ВЕНТИЛЯТОРНАЯ РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2010 года по МПК E21F1/08 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проветривании систем горных выработок подземных сооружений (тоннелей, метрополитенов, горных выработок и т.п.) при схемах вентиляции с частичным повторным использованием воздуха.

Известна вентиляторная установка, которая состоит из основного и дополнительного вентиляторов, снабженных соплами, при этом сопла устанавливаются соосно с обечайкой. Между стенками горной выработки и обечайкой устанавливается перемычка (РФ №2138648; МКИ E21F /08; опубл. 27.09.1999 г., Бюл. №27).

Недостатком известной вентиляторной установки является возможность возникновения утечки воздуха через обечайку при остановке вентилятора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является вентиляторная рециркуляционная установка, состоящая из вентилятора, расположенного в горной выработке и ориентированного в направлении воздухоподающей выработки, эжектирующего канала в виде обечайки, расположенной между двумя перемычками, зазоры между обечайкой и перемычкой загерметизированы, герметизация зазоров между обечайкой и перемычкой может быть выполнена из эластичного материала, при этом на одной стороне обечайки установлен рабочий вентилятор, а другой конец обечайки перекрыт отсекающей заслонкой, которая может работать как в автоматическом, так и в механическом режимах, рабочий вентилятор и обечайка установлены на рамах, а перемычки в месте соединения с обечайкой оснащены металлическими трубами (Пат. РФ №2350753; МПК E21F 1/08; Бюл. №9, опубл. 27.03.2009).

Недостатками известной вентиляторной рециркуляционной установки являются:

- невозможность перекрывать заслонку в автоматическом, а зачастую и в механическом режимах работы при авариях (например, пожар или взрыв), когда происходит отключение электроэнергии в шахте и к месту расположения вентиляторной рециркуляционной установки нет доступа и подходы к месту управления или к самой заслонке загазованы. При этом возникает неконтролируемая утечка воздуха, которая может усугубить последствия аварии;

- невозможность при работающей вентиляторной рециркуляционной установке обслуживать раму обечайки и места соединения конфузора и диффузора и цилиндрической части обечайки, так как заслонка открывается (при работе) в сторону прохода и полностью его перекрывает;

- излишние капиталовложения - наличие двух герметичных перемычек;

- сложность монтажа перемычек, которые должны возводиться по всему поперечному периметру выработки с обеих сторон обечайки и иметь высокую прочность и надежную герметичность;

- рабочий вентилятор установки работает в противонапоре с другими источниками тяги, расположенными в вентиляционной сети, в результате его технико-экономические показатели работы невысокие;

- отсутствие эжекционного эффекта в обечайке при приведенном эквивалентном отверстии вентиляционной сети, на которую работает вентиляторная рециркуляционная установка, менее 2 м². В обечайке возникают противотоки воздушных потоков и общая производительность вентиляторной рециркуляционной установки становится меньше подачи рабочего вентилятора.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении безопасности, надежности и эффективности проветривания подземных сооружений.

Указанный технический результат достигается тем, что вентиляторная рециркуляционная установка состоит из источника тяги, обечайки, перемычки, с герметизацией зазоров между ними, с одной стороны обечайки расположен источник тяги, а с другой стороны установлен клапан, все оборудование расположено в рециркуляционном канале, в направлении от вентиляционного канала к воздухоподающему каналу и смонтировано на опорах, обечайка выполнена из одной или нескольких частей, а перемычка, в которой размещена обечайка, выполнена клинообразной и перекрывает поперечное сечение рециркуляционного канала, причем клапан выполнен самоуплотняющимся, при этом вентиляторная рециркуляционная установка дополнительно снабжена подпорной перемычкой, которая установлена в сопряжении рециркуляционного и вентиляционного каналов на всю его высоту.

