Установка для проветривания карьеров Советский патент 1985 года по МПК E21F1/08 

л / / /« 7 Изобретение относится к горному делу, а именно к устройствам принудительной вентиляции карьеров в условиях температурной инверсии воздуха. Известна тепловая установка для вентиляции карьеров, содержащая систему тепловыделителей, состоящих из центробежной форсунки для распыления жидкого горючего в свободной атмосфере и теплообменника, выполненного в виде спирали. Диффузионное горение в открытых факелах горелок этой установки не требует специальных поджигающих устройств 1. Однако неустойчивость факела в сносящихся потоках воздуха, невозможность регулирования мощности тепловыделения с сохранением удовлетворительного качества горения, быстрое защлаковывание магистралей высокого давления продуктами крекингпроцесса при термофорсировании горючего ограничивают возможности применения установки в вентиляционных устройствах. Известна установка для проветривания карьеров, содержащая транспортное средство, горелку, вентилятор, поджигающее устройство, систему подачи топлива, распылитель горючего и формирователь потока 2. Однако для известной установки характерна недостаточная дальнобойность струи. Целью изