【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 風(fēng)壓值均填入表中。經(jīng)過(guò)下表的驗(yàn)算，知一個(gè)回路和兩個(gè)網(wǎng)孔中不同方向的累計(jì)風(fēng)壓很接近，誤差均小于 5%。故表中即為風(fēng)網(wǎng)各分支的自然分配風(fēng)量和風(fēng)壓。見(jiàn)下兩表。 7．計(jì)算風(fēng)網(wǎng)的總阻力和總風(fēng)阻 總阻力為： 9 5 . 2 1 0 0 . 4 2 3 3 2 . 0 6 2 5 . 5 5 4 1 2 6 . 6 2 ,22adhhhhh P a?? ? ? ? ? ?? ? ?總風(fēng)阻為： 2822 /30adadhR N s mQ?? ? ? ? ? 計(jì)算機(jī)解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò) ? 煤礦實(shí)際的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)絕大多數(shù)為復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)量的解算是礦井通風(fēng)安全技術(shù)管理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。 ? 第一個(gè)階段主要是純數(shù)值計(jì)算時(shí)期。 ? 第二個(gè)階段就是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)可視化解算時(shí)期。 ? 其中 1998年中國(guó)礦業(yè)大學(xué)通風(fēng)防滅火課題組推出的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件是具有代表性的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件之一。 ? 該軟件不僅具有通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算的數(shù)據(jù)處理功能，而且實(shí)現(xiàn)了解算過(guò)程和解算結(jié)果的可視化。 □ ? 一 、 迭代方法 ? ScottHinsley法 ? 牛頓法 ? 二、確定余樹(shù) ? 利用風(fēng)網(wǎng)樹(shù)圖的余樹(shù)作為選擇回路的基礎(chǔ)分支。一般采用構(gòu)造最小樹(shù)的“破圈”方法選擇余樹(shù)。 ? 程序的操作過(guò)程相當(dāng)于將風(fēng)網(wǎng)圖中的分支去掉，僅保留全部節(jié)點(diǎn)，然后從風(fēng)阻最小的分支開(kāi)始，逐一向風(fēng)網(wǎng)圖中原來(lái)該分支的位置添圖以形成最小樹(shù)。 ? 在建立最小樹(shù)的過(guò)程中一旦出現(xiàn)回路，則最后形成回路的分支就是余樹(shù)。顯然余樹(shù)是該回路的高阻分支，去掉余樹(shù)形成最小樹(shù)的過(guò)程稱為“破圈” ? 具體做法為： ? （ 1）從風(fēng)阻最小的分支開(kāi)始，在原風(fēng)網(wǎng)圖上用藍(lán)色畫出相應(yīng)分支的位置。 ? （ 2）開(kāi)始畫的藍(lán)色分支本身構(gòu)成一子圖，該子圖的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)號(hào)為 1。 ? （ 3）如所畫的藍(lán)色分支與已有的藍(lán)色分支相連，使已有子圖增加一個(gè)分支，則該分支的節(jié)點(diǎn)標(biāo)志號(hào)取已有子圖節(jié)點(diǎn)的標(biāo)志號(hào)。 68 ? （ 4）如所畫的藍(lán)色分支形成一新的子圖，其節(jié)點(diǎn)標(biāo)志號(hào)取圖中最大標(biāo)志號(hào)加 1。 . ? （ 5）如所畫的藍(lán)色分支使已有的二個(gè)子圖連為一體，則該新子圖的節(jié)點(diǎn)標(biāo)志號(hào)統(tǒng)一為同一值。 ? （ 6）如所畫藍(lán)色分支位子圖中出現(xiàn)回路，則該分支就是余樹(shù)并涂以紅色。 ? 對(duì)任一風(fēng)網(wǎng)按上述步驟操作完后，則相連通的藍(lán)色分支組成最小樹(shù)，紅色分支為余樹(shù)。 ? 三、選回路 ? 選回路是以余樹(shù)為基礎(chǔ)，從風(fēng)阻最大的分支開(kāi)始逐一查找可與余樹(shù)出風(fēng)節(jié)點(diǎn)相連的分支，反復(fù)操作直到構(gòu)成回路為止。程序中規(guī)定余樹(shù)的方向?yàn)榛芈返姆较颍芈分信c余樹(shù)方向一致的分支為正向分支，否則為反向分支，并逐一記錄。要求余樹(shù)連接的必須是一般分支，因?yàn)橐粋€(gè)回路只能含有一個(gè)余樹(shù)。 ? 四、處理風(fēng)機(jī)特性曲線 ? 