Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Stacjonarne urządzenie pomiarowe do wyznaczania metanowości bezwzględnej

Kruczkowski J., Skotniczny P., Ostrogórski P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 1

13--22

PL

Wyznaczanie bezwzględnej metanowości wentylacyjnej jest istotnym, dla bezpieczeństwa załogi, działaniem służb wentylacyjnych kopalni. Najczęściej stosowana metoda polega na wykorzystaniu danych ze stacjonarnych mierników stężenia metanu lub z prób pipetowych i wyników ręcznego pomiaru wielkości prędkości średniej w przekroju wyrobiska. Metoda obarczona jest dużą i jednocześnie trudną do określenia niepewnością. Stacjonarne urządzenie do pomiaru metanowości bezwzględnej zostało zaprojektowane w celu usprawnienia i poprawy dokładności dotychczasowej metody wyznaczania strumienia objętości metanu. W artykule przedstawiono koncepcję nowatorskiego, stacjonarnego urządzenia pomiarowego będącego połączeniem anemometru skrzydełkowego typu MPP i pelistorowego czujnika stężenia metanu typu SG-2/NW. Rozwiązanie to jest unikalne ze względu na zastosowanie po raz pierwszy quazi-punktowego i współczasowego pomiaru obu wielkości w mierniku stacjonarnym. W ramach numerycznych badań symulacyjnych podjęto próbę wyznaczenia czasu dotarcia mieszanki do komory spalania czujnika metanu i stwierdzono, że mechanizm transportu mieszanki do komory pomiarowej jest dyfuzyjno-adwekcyjny. W artykule poruszono również wybrane problemy związane z pomiarem strumienia objętości metanu poprzez przyrząd wieloczujnikowy.

EN

Measurement of absolute methane content is signifi cant for miners safety. The most used measuring method is measurement based on data from stationary methane detectors or pipette analyses and multiply by air velocity measured by vane anemometer in traverse method. This method is difficult to determine the uncertainty. Stationary measuring instrument to determine the absolute methane content is designed to improve method efficiency and accuracy, which is heretofore used. The article presents conception of innovatory measuring device which is connection of vane anemometer, type MPP and pellistor methane sensor, type SG-2/NW. This outcome is unique, becouse the first time apply quasi-pointed and simultaneous measurement of both entities in one stationary instrument. Within the numerical simulations (CFD) the authors investigated time needed for movement methane mixture to combustion chamber of methane sensor. Observed that mechanism of transport mixture to measurement chamber is diffusive-advective. The article consists of issues about measuring methane flow rate by multi-sensor device.

2

Optymalizacja właściwości dynamicznych anemometru z wirującym elementem pomiarowym

Ligęza P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2016

|

T. 18, nr 2

21--26

PL

Anemometry wykorzystujące zjawisko wymiany pędu pomiędzy przepływem a wirującym elementem pomiarowym stanowią ważną klasę przyrządów stosowanych w metrologii przepływów, w szczególności w pomiarach meteorologicznych oraz wentylacyjnych. Wadą anemometrów mechanicznych z wirującym elementem pomiarowym są złe właściwości dynamiczne wynikające ze stosunkowo dużych wymiarów i bezwładności mechanicznej elementu pomiarowego. W przyrządach tych występuje zjawisko zawyżania pomiaru prędkości średniej związane z inercją wirnika. Optymalizacja dynamiki procesu pomiarowego oraz szacowanie i minimalizacja niepewności pomiaru możliwe są w oparciu o model matematyczny anemometru. W pracy zaproponowano metodę optymalizacji właściwości dynamicznych anemometru z wirującym elementem pomiarowym.

EN

Anemometers using the phenomenon of transfer of momentum between the gas flow and the rotating measuring element are an important class of instruments used in the metrology of flows, in particular in meteorology and ventilation measurements. The phenomenon of over-estimation of the average velocity measurements associated with the inertia of the rotor is known. The research of this phenomenon and of the dynamics of measurement process, as well as the estimation of measurement uncertainty and its reduction needs a mathematical model of the anemometer. The paper proposes a method to optimize the dynamic properties of an anemometer with a rotating measuring element. The article presents the concept of the proposed system and the results of comparative simulation studies of anemometer equipped with such a system, and without system.

3

Zastosowanie cyfrowej anemometrii obrazowej w badaniach górniczych przyrządów pomiarowych przepływów gazów

Sobczyk J., Gawor M.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 11

117--123

PL

Tematyka artykułu jest związana z analizą zaburzeń pól prędkości, jakie wytwarzają wokół siebie anemometry różnych rodzajów. Wstępne prace o charakterze eksperymentalnym wykonano na nowo powstałym w IMG PAN stanowisku pomiarowym do bezinwazyjnych pomiarów pól prędkości. Składa się ono z tunelu aerodynamicznego z obiegiem zamkniętym, skonstruowanego i wykonanego w sposób optymalny do prowadzenia na nim pomiarów z udziałem optycznych metod pomiarowych. Stanowisko wyposażono w zestaw pomiarowy do metody StereoPIV. Do analizy wytypowano dwa anemometry wykonywane w IMG PAN – anemometr skrzydełkowy i termoanemometr jednowłóknowy. Przeprowadzone pomiary wykazały obecność stosunkowo silnych zaburzeń przepływu w śladzie głowic oraz nieco słabszych, ale łatwo zauważalnych w pozostałych kierunkach. Zaprezentowane wyniki badań mogą posłużyć do optymalizacji budowy tych urządzeń, jak również do optymalizacji konfiguracji przestrzennych złożonych systemów pomiarowych, budowanych w oparciu o te anemometry.

