СПОСОБ ОБРАЗОВАНИЯ ТУМАНА Российский патент 2013 года по МПК E21F5/04 E21C35/22 

Настоящее изобретение относится к способу образования тумана при подземной разработке.

Из уровня техники известно образование водяного тумана для уменьшения опасности взрыва при подземной разработке, в частности для предотвращения взрывов метана, за счет образования водовоздушной смеси путем смешивания потоков воды и воздуха. Правда, для этого необходимо предусмотреть наличие относительно сложных сопел, а наряду с водой под давлением - также сжатого воздуха.

Задачей изобретения является создание способа и устройства, с помощью которых можно экономически просто и надежно образовывать высокоэффективный водяной туман.

Решение этой задачи осуществляется с помощью признаков независимых пунктов формулы изобретения и, в частности, благодаря тому, что в способе образования тумана при подземной разработке вода без добавления воздуха подается под давлением минимум 200 бар и посредством по меньшей мере одного сопла, а затем направляется на отражающую поверхность для распыления воды в капельки тумана. Благодаря этому весьма простым способом с использованием одной только воды - имеющейся при подземной разработке в качестве рабочей жидкости в гидравлической системе - водяной туман можно образовывать эффективным образом. При способе согласно изобретению нет необходимости в сложных сопловых системах. Более того, достаточно, чтобы находящаяся под высоким давлением вода пропускалась через сужение, а затем на отражающую поверхность.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения описаны в описании, чертежах, а также в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно первому предпочтительному варианту выполнения отражающая поверхность устанавливается под углом, и в частности под тупым углом к оси сопла. Благодаря этому получается особенно эффективное распыление, причем туман, возникающий при разбрызгивании, благодаря наклону отражающей поверхности уже приобретает предпочтительное направление, в котором он может подаваться.

Может быть предпочтительно, чтобы вода подводилась из отверстия диаметром <1 мм, поскольку благодаря этому туман может образовываться с величиной капелек около 1-100 мкм.

В частности, если вода подается через сопло под давлением минимум 300 бар, туман образуется с очень малыми размерами капелек, так как энергия, необходимая для распыления, пропорциональна созданной поверхности, а она, в свою очередь, косвенным образом пропорциональна диаметру капелек. В результате применения отражающей поверхности согласно изобретению при образовании тумана за счет жидкостного трения в тепло превращается как можно меньшее количество затраченной энергии. С помощью сопла, диаметр которого составляет <1 мм, осуществляется выпуск воды порядка 7 л/мин.

При этом согласно другому предпочтительному варианту выполнения для образования тумана в сухом воздухе вода может пропускаться через одно или несколько сопел с большим объемным расходом, а для поддержания тумана, образованного таким образом, вода может пропускаться по меньшей мере через одно сопло с меньшим объемным расходом. С помощью этого сопла с меньшим объемным расходом может дополнительно подаваться то количество воды, которое образуется из тумана в результате каплеобразования или конденсируется на стенках.

Количество воды в очистном забое при подземной разработке с мощностью пласта около 3 м (при сечении потока около 6-8 м² и средней скорости воздуха 2 м/с) составляет около 16 м³ в секунду. В результате распыления водяного тумана с расходом порядка 10 л/мин предел взрывоопасной концентрации метана поднимается примерно на 1 процент. Чтобы при этом не помешать работе машиниста горного комбайна в очистном забое, образование регулируется в зависимости от положения горного комбайна.

В способе согласно изобретению регулирующие клапаны для инициирования образования тумана могут также сами работать с распыляемой водой. В этом случае клапаны могут приводиться в действие имеющимся устройством управления проходческим щитом. Последнее обладает информацией о местонахождении горного комбайна и может инициировать открытие и закрытие клапанов в зависимости от местоположения и скорости горного комбайна.

В устройстве для осуществления вышеописанных способов согласно изобретению предусмотрен цельный конструктивный элемент, у которого предусмотрены по меньшей мере один канал сопла и по меньшей мере одна соответствующая отражающая поверхность, проходящая под углом к оси канала сопла. Такое устройство изготавливается просто и экономично, поскольку в цельном конструктивном элементе, например в металлическом блоке, должны предусматриваться лишь канал сопла и отражающая поверхность. Это простейшим образом может быть сделано в одном обрабатывающем центре без последующего монтажа различных деталей. Генератор тумана, изготовленный таким образом, чрезвычайно надежен и, тем самым, прекрасно подходит для использования при горной разработке.

Оказалось предпочтительным выполнять отражающую поверхность плоской. Такая поверхность, с одной стороны, особенно проста в изготовлении. С другой стороны, благодаря этому обеспечивается равномерное образование тумана. Особенно хорошего распыления можно добиться благодаря тому, что отражающая поверхность по меньшей мере местами ограничена острой кромкой. Такая кромка может располагаться на удалении нескольких миллиметров от точки пересечения оси с каналом сопла.

Наконец, может быть предпочтительно, чтобы в конструктивном элементе были предусмотрены несколько каналов сопла с соответствующими металлическими поверхностями, причем перпендикуляры к отражающим поверхностям, в частности, направлены в пространстве под разными углами. Таким образом, с одним единственным конструктивным элементом удается создавать густой туман, образованный разбрызгиванием, с охватом большого пространственного угла.

Ниже настоящее изобретение описывается только в порядке примера предпочтительного варианта выполнения и со ссылкой на приложенные чертежи, на которых

фиг.1 изображает устройство для образования тумана при подземной разработке с тремя встроенными соплами;

фиг.2 - вид сверху нижней стороны устройства по фиг.1;

фиг.3 - сечение по линии А-A на фиг.2 и

фиг.4 - вид по линии В-В на фиг.2.

