿真实验系统本科实验指导书lzl注.docx
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矿山通风安全仿真实验系统本科实验指导书lzl注
矿山通风安全仿真实验系统--本科实验指导书-lzl注
新版本科实验
实验一风流点压力和平均风速的测定
实验二摩擦阻力系数和局部阻力系数测定
实验三掘进通风技术测定
实验四矿井安全监控系统的组装与测试
实验类型:
设计实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
能源111
一、实验目的
1、验证
,以巩固在不同的通风方式下三种压力的相互关系。
2、掌握某断面的平均风速的测定方法,并计算风量。
二、实验内容
(一)点压力测定
1、首先熟悉管网系统的风流方向,观看皮托管是否正对风流并量管道中心位置。
了解胶皮管与U形水柱计的接头是否正确,明确每台U形水柱计测哪一种压力。
(压入式与抽出式通风系统的测压布置如图1所示)
图1
2、点压力测定
全都检查无误并明确管网系统的布置方式,此时可开动风机待风机运转正常压、速压同时读出,填入表格,用空盒气压计或水银气压计测定大气压并填入表格。
3、验证
就相对压力而言:
抽出式
压入式
就绝对压力而言:
注:
压入式通风:
抽出式通风:
线路法测风定点法测风
2、为了克服风表运转部分的惯性抵抗力,将风表处于测风位置,在风吹动下空转20~30s,并调整风表的叶轮旋转面,尽量与风流方向垂直;
3、开始测风时,应使风表开关板闸与秒表同时动作,并且又不要太用力导致风表抖动。
执风表方法有两种:
一种为中指由下向上勾住提环,食指伸开抵住风表壳体右侧,无名指和小指并扰托住壳体左侧,起动、制动、回零全由拇指拨动离合闸板或推动回零杆来完成;另一种是中指由上向下勾住提环,食指抵在表头与壳体联接的右侧,拇指顶在壳体左侧,小指伸直在下部抵住壳体,无名指弯曲,食指用以打开离合闸板,拇指推顶回零压杆和制动离合闸板。
4、按测风要求,移动风表并计时,到达规定时间、走完规定路径,即制动风表指针,从表盘上读取格数,再由校正曲线上查处对应的实际风速。
风量计算:
Q=V均×S
式中:
S——管道断面积,米2。
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
1、风表的测量范围要与所测风速相适应,避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准;
2、风表不能距离人体和巷道壁太近,否则会引起较大误差;
3、风表叶轮平面要与风流方向垂直,偏角不得超过10°,在倾斜巷道中测风时尤其要注意;
4、按线路法测风时,路线分布要合理,风表的移动速度要均匀,防止忽快忽慢,造成读数偏差;
5、秒表和风表的开关要同步,确保在1min内测完全线路(或测点);
6、有车辆或行人时,要等其通过后风流稳定时再测;
7、同一断面测定三次,三次测得的计数器读数之差不应超过5%,然后取其平均值。
九、预习与思考题
1、从U型垂直压差计上如何判断风机的工作方法?