EN

The subject of the presented paper is the analysis of flow fields disturbances induced by anemometers of various types. Preliminary experimental work was done on a new experimental stand built in SMRI PAS, dedicated to non-invasive measurements of velocity fields. It is mainly composed of a closed circuit wind tunnel, designed and built especially for the use with various optical measurement methods. The stand comprises also StereoPIV method equipment. Two anemometers built in SMRI PAS were chosen for the analysis – vane anemometer and single-wire hot-wire anemometer. The conducted research demonstrated the presence of strong flow disturbances in the wake of both devices and weaker but easily noticeable in the remaining directions. The obtained results, some of which are presented here, may provide an indication for the optimization of the devices as well as for optimization of the spatial configurations of measurement systems built with the use of these anemometers.

4

Właściwości dynamiczne cyfrowego anemometru skrzydełkowego

Ostrogórski P.

Przegląd Górniczy

|

2015

|

T. 71, nr 4

67--71

PL

W artykule poruszono zagadnienia związane z problematyką pomiarów wykonywanych cyfrowymi (mikroprocesorowymi) anemometrami skrzydełkowymi. Zarówno rutynowe pomiary w przemyśle, jak i naukowe opracowanie danych pomiarowych, wymagają znajomości charakterystyki dynamicznej przyrządu w celu pozyskania informacji o niepewności, z jaką została wyznaczona mierzona wielkość. Analizie poddano czynniki ograniczające dynamikę cyfrowego anemometru skrzydełkowego, na podstawie badań, dedykowanego dla potrzeb aerologii górniczej, anemometru typu uAS4 produkcji Instytutu Mechaniki Górotworu PAN [8]. Zamodelowany został tor przetwarzania sygnału pomiarowego w anemometrze. Autor rozpatruje oddzielnie część analogową przyrządu, za którą uważa mechaniczny czujnik skrzydełkowy i część cyfrową, czyli elektroniczny tor przetwarzania sygnału pomiarowego, począwszy od detektora obecności łopatki skrzydełka, a na wyświetlaczu danych pomiarowych skończywszy. Prezentowane są wyniki analiz pracy anemometru wykonywane w programie SciLab [9]. Model matematyczny został zidentyfikowany w oparciu o utworzony przez autora model geometrii 3D rzeczywistego skrzydełka anemometru. Pozyskano z modelu 3D wartość momentu bezwładności i powierzchnię łopatki. Na etapie identyfikacji modelu matematycznego dane symulacyjne porównywano z rzeczywistymi, zamieszczonymi w pracy Kruczkowskiego [3]. Z modelu matematycznego opisującego ruch obrotowy skrzydełka, program transformuje dane wejściowe do algorytmu symulującego funkcjonowanie części cyfrowej. Autor przedstawia wyniki, co do maksymalnej szerokości pasma przenoszenia sygnału pomiarowego dla skrzydełkowego anemometru cyfrowego w zależności od częstotliwości zmian prędkości przepływu powietrza, jej składowej ustalonej i amplitudy składowej zmiennej. Omówiono problematykę aliasingu w części cyfrowej anemometru, w kontekście błędów pomiaru.

EN

This paper presents issues related to the problems of measurements taken with a digital (microprocessor-based) vane anemometers. The factors limiting the dynamics of digital vane anemometer were analyzed. The uAS4 anemometer, produced by Strata Mechanics Research Institute [8] which is dedicated to the needs of mining aerology, was tested. The signal processing circuit of the measuring anemometer was modeled. The analogue part of the instrument which is mechanical vane sensor, and a digital part in other words the electronic signal processing circuit were considered separately from the detector measuring the presence of the vane and the display of measurement data. The results of analysis of the anemometer work performed with the SciLab [9] were presented. The mathematical model was identified based on 3D models of a real vane anemometer. At the stage of the model identification, analog simulation data was compared with real given from Kruczkowski paper [3]. From the model describing the rotational movement of the vane, the program transforms the input data for modeling which describes the signal processing in the digital part. The author presents conclusions as to the maximum bandwidth of the measurement signal depending on the frequency changes in air velocity. The issue of aliasing in the digital part of the anemometer in the context of measurement errors was discussed.