Вентиляторная рециркуляционная установка смонтирована либо на кострах, либо на остовах самоходного оборудования, либо на тумбах. Источник тяги имеет один или несколько вентиляторов, установленных каскадно и настроенных на последовательную и (или) параллельную работу. Обечайка, состоящая из нескольких частей, содержит: камеру смешения и входной насадок, или камеру смешения и выходной насадок, или камеру смешения с входным и выходным насадком, причем выходной насадок выполнен в виде диффузора, а длина самоуплотняющегося клапана превышает диаметр или высоту сечения обечайки или диффузора, при этом диаметр выходного отверстия сопла равен или меньше диаметра камеры смешения и диаметра входного насадка, а в вентиляционном или рециркуляционном канале расположены датчики количественного и качественного контроля показателей рециркуляционного воздуха и аппаратуры управления источником тяги вентиляторной рециркуляционной установки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция вентиляторной рециркуляционной установки для работы в любых вентиляционных сетях, а на фиг.2 - конструкция вентиляторной рециркуляционной установки, для работы в вентиляционных сетях с эквивалентным отверстием, равным или более 2 м², в которой дополнительно используется эжекционный эффект и тем самым более эффективно используется энергия источника тяги.

На чертежах обозначены:

1 - источник тяги; 2 - обечайка; 2а - камера смешения; 2б - входной насадок; 2в - выходной насадок; 3 - поперечная клинообразная перемычка; 4 - самоуплотняющийся клапан; 5 - воздухоподающий канал; 6 - свежий авоздух; 7 - рециркуляционный канал; 8 - рециркуляционный воздух; 9 - смесь свежего и рециркуляционного воздуха; 10 - вентиляционный канал; 11 - смесь отработанного и рециркуляционного воздуха; 12 - отработанный воздух; 13 - подпорная перемычка; 14 - датчики и аппаратура автоматизированного контроля и управления; 15 - опоры под оборудование; 16 - сопло.

Вентиляторная рециркуляционная установка состоит из источника тяги 1, который может быть в виде либо одного вентилятора (рис.1, 2), либо в виде нескольких вентиляторов, установленных каскадно и настроенных на параллельную или (и) последовательную работу обечайки 2, установленной в поперечной клинообразной перемычке 3, перекрывающей поперечное сечение рециркуляционного канала 7. Зазоры между обечайкой 2 и поперечной клинообразной перемычкой 3 герметизируются уплотняющим материалом, например, герметиком или монтажной пеной. Перемычка выполнена клинообразной, т.к. когда эжектор выполнен с конфузором, то он дополнительно распирается, и, таким образом, улучшается герметизация.

С одной стороны обечайки 3 расположен источник тяги 1, а с другой стороны установлен самоуплотняющийся клапан 4, который может иметь либо форму обечайки 2, либо форму диффузора (пунктирная линия на чертеже), а его длина превышает диаметр или высоту сечения обечайки или диффузора. Самоуплотняющийся клапан изготавливается из воздухонепроницаемого и относительно легкого материала, например из материала вентиляционных рукавов или парашютной ткани, или плотного нейлона и т.п. В случае отключения вентилятора такая ткань опадает и перекрывает сечение обечайки или диффузора.

В сопряжении рециркуляционного канала 7 и вентиляционного канала 10 располагается подпорная перемычка 13, которая монтируется на всю высоту каналов и изготавливается из воздухонепроницаемого материала, например деревянная обрешетка, обшитая вентиляционным рукавом или конвейерной лентой, или металлическая, или бетонная и т.п.

Параметры места расположения перемычки a, b, c, указанные на чертежах, являются «ноу-хау» данного изобретения и определяются из соотношения, учитывающего производительность источника тяги, размеров выработки, состава и расхода воздуха и общешахтной депрессии.

Все оборудование вентиляторной рециркуляционной установки может быть смонтировано стационарно на опорах 15, например на бетонных тумбах, кострах, рамах, а может быть установлено с возможностью оперативного перемещения (в случае необходимости) в другой участок вентиляционной сети, например на остовах самоходного оборудования (например, на рамах вагонеток).

В случае необходимости оперативного переноса вентиляторной рециркуляционной установки на новый (другой) участок вентиляционной сети перемычки 3 и 8 в старом участке погашаются, а в новом участке возводятся. Также осуществляется перемонтаж аппаратуры управления 14 за счет возможности перемещения обечайки 2 и источника тяги 1 на остовах самоходного оборудования 15 в новый участок вентиляционной сети, чем достигается оперативность и уменьшается время простоя.

