БЕЗОПАСНОСТЬ


УДК 622.451:534.2.001.24 © С.З. Шкундин, Ю.М. Филатов, В.В. Соболев, А.М. Ермолаев, Л.Е. Бахаров, 2019

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 8-2019 /1122/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-32-37

 

Название

Анализ траекторий акустических лучей в методе интегральной акустической анемометрии

 

Авторы

Шкундин С.З., доктор техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электротехника и информационно-измерительные системы» НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, e-mail: shkundin@mail.ru

Филатов Ю.М., канд. техн. наук, генеральный директор АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: e-mail: y.filatov@nc-vostnii.ru

Соболев В.В., доктор техн. наук, заместитель генерального директора АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: sobolev567@gmail.com

Ермолаев А.М., доктор техн. наук, научный консультант АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: main@nc-vostnii.ru

Бахаров Л.Е., старший преподаватель кафедры «Электротехника и информационно-измерительные системы» НИТУ «МИСиС», 119049, г. Москва, Россия, e-mail: baharov@misis.ru

 

Аннотация

Эффективность управления вентиляцией угольных шахт во многом определяется точностью анемометрических измерений. Перспективным направлением обеспечения безопасности горных работ является разработка устройств пространственного интегрального анемометрического контроля.

В данной работе получено общее выражение для траектории акустического луча в анемометрическом канале. Проведена оценка степени отклонения этой траектории от прямолинейной для случаев ламинарного и турбулентного потока воздуха и выведены соответствующие аналитические зависимости. Полученные уравнения отклонений траекторий акустического пучка в аэродинамическом поле от прямолинейных позволяют устранить соответствующие погрешности измерений и вычислений при разработке аппаратуры интегральной акустической анемометрии.

 

Иллюстрации:

Рис. 1. Принцип интегральной акустической анемометрии (вид сверху): 1, 2 – акустические преобразователи; D – поперечный размер выработки; L – длина прозвучиваемой базы; α – угол между направлением излучения и продольной осью выработки; u(r) – скорость воздуха в плоском сечении

Рис. 2. Траектории акустических колебаний:1, 5 – при отсутствии поля скоростей; 2, 3, 4, 6 – при наличии поля скоростей; U(r) – скорость воздуха в плоском сечении; U – скорость движения материальной точки; c – скорость звука; UX – горизонтальная проекция вектора скорости; Ur – вертикальная проекция вектора скорости

Рис. 3. Нормированные максимальные отклонения акустических колебаний от прямолинейной траектории для ламинарного потока: 1 – V = 5 м/c; 2 – V = 10 м/c; 3 – V = 20 м/c; α – угол, градус

Рис. 4. Отклонения акустических колебаний от прямолинейной траектории для турбулентного потока (n = 8; α = 45°): 1 – V = 5 м/c; 2 – V = 10 м/c; 3 – V = 50 м/c; r – поперечный размер выработки, м; x – продольный размер выработки, м

Рис. 5. Нормированные максимальные отклонения акустических колебаний от прямолинейной траектории для турбулентного потока (n = 8): 1 – V = 5 м/c; 2 – V = 10 м/c; 3 – V = 20 м/c; α – угол, градус

 

Ключевые слова

Траектория, акустический луч, анемометрия, скорость потока, ламинарный поток, турбулентный поток, поле скоростей.

 

Список литературы

1. Каледина Н.О., Шевченко Л.А. Обеспечение аэрологической безопасности выемочных участков шахт при интенсивной отработке угольных пластов. В книге: Экология и безопасность отработки месторождений полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2017. Отдельный выпуск № 12. С. 5-7.

2. Рыженко И.А., Скоробогатько А.А. Определение мест замера средней скорости воздуха в сечении горных выработок // Известия вузов. Горный журнал. 1962. № 5.

3. Локальное формирование параметров вентиляции, подлежащих контролю при автоматизации проветривания / Л.А. Пучков, Н.О. Каледина, С.С. Кобылкин и др. // Уголь. 2015. № 11. С. 58-61. URL: http://www.ugolinfo.ru/Free/112015.pdf (дата обращения: 15.08.2019).

4. Воронцов А.В. Цифровая обработка сигналов в интегральной акустической анемометрии // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2010. № 5. С. 338-345.

5. Петров А.Г., Шкундин С.З. Применение принципа Ферма к расчёту погрешности акустического метода измерения расхода трёхмерного потока жидкости или газа // Доклады Академии наук. М.: Издательство «Российская академия наук», 2018. Т. 478. № 3. С. 293-297.

6. Шкундин С.З., Стучилин В.В. Аэроакустическое взаимодействие в методе интегральной акустической анемометрии // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2006. № 6. С. 325-329.

7. Шкундин С.З., Румянцева В.А. Моделирование аэроакустического взаимодействия в канаде шахтного анемометра // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2016. № S1. С. 263-273.

8. Ligęza P. An alternative mathematical model of vane anemometers based on the balance of power // Flow Measurement and Instrumentation. 2017. Vol. 54. P. 210-215.

9. Qin L. et al. Application of extreme learning machine to gas flow measurement with multipath acoustic transducers // Flow Measurement and Instrumentation. 2016. Vol. 49. P. 31-39.

10. Mine Ventilation Flow Meter using Ultrasonic drift. Simposio Internacional en Ventilación de Minas / M. Taskin, T. Kido, M. Inoue & Yo. Kato. 2018. URL: https://www.researchgate.net/publication/330132802_Mine_Ventilation_Flow_Meter_using_Ultrasonic_drift (дата обращения: 15.08.2019).

11. Zhou L. et al. Determination of velocity correction factors for real-time air velocity monitoring in underground mines // International journal of coal science & technology. 2017. Vol. 4. N 4. P. 322-332.

12. Рудничная вентиляция: Справочник / Н.Ф. Гранщенков, А.Э. Петросян, М А. Фролов и др.; Под ред. К.З. Ушакова. М.: Недра, 1988. 440 с.

 

Свежий выпуск
Партнеры