5

O modelu matematycznym anemometru skrzydełkowego

Ligęza P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2015

|

Vol. 17, no. 3-4

55--60

PL

Anemometry wykorzystujące zjawisko wymiany pędu pomiędzy przepływem a wirującym elementem pomiarowym stanowią ważną klasę przyrządów stosowanych w metrologii przepływów, w szczególności w pomiarach meteorologicznych oraz wentylacyjnych. W przyrządach tych występuje zjawisko zawyżania pomiaru prędkości średniej związane z inercją wirnika. Badanie tego zjawiska i dynamiki procesu pomiarowego oraz szacowanie i minimalizacja niepewności pomiaru wymagają znajomości modelu matematycznego anemometru. W pracy poddano analizie znany z literatury model anemometru skrzydełkowego bazujący na równaniu ruchu wirnika oraz zaproponowano model bazujący na bilansie mocy. Przeprowadzono badania modelowe i porównano oba modele.

EN

Anemometers using the phenomenon of transfer of momentum between the gas flow and the rotating measuring element are an important class of instruments used in the metrology of flows, in particular in meteorology and ventilation measurements. The phenomenon of over-estimation of the average velocity measurements associated with the inertia of the rotor is known. The research of this phenomenon and of the dynamics of measurement process, as well as the estimation of measurement uncertainty and its reduction needs a mathematical model of the anemometer. This study analyzed a model known in the literature based on the equation of motion and proposes a model based on the balance of power. Model tests were performed and both models were compared.

6

Badanie możliwości wykorzystania siły poosiowej anemometru skrzydełkowego do kompensacji zawyżania wyniku pomiaru prędkości zmiennych

Ostrogórski P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2015

|

Vol. 17, no. 3-4

61--66

PL

Autor zauważa przydatność wykorzystania siły poosiowej anemometru skrzydełkowego w usuwaniu negatywnych zjawisk związanych z pomiarem zmiennej prędkości powietrza. Artykuł zawiera opis badań począwszy od wyjaśnienia zależności między siłą poosiową, a siłą aerodynamiczną poprzez symulację komputerową modelu matematycznego i budowę stanowiska pomiarowego na przetwarzaniu danych pomiarowych skończywszy. W artykule opisano próbę zmierzenia siły poosiowej przy użyciu zbudowanego do tego celu stanowiska pomiarowego.

EN

The author observes that axial force can be useful at compensation of overestimation effect. The article consists of description of investigations which start from clarify relation between axial force and aerodynamic force. In description the author apply results from numerical simulations of the mathematical model of dynamic of vane anemometer. Article contain precise description of preparing and building test-bench. Investigations end at results of first experiments which It were discussed.

7

Sposób wielopunktowego sprawdzania anemometrów skrzydełkowych w rzeczywistych warunkach ich pracy

Skotniczy P., Jamróz P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2014

|

Vol. 16, no. 1-2

17--23

PL

Analizy stanu wentylacji kopalń przeprowadzane są na podstawie wyników uzyskiwanych w trakcie pomiarów wykonywanych różnymi przyrządami pomiarowymi (Roszczynialski i in., 1999). W grupie takich przyrządów w szczególny sposób wyróżnić można anemometry skrzydełkowe, za pośrednictwem których wskazań możliwe jest określenie parametrów przewietrzania związanych z bezpieczeństwem pracy w wyrobiskach górniczych (Kruczkowski, 2008). Przyrządy te znajdują się zatem w grupie która powinna być regularnie sprawdzana pod kątem ich metrologicznej wiarygodności. Obecnie sprawdzenia anemometrów zabudowanych w wyrobiskach kopalnianych dokonywane są sporadycznie lub nie wykonywane są wcale. Związane jest to z brakiem odpowiednich procedur i metod, według których sprawdzenia takie mogłyby być wykonane. W niniejszym artykule zaproponowano metodę wykonania takich sprawdzeń, w oparciu o zastosowanie kryz dławiących przepływ, wraz z którymi dany przyrząd został wcześniej wywzorcowany. Metoda ta pozwala na wykonanie testu wiarygodności wskazania anemometru skrzydełkowego w wielu punktach pomiarowych umożliwiając zdobycie informacji na temat charakterystyki przetwarzania danego przyrządu pomiarowego.

EN

The analyses of the ventilation conditions in mines are based on measurements taken with various types of measuring devices (Roszczynialski et al., 1999). These devices include vane anemometers whose readouts can be well utilised to determine the ventilation parameters associated with work safety in mines (Kruczkowski, 2008). Therefore, these devices have to be checked regularly to ensure reliable measurements. Nowadays anemometers that are installed in mine workings are checked infrequently or not checked at all, due to the lack of applicable procedures and methods. This study outlines the method of checking the vane anemometers, with the use of flowthrottling orifices- the same ones that were previously used for calibration. Thus the reliability of anemometer readouts at various control points can be verified, providing valuable information about the operational characteristics of the given device.