На фиг.1 изображено устройство для образования тумана при подземной разработке, содержащее цельный конструктивный элемент в виде металлического блока 10, у которого в изображенном примере выполнения в общей сложности предусмотрены три сопловых системы. Как при этом показано на фиг.4, каждая из трех сопловых систем имеет канал 12 сопла, имеющий участок большего диаметра, проходящий с наружной стороны конструктивного элемента 10 внутрь последнего, а также примыкающий к нему участок 14 меньшего диаметра. Участок 14 меньшего диаметра в изображенном примере выполнения имеет диаметр 0,8 мм. В выходной области канала 12 сопла конструктивный элемент 10 снабжен соответствующей отражающей поверхностью 16, проходящей под углом 130° к поверхности канала 12 сопла и выполненной в цельном металлическом блоке 10. Отражающая поверхность 16 является плоской, и она вдоль изогнутого краевого участка местами ограничена острой кромкой 18. Расстояние между точкой пересечения с осью канала 12 сопла и кромкой 18 составляет несколько миллиметров.

Как, в частности, показано на фиг.1 и 2, в конструктивном элементе 10 в общей сложности имеется три одинаково сконструированных сопловых системы, причем соответствующие отражающие поверхности сопловых систем установлены таким образом, что перпендикуляры к отражающим поверхностям направлены в пространстве под разными углами. При этом между выходными осями первой и третьей сопловых систем образуется угловой диапазон α порядка 40°. На фиг.3 показано, что каналы 12 сопел соединены друг с другом общим отверстием 20 для питания, а каждый канал 12 сопла на наружной поверхности конструктивного элемента 10 закрыт заглушкой 22, так что вода, подаваемая по отверстию 20 для питания, может вытекать из канала сопла исключительно через отверстие 14 меньшего диаметра.

Позицией 24 на фиг.1 и 3 обозначен штекерный разъем, известным образом зафиксированный в конструктивном элементе 10 с помощью зажимного хомутика 26. Позицией 28 обозначено фильтровальное устройство, фильтрующее втекающий поток жидкости. Позициями 29 и 30 обозначены крепежные винты.

В известном способе согласно изобретению под «водой» понимается та жидкость, которая при подземной разработке обычно используется в качестве рабочей жидкости гидравлической системы, причем в этом случае, само собой разумеется, речь должна идти не о чистой воде, а о воде с соответствующими добавками или присадками.

Согласно изобретению такая гидравлическая жидкость без добавления воздуха через штекерный разъем 14 и подводящий канал 20 пропускается по каналам 12 сопел, а затем подается на отражающие поверхности для обеспечения образования тумана, изображенного на фигурах. При этом жидкость подается под давлением минимум 200 бар, предпочтительно, 300 бар и более. При подаче такой большой энергии туман образуется с весьма незначительным размером капелек порядка 1-100 мкм, причем может быть использовано однокомпонентное сопло, и нет никакой необходимости в подаче воздуха.

При диаметре около 0,8 мм осуществляется выпуск воды порядка 7-10 л/мин. Чтобы при этом регулировать необходимое количество воды, могут быть использованы группы сопел с различными объемными расходами. Для образования тумана в изначально сухом воздухе используется группа сопел с большим объемным расходом. Затем для поддержания образованного тумана может быть привлечена группа сопел или сопло с меньшим расходом.

Сопловые системы согласно изобретению могут регулироваться с помощью насоса высокого давления порядка 300 бар и мощностью около 100 л/мин, причем регулирующие клапаны, управляющие подачей давления в сопла, могут также сами работать с оросительной водой.

Изобретение относится к способу образования тумана при подземной разработке. Техническим результатом является создание высокоэффективного водяного тумана. Способ образования тумана при подземной разработке, при котором воду без добавления воздуха под давлением минимум 200 бар пропускают по меньшей мере через одно сопло, а затем подают на плоскую отражающую поверхность для распыления в виде капелек тумана. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ образования тумана при подземной разработке, при котором воду без добавления воздуха под давлением минимум 200 бар пропускают по меньшей мере через одно сопло, а затем подают на плоскую отражающую поверхность для распыления в виде капелек тумана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отражающую поверхность выполняют под углом, в частности под тупым углом к оси сопла.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду пропускают через отверстие диаметром менее 1 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду пропускают через сопло под давлением минимум 300 бар.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что для образования тумана в сухом воздухе воду пропускают по меньшей мере через одно сопло с одним объемным расходом, а для поддержания тумана воду пропускают по крайней мере через одно сопло с другим объемным расходом, причем первый объемный расход больше, чем второй объемный расход.

6. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что оно содержит цельный конструктивный элемент (10), в котором предусмотрен по меньшей мере один канал (12) сопла и на котором предусмотрена по меньшей мере одна относящаяся к нему плоская отражающая поверхность (16), проходящая под углом к каналу сопла.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что отражающая поверхность (16) по меньшей мере на отдельных участках ограничена острой кромкой.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что отражающая поверхность (16) заканчивается на удалении нескольких миллиметров от точки пересечения с осью канала (12) сопла.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что конструктивный элемент является металлическим телом (10), в котором выполнены несколько каналов (12) сопел с соответствующими плоскими отражающими поверхностями, причем перпендикуляры к отражающим поверхностям направлены в пространстве под разными углами.