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

© Е.С. Иванов, В.В. Кудряшов, 2013

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: концентрация пыли, депремометрический метод измерения.

Лепремометрический 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 депремометриче-ского метода определения пылеотло-жения 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 депре-мометрического метода для возмож-

ного решения некоторых задач в пылевом контроле.

Из теории фильтрации газа (жидкости) через пористую среду, состоящую из сферических частиц диаметром й, известно, что перепад давления АР на участке 1 выражается в виде

АР = Ф VI с1 V ,

(1)

где ¡л и у - соответственно вязкость и плотность газа, V - скорость фильтрации, А - коэффициент пропорциональности.

При постоянном расходе воздуха, проходящего через пылевой осадок на фильтре ^еопэ^, перепад давления АР обратно пропорционален поверхности частиц (а2). Отсюда, при определении массы пылевого осадка по величине АР изменчивость дисперсного состава пыли является источником погрешности определения ее массы.

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 пылеобразования. Частицы раз-

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

d ,мкм 94 73 45 21 10

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

V, см\с 38,5 20,5 7,79 1,69

Рис. 1. Установка для экспериментальной оценки депремометрического метода измерения массы пылевого осадка на фильтре

мером менее 40-20 мкм стабильно пребывают в турбулентном вентиляционном потоке при скорости 14 м/с. Частицы размером менее 10 мкм постоянно находятся во 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 кре-

пости, 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. Скорость 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.

мм. в*д. ст.

10

20

30

40

50

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

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 депремомет-рического 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 пробоот-бора необходимо введение корректирующего множителя, что предусмотрено в аспираторе ПП-2У [5]. 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

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

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

3. Кудряшов В.В, Гродель Г.С, Еремченко Е.В.. Радиоизотопный пыиемер ИКАР. Уголь Украины, №1, 1983

4. Кудряшов В. В. О непрерывном контроле пылеотложения в горнык выработках угольных шахт. ГИАБ. Отдельный выпуск - 2007 - NOB 12 - М. С. 245-255.

5. Иванов Е.С., Кудряшов В.В. Аспи-ратор-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. E2S

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Кудряшов Валерий Викторович - доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник,

Иванов Евгений Степанович - научный сотрудник, ,kudr_ipkon@mail.ru,>. УРАН ИПКОН РАН

А

ГОРНАЯ КНИГА

Цветные металлы. Открытый способ разработки

Автор: Руденко В.В. Год: 2013 Страниц: 100 ISBN: 978-5-98672-358-7 UDK: 622.34 622.1

Изложены методологические основы управления полнотой и качеством извлечения полезных ископаемых из недр, общие понятия, термины, методы и модели. Приведены методики определения нормативных и фактических потерь и разубоживания руды при добыче на примере открытой разработки медно-молибденового штокверка. Особое внимание уделено модели определения оптимальных нормативов потерь и разубоживания руды при добыче в приконтактной зоне с использованием программных продуктов. Приведена методика оценки достоверности определения нормативов потерь и разубоживания руды при добыче.

Для студентов высших учебных заведении, обучающихся по специальности.

6 18. РГДЕ№>

Ш lif II

ЦВЕТНЫЕ METVL'Ibl

ОТКРЫТЫЙ СПОСОБ РАЗРАБОТКИ

üj| а

" = й

J * иркшгадггая |

> 1