8

Analiza pola prędkości wokół anemometru skrzydełkowego

Bujalski M., Gawor M., Sobczyk J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2014

|

Vol. 16, no. 3-4

37--42

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych zaburzenia pola prędkości wynikającego z umieszczenia w przepływie powietrza anemometru skrzydełkowego. Badania przeprowadzono w tunelu aerodynamicznym o zamkniętym obiegu. W pomiarach wykorzystano optyczną technikę pomiarową zwaną cyfrową anemometrią obrazową (Particle Image Velocimetry – PIV). Zbadano obszar napływu na łopatki anemometru skrzydełkowego, jak również przepływ za nim. Podano rozkład prędkości uśrednionych, chwilowych i współczynnik intensywności turbulencji. W celu zbadania fluktuacji prędkości zastosowano termoanemometr z włóknem wolframowym o średnicy 5 μm. Wykonano analizę widma częstotliwości za pomocą szybkiej transformaty Fouriera. Wyniki tej analizy prowadzą do wniosku, że zarówno przestrzenne jak i czasowe pola prędkości są w istotny sposób zakłócane przez obecność sondy anemometru skrzydełkowego. W przepływie stwierdzono występowanie zakłóceń o charakterze okresowym, których częstotliwości związane są z ruchem obrotowym łopatek anemometru.

EN

The disturbance of velocity field in the wake of a vane anemometer was investigated. Experimental research was conducted in a wind tunnel with a closed loop. For the measurement process, Particle Image Velocimetry method was used to visualize the flow structure and evaluate the instantaneous, two-dimensional velocity vector fields. Instantaneous, ensemble averaged velocity distributions and root-mean-square velocity fluctuations were determined. In order to investigate velocity fluctuations in the wake of vane anemometer with high temporal resolution hot-wire anemometry technique was used. Frequency analysis by means of Fourier transform was carried out. The obtained results give evidence to a signifi cant flow disturbance in the vicinity of analyzed instrument.

9

Effect of the continuous traverse trajectory and dynamic error of the vane anemometer on the accuracy of average velocity measurements at the cross-section of the mine heading – model-based testing

Jamróz P.

Archives of Mining Sciences

|

2014

|

Vol. 59, no. 4

1051--1060

EN

This paper discusses the problem of measuring the average velocity at the cross-section of mine heading with the use of the continuous traverse method. Based on model testing, it has been shown that measurement signals, obtained along the traversing trajectory, belong to the group of non-stationary signals. The methodology of the traversing method measurements, with the aspect of capabilities of measuring instruments used for that purpose, has been analysed. Results of simulation tests concerning the dynamic response of a vane anemometer to the measurement signal for selected trajectories of the continuous traverse have been presented. For this purpose, a velocity profile presenting an expanded stream of undisturbed air flow in the excavation has been used. Attention has been paid to the problem of selecting an adequate trajectory of anemometer movement, as the value of the velocity measured at the cross-section depends on the trajectory.

PL

W artykule poruszono problem pomiarów prędkości średniej w przekroju wyrobiska kopalnianego z wykorzystaniem metody trawersu ciągłego. Na podstawie badań modelowych wykazano, że sygnały pomiarowe, które uzyskuje się wzdłuż trajektorii trawersowania należą do grupy sygnałów niestacjonarnych. Przeanalizowano metodologię przeprowadzania pomiarów metodą trawersowania w aspekcie możliwości pomiarowych wykorzystywanych w tym celu urządzeń pomiarowych. Przedstawiono wyniki badań symulacyjnych dynamicznej odpowiedzi anemometru skrzydełkowego na sygnał pomiarowy dla wybranych trajektorii trawersu ciągłego. W tym celu wykorzystano profil prędkości przedstawiający rozwiniętą strugę niezakłóconego przepływu powietrza w chodniku. Zwrócono uwagę na problem doboru odpowiedniej trajektorii przemieszczania anemometru, od której zależy wartość mierzonej prędkości średniej w przekroju.

10

Badania opływu czujników anemometrycznych

Bujalski M., Gawor M., Gorgoń J., Tichoruk M., Sławomirski M. R., Sobczyk J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2013

|

Vol. 15, no. 1-2

55--63

PL

Wykonano pomiary przepływu powietrza opływającego anemometr skrzydełkowy typ μAs o średnicy 100 mm. Przepływ był wymuszane za pomocą tunelu aerodynamicznego o zamkniętym obiegu. Analizie poddane były obszary napływu na anemometr oraz zaburzeń przepływu za anemometrem. Zastosowana technika pomiarowa – cyfrowa anemometria obrazowa pozwoliła na wyznaczenie płaskich profi li prędkości oraz map składowych prędkości vx i vy. Otrzymane wyniki wskazują, że największe zaburzenie polegające na znacznym spowolnieniu przepływu, zarówno przed jak i za sondą powoduje czasza anemometru. Ponadto zaobserwowano główny przepływ w obszarze wirnika. Wyniki pomiarów mogą być przydatne podczas umieszczania innych czujników w przepływie np. termoanemometr włóknowy.

