風(fēng)管漏風(fēng)量及壓力計算

1、陸懋成摘要：本文指出了;以往計算剛性風(fēng)管漏風(fēng)率的不準(zhǔn)確性，是因為未包含局部阻力位置對漏風(fēng)率的影響,并重新定義了百米漏風(fēng)率位置，應(yīng)在風(fēng)管的末端.還建立了分段計算漏風(fēng)的方法，推導(dǎo)了兩條漏風(fēng)規(guī)律。在巷道掘進(jìn)及隧道地下工程中，普遍采用風(fēng)管向施工工作面提供新鮮空氣、排出有害氣體和粉塵。風(fēng)管漏風(fēng)量在相同的距離下有幾倍甚至幾十倍的差異，國內(nèi)外都存在這種現(xiàn)象（1.2）。這是由于目前對風(fēng)管安裝質(zhì)量無統(tǒng)一公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計者對風(fēng)管漏風(fēng)量、風(fēng)機(jī)工作壓力無成熟的計算公式，致使管路通風(fēng)造成巨大浪費(fèi)。在目前采用內(nèi)燃機(jī)械進(jìn)洞，無軌運(yùn)輸?shù)拈L距離獨(dú)頭巷道中，問題尤為嚴(yán)重。本文試圖為準(zhǔn)確計算風(fēng)管漏風(fēng)量及壓力，建立一個衡量風(fēng)管安裝質(zhì)

2、量的標(biāo)準(zhǔn)。一、現(xiàn)有風(fēng)管漏風(fēng)量及壓力計算公式的問題目前計算風(fēng)管漏風(fēng)量及壓力公式主要有以下幾種：1.以面米漏風(fēng)率計算1，3：式中P100百米漏風(fēng)率；Q扇一一風(fēng)機(jī)風(fēng)量（米3/秒）；Q有效風(fēng)量（米3/秒）；L風(fēng)管長度（米）。從（1）式中看出，百米漏風(fēng)率是指在L長度下，平均每一百米的漏風(fēng)率。而不同長度的風(fēng)管壓力沿風(fēng)管的分布不同，總漏風(fēng)率不等，百米漏風(fēng)率也不等，因此（1）式只能用于同種風(fēng)管，相同長度，局部阻力相似的管路中，具有很大的局限性。.日本高木英夫公式2式中Q1吸入風(fēng)量;Q2有效風(fēng)量;x風(fēng)管長度;漏風(fēng)特性指數(shù)。風(fēng)百是圖lm）10風(fēng)質(zhì)悅度：IID）011風(fēng)百是圖lm）10風(fēng)質(zhì)悅度：IID）011巴班H

3、港巴京電2格匕公式（2）是將風(fēng)管漏風(fēng)因素簡化后，根據(jù)理論建立的。該文作者認(rèn)為要正確估計風(fēng)管漏風(fēng)及壓力是非常困難。3活洛寧公式：Qf=Q0（3）=（L+-DnKjRy（4）式中一一漏風(fēng)風(fēng)量備用系數(shù)；Q0風(fēng)管末端風(fēng)量Qf風(fēng)機(jī)風(fēng)量；D風(fēng)管直徑；R風(fēng)管全長摩阻系數(shù)；n風(fēng)管接頭數(shù)目；K相當(dāng)于直徑1米的風(fēng)筒透風(fēng)系數(shù)，值大小與風(fēng)管連接質(zhì)量有關(guān)，插接可取0.0080.01,法蘭盤連接用膠皮可取0.0010.005。此式在實際中K值不易估計，直接量測困難，同時0時，計算結(jié)果使任意長的的風(fēng)管都能得到有效風(fēng)，顯然與實踐不符。局部阻力位置的影響因素未包括在式內(nèi)。.日本青函隧道計算工（4）式中Qf風(fēng)機(jī)風(fēng)量（米3/秒）；

4、Qe各開挖面所需風(fēng)量（米3/秒）；B風(fēng)管百米漏風(fēng)率0.02（硬管）；風(fēng)管長度（米）。此式推導(dǎo)如下：假定：就有：（6）式表示任意長風(fēng)管的B值都相同，未慮風(fēng)管長度改變、壓力變化對B值的影響。當(dāng)風(fēng)管長度從L增加到L時，風(fēng)機(jī)工作壓力增高，風(fēng)量減小（Qf（Qf-Qf-1）得到：處，一處一；S/-iorofBB（原假定不成立）摩擦阻力系數(shù)；L風(fēng)管長度（米）；d風(fēng)管直徑（米）；局部阻力系數(shù)；Y空氣容重（公斤/米3）；g重力加速度（米/秒2）;F風(fēng)管斷面積（米2）；Q風(fēng)量（米3/秒）。在取Q值時，采取了幾何平均（9）風(fēng)管漏風(fēng)量與壓力關(guān)系：（10）式中q漏風(fēng)量；H風(fēng)管內(nèi)靜壓；K漏風(fēng)系數(shù)。在風(fēng)管長，漏風(fēng)量大的情況

