Экспериментальная оценка депремометрического метода измерения массовой концентрации пыли Текст научной статьи по специальности «Физика»

-------------------------------------------- © Е.С. Иванов, В.В. Кудряшов,

2010

УДК 622.807.2.:411.511

Е. С. Иванов, В.В. Кудряшов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ДЕПРЕМОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ МАССОВОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ПЫЛИ

Оценена погрешность измерения массовой концентрации пыли по величине аэродинамического сопротивления пылевого осадка на фильтре в зависимости от крупности частиц.

Ключевые слова: депремометрический метод, пылеотложение, пылевой осадок.

Семинар № 24

Депремометрический метод измерения величины пылевого осадка основан на определении перепада давления воздуха, проходящего через осадок. Метод известен с прошлого столетия [1]. Он использовался для определения концентрации витающей пыли.

Перепад давления на пылевом осадке положен в основу работы экспресс-пылемера [2], предназначенного для оценки запыленности воздуха в угольных шахтах. Ранее падение давления на пылевом осадке применялось в радиоизотопном пылемере ИКАР для прекращения отбора частиц пыли при достижении пылевого осадка заданной величины с целью последующего точного определения его массы по величине поглощения осадком мягкого бета-излучения [3].

Теоретический анализ возможности использования депремометрического метода определения пылеотложения в выработках по разности концентраций на данном участке показал наличие недопустимых погрешностей, связанных с изменением дисперсного состава пыли на этом участке [4].

Настоящее исследование посвящено экспериментальной оценке депремомет-рического метода для возможного решения некоторых задач в пылевом контроле.

Из теории фильтрации газа (жидкости) через пористую среду, состоящую из сферических частиц диаметром d, известно, что перепад давления АР на участке l выражается в виде

АР = 4^ vl

d2 у

(і)

где Л и у - соответственно вязкость и плотность газа, v - скорость фильтрации, A - коэффициент пропорциональности.

При постоянном расходе воздуха, проходящего через пылевой осадок на фильтре (v = const), перепад давления АР обратно пропорционален поверхности частиц (d2). Отсюда, при определении массы пылевого осадка по величине АР изменчивость дисперсного состава пыли является источником погрешности определения ее массы.

Таблица

Связь диаметра D сосуда со скоростью падения V частиц размером d при объемной скорости прокачки воздуха, равной 20 дм3/мин

d ,мкм 94 73 45 21 10

Dц, см 3,3 4,5 7,4 15,7 Разделитель (прямоточный циклон)

V, см\с 38,5 20,5 7,79 1,69

3

9

8

2

Рис. 1. Установка для экспериментальной оценки депремометрического метода измерения массы пылевого осадка на фильтре: 1 - двигатель с редуктором, 2 - диск с пылевой дорожкой, 3 - цилиндрическая труба, 4 - аллонж с фильтром, 5 - аспиратор ПП-2У, 6 - электромагнит пыле-податчика, 7 - бункер пылеподатчика с пылью, 8 - пылевая дорожка, 9 - милливольтметр

В угольных шахтах (как, впрочем, и в рудниках и карьерах) дисперсный состав витающей пыли весьма изменчив. Максимальный размер частиц может быть равен 90-70 мкм у источника пы-

леобразования. Частицы размером менее 40-20 мкм стабильно пребывают в турбулентном вентиляционном потоке при скорости 1-4 м/с. Частицы размером менее 10 мкм постоянно находятся во

мм. вод. ст.

9 і

10

20

30

40

50

/ \ о

□ /

у ж о V / ♦ ° / □

о /

' У, ■0 ♦ 70 мкм П 90 мкм о 45 мкм Д 10 мкм ж 21 мкм

г /ж Уо

60

70

тг

Рис. 2. Зависимость перепада давления на пылевом осадке при скорости прокачки воздуха через фильтр АФА-20, равной 20 дм3/мин, от его массы, содержащей частицы крупностью менее 10, 21, 45, 70 и 90 мкм

0

входящей (свежей) струе и в конце исходящей. Поэтому в опытах устанавливалась связь массы пылевого осадка на фильтре с перепадом давления на нем при размерах частиц менее упомянутых.

Эксперимент проводился с использованием разработанной установки, представленной на рис. 1. Пыль, полученная в результате разрушения угля в приборе ПОК предназначенном для определения коэффициента крепости, и просеянная через сито с размером отверстий 100 мкм, помещалась в бункер с виброприводом. Из бункера она высыпалась на вращающийся диск ровной дорожкой. С диска пыль отсасывалась в цилиндрический сосуд при помощи аспиратора ПП-2У [5] с постоянной производительностью 20±0,5 дм3/мин. Верхняя часть цилиндра соединена с аллонжем, в который помещался фильтр АФА В-20. Ско-

рость воздуха в цилиндрическом сосуде была равна скорости падения частиц, имеющих максимально заданный размер: 90 мкм, 70 мкм, 45 мкм и 20 мкм. Диаметр цилиндра и соответствующие максимальные размеры частиц и скорость их витания приведены в таблице. Частицы размером менее 10 мкм осаждались на фильтре после прохождения запыленного воздуха через циклон. Масса пылевого осадка определялась весовым способом путем взвешивания фильтра до и после отбора пробы. Перепад давления на пылевом осадке определялся при помощи датчика разряжения, встроенного в прибор ПП-2У и соединенного с милливольтметром, протарированным на перепад давления.

На рис. 2 представлены результаты эксперимента, из которых видно следующее.

1. Одному и тому же перепаду давления на пылевом осадке может соответствовать разная масса пыли в зависимости от ее крупности. Так, падению давления 5 мм вод. ст. может соответствовать масса пыли: 14 мг, если размер частиц менее 21 мкм; 32 мг, если размер частиц менее 45 мкм и 42-47 мг, если размер частиц менее 70-90 мкм. Таким образом, погрешность депремометрического метода определения массы пылевого осадка, а следовательно, и массовой концентрации пыли в зависимости от места и условий отбора пробы может находиться в пределах от 0 до 60 и более %. Поэтому для каждого места пробо-отбора необходимо введение корректирующего множителя, что предусмотрено в аспираторе ПП-2У [5].

1. Клименко А.П. Методы и прибор для измерения концентрации пыли. - М.: Химия, 1978. - 208 с.

2. Ярош А.С. Разработка способа и средства оперативного контроля запыленности воздуха в горных выработках угольных шахт. Автореф. канд. дисс. М. ФГУП ННЦ-ГП ИГД им. А.А. Скочинского, 2008.

3. Кудряшов В.В., Гродель Г.С., Еремчен-ко Е.В. Радиоизотопный пылемер ИКАР. Уголь Украины, № 1, 1983.

4. Кудряшов В.В. О непрерывном контроле пылеотложения в горных выработках

Корректирующий множитель определяется на рабочем месте по результатам сравнения показаний прибора с концентрацией, определенной весовым методом с использованием одного и того же пылевого препарата (фильтра). Корректирующий множитель вводится в аспиратор нажатием соответствующей кнопки.

2. Метод может использоваться при перепаде давления на пылевом осадке не менее 1-2 мм вод. ст., когда расход воздуха через фильтр АФА ВП-20 составляет 20 дм3/мин и чувствительность датчика равна 4 мВ/мм. вод. ст.

3. В силу зависимости перепада давления на пылевом осадке от крупности пыли метод не пригоден для определения пылеотложения по разности концентраций частиц на заданном участке выработки.

-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

угольных шахт. ГИЛБ. Отдельный выпуск -2007 - NOB 12 - М. С. 245-255.

5. Иванов Е.С., Кудряшов В.В. Aспиратор-пылепробонаборник с индикацией объема прокаченного воздуха и концентрации пыли ПП-2У. Сб. трудов XIII Международной конференции «Технология, оборудование и сырьевая база горных предприятий промышленности строительных материалов». - М.: МГГУ, 2008. -С. 335-338. ЕШ

_ Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------

Иванов Е.С. - научный сотрудник, [email protected].

Кудряшов В.В. - доктор технических наук, профессор, [email protected]

Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр PAH ^PAH mKOH PAH), [email protected]