矿山通风安全仿真实验系统 本科实验指导书 lzl注.doc

新版本科实验实验一 风流点压力和平均风速的测定实验二 摩擦阻力系数和局部阻力系数测定实验三 掘进通风技术测定实验四 矿井安全监控系统的组装与测试实验类型：设计 实验学时：2实验要求：必修 实验房间：能源111一、实验目的1、验证，以巩固在不同的通风方式下三种压力的相互关系。2、掌握某断面的平均风速的测定方法，并计算风量。二、实验内容（一）点压力测定1、首先熟悉管网系统的风流方向，观看皮托管是否正对风流并量管道中心位置。了解胶皮管与U形水柱计的接头是否正确，明确每台U形水柱计测哪一种压力。（压入式与抽出式通风系统的测压布置如图1所示）图1 2、点压力测定 全都检查无误并明确管网系统的布置方式，此时可开动风机待风机运转正常压、速压同时读出，填入表格，用空盒气压计或水银气压计测定大气压并填入表格。3、验证就相对压力而言：抽出式 压入式 就绝对压力而言：注：压入式通风： 抽出式通风:线路法测风 定点法测风图2（二）断面平均风速测定为了测得平均风速，可采用线路法或定点法（图2）。根据测风员的站立姿势不同分为迎面法和侧身法两种。迎面法需将测得的真风速乘以1.14的校正系数。侧身法校正系数K由下式计算：式中 S测风站的断面积，m2； 0.4测风员阻挡风流的面积，m2。三、仪器设备矿山通风安全仿真实验系统、皮托管、U形水柱计、空盒气压计、风表、秒表。图 31、U形水柱计：U形水柱计如图3所示，它是由一根内径相同的玻璃管弯成U型水柱。并在其中装入蒸馏水，在U形管中间有一刻度尺所组成，其测压原理是：在测压前U形管两端的水面处于水平位置，当一端加入较大的压力时，此端液面下降，另一端液面上升，此时两端液面的距离若为L毫米时，就表明水柱计的两端压力差为L毫米水柱。2、风表：风表的种类有很多，本实验本实验采用叶片式风表（图4）测量风速。叶轮式风表由叶轮、传动机构、表盘及外壳四部分组成。按其测风范围又可分为微速（0.35m/s）、中速（110m/s）、高速（130m/s）风表三种。风表的叶轮是风速感受部分，它在风流的作用下转动。为了减少风轮轴与轴承之间的摩擦阻力、提高轴承寿命，轴承内镶有宝石。叶片与旋转轴之垂直平面呈一定角度，常为45左右。风表的传动机构加上表盘、开关杆、回零杆等就形成了风表、机芯及计数部分。为了减少传动摩擦阻力，使风表启动风速低、机械传动部分转动平稳，风表中采用了修正摆线齿形，其轮轴上装有指针，以便与表盘配合读出读数，这套齿轮传动由离合器控制，使之在规定时间内记录下叶轮转动的次数。机械传动机构的传动比为1：3600，即叶轮转动3.6圈，大针转动1小格；大针转动100小格，小针转动1小格。指针指示的总格数除以从合上到打开的时间（通常为1分钟，用秒表计时），即得风表读数（格/分或格/秒）。1-叶轮；2-蜗杆轴；3-表盘；4-开关杆；5-回零杆；6-表壳图4四、所需耗材无。五、实验原理、方法和手段风表工作原理：风流产生的压力作用在叶片上，使叶轮转动，叶轮通过一套齿轮传动机械带动指针转动。由于风速与叶轮转速成正比，因而也与指针的转速成正比，而且是线性关系，即：式中：真实风速，m/s 或m/min；风表读数或称为表速，m/s 或m/min（或格/秒、格/分）；、风表校正系数。上述方程代表的直线成为风表校正曲线，每块风表都要通过实际校正得出该风表的校正曲线和曲线方程。六、实验步骤1、测量前关闭开关板闸，使风轮转动而指针不动，压下回零杆，使大小指针均回归“0”位，准备好一块秒表，也使秒表回零，准备使用。2、为了克服风表运转部分的惯性抵抗力，将风表处于测风位置，在风吹动下空转2030s，并调整风表的叶轮旋转面，尽量与风流方向垂直；3、开始测风时，应使风表开关板闸与秒表同时动作，并且又不要太用力导致风表抖动。