EN

Airflow through the μAs Vane Anemometer with measuring head diameter of 100 mm was investigated. The flow was maintained in a wind tunnel with a closed circuit. Regions of inflow on the Anemometer and flow disturbances behind were analyzed. Particle Image Velocimetry was used to determine profiles and contour plots of vx and vy components of velocity. The results show that the flow disorder resulting in significant slow down the stream (in front of as well as behind the probe) are caused by a bowl of Anemometer. Furthermore, the main flow in the area of the rotor was observed. The results of the experiments can be useful when the other sensors like hot wire probes are used to measure flow velocity.

11

Nowe rozwiązania urządzeń do pomiaru pól prędkości i rozkładów stężenia metanu oraz wyniki badań porównawczych

Janus J., Krawczyk J., Kruczkowski J., Ostrogórski P.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2012

|

Vol. 14, no. 1-4

149--163

PL

Powietrze przepływające przez wyrobisko kopalni jest mieszaniną gazową. Często istotna jest znajomość składu tej mieszaniny i objętościowe udziały poszczególnych składników. W kopalniach w których występuje metan, jego objętościowy udział w strudze powietrza odpowiada za bezpieczeństwo prowadzenia wydobycia. Dotychczasowe badania przy pomocy opracowanego w IMG PAN systemu do pomiaru rozkładów pól prędkości (SWPPP), umożliwiającego także zmierzenie strumienia objętości powietrza, skłoniły autorów do przeanalizowania możliwości skonstruowania przenośnego urządzenia do zmierzenia strumienia objętości metanu. Nowe urządzenie mogłoby wykorzystywać sposób pomiaru strumienia metodą pola prędkości, i w połączeniu z metodą pomiaru średniej wartości stężenia metanu w przekroju wyrobiska umożliwiać bezpośrednie wyznaczanie strumienia objętości metanu. W opracowaniu przedstawiono wstępną koncepcję takiego rozwiązania wraz z wynikami analiz pomiarów prędkości lokalnych przy pomocy nowo skonstruowanego czujnika i porównaniu ich z wynikami pomiarów strumienia objętości wykonanych przy pomocy systemu SWPPP. Prowadzone badania mają na celu opracowanie efektywnych metod pomiaru strumienia objętości w rejonie ściany oraz modelu rozkładu koncentracji metanu w przekroju wyrobiska i na tej podstawie stworzenie algorytmów programowych dla pomiaru metanowości bezwzględnej wentylacyjnej w wyrobisku kopalni.

EN

Air flowing in the galleries is a mixture of gases. Of particular importance is the actual composition of this gas and volumetric proportions of its major components. In collieries where methane is present, its volumetric proportion in the stream of air determines the safety of mining operations. Results of measurements taken so far with the use of SWPPP (velocity fi eld distribution measurements) system, developed at the Strata Mechanics Research Institute and designed to measure velocity field distributions and volumetric flow rates of air, have prompted the authors investigate the feasibility of fabricating a portable device for measuring the volumetric flow rate of methane. This new device would utilise the principle of velocity field measurements combined with the method of measuring the average methane concentration in the gallery cross-section, thus allowing the volumetric flow rate of methane to be determined directly. This paper provides a conceptual design of this solution and results of local velocity measurements taken with a newly designed sensor. The results are compared with measurement data obtained with the use of the SWPPP system. The aim of the research work is to develop effective methods of volumetric flow rate measurements in the longwall zones and models of methane concentrations in the gallery cross-section. On that basis algorithms would be developed to support methane capacity measurements in galleries for mine for ventilation purposes.

12

Porównanie symulacji numerycznych z wynikami pomiarów rozkładów pól prędkości w przekrojach chodników kopalnianych

Janus J., Krawczyk J., Kruczkowski J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2011

|

Vol. 13, no. 1-4

165--182

PL

Wybór miejsca pomiaru w przekroju wyrobiska ma istotne znaczenie dla dokładności pomiaru strumienia objętości w wyrobiskach kopalnianych. Względy praktyczne powodują, iż nie zawsze jest możliwe wykonanie pomiarów w optymalnych dla uzyskania jak najmniejszej niepewności, warunkach. Lokalne zaburzenia przepływu w otoczeniu przekroju pomiarowego mają istotny wpływ na wynik pomiaru. Do oceny tego wpływu przydatne może być modelowanie trójwymiarowego przepływu w odcinku wyrobiska zawierającym miejsce pomiaru. Przeprowadzono serie symulacji przepływu metodą objętości skończonej w celu odtworzenia warunków panujących w miejscu pomiarów. Porównano wyniki symulacji ze zmierzonymi w warunkach rzeczywistych rozkładami pól prędkości. Porównania te umożliwiły zwiększenie wiarygodności interpretacji wyników symulacji. Wskazano na źródła błędów i możliwość opracowania zaleceń odnośnie optymalnego dla dokładności pomiaru rozmieszczenia czujników prędkości.