十、实验报告要求
无。
实验二摩擦阻力系数和局部阻力系数测定
实验类型:
设计实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
能源111
一、实验目的
1、学习测算摩擦阻力系数和局部阻力系数的方法。
2、掌握测定通风阻力,求算风阻,等积孔并绘制风阻特性曲线的方法。
二、实验内容
略。
三、仪器设备
轴流式风机及管网系统,皮托管、空合气压计、温度计、胶皮管、三通、倾斜U形水柱计,垂直U形水柱计。
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
1、摩擦阻力系数α的测定
《矿井通风与安全)第三章第二节可知,对某一段风道(实验室为管道)的摩擦阻力可按下式计算:
(1)
式中:
h摩——摩擦阻力,mmH2O;
α——摩擦阻力系数,kg•s2/m4;
L——风道长度,m;
S——风道断面积,m2;
Q——通过风道的风量,m3/s。
由1式可知,若要测出某段风道的摩擦阻力系数α,只要测出这段风道的摩擦阻力(h摩)和通过的风量(Q),同时把风道的长度(L)周边长(U)和净断面积(S)量出来,可计算出风道的摩擦阻力系数α。
(1)h摩的测定
根据风流的能量方程可知:
(2)
本次实验风道水平布置位压差为零(5-2)式改为:
(3)
测定布置时,在管道上选取两测点1和2,安装皮托管,将U型水柱计调平,三台U形水柱计分别测出h速1、h速2和h静l—2,代入5-2式即可求出h摩1-2。
空气重率,由下式求出:
式中:
ρ——空气密度(kg/m3);
P——大气压,毫米汞柱;
T——绝对温度,(273+t℃)
风量取1和2两点的平均风量:
(两点断面积S1、S2和动压校正系数k1和k2,已给)
(2)风阻R的求算:
(kμ)
(3)等积孔A的计算:
(m2)
(4)摩擦阻力系数α的计算:
换算到标准状态下的α值:
2、局部阻力系数ξ的测定
由于风流的速度和方向突然发生变化,导致风流本身产生剧烈的冲击,形成极为紊乱的涡流,从而损失能量,造成这种冲击涡流的阻力就叫局部阻力,可由下式求出:
毫米水柱(4)
1点距拐弯处4-6倍的管道直径,2点距拐弯处12-14倍的管道直径。
在小型管道拐弯的前后选择三个测点1、2、3。
测出1、3两点的通风阻力h阻1-3。
h阻1-3=h阻1-3+h局弯(5)
所以h局弯=h阻1-3-h阻1-3(6)
又
h阻1-3=(P1-P3)+(Z1ρ1-Z3ρ3)+(h速1-h速3)
因为管道直径相等又不漏风并水平位置,故位压差速压差均为零,因此
(P1-P2)、(P2-P3)分别由U形水柱计测出
则:
六、实验步骤
略
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
略。
九、预习与思考题
无。
十、实验报告要求
无。
实验三掘进通风技术测定
实验类型:
设计实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
能源111
一、实验目的
1、掌握测定局部通风机性能的布置方式和方法。
2、学习并掌握用皮托管测定局部通风机供风量、有效风量率、漏风率、风筒百米风阻等参数。
二、实验内容
略。
三、仪器设备
局部通风机一台、胶皮风筒l00M(dP=600MM)、皮托管、U形水柱计、空盒气压计、风扇式干湿温度计、皮尺、胶皮管。
四、所需耗材
无。
五、实验原理、方法和手段
略。
六、实验步骤
1、局部通风机性能测定
局部通风机性能测定的目的是为了了解局部通风机运转是否合理以及运转时的工况,描述风机的整个特性,主要是测出风量与风压的关系,风量与功率的关系、风量与效率的关系即Q-h、Q-N、Q-n三条曲线。
通风机个体特性曲线能全面反映每台风机的性能和特点。
这是选好用好风机必不可少的基础资料。
对于局部通风机扇一般测出Q-h曲线就可满足要求,根据本实验室的条件,只作Q-h曲线。
其操作步骤为:
(1)将皮托管放置管道中心并正对风流,用胶皮管将两台水柱计联接,一台测A点连压,一台测A点静压(注:
A点的动压校正系数为0.873)。
(2)将闸门3和4放下,打开闸门1和2。
(3)启动风机,利用闸门5调节,从全开到全闭调节风机工况8-10次。
每调一次记录一次h速中、h静然后换算出风机的风量Q和风压h,其计算式如下:
压入式通风:
h扇全=h静+h速均=h静+h速中·k
式中:
k——动压校正系数;
D——管道直径,米。
(4)测定空气密度ρ
空气密度测定,分别用空盒气压计、风扇式干湿温度计测量风流的绝对压力、干球温度和湿球湿度,然后按下式计算:
式中:
P——风流绝对压力,毫米水银柱;
T——绝对温度,273+t;
φ——相对湿度,%;
Psat——饱和蒸气压力,毫米水银柱。
(5)测算测点断面(已给)
(6)绘制Q-h曲线
以风量为横坐标,扇风机的全压为纵坐标绘出Q-h曲线。
2、风量测算及风筒测定