执风表方法有两种：一种为中指由下向上勾住提环，食指伸开抵住风表壳体右侧，无名指和小指并扰托住壳体左侧，起动、制动、回零全由拇指拨动离合闸板或推动回零杆来完成；另一种是中指由上向下勾住提环，食指抵在表头与壳体联接的右侧，拇指顶在壳体左侧，小指伸直在下部抵住壳体，无名指弯曲，食指用以打开离合闸板，拇指推顶回零压杆和制动离合闸板。4、按测风要求，移动风表并计时，到达规定时间、走完规定路径，即制动风表指针，从表盘上读取格数，再由校正曲线上查处对应的实际风速。风量计算：Q=V均S式中：S管道断面积，米2。七、实验结果处理略。八、实验注意事项1、风表的测量范围要与所测风速相适应，避免风速过高、过低造成风表损坏或测量不准；2、风表不能距离人体和巷道壁太近，否则会引起较大误差；3、风表叶轮平面要与风流方向垂直，偏角不得超过10，在倾斜巷道中测风时尤其要注意；4、按线路法测风时，路线分布要合理，风表的移动速度要均匀，防止忽快忽慢，造成读数偏差；5、秒表和风表的开关要同步，确保在1min内测完全线路（或测点）；6、有车辆或行人时，要等其通过后风流稳定时再测；7、同一断面测定三次，三次测得的计数器读数之差不应超过5%，然后取其平均值。九、预习与思考题1、从U型垂直压差计上如何判断风机的工作方法？十、实验报告要求无。20实验二 摩擦阻力系数和局部阻力系数测定实验类型：设计 实验学时：2实验要求：必修 实验房间：能源111一、实验目的1、学习测算摩擦阻力系数和局部阻力系数的方法。2、掌握测定通风阻力，求算风阻，等积孔并绘制风阻特性曲线的方法。二、实验内容略。三、仪器设备轴流式风机及管网系统，皮托管、空合气压计、温度计、胶皮管、三通、倾斜U形水柱计，垂直U形水柱计。四、所需耗材无。五、实验原理、方法和手段1、摩擦阻力系数的测定矿井通风与安全)第三章第二节可知，对某一段风道(实验室为管道)的摩擦阻力可按下式计算： (1)式中：h摩摩擦阻力，mmH2O;摩擦阻力系数，kgs2/m4；L风道长度，m；S风道断面积，m2；Q通过风道的风量，m3/s。由1式可知，若要测出某段风道的摩擦阻力系数，只要测出这段风道的摩擦阻力(h摩)和通过的风量(Q)，同时把风道的长度(L)周边长(U)和净断面积(S)量出来，可计算出风道的摩擦阻力系数。(1)h摩的测定根据风流的能量方程可知： (2)本次实验风道水平布置位压差为零(5-2)式改为： (3)测定布置时，在管道上选取两测点1和2，安装皮托管，将U型水柱计调平，三台U形水柱计分别测出h速1、h速2和h静l2，代入52式即可求出h摩12。空气重率，由下式求出：式中：空气密度(kg/m3)；P大气压，毫米汞柱； T绝对温度，(273+t)风量取1和2两点的平均风量：(两点断面积S1、S2和动压校正系数k1和k2，已给)(2)风阻R的求算：(k)(3)等积孔A的计算：(m2)(4)摩擦阻力系数的计算：换算到标准状态下的值：2、局部阻力系数的测定由于风流的速度和方向突然发生变化，导致风流本身产生剧烈的冲击，形成极为紊乱的涡流，从而损失能量，造成这种冲击涡流的阻力就叫局部阻力，可由下式求出: 毫米水柱 (4)1点距拐弯处46倍的管道直径，2点距拐弯处1214倍的管道直径。在小型管道拐弯的前后选择三个测点1、2、3。测出1、3两点的通风阻力h阻13。h阻13h阻13+ h局弯 (5)所以h局弯h阻13h阻13 (6)又 h阻13(P1-P3)+(Z11Z33)+(h速1h速3)因为管道直径相等又不漏风并水平位置，故位压差速压差均为零，因此(P1-P2)、(P2-P3)分别由U形水柱计测出则： 六、实验步骤略七、实验结果处理略。八、实验注意事项略。九、预习与思考题无。十、实验报告要求无。实验三 掘进通风技术测定实验类型：设计 实验学时：2实验要求：必修 实验房间：能源111一、实验目的1、掌握测定局部通风机性能的布置方式和方法。 2、学习并掌握用皮托管测定局部通风机供风量、有效风量率、漏风率、风筒百米风阻等参数。二、实验内容略。三、仪器设备局部通风机一台、胶皮风筒l00M(dP=600MM)、皮托管、U形水柱计、空盒气压计、风扇式干湿温度计、皮尺、胶皮管。