考慮到風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作的相互影響以及風(fēng)機(jī)工作的不穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)風(fēng)機(jī)性能曲線采用二段曲線擬合法，其中對(duì)正常工作段用拉格朗日插值法擬合，如圖 643所示，其方程為： ? 為了擬合風(fēng)機(jī)性能曲線的工作段，應(yīng)在風(fēng)機(jī)性能曲線圖上選三點(diǎn)，如圖 643，其中第 1點(diǎn)成為上限點(diǎn)，第2點(diǎn)接近高效點(diǎn)，第 3點(diǎn)為下限點(diǎn)。一般，對(duì)于新型風(fēng)機(jī)三個(gè)點(diǎn)的效率均應(yīng)高于 70％。根據(jù)三個(gè)點(diǎn)的風(fēng)量風(fēng)壓值 (Qi， Hi)可寫出曲線擬合系數(shù)的求解公式： ? 因此，只要輸入風(fēng)機(jī)性能曲線上三個(gè)點(diǎn)的參數(shù)即可求出擬合系數(shù)，因而只要知道風(fēng)機(jī)的風(fēng)量就可用 (6414)式求出風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)壓值，其精度完全能滿足需求。 ? 對(duì)風(fēng)機(jī)性能曲線的不穩(wěn)定工作段，采用直線擬合，由于這段曲線處于非工作區(qū)，而且實(shí)際上不穩(wěn)定工作段的曲線形狀很不相同 (主要指軸流式風(fēng)機(jī) )。對(duì)實(shí)際運(yùn)用沒(méi)有意義。采用直線代替非工作段曲線主要是計(jì)算過(guò)程中不使數(shù)據(jù)偏離太遠(yuǎn)、另外也為防止二次曲線出現(xiàn)二個(gè)交點(diǎn)的問(wèn)題，如圖 643中的虛線所示，有利于計(jì)算過(guò)程的收斂。 73 ? 最小二乘法 5次多項(xiàng)式擬合 HQ ? 五、賦風(fēng)量初值 ? 在迭代計(jì)算之前應(yīng)對(duì)風(fēng)網(wǎng)圖的 余樹(shù) 給定風(fēng)量初值，然后 根據(jù)風(fēng)量平衡方程 對(duì)每一回路中的各分支賦風(fēng)量初值，做為迭代計(jì)算的基礎(chǔ)。程序規(guī)定：固定風(fēng)量分支以固定風(fēng)量為初值，風(fēng)機(jī)分支以風(fēng)機(jī)性能曲線第 2點(diǎn)的風(fēng)量為初值，而其他余樹(shù)均以 10為初值。然后按回路計(jì)算各個(gè)分支風(fēng)量。 ? 六、迭代計(jì)算 ? 迭代計(jì)算是已知風(fēng)網(wǎng)各分支的風(fēng)阻、自然風(fēng)壓和風(fēng)機(jī)性能曲線，求解風(fēng)網(wǎng)的的風(fēng)量分配。為保證按需配風(fēng)的固定風(fēng)量值不變， 程序規(guī)定含有固定風(fēng)量的回路不參與迭代計(jì)算 。由于這類回路中除固定風(fēng)量分支外，其余分支都是與其他回路共用的分支。因而實(shí)際上，都參與了迭代計(jì)算。迭代計(jì)算以回路為單位，直到所有回路的修正風(fēng)量都達(dá)到預(yù)定精度為止。 ? 七、計(jì)算固定風(fēng)量分支的阻力和風(fēng)阻值 ? 由于固定風(fēng)量分支不參與迭代計(jì)算，固定風(fēng)量分支的阻力是按回路的風(fēng)壓平衡關(guān)系計(jì)算： ? 故 ， Pa （ 6415） ? 式中 —— 固定風(fēng)量分支的阻力， Pa。 ? 固定風(fēng)量分支的風(fēng)阻為： ， kg/m7 （ 6416） ? 式中 Rfix—— 固定風(fēng)量分支的風(fēng)量， m3/s。 ? 上述風(fēng)阻值是保證固定風(fēng)量值不變，固定風(fēng)量分支必需具有的風(fēng)阻值，有時(shí)該值小于固定風(fēng)量分支實(shí)際的風(fēng)阻值，供阻力調(diào)節(jié)時(shí)參考。 礦井風(fēng)量調(diào)節(jié) ? 在礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中，風(fēng)流按照巷道風(fēng)阻的匹配關(guān)系，分配到各作業(yè)地點(diǎn)的風(fēng)量，往往不能滿足要求，需要采取控制與調(diào)節(jié)風(fēng)量的措施。 ? 另外，礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，它隨生產(chǎn)的推進(jìn)而不斷變化，從網(wǎng)絡(luò)分支數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都在發(fā)生變化，而網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量需求基本不變，所以經(jīng)常需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的變化，對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以調(diào)配各網(wǎng)絡(luò)分支的風(fēng)量。