5、下用平均風(fēng)量計算壓力會產(chǎn)生較大的誤差。總之，風(fēng)管漏風(fēng)與管制造、安裝質(zhì)量、風(fēng)管內(nèi)壓力，風(fēng)管接頭多少等相關(guān)，而壓力又與風(fēng)管總長、局部阻力位置，摩擦阻力，風(fēng)速大小等有關(guān)。以上公式在全面、準(zhǔn)確反映這些因素時存在問題，特別是未包含局部阻力位置的影響。因此計算結(jié)果與實際情況出入較大。有的計算式僅為理論推導(dǎo)，無實驗數(shù)據(jù)支持。二、介紹風(fēng)管漏風(fēng)量與壓力的分段計算法1.漏風(fēng)與壓力的關(guān)系在觀察管路漏風(fēng)大小時可以發(fā)現(xiàn)：一個接頭與下一個接頭的漏風(fēng)量不一樣，它們漏風(fēng)孔（或者條縫大小不一樣），繼續(xù)觀察下去并不是下一個接頭就比上一個接頭的漏風(fēng)量大（或?。?，而是按其安裝技術(shù)，風(fēng)管質(zhì)量等因素使一段距離的條縫基本保持一定的大小。因

6、此，可以認(rèn)為：兩段長度相等的風(fēng)管，其漏風(fēng)處的局部阻力系數(shù)是相等的?，F(xiàn)在我們假定漏風(fēng)是在這段長度的平均壓力產(chǎn)生的，則有下列關(guān)系成立。1J（11）進(jìn)+任出）式中Hep平均壓力2z-漏風(fēng)處局部阻力系數(shù)；f-漏風(fēng)處面積；其余符號同前。在不同的壓力H下則有：這一關(guān)系在大瑤山施工通風(fēng)實測中得到證實（表1）。當(dāng)時測壓段為662米。將表1中數(shù)據(jù)代入（12）式2052-lS68_r148+25下1941-1685-225+121.50.718707066風(fēng)管管漏風(fēng)量及壓力實測記錄表1測次II斷面nn斷面山一山段動壓（毫米水銀柱）靜壓（毫米水銀柱）風(fēng)量（米3/秒）動壓（毫米水銀柱）靜壓（毫米水銀柱）風(fēng)量（米3/秒

7、）長度（米）接頭（個）摩擦系數(shù)總漏風(fēng)率120.2714820.5216.522518.686621690.01259%218.0525519.4113.43121.516.856621690.012513%注：1風(fēng)管由2毫米鋼板制成、內(nèi)徑1.2米每節(jié)3.85米，法蘭接頭；2第一測次風(fēng)管出口無阻力，第二次測次沒有阻力；3動壓用補(bǔ)嘗式微壓計讀數(shù)，靜壓用U型壓力計讀數(shù);1IQn14測動壓時斷面分為10環(huán)，表中動壓為40點(diǎn)動壓平均值。2.風(fēng)管漏風(fēng)量及壓力計算知道漏風(fēng)量與壓力的關(guān)系后，將風(fēng)管全長分成若干段（1=20,50,100米）然后便可以從風(fēng)道口出發(fā)依次計算。l的長度根據(jù)風(fēng)管漏風(fēng)程度而定，漏風(fēng)大的1

8、可取20米，漏風(fēng)程度小的可取100米。H1=H0+RQ02Q1=Q0+q1Q2=Q1+q2H3=H2+RQ22電=管鼾*Q3=Q2+q3Hn=Hn-1+RQn-12（13）Hn=Hn-1+RQn-12Qn=Qn-1+qnQ0為工作面所需風(fēng)量，一般由炸藥量、內(nèi)燃機(jī)馬力、瓦斯涌出量等因素確定，在（13）中為已知量，入值可從有關(guān)表中查得。由于是循環(huán)計禰，編一簡單程序，電算十分方便。q1值通過量測確定，具體方法隨后介紹。式(13)中壓力采用的算術(shù)平均值，其誤差在q值計算中是比值關(guān)系，后又開平方，使誤差縮小了。當(dāng)壓力采取幾何平均值時還可得到以下關(guān)系式H1=R1Q0Q1=R1Q0(Q0+q1)H2=R2(