EN

Selecting the right measurement spot in the excavation cross-section is essential for the accuracy of volume measurement in underground excavations. For practical reasons, it is not always possible to perform measurements in conditions that would ensure the smallest possible degree of uncertainty. Local disturbances of the flow in the area surrounding the measurement cross-section have a significant effect upon the measurement result. To estimate this effect, it might be useful to apply three-dimensional flow modeling in this part of the post-mining excavation where the measurement spot is localized. A series of flow simulations was carried out by means of the finite volume method in order to recreate the conditions in the measurement spot. The simulation results were compared with velocity field distributions, measured under real conditions. The comparisons enhanced the reliability of the interpretation of the simulation results. Sources of errors were stated, together with a possibility of formulating recommendations regarding the optimal placement of velocity sensors, with a view to ensuring measurement accuracy.

13

Pomiary strumienia objętości przepływu w aspekcie dynamiki anemometrycznych czujników pomiarowych

Janus J., Krawczyk J., Kruczkowski J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2010

|

Vol. 12, no. 1-4

149--167

PL

Prowadzono badania porównawcze anemometrów skrzydełkowych oraz dwóch rodzajów czujników termoanemometrycznych do pomiaru wektora prędkości; drutowych i z termistorami PT100. Pomiary realizowano w tunelu aerodynamicznym i wyrobiskach kopalni – chodniku i kanale ściany. W warunkach laboratoryjnych było możliwe wzorcowanie czujników bezpośrednio przed i po porównaniach. Daje to podstawę do ilościowych porównań. W warunkach kopalnianych nie było możliwości wzorcowania czujników, co zwiększało niepewność pomiaru termoanemometrami, które cechuje znaczna wrażliwość wskazań na warunki środowiskowe. Rejestracje stanów przejściowych ukazały znaną z literatury wolniejszą reakcję anemometrów skrzydełkowych na spadek prędkości niż na jej wzrost. Pomiary laboratoryjne nie wykazały jednak znaczącej tendencji anemometrów skrzydełkowych do zawyżania wskazań wskutek fluktuacji prędkości. Pomiary w kopalni dostarczyły informacji o poziomie fluktuacji przepływu, co pozwala na przybliżone oszacowanie składowej niepewności pomiaru związanej z fluktuacjami przepływu. Przeprowadzono walidację systemu wielopunktowego pomiaru pola prędkości, umożliwiającego wyznaczanie strumienia objętości przepływającego powietrza. System został zamontowany w komorze tunelu aerodynamicznego, a następnie porównano wyniki pomiarów odnosząc je do wielkości strumienia przepływającego przez komorę pomiarową tunelu. Czujniki systemu były zlokalizowane w bliskiej odległości do prostownicy strumienia znajdującej się na wlocie do tunelu, a więc w obszarze w którym można spodziewać się występowania fluktuacji powietrza. W celu uzyskania nowych możliwości badań w środowisku kopalni głębinowej, skonstruowany został czujnik termoanemometryczny wykorzystujący równoległe elementy PT100, umożliwiający pomiar wektora prędkości w płaszczyźnie.

EN

Comparative analyses was performed of vane anemometers and two types of wire sensors intended for measurements of velocity vectors: a hot- wire anemometer and that comprising thermistores PT100. Measurements were implemented inside a wind tunnel, in the mine heading and in the face region. Sensors in laboratory conditions were calibrated prior to and after the comparative tests, thus enabling the quantitative comparison. In the mines such calibration procedure was not possible, which further enhanced the uncertainty involved in hot-wire measurements as the hot-wire sensors are most sensitive to ambience conditions. Recordings of transients revealed a phenomenon already reported in literature, i.e. the slower response of vane anemometers to velocity decrease than increase. Laboratory tests, however, did not reveal major tendency of the vane anemometers’ readings to become too high due to velocity fluctuations. Measurements taken in the mine provided data on the level of flow fluctuations, enabling us to estimate the uncertainty component associated with flow fluctuations. The system implementing multi-point measurement of velocity fields was subjected to the validation procedure. The system, which allows for finding the volumetric flow rates of passing air, is mounted in the test chamber inside the wind tunnel. The measurement data were then compared by relating them to airflow rates in the test chamber. Sensors making up the system were located at a close distance to the straightening vane installed at the inlet to the wind tunnel, in the region where it is reasonable to expect airfl ow fluctuations. To facilitate the testing in the mine conditions, a hot-wire sensor was engineered utilising parallel elements PT100, to enable the measurements of velocity vectors in that plane.