風(fēng)量調(diào)節(jié)按照其范圍的大小，可分為局部風(fēng)量調(diào)節(jié)和礦井總風(fēng)量調(diào)節(jié)。 □ 局部風(fēng)量調(diào)節(jié) 主要包括以下方法： ?增阻調(diào)節(jié)法 ?降阻調(diào)節(jié)法 ?增壓調(diào)節(jié)法 一、 增阻調(diào)節(jié)法 增阻調(diào)節(jié)法就是以并聯(lián)網(wǎng)路中阻力大的風(fēng)路的阻力值為基礎(chǔ)，在各阻力較小的風(fēng)路中增加局部阻力（安裝調(diào)節(jié)風(fēng)門、窗），使各條風(fēng)路的阻力達(dá)到平衡，以保證各風(fēng)路的風(fēng)量按需供給。 1．增阻調(diào)節(jié)的計(jì)算 有一并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)，其中 R1＝ s2/m8 ， R2＝ s2/m8。若總風(fēng)量 Q＝ 30m3/s，則該并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)中自然分配的風(fēng)量分別為： 3112301 6 . 5 , /0 . 8111 . 2 m sRR? ? ???則 Q2＝ Q－ Q1=30－ =如按生產(chǎn)要求， 1分支的風(fēng)量應(yīng)為 Q‘1＝ 5m3/s，2分支的風(fēng)量應(yīng)為 Q’2＝ 25m3/s，應(yīng)該如何來(lái)調(diào)節(jié)？ 顯然自然分配的風(fēng)量不符合要求，按上述風(fēng)量要求，兩分支的阻力分別為： 221 1 1222 2 239。 0 . 8 5 2 039。 1 . 2 2 5 7 5 0h R Q P ah R Q P a? ? ? ?? ? ? ? 為保證按需供風(fēng)，必須使兩分支的風(fēng)壓平衡。為此，需在 1分支的回風(fēng)段設(shè)置一調(diào)節(jié)風(fēng)門，使它產(chǎn)生一局部阻力 her=h2－ h1＝750－ 20＝ 730Pa。調(diào)節(jié)風(fēng)門的形式如右圖所示，在風(fēng)門或風(fēng)墻的上部開(kāi)一個(gè)面積可調(diào)的矩形窗口，通過(guò)改變調(diào)節(jié)風(fēng)門的開(kāi)口面積來(lái)改變調(diào)節(jié)風(fēng)門對(duì)風(fēng)流所產(chǎn)生的阻力 hw，使 hw＝ hev＝ 730Pa。 用下式計(jì)算調(diào)節(jié)風(fēng)門的面積： 式中 Rw— 調(diào)節(jié)風(fēng)門的風(fēng)阻， Rw＝ hw/Q2， Ns2/m8 。 上式的由來(lái)是： hw主要是由于風(fēng)流通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)門時(shí)，風(fēng)流收縮到最小斷面 S2(m2)以后，又突然擴(kuò)大到巷道斷面 S(m2)所造成的沖擊損失。 0 . 7 5 9w wQSSQ S h? ?或 28,/1 0 . 7 5 9w wSS N s mSR??? 在上例中，若 1分支設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門處的巷道斷面 S＝ 4m2，則算出調(diào)節(jié)風(fēng)門的面積為： 即在 1分支設(shè)置一個(gè)面積為 證 1和 2分支都得到所需要的風(fēng)量 5和 25m3/s。 28,/0 . 7 5 9w wQSS N s mQ S h???254 35 59 4 73 0wSm ?????2．增阻調(diào)節(jié)的分析 1) 增阻調(diào)節(jié)使風(fēng)網(wǎng)總風(fēng)阻增加，如果主要通風(fēng)機(jī)特性曲線不變，總風(fēng)量會(huì)減少。因此，在一定條件下可能達(dá)不到風(fēng)量調(diào)節(jié)的預(yù)期效果。 如右圖所示 ， 已知主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線 I和兩分支的風(fēng)阻曲線 R R2， 并聯(lián)風(fēng)網(wǎng)的總風(fēng)阻曲線 R。 R與 I交點(diǎn) a即為主要通風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn) ， 自 a作垂線和橫坐標(biāo)相交 ， 得出礦井總風(fēng)量 Q。 從 a作水平線和 R R2交于 b、 c兩點(diǎn) ， 由這兩點(diǎn)作垂線分別得兩風(fēng)路的風(fēng)量 Q1和 Q2。 