CC BY
46
А.В. Воронцов
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭПЮРЫ РАБОЧЕЙ ОБЛАСТИ АЭРОМЕТРИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Рассмотрены результаты исследования эпюры скоростей аэрометрической установки для поверки и калибровки шахтных анемометров, сделаны выводы об оптимальном размещении поверяемого анемометра в рабочей зоне установки.
Ключевые слова: поверка, аэрометрическая установка, эпюра скоростей.
~П шахтной анемометрии проблема метрологического обес--Я-М печения стоит особенно остро, так как от режима проветривания может зависеть здоровье и даже жизнь горнорабочих. Переход к автоматизированному и автоматическому управлению проветриванием ужесточает требования к точности анемометрических измерений, подразумевает возможность частой поверки анемометров и совершенствование метрологического обеспечения.
Отсутствие качественных (или вообще каких бы то ни было) образцовых средств в местах эксплуатации анемометров приводит к тому, что анемометрические средства в настоящее время контролируются и поверяются в основном бассейновыми отделениями Госстандарта России и НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» (Санкт-Петербург). Удаленность этих организаций от горнодобывающих предприятий приводит к тому, что на практике анемометры не поверяются даже раз в год [1].
В тоже время требования, предъявляемые к точности современных анемометрических средств таковы, что столь редкий контроль метрологических параметров не может считаться нормой. В связи с этим назрела необходимость в создании образцового метрологического средства, размещаемого в непосредственной близости от мест эксплуатации анемометров.
В лаборатории средств аэрологического контроля МГГУ была разработана аэрометрическая установка (АУ), представляющая собой малогабаритную аэродинамическую трубу, где в качества образцового средства был использован акустический анемометр.
Рис. 1. Внешний вид аэрометрической установки
Требования к этой установке вытекают из ее назначения. Она должна обеспечивать необходимую точность задания скорости потока, максимальную степень автоматизации, а также приемлемые габариты и вес, для функционирования в метрологических службах шахт или, по крайней мере, объединений. Требование автоматизации весьма актуально, так как бурное развитие вычислительных средств обеспечивает реализацию недоступных ранее возможностей и избавляет оператора от рутинного труда.
Автоматизация повышает качество и точность поверки и исключает так называемый «человеческий фактор». Результаты измерений хранятся в ЭВМ, что повышает удобство их обработки и хранения, позволяет быстро и точно проследить историю поверок данного прибора. Все это должно положительно сказаться на уровне и качестве метрологического обеспечения шахтной анемометрии
Исследование метрологических характеристик установки является неотъемлемой частью процесса аттестации установки.
Рис. 2. Сетка для осуществления измерений
Одной из таких характеристик является эпюра скоростей в рабочей зоне установки. Для точечного измерения скорости применялся прибор ТТМ-2 производства Зеленоградского НПО «Прак-тик-НЦ». Данный прибор является термоанемометром и имеет достаточно малые размеры датчика, что и позволяет говорить о точечном измерении.
Первой задачей исследования был выбор оптимального шага сетки, по которой будут осуществлятся измерения. В результате ряда экспериментов оптимальным был признан шаг 2 сантиметра в поперечном сечении и 8 сантиметров расстояние между сечениями. Получившаяся сетка показана на рис. 2, а получившееся сечение на рис. 3.
Полученные данные сведены в таблицы и визуализированы при помощи пакета MATLAB. Для получения пространственного представления данных необходимо использование трехмерной интерполяции, так как в противном случае форма полученных поверхностей получается достаточно грубой.
Вначале были визуализированы данные горизонтальной и вертикальной плоскостей, для чего была применена встроенная в MATLAB функция трехмерной интерполяции
^егр2, которая позволила получить гладкие поверности, показанные на рис.4. Данная функция позволяет использовать четыре метода интерполяции: ближайшего соседа, линейная, кубическим сплайном, кубическая. Наилучшие результаты были получены при использовании кубической интерполяции.
Наиболее сложной частью обработки данных является построение сечений. Для интеполяции данных по сечениям, р е-зультаты измерений по точкам, расположенным на одной окружности, «разворачиваются» в прямую, подвергаются сплайн интерполяции, после чего визуализируются в полярных координатах.
Таким же образом обрабатываются и остальные сечения. Полученные поверхности показаны на рис. 4 и рис. 5.
На рис. 6 показаны нормированные эпюры на скоростях 1 (нижняя поверхность) и 10 м/с (верхняя поверхность) соответ-свенно. Видно, что на 10 м/с форма эпюры усложняется, что объясняется турбулентным характером течения. Также наблюдается увеличение скорости воздушного потока снизу вверх, что объясняется влиянием центробежных сил на воздушные массы.
Из приведенных иллюстраций видно, что эпиюра становится более плоской по мере приблежения с конфузору вентилятора, однако, одновременно с этим возрастают пульсации от лопастей вентилятора. Таким образом, оптимальной для установки поверяемого прибора следует считать центральную часть работчей зоны. Центральная часть эпюры имеет хоро-
I
і
Рис. 3. Схема снятия показаний в поперечном сечении потока
шую равномерность на различных скоростях, что снажает возможуню ошибку от недостаточно
1.4
1.2
1
0.3
О.б’”'
0.4
0.2 """
0^
120
Рис. 6. Эпюры горизонтального (слева) и вертикального (справа) сечений рабочей области скорости 1 м/с
точного позиционирования поверяемого прибора в рабочей зоне и позволяет использовать установку для поверки и калибровки анемометров.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шкундин С.З. Физико-техническое обоснование акустического контроля скоростей газовоздушных потоков в системах обеспечения безопасности шахт. докт. дис. 1990.;
2. Bjorn Lindgren, Arne Johansson “Evaluation of the flow quality in the MTL wind tunnel”, technical reports from Royal Institute of Technology, department of Mechanics, October 2002. ВТШ
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ ------------------------------------------
Воронцов Аркадий Викторович - ст. преподаватель,
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