14

Badanie przepływu powietrza "in situ" w wyrobiskach górniczych, wyznaczaniem kryterium przydatności przyrządów i metod

Krawczyk J., Kruczkowski J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2009

|

Vol. 11, no. 1-4

147--157

PL

W artykule przedstawiono problematykę pomiarów prędkości przepływu powietrza w chodnikowych wyrobiskach górniczych znajdujących się w rejonach ścian wydobywczych. Podstawowym celem takich pomiarów jest uzyskanie wiedzy o wielkości strumienia powietrza przepływającego przez ścianę. Jest to jedna z najbardziej pożądanych informacji w procesie wentylacji kopalni, umożliwiająca podejmowanie decyzji pozwalających na zapewnienie bezpieczeństwa załogi oraz prawidłowych prac eksploatacyjnych złoża. Badania pomiarowe wykonano stosując różnego typu przyrządy i różne techniki pomiaru. Wykorzystano anemometry ręczne, stacjonarne oraz system wielopunktowego pomiaru prędkości przepływu, który stanowił metrologiczny układ odniesienia dla analizowanych wyników. Użyte przyrządy pomiarowe były najnowszymi konstrukcjami jakie wykorzystuje się na polskich kopalniach i w pracach badawczo-naukowych Instytutu Mechaniki Górotworu PAN. Pomimo starań mających na celu wybór metody i miejsca pomiaru w sposób eliminujący wpływ nadmiernej ilości czynników na niepewność pomiaru, nie udało się uniknąć problemów potwierdzających trudny, skomplikowany, wymagający dodatkowych i – co należy podkreślić – wcześniejszych analiz, proces pomiarowy strumienia objętości w warunkach wyrobisk kopalń głębinowych. Dysponując danymi pomiarowymi pochodzącymi z działów wentylacji porównano wielkości obliczanych strumieni. Stwierdzono, że w każdym z analizowanych przypadków służby kopalniane uzyskiwały większą wartość strumienia niż otrzymywana podczas pomiarów badawczych wykonanych przez autorów. Stwierdzenie to jest b. istotne i stanowi przesłankę do opracowania jasno sprecyzowanych procedur pomiarowych – przeznaczonych dla służb wentylacyjnych kopalń – zawierających wszystkie elementy prawidłowego procesu pomiarowego, ze szczególnym uwzględnieniem analizy niepewności pomiaru. Wymagać to będzie prowadzenia badań parametrów metrologicznych przyrządów pomiarowych (anemometrów) w warunkach rzeczywistych przepływów. Autorzy uważają, że obecny stan metrologii strumienia objętości powietrza w wyrobisku kopalni głębinowej, nie pozwala na jednoznaczne sformułowanie uniwersalnego kryterium przydatności jednej metody pomiarowej.

EN

Measurements of the velocity field in galleries of the longwall region is the scope of this paper. Estimation of the volume flow quantity in the longwall is the main objective of such survey. This information is crucial for decisions concerning safety and efficiency of longwall mining operations. During this research various measuring devices and survey procedures have been compared. Among them were developed at the IMG-PAN Institute: handheld and stationary vane anemometers and an unique array of wirelessly linked velocity sensors. This array measures on line and records the velocity field by multipoint simultaneous sampling. Data from the array was selected as a reference to compared devices and survey methods. Several problems have been faced by researchers during those measurements. Comparison with more accurate methods indicate that routine ventilation survey tend to overestimate the value of flow. Such discrepancies justify a need for more precise formulation of volume fl ow measurement procedures in mine ventilation. Those procedures may result from further field research and should also enable uncertainty estimation. According to authors, current mine ventilation knowledge base does not provide an univocal formulation of an universal criteria or method.

15

Badania czujników anemometrycznych wykorzystywanych w metodach pomiaru pola prędkości i strumienia objętości – wyznaczanie źródeł błędów, analiza niepewności

Kruczkowski J., Krach A., Krawczyk J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2008

|

Vol. 10, no. 1-4

115--130

PL

Wynik pomiaru jest estymatą wielkości mierzonej. Z tego powodu musi być podawany wraz z niepewnością, czyli parametrem charakteryzującym rozrzut wartości, które można w uzasadniony sposób przypisać wielkości mierzonej. Stosowane w metodach pomiaru pola prędkości i wyznaczania strumienia objętości w systemach wentylacyjnych czujniki anemometryczne są wrażliwe na szereg czynników mających swój udział w powstaniu błędu pomiaru. W nowoczesnych, stacjonarnych anemometrach skrzydełkowych typu smart, dominującym składnikiem niepewności pomiaru jest składnik pochodzący od fluktuacji przepływu. Ponieważ anemometr skrzydełkowy nie mierzy bezpośrednio fluktuacji, nie jest możliwe wprowadzenie poprawki, np. wprost do wyniku pomiaru już w układzie elektronicznym czujnika. Celem opisanych w artykule badań było oszacowanie niepewności pomiaru lokalnej prędkości ze względu na fluktuacje. Po wyprowadzeniu zależności na niepewność rozszerzoną pomiaru, wykonano rejestrację pól prędkości w kilku rejonach sieci wentylacyjnej kopalni. Porównano wielkość niepewności rozszerzonej i udział jej składowych, dla różnych miejsc pomiaru prędkości lokalnej w przekroju różniących się wzajemnie wyrobisk. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem prędkości zwiększa się udział składowej pochodzącej od fluktuacji.