如在 1風(fēng)路中安設(shè)一風(fēng)阻為 Rw的調(diào)節(jié)風(fēng)門，則該風(fēng)路的總風(fēng)阻為 R1‘＝ R1＋ Rw。在圖上繪出 R1’曲線，并繪出 R1‘和 R2并聯(lián)的風(fēng)阻曲線 R’。由 R‘與 I的交點(diǎn) a’得出調(diào)節(jié)后的礦井總風(fēng)量 Q‘。由 a’作水平線交 R1‘和 R2于 b’和 c‘，自這兩點(diǎn)得出風(fēng)量分別為 Q1’和 Q2‘。 當(dāng)風(fēng)機(jī)性能不變時(shí)，由于礦井總風(fēng)阻增加，使總風(fēng)量減少，其減少值為 △ Q＝ Q－ Q39。，安裝調(diào)節(jié)風(fēng)門的分支中風(fēng)量也減少，其減少值為 △ Q1＝ Q1－ Q139。；另一分支風(fēng)量增加，其增加值為 △ Q2＝ Q239。－Q2。顯然減少的多，增加的少，其差值就等于總風(fēng)量的減少值，即 △ Q=△ Q1－ △ Q2。 如右圖所示 ， I為軸流式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓曲線 ， Ⅱ 為離心式通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓曲線 。 R、R‘為調(diào)節(jié)前后的風(fēng)阻曲線 ，與通風(fēng)機(jī)曲線分別交于 a、 b和 a’、 b‘；從這些點(diǎn)的橫坐標(biāo)可得出總風(fēng)量的減少值 △ Q和△ Q’。 從圖中看出 ， △ Q‘△ Q， 表明通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓曲線愈陡 (軸流式通風(fēng)機(jī) )， 總風(fēng)量的減少值愈小 ， 反之則愈大 。 2) 總風(fēng)量的減少值與主要通風(fēng)機(jī)性能曲線的陡緩有關(guān)。 3) 增阻調(diào)節(jié)有一定的范圍，超出這范圍可能達(dá)不到調(diào)節(jié)的目的。 圖中，若主要通風(fēng)機(jī)性能曲線不變，且取 R1＝ s2/m8，R2=s2/m8 。當(dāng)不斷改變調(diào)節(jié)風(fēng)門風(fēng)阻 Rw時(shí)，可以得到并聯(lián)風(fēng)路中各分支對(duì)應(yīng)的風(fēng)量及其變化，如右圖，隨著 Rw增加，所在 1分支的風(fēng)阻 R139。增加，風(fēng)量 Q139。不斷減少， Q239。增大，但當(dāng) Q239。增加到一定限度時(shí)，變化很小。因?yàn)轱L(fēng)路中總風(fēng)量是下降的。 1) 調(diào)節(jié)風(fēng)門應(yīng)盡量安設(shè)在回風(fēng)巷道中，以免妨礙運(yùn)輸。當(dāng)非安設(shè)在運(yùn)輸巷道不可時(shí)，則可采取多段調(diào)節(jié)，即用若干個(gè)面積較大的調(diào)節(jié)風(fēng)門來(lái)代替一個(gè)面積較小的調(diào)節(jié)風(fēng)門 (這些大面積調(diào)節(jié)風(fēng)門的阻力之和，應(yīng)等于小面積調(diào)節(jié)風(fēng)門的阻力 )，此時(shí)大面積的調(diào)節(jié)風(fēng)門可讓運(yùn)輸設(shè)備通過(guò)。 2) 在復(fù)雜的風(fēng)網(wǎng)中，要注意調(diào)節(jié)風(fēng)門位置的選擇，防止重復(fù)設(shè)置，避免增大風(fēng)壓和電耗。如下圖所示的復(fù)雜風(fēng)網(wǎng)，若每條風(fēng)路所需風(fēng)壓值是括號(hào)內(nèi)的數(shù)值，網(wǎng)孔 B和 C的風(fēng)壓不平衡，可在 3— 6風(fēng)路上設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)風(fēng)門，使它消耗 l00Pa的風(fēng)壓，安設(shè)這個(gè)調(diào)節(jié)風(fēng)門后，每個(gè)網(wǎng)孔的風(fēng)壓都平衡，從 1到 8并聯(lián)回路的總風(fēng)壓為 380Pa。如果不加分析，把調(diào)節(jié)風(fēng)門設(shè)在 6— 7風(fēng)路中，便會(huì)破壞網(wǎng)孔C、 D和并聯(lián)回路的風(fēng)壓平衡，因而使 1到 8并聯(lián)回路的總風(fēng)壓增加 l00Pa，而且調(diào)節(jié)風(fēng)門的數(shù)目增加三個(gè)。 90 ? ? 這種調(diào)節(jié)法具有簡(jiǎn)便、易行的優(yōu)點(diǎn)，它是采區(qū)內(nèi)巷道間的主要調(diào)節(jié)措施。 ? 但這種調(diào)節(jié)法使礦井的總風(fēng)阻增加，如果風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線不變，勢(shì)必造成礦井總風(fēng)量下降