9、Q0+q1)(Q0+q1+q2)H2=(Q0+q1+q2)(Q0+q1+q2+q3)令：Mn為n段前總漏風(fēng)量契二J小十六)十藻)契二J小十六)十藻)(14)也可寫成(15)(16)Hn=f(RM)Q02(15)(16)風(fēng)量也可表達(dá)為Qn=F(R)Q0于是我們得到兩條漏風(fēng)性質(zhì)：在紊流狀態(tài)下，同一管路中任意一點(diǎn)的靜壓力與風(fēng)管出口的動壓之比，不隨風(fēng)量的改變而改變。(17)還可推廣在同一管路中任意兩點(diǎn)的靜壓比，不隨風(fēng)量的改變而改變，這一性質(zhì)可用來衡量我們量測的準(zhǔn)確性。在紊流狀態(tài)下，同一管路中任意一點(diǎn)的風(fēng)量與風(fēng)管出品處風(fēng)量之比Q0/Qn,不隨風(fēng)量的變化而改變，漏風(fēng)率為定值。M=1例筠（18）風(fēng)管安裝質(zhì)量

10、的衡量標(biāo)準(zhǔn)兩根相同長短、材質(zhì)、管徑的風(fēng)管往往因連接的質(zhì)量不同，漏風(fēng)程度相差很大，為了找出不同風(fēng)管壓力比相同的一段，那么就只有風(fēng)管出口的一段11（如取100m則為百米漏率，而不能用平均值），它的安裝質(zhì)量我們用。表示：Si（19）_嗎在測量q1時不局限1的長度，當(dāng)在100米以內(nèi)量測q1是十分困難的，設(shè)。值在1%10%的范圍內(nèi)，按式（13）計算出各段的漏風(fēng)率M。（用有公式輸入的計算器，運(yùn)算十分方便）然后繪制成LM曲線（圖4）。當(dāng)在管路中某點(diǎn)測得漏風(fēng)主M時反算，即可從LM線查出。值，故可算得q1。如果。值在安裝質(zhì)量較高的的情況下測得，還可擬定為此種風(fēng)管的的安裝標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)達(dá)不到。標(biāo)準(zhǔn)值時，應(yīng)視為安裝質(zhì)量問

11、題。各種計算方法漏風(fēng)率與壓力對照表表2公式距離式（3）和式（4）式（5）式（2）式（13）式（1）漏風(fēng)率壓力（毫米水銀柱）漏風(fēng)率壓力（毫米水銀柱）漏風(fēng)率壓力（毫米水銀柱）漏風(fēng)率壓力（毫米水銀柱）漏風(fēng)率壓力（毫米水銀柱）7008.9%1528.8%1528.7%1528.9%1479%152200036%54523%45322.89%45330.2%46425.7%470300053%111432.4%77432.3%77345%86838.6%852400065.6%202840.7%117740.5%117257.4%152851.4%1436500074.6%343448.0%167847

12、.8%167167.0%262464.3%2444說明.K=0.0012,Z=0.00013,b=0.013,o=0.008,P100=1.286%.表1第一次實測中II、1111、斷面為662米，II斷面至風(fēng)管出口距離為700米一九七五年全國通風(fēng)管道定型會議確定從100200毫米（外徑）共26種，礦用風(fēng)管采用的管徑種類少。硬管多為鐵質(zhì)法蘭接頭，軟管多為拉鏈接頭。制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的困難不大。三、結(jié)束語現(xiàn)有的漏風(fēng)計算公式中，都有一個系數(shù)需用實驗和經(jīng)驗來確定，如高木英夫公式中的Z,青函隧道社算式中的B,沃洛寧公式中的K,及本文中的。認(rèn)為計算結(jié)果與實際不符是取值不準(zhǔn)的看法，只是問題的一方面。三、結(jié)束語現(xiàn)在我們用表1中第一測次的實驗數(shù)據(jù)反求這些經(jīng)驗數(shù)據(jù)，然后再推算不同長度的漏風(fēng)率和壓力作比較（表2）；從表中看出：高木英夫公式與日本青函隧道計算式是一致的。與沃洛寧公式比較；漏風(fēng)率相差3538%，與式（13）相差2429%。式（13）與活寧公式漏風(fēng)率相差1