四、所需耗材无。五、实验原理、方法和手段略。六、实验步骤1、局部通风机性能测定局部通风机性能测定的目的是为了了解局部通风机运转是否合理以及运转时的工况，描述风机的整个特性，主要是测出风量与风压的关系，风量与功率的关系、风量与效率的关系即Qh、Q N、Qn三条曲线。通风机个体特性曲线能全面反映每台风机的性能和特点。这是选好用好风机必不可少的基础资料。对于局部通风机扇一般测出Qh曲线就可满足要求，根据本实验室的条件，只作Qh曲线。其操作步骤为： (1)将皮托管放置管道中心并正对风流，用胶皮管将两台水柱计联接，一台测A点连压，一台测A点静压(注：A点的动压校正系数为0.873)。(2)将闸门3和4放下，打开闸门1和2。(3)启动风机，利用闸门5调节，从全开到全闭调节风机工况8-10次。每调一次记录一次h速中、h静然后换算出风机的风量Q和风压h，其计算式如下：压入式通风：h扇全h静h速均h静h速中k式中：k动压校正系数；D管道直径，米。(4)测定空气密度空气密度测定，分别用空盒气压计、风扇式干湿温度计测量风流的绝对压力、干球温度和湿球湿度，然后按下式计算： 式中：P风流绝对压力，毫米水银柱；T绝对温度，273+t；相对湿度，；Psat饱和蒸气压力，毫米水银柱。(5)测算测点断面(已给)(6)绘制Q-h曲线以风量为横坐标，扇风机的全压为纵坐标绘出Q-h曲线。2、风量测算及风筒测定风筒测定包括风筒的风阻和漏风测定，其目的是求出有效风量率、漏风率和百米风阻，供掘进通风设计用，并为合理使用和选择风筒提供可靠资料，本次实验设备是11千瓦轴流式风机和100米柔风筒，局扇安装在地道下面。（1)布置方式与测定为了准确测出各断面的风量，动压测点按等环面积的原则布置，测定时注意皮托管嘴正对风流。(2)资料整理A、局扇供风量，(m3/s)式中：Sl为1点风筒断面积，(m2)h速1点断面上各测点动压之和。B、有效风量即风筒出风口风量，(m3/s)C、风筒的有效风量率：D、风筒全长的总漏风率：E、风筒平均百米漏风率(2)风阻计算：A、1、2断面的通风阻力式中：h静1、h静2断面1、2的静压，毫米水柱断面l、2的平均速压，毫米水柱；S1、S21、2两点的断面积，m2Q1、Q21、2两点通过的风量，m3/sB、1、2断面的风阻(k)C、风筒百米风阻R100(k)D、摩擦阻力系数(kgs2/m4)式中：D风筒的直径，m标准状态下的摩擦阻力系数标和百米风阻R标100分别为：(kgs2/m4)(k) 七、实验结果处理略。八、实验注意事项略。九、预习与思考题无。十、实验报告要求无。实验四 矿井安全监控系统的组装与测试实验类型：创新 实验学时：2实验要求：必修 实验房间：能源111一、实验目的学习并掌握矿井安全监控系统的组成、组装与测试方法。二、实验内容矿井安全监控系统的组成、组装与测试方法。三、仪器设备矿井安全监控系统。四、所需耗材标准瓦斯气体。五、实验原理、方法和手段图1 监控系统连接图将各种传感器、断电仪以及隔爆电源与工作站相连、完成后与主机的接口相连，形成监控系统，连接图如图1所示。工作站的接线端口布置图如图2所示。图2 工作站的接线端口布置图工作站典型应用及接线方式：图3是KJF20工作站各端口均装有传感器、断电仪的应用图例。图3 工作站典型应用及接线方式六、实验步骤1、安全监控系统的组装参照安全监控系统组装图及应用接线方式，将各传感器、断电仪等与主机、电源、计算机等连接。2、瓦斯传感器的调校/标定1）瓦斯传感器技术特性（1）响应时间：80dB 红色LED闪光（3）报警范围：0.01-9.99%CH4显示方式：四位红色数码管显示。第一位：功能显示；后三位：测量数值显示。