风筒测定包括风筒的风阻和漏风测定,其目的是求出有效风量率、漏风率和百米风阻,供掘进通风设计用,并为合理使用和选择风筒提供可靠资料,本次实验设备是11千瓦轴流式风机和100米柔风筒,局扇安装在地道下面。
(1)布置方式与测定
为了准确测出各断面的风量,动压测点按等环面积的原则布置,测定时注意皮托管嘴正对风流。
(2)资料整理
A、局扇供风量
,(m3/s)
式中:
Sl——为1点风筒断面积,(m2)
∑h速——1点断面上各测点动压之和。
B、有效风量即风筒出风口风量
,(m3/s)
C、风筒的有效风量率:
D、风筒全长的总漏风率:
E、风筒平均百米漏风率
(2)风阻计算:
A、1、2断面的通风阻力
式中:
h静1、h静2——断面1、2的静压,毫米水柱
——断面l、2的平均速压,毫米水柱;
S1、S2——1、2两点的断面积,m2
Q1、Q2——1、2两点通过的风量,m3/s
B、1、2断面的风阻
(kμ)
C、风筒百米风阻R100
(kμ)
D、摩擦阻力系数α
(kg·s2/m4)
式中:
D——风筒的直径,m
标准状态下的摩擦阻力系数α标和百米风阻R标100分别为:
(kg·s2/m4)
(kμ)
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
略。
九、预习与思考题
无。
十、实验报告要求
无。
实验四矿井安全监控系统的组装与测试
实验类型:
创新实验学时:
2
实验要求:
必修实验房间:
能源111
一、实验目的
学习并掌握矿井安全监控系统的组成、组装与测试方法。
二、实验内容
矿井安全监控系统的组成、组装与测试方法。
三、仪器设备
矿井安全监控系统。
四、所需耗材
标准瓦斯气体。
五、实验原理、方法和手段
图1监控系统连接图
将各种传感器、断电仪以及隔爆电源与工作站相连、完成后与主机的接口相连,形成监控系统,连接图如图1所示。
工作站的接线端口布置图如图2所示。
图2工作站的接线端口布置图
工作站典型应用及接线方式:
图3是KJF20工作站各端口均装有传感器、断电仪的应用图例。
图3工作站典型应用及接线方式
六、实验步骤
1、安全监控系统的组装
参照安全监控系统组装图及应用接线方式,将各传感器、断电仪等与主机、电源、计算机等连接。
2、瓦斯传感器的调校/标定
1)瓦斯传感器技术特性
(1)响应时间:
<30秒
(2)声光报警:
声级>80dB红色LED闪光
(3)报警范围:
0.01-9.99%CH4
显示方式:
四位红色数码管显示。
第一位:
功能显示;后三位:
测量数值显示。
显示格式:
xX.XX:
低沼xXX.X:
高沼
(4)测量范围:
制式1:
量程0——4%CH4;
0.00-1.00CH4±0.10%CH4
>1.00-2.00CH4±0.20%CH4
>2.00-4.00CH4±0.30%CH4
制式2:
量程0——9.99%CH4;
0.00-1.00%CH4±0.10%CH4
>1.00-2.00%CH4±0.20%CH4
>2.00-4.00%CH4±0.30%CH4
>4.00-9.99%CH4±1.0%CH4
制式3:
量程0——99.9%CH4
±10%测量上限
(5)输出信号:
脉冲频率200—1000HZ(0—4%;0—9.99%);
1040—2000HZ(4—99.9%);
(6)信号灯指示:
高浓指示灯:
红色LED
频率信号指示灯:
红色LED
断电信号指示灯:
红色LED
低浓指示灯:
红色LED
(7)接口电气标准:
频率接口信号:
电压≥+3v,负载>500欧,电流>4mA.传输距离不小于2Km。
输出断电信号:
电压≥+3v,电流>4mA,负载>500欧,传输距离不小于2Km。
(7)安装:
本仪器由P20航空插座与外部设备连接,接线方式如下:
端口
功能
电缆颜色
1
电源-端
白色
2
电源+端
红色
3
频率信号输出
绿色
4
断电信号输出
兰色
3)调试
(1)仪器调试
将仪器必须置于清洁空气中、通电20分钟后,才能开始调试。
(2)电流调整
当更新催化元件时,应当调整催化元件工作电流,调整VR3,使PCB板的催化元件的接线引脚2-1间电压为1.45V。
(3)硬件调零
仪器出厂前已完成硬件调零,用户使用时只需软件调零,当更换催化元件时或催化元件使用日久后,零点漂移太大时须重新硬件调零。
硬件调零:
用遥控器设置仪器为高浓频率显示,调整桥路电位器VR1显示值调整到C500。
用遥控器设置仪器为低浓频率显示,调整桥路电位器VR2显示值调整到c250。
4)使用、操作
当仪器上电后,数码管依次显示:
_---复位、启动;
p00X输出制式序号
dX.XX断电值
FX.XX复电值
bX.XX报警值
0.00初始检测值
X.XX低浓显示值(或XX.X高浓显示值)
(1)遥控按键
功能键:
当仪器正常工作时,按下此键,仪器进入调校状态。
加减键:
当仪器处于调校状态时,加键对选中功能进行修改。
确定键:
当仪器处于调校状态时,按下此键仪器将确认操作。