Датчики и аппаратура автоматического контроля и управления 14 располагаются либо в вентиляционном канале, либо в рециркуляционном канале в удобном для этого месте.

Вентиляторная рециркуляционная установка работает следующим образом:

При работе вентиляторной рециркуляционной установки в режиме проветривания с частичным повторным использованием воздуха (фиг.1) источник тяги 1 забирает часть рецуркуляционного воздуха 8, отсекаемого подпорной перемычкой 13 из вентиляционного канала 10, по которому движется смесь отработанного и рециркуляционного воздуха 11, и нагнетает его в обечайку 2 через сопло 16. Далее, через самоуплотняющийся клапан 4, который открывается под действием скоростного напора рециркуляционного воздуха 8, смесь воздуха поступает через рециркуляционный канал 7 к воздухоподающему каналу 5, и далее - в воздухоподающий канал 5, в котором происходит смешение рециркуляционного воздуха 8 со свежим воздухом 6 с образованием смеси свежего и рециркуляционного воздуха 9, который направляется к местам его потребления.

Датчики и аппаратура автоматического контроля и управления 14 контролируют качественный и количественный состав рециркуляционного воздуха 8, а именно наличие и концентрацию горючих, ядовитых, инертных и др. газов. В случае превышения замеренных показателей в рециркуляционном воздухе 8 над допустимыми значениями аппаратура управления работой источника тяги 1 вентиляторной рециркуляционной установки отключает его питание и источник тяги 1 останавливается. Напор рециркуляционного воздуха 8 ослабевает и самоуплотняющийся клапан 4 под собственным весом перекрывает выходное отверстие обечайки 2, тем самым останавливая рециркуляционный воздух 8. Подпор свежего воздуха 6 из воздухоподающего канала 5 создает дополнительное уплотнение самоуплотняющегося канала 4.

При работе вентиляторной рециркуляционной установки в вентиляционных сетях с приведенным эквивалентным отверстием, равным или более 2 м², можно дополнительно использовать эжекционный эффект.

Для этого на выходе из источника тяги 1 устанавливается сопло 16, а обечайка 2 может состоять из нескольких частей: либо камера смешения 2а - входной насадок 2б, либо камера смешения 2а - выходной насадок 2в, либо камера смешения 2а и входной насадок 2б, и выходной насадок 2в (фиг.2). Форма поперечного сечения камеры смешения 2а может быть выполнена либо цилиндрической, либо прямоугольной, либо квадратной, либо эллиптической. Аналогичные формы поперечного сечения могут быть и у входного 2б и выходного 2в насадков. Следует отметить, что форму поперечного сечения входного 26 и выходного 2в насадков определяет форма камеры смешения 2а.

Диаметр выходного отверстия сопла 16 должен быть меньше диаметра камеры смешения 2а и диаметра входного насадка 2б. Через кольцевое сечение между соплом 16 и обечайкой 2 происходит подсасывание дополнительного объема рециркуляционного воздуха 8 из вентиляционного канала 10.

Подпорная перемычка 13 разделяет смесь отработанного и рециркуляционного воздуха в вентиляционном канале 10 на два потока: отработанный воздух 12, который далее движется по вентиляционному каналу 10, и рециркуляционный воздух 8, который с помощью источника тяги 1 и подпорной перемычки 13 направляется в рециркуляционный канал 7. За счет кинетической энергии смеси отработанного и рециркуляционного воздуха 11 и подпорной перемычки 13 снижается противонапор, который создается другими источниками тяги вентиляционной сети и действующего на источник тяги 1 вентиляторной рециркуляционной установки.

Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить безопасность, надежность и эффективность проветривания подземных сооружений за счет увеличения подачи части отработанного воздуха к свежему воздуху и далее к месту его потребления; применения самоуплотняющегося клапана, исключающего возникновение утечек воздуха при остановке источника тяги, в том числе и при авариях; создания скоростного подпора за счет энергии смеси отработанного и рециркуляционного воздуха и тем самым снижения противонапора других источников тяги, который приходится на источник тяги вентиляторной рециркуляционной установки; снижения утечек воздух путем использования поперечной клинообразной перемычки; использования эжекционного эффекта в вентиляционных сетях с приведенным эквивалентным отверстием, равным или более 2 м; возможности эксплуатационного обслуживания, в том числе и при работе вентиляторной рециркуляционной установки; снижения материалоемкости и упрощения монтажа вентиляторной рециркуляционной установки в подземных стесненных условиях; автоматизированного контроля качественных и количественных показателей рециркуляционного воздуха и управления работой источника тяги вентиляторной рециркуляционной установки.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам, предназначенным для проветривания систем горных выработок подземных сооружений при схемах вентиляции с частичным повторным использованием воздуха. Вентиляторная рециркуляционная установка включает источник тяги (вентилятор) с соплом, расположенный в подземном рециркуляционном канале, перемычку и обечайку с самоуплотняющимся клапаном. Обечайка расположена в поперечной клинообразной перемычке вдоль подземного рециркуляционного канала, который соединяет воздухоподающий и вентиляционный каналы. Зазоры между обечайкой и поперечной клинообразной перемычкой загерметизированы. С одной стороны обечайки расположен источник тяги, а с другой установлен самоуплотняющийся клапан. При частичном повторном использовании воздуха самоуплотняющийся клапан открыт, при переходе на режим проветривания без рециркуляции клапан перекрывает обечайку. В районе сопряжения воздушного рециркуляционного и вентиляционных каналов установлена подпорная перемычка, а в вентиляционном или рециркуляционном канале расположены датчики контроля количественных и качественных показателей рециркуляционного воздуха и аппаратуры управления работой источника тяги вентиляторной рециркуляционной установки. Повышает безопасность, надежность и эффективность проветривания подземных сооружений. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вентиляторная рециркуляционная установка состоит из источника тяги, обечайки, перемычки, с герметизацией зазоров между ними, с одной стороны обечайки расположен источник тяги, а с другой стороны установлен клапан, все оборудование расположено в рециркуляционном канале в направлении от вентиляционного канала к воздухоподающему каналу и смонтировано на опорах, отличающаяся тем, что обечайка выполнена из одной или нескольких частей, а перемычка, в которой размещена обечайка, выполнена клинообразной и перекрывает поперечное сечение рециркуляционного канала, причем клапан выполнен самоуплотняющимся, при этом вентиляторная рециркуляционная установка дополнительно снабжена подпорной перемычкой, которая установлена в сопряжении рециркуляционного и вентиляционного каналов на всю его высоту.

2. Вентиляторная рециркуляционная установка по п.1, отличающаяся тем, что она смонтирована либо на кострах, либо на остовах самоходного оборудования, либо на тумбах.

3. Вентиляторная рециркуляционная установка по п.1, отличающаяся тем, что источник тяги имеет один или несколько вентиляторов, установленных каскадно и настроенных на последовательную и (или) параллельную работу.

4. Вентиляторная рециркуляционная установка по п.1, отличающаяся тем, что обечайка, состоящая из нескольких частей, содержит: камеру смешения и входной насадок, или камеру смешения и выходной насадок, или камеру смешения с входным и выходным насадком, причем выходной насадок выполнен в виде диффузора.

5. Вентиляторная рециркуляционная установка по п.4, отличающаяся тем, что длина самоуплотняющегося клапана превышает диаметр или высоту сечения обечайки или диффузора.

6. Вентиляторная рециркуляционная установка по п.4, отличающаяся тем, что диаметр выходного отверстия сопла равен или меньше диаметра камеры смешения и диаметра входного насадка.

7. Вентиляторная рециркуляционная установка по п.1, отличающаяся тем, что в вентиляционном или рециркуляционном канале расположены датчики количественного и качественного контроля показателей рециркуляционного воздуха и аппаратуры управления источником тяги вентиляторной рециркуляционной установки.