显示格式：xX.XX: 低沼 xXX.X: 高沼（4）测量范围：制式1：量程04 %CH4；0.00-1.00 CH4 0.10 %CH41.00-2.00 CH4 0.20 %CH42.00-4.00 CH4 0.30 %CH4制式2：量程09.99 %CH4；0.00-1.00 %CH4 0.10 %CH41.00-2.00 %CH4 0.20 %CH42.00-4.00 %CH4 0.30 %CH4 4.00-9.99 %CH4 1.0% CH4制式3：量程099.9% CH4 10%测量上限（5）输出信号：脉冲频率2001000HZ(04%；09.99%)； 10402000HZ(499.9%)；（6）信号灯指示：高浓指示灯：红色LED频率信号指示灯：红色LED断电信号指示灯：红色LED低浓指示灯：红色LED （7）接口电气标准：频率接口信号：电压+3v,负载500欧,电流4mA.传输距离不小于2Km。输出断电信号：电压+3v ,电流4mA, 负载500欧,传输距离不小于2Km。（7）安装：本仪器由P20航空插座与外部设备连接，接线方式如下：端口功能电缆颜色1电源 -端白色2电源 +端红色3频率信号输出绿色4断电信号输出兰色3）调试（1）仪器调试将仪器必须置于清洁空气中、通电20分钟后，才能开始调试。（2）电流调整当更新催化元件时，应当调整催化元件工作电流，调整VR3，使PCB板的催化元件的接线引脚2-1间电压为1.45V。（3）硬件调零仪器出厂前已完成硬件调零，用户使用时只需软件调零，当更换催化元件时或催化元件使用日久后，零点漂移太大时须重新硬件调零。硬件调零：用遥控器设置仪器为高浓频率显示，调整桥路电位器VR1显示值调整到 C500。用遥控器设置仪器为低浓频率显示，调整桥路电位器VR2显示值调整到c250。4）使用、操作 当仪器上电后，数码管依次显示：_ - - - 复位、启动；p 0 0 X 输出制式序号d X.X X 断电值F X.X X 复电值b X.X X 报警值 0.0 0 初始检测值 X.XX 低浓显示值 （或 XX.X 高浓显示值）（1）遥控按键功能键：当仪器正常工作时，按下此键，仪器进入调校状态。加减键：当仪器处于调校状态时，加键对选中功能进行修改。确定键：当仪器处于调校状态时，按下此键仪器将确认操作。（2）软件调零按下“功能”键进入遥控状态，仪器功能位显示“EEEE”，按下“加+”或“减-”键，选择功能L，此时功能位闪烁，按下“确定”键，进入零点调校状态，仪器显示“L XXX”。功能位不再闪烁，“XXX”闪烁。此时按下加或减键调零，按下确定键，并退出到“EEEE”状态。按下遥控器的功能键，退出遥控状态，进入正常工作状态。（3）精度调整按下功能键进入遥控状态，仪器功能位显示“EEEE”，按下加或减键，选择功能H，此时功能位闪烁，按下确定键，进入低浓精度调校状态，仪器显示“H XXX”。功能位不再闪烁，数据位“XXX”闪烁。此时按下加键或减键，输入标校气样值，按下确定键，仪器将自动记入调整的精度值，并退出到“EEEE”状态。按下遥控起的功能键，退出遥控状态，进入正常工作状态。（4）断电点设置按下功能键进入遥控状态，仪器功能位显示“EEEE”，按下加或减键，选择功能d，此时功能位闪烁，按下确定键，进入断电点设置状态，仪器显示“d X.XX”。功能位不再闪烁，“X.XX”闪烁。此时按下加或减键，输入断电点，按下确定键，仪器将保存数据，并退出到“EEEE”状态。按下遥控器的功能键，退出遥控状态，进入正常工作状态。（5）复电点设置 按下功能键进入遥控状态，仪器功能位显示“EEEE”，按下加或减键，选择功能4，此时功能位闪烁，按下确定键，进入复电点设置状态，仪器显示“F X.XX”。功能位不再闪烁，“X.XX”闪烁。此时按下加或减键，输入断电点，按下确定键，仪器将保存数据，并退出到“EEEE”状态。按下遥控器的功能键，退出遥控状态，进入正常工作状态。（6）报警点设置按下功能键进入遥控状态，仪器功能位显示“EEEE”，按下加或减键，选择功能b，此时功能位闪烁，按下确定键，进入报警点设置状态，仪器显示“b X.XX”。功能位不再闪烁，“X.XX”闪烁。此时按下加或减键，输入报警点，按下确定键，仪器将保