EN

What the measurements actually provides is the estimate of measured value. Therefore it should be given together with uncertanitity of such estimate, which is a parameter characterizing dispersion of values, which in justified way may be attributed to the measured value. Anemometric sensors applied in measurements if the velocity field and volumetric flow rate are sensitive to several factors causing the measurement error. In case of the modern, stationary vane anemometers of the smart type, the dominant uncertainty factor originates from the flow fluctuations. Vane anemometer does not measure fluctuations directly. Therefore there is no way to implement a correction e.x. directly as a function of the electronic circuit of the sensor. The aim of the research described in this paper was to estimate the effect of flow fluctuations on the measurement uncertainity. Formal and experimental analysis provided formulae for extended uncertanitity. This estimate was applied for data acquired by series of multipoint velocity measurements in crossections of various mine workings. Magitude of the uncertainity itself and individual shares of particular factors was compared. Properties of the vane sensor have proven to be the main component of the uncertainity.

16

System for continuous measurement of volumetric rate of unsteady air flow in workings of deep mines

Kruczkowski J.

Archives of Mining Sciences

|

2008

|

Vol. 53, no 4

533-544

EN

The process of measuring unsteady air flow in a deep mine's working is a difficult and complicated measuring issue, not solved satisfactory so far. The paper concerns a system for air flow velocity measuring by the method of velocity field, based on integrating the velocity on working's cross-section. Application of multiple anemometrical sensors, sampling velocity in selected points of working's cross-section, together with wireless transmission of measurement data to a computer unit (recording the data and processing them in real time), allow us to estimate the instantaneous distribution of air flow velocity in the section and calculate the instantaneous value of volume flow. Among estimation methods, one can find linear triangulation method, where the cross-section of the working is divided into triangular areas in such way that vertices of the triangles are the points where the velocity either is known from conducted measurements or calculations or it is assumed. Additionally, points on the edges are introduced to comply velocity distribution by working's walls if there is no possibility of locating sensors there. The system is a mobile facility, capable for easy transport throughout the mine. Thus, the support construction for the sensors was designed in a way providing its fast assembling and disassembling. The article presents exemplar results of velocity measurement records, further used for calculating and visualizing the volume flow. It was shown how to obtain information on spatial parameters of sensors' localizations as well as on working's cross-section by using photogrammetric method with the appliance of digital photography method. The system is presumed for precise verification of unsteady volume flow, as well as for scientific and cognition researches over unsteady flow phenomena and velocity fields in severe environmental conditions, such as deep mines' workings and tunnels.

PL

Proces pomiarowy zmiennego w czasie strumienia objętości powietrza w wyrobisku kopalni głębinowej jest trudnym i złożonym zagadniniem meteorologicznym, jak dotąd nie rozwiązanym w zadawalający sposób. w artykule opisano system do pomiaru strumienia objętości powietrza w wyrobiskach kopalń metodą pola prędkości, która polega na całkowaniu rozkładu prędkości na polu przekroju wyrobiska. Zastosowanie wielu równocześnie mierzących czujników anemometrycznych, rozmieszczonych w różnych punktach pola przekroju wyrobiska, w połączeniu z nezprzewodową transmisją danych pomiarowych do komputerowej jednostki rejestrującej i przetwarzającej te dane w czasie rzeczywistym, pozwala estymować chwilowy rozkład prędkości powietrza w przekroju i obliczać chwilową wartość strumienia objętości. zakłada się wykorzystanie systemu do precyzyjnej weryfikacji zmiennego w czasie strumienia objętości oraz do prowadzenia badań o charakterze naukowo-poznawczym nad zmiennymi w czasie zjawiskami przepływowymi i polami prędkości w trudnych warunkach środowiskowych, jak wyrobiska kopalń i tunele.

17

Badania wpływu zaburzeń profilu prędkości powietrza na pomiary anemometrami stacjonarnymi różnych typów

Chmiel W., Kruczkowski J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2005

|

Vol. 7, no. 1-2

117--128

PL

Rzeczywiste przepływy powietrza przez wyrobisko kopalniane są silnie niestacjonarne i niejednorodne przestrzenie. W takim środowisku wykonywane są pomiary prędkości przy wykorzystaniu anemometrów stacjonarnych, mogących różnić się od siebie zasadą działania. Praca poświęcona jest uzyskaniu odpowiedzi na pytanie, czy w zależności od typu anemometru wykonującego pomiar, w tych samych warunkach przepływowych, można otrzymać różne wartości wyniku pomiaru. Badaniom poddano trzy typy anemometrów stacjonarnych: skrzydełkowy, ultradźwiękowy i wirowy. Przeprowadzone w warunkach laboratoryjnych eksperymenty, wykazały rozbieżność w wynikach pomiarów zależną od profilu prędkości i intensywności turbulencji w obszarze przed wlotem do kanału pomiarowego anemometru.

EN

Real flow of air in workings of underground mines is considerably unsteady and nonhomegenous. In such environment stationary anemometers are applied for measurements of velocity. The objective of this paper was to determine if the measurement results are sensitive to the type and operational principle of measuring instrument. Three kinds of stationary anemometers were examined: vane, ultrasonic, and vortex shedding. Measuring experiments have indicated discrepancy of results related to particular velocity profi le, turbulence intensity and type of anemometer.