矿井通风阻力及风机静压、负压、全压

矿井通风压力、通风阻力及风机静压、全压、负压一、矿井通风压力(mineventilationpressure)指矿井风流的压强，包括静压、动压和全压。静压空气分子之间或空气分子对风道壁施加的压力，不随方向而异。静止的空气和流动的空气均有静压。井巷或风筒中某点风流的静压与该点在深度上所处的位置和扇风机造成的压力有关。按度量静压所选择的计量基准不同，有绝对静压和相对静压之分。绝对静压是以真空状态的绝对零压为基准计量空气的静压，恒为正值。相对静压是以当地大气压力为基准计量的空气静压，当其高于大气压时为正值，称正压；反之为负值，称负压。动压空气流动而产生的压力，恒为正值。风流动压的计算式，式中Hu为动压，Pa；u为风速，m／s；p为空气密度，kg／m3。全压静压与动压之和，有绝对全压和相对全压之分。风流中任一点的绝对全压Pt等于该点绝对静压Ps与动压Hu相加，即Pt=Ps+Hu。风流中任一点的相对全压He等于该点相对静压Hs与动压Hu的代数和，即Ht=Hs+Hu。抽出式通风风流的相对静压Hs为负值。压力测定绝对静压用水银气压计或空盒气压计测量。相对全压、相对静压和动压用U形压差计、单管倾斜压差计或补偿式微压计与皮托管配合测量。恒温压差计可测两点间的相对静压。数字式精密气压计能测绝对静压和相对静压。二、矿井通风阻力矿井通风阻力是指风流从进风井进入井下、通过井下巷道后从风井出来、再从风机排出沿途所遇到的阻力（也即需要风机克服的阻力），其值由下式计算：式中：h阻j—矿井通风阻力，Pa；hs—风机入口静压（也称负压，若忽略静压管实际入口至风机入口处的沿程摩擦损失时，hs即为水柱计上的读数），Pa；hv—测静压断面的速压（也称动压），Pa；HN—矿井自然风压，Pa。三、风机的静压、全压及速压(动压)如下图所示：图中：2为风机，风机左侧1为风机吸风侧，风机右侧3为风机出风侧。风机吸风侧装了3个U型水柱计，自左至右依次所测的参数为：第一个水柱计所测的参数为风机入口静压，静压的数值为hs。由该水柱计可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相垂直的。2、水柱是被吸起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，故也可认为是大气压力把水柱压起来的，因测得的值是低于大气压力的，故也称之为负压。第二个水柱计所测的参数为风机入口全压，全压的数值为h。由该水柱计也可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相平行的，也即让风流正对着接口吹。2、水柱也是被吸起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，故也可认为是大气压力把水柱压起来的，因测得的值是低于大气压力的，故也称之为负压。由上述两个水柱计的叙述可知：风机的负压有两个：负静压和负全压。人们习惯上所称的风机负压仅指风机的负静压。第三个水柱计所测的参数为风机入口速压（动压），速压的数值为hd。由该水柱计也可见：水柱计的两个接口均引入了风压，一个接口测静压，另一个接口测全压，因入口静压（吸力）大于全压（吸力），故出现差值，该差值即为风机的入口速压（动压）。风机出风侧也装了3个U型水柱计，自左至右依次所测的参数为：第一个水柱计所测的参数为风机出口静压，静压的数值为hs。由该水柱计可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相垂直的。2、水柱是被吹起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，因此，测得的值是高于大气压力的，故也称之为正压。第二个水柱计所测的参数为风机出口全压，全压的数值为h。由该水柱计也可见两点：1、引入风压接口的轴线与风流的轴线是互相平行的，也即让风流正对着接口吹。2、水柱是被吹起来的（图中黑色部分），该水柱计左边的出口是和大气接通的，因此，测得的值是高于大气压力的，故也称之为正压。由上述两个水柱计的叙述可知：风机的正压也有两个：正静压和正全压。人们习惯上所称的风机正压仅指风机的正静压。第三个水柱计所测的参数为风机出口速压（动压），速压的数值为hd。由该水柱计也可见：水柱计的两个接口均引入了风压，一个接口测静压，另一个接口测全压，因出口静压（吹力）小于出口全压（吹力），故出现差值，该差值即为风机的出口速压（动压）。值得注意的是：风机静压和风机入口静压不是一个概念，水柱计上读得的值为风机入口静压，风机静压是风机运转时产生的静压能量，其值由下式计算：H=hs-hv，式中：H—风机静压，Pa；hs—风机入口静压（也称负压，若忽略静压管实际入口至风机入口处的沿程摩擦损失时，hs即为水柱计上的读数），Pa；hv—测静压断面的速压（也称动压），Pa。四、风机的负压和正压在风机入口侧测得的静压为风机负压，在风机出口侧测得的静压为风机正压。五、风机的速压风机的速压（动压）等于风机的静压与全压之差，该值可利用水柱计直接测得（如上图），在风机入口侧测得的速压为风机入口速压，在风机出口侧测得的速压为风机出口速压。速压也可通过计算得到，公式如下：hV=(Pa)式中：hv—风机速压，Pa；ρ—测压断面处的空气密度，kg/m3；v—测压断面处的风速，m/s。测压断面的风速可通过测出测压断面通过的风量和测压断面的面积求得，公式如下：v=（m/s）式中：v—测压断面处的风速，m/s；Q—测压断面通过的风量，m3/s；S—测压断面的面积，m2。六、矿井自然风压下图为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。如果把地面大气视为断面无限大、风阻为零的假想风路，则通夏季冬季210543风系统可视为一个闭合的回路。在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均气温低，平均空气密度大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。其重力之差就是该系统的自然风压。它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2平均温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。地面空气从井口5流入，从井口1流出。这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。矿井自然风压的计算公式如下：HN===∑(ΔhZ)式中：HN—矿井自然风压，Pa；ΔhZ—通风阻力测定时两测点A-B之间的位压差，Pa。测段A-B之间位压差的计算公式如下： ΔhZ式中：ΔhZ——两测点之间的位压差，Pa；——两测点的标高，m；——两测点的空气密度，kg/m3；g——重力加速度，取9.8m/s2。