(2)软件调零
按下“功能”键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下“加+”或“减-”键,选择功能L,此时功能位闪烁,按下“确定”键,进入零点调校状态,仪器显示“LXXX”。
功能位不再闪烁,“XXX”闪烁。
此时按下加或减键调零,按下确定键,并退出到“EEEE”状态。
按下遥控器的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
(3)精度调整
按下功能键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下加或减键,选择功能H,此时功能位闪烁,按下确定键,进入低浓精度调校状态,仪器显示“HXXX”。
功能位不再闪烁,数据位“XXX”闪烁。
此时按下加键或减键,输入标校气样值,按下确定键,仪器将自动记入调整的精度值,并退出到“EEEE”状态。
按下遥控起的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
(4)断电点设置
按下功能键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下加或减键,选择功能d,此时功能位闪烁,按下确定键,进入断电点设置状态,仪器显示“dX.XX”。
功能位不再闪烁,“X.XX”闪烁。
此时按下加或减键,输入断电点,按下确定键,仪器将保存数据,并退出到“EEEE”状态。
按下遥控器的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
(5)复电点设置
按下功能键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下加或减键,选择功能4,此时功能位闪烁,按下确定键,进入复电点设置状态,仪器显示“FX.XX”。
功能位不再闪烁,“X.XX”闪烁。
此时按下加或减键,输入断电点,按下确定键,仪器将保存数据,并退出到“EEEE”状态。
按下遥控器的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
(6)报警点设置
按下功能键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下加或减键,选择功能b,此时功能位闪烁,按下确定键,进入报警点设置状态,仪器显示“bX.XX”。
功能位不再闪烁,“X.XX”闪烁。
此时按下加或减键,输入报警点,按下确定键,仪器将保存数据,并退出到“EEEE”状态。
按下遥控器的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
(7)制式
按下功能键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下加或减键,选择功能p,此时功能位闪烁,按下确定键,进入零点调校状态,仪器显示“p00X”。
功能位不再闪烁,“00X”闪烁。
按下加或减键,调整到合适的制式,此时按下确定键,仪器将保存数据,并退出到“EEEE”状态。
按下遥控器的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
(8)频率修正
仪器调整到p001制式,按下功能键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下加减键,选择功能n,此时功能位闪烁,按下确定键,进入频率修正状态,仪器显示“n0.XX”。
功能位不再闪烁,“n0.XX”
闪烁。
用频率计测试输出信号,此时按下加或减键,调整频率信号为1000Hz,按下确定键,仪器将保存数据,并退出到“EEEE”状态。
按下遥控器的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
(9)显低浓频率
按下功能键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下加或减键,选择功能c,此时功能位闪烁,按下确定键,进入显低沼状态,仪器显示“cXXX”。
功能位不再闪烁,“XXX”闪烁。
按下遥控起的功能键,退出到“EEEE”状态。
按下遥控起的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
(10)显高浓频率
按下功能键进入遥控状态,仪器功能位显示“EEEE”,按下加或减键,选择功能C,此时功能位闪烁,按下确定键,进入显高沼状态,仪器显示“CXXX”。
功能位不再闪烁,“XXX”闪烁。
按下遥控起的功能键,退出到“EEEE”状态。
按下遥控起的功能键,退出遥控状态,进入正常工作状态。
七、实验结果处理
略。
八、实验注意事项
略。
九、预习与思考题
略。
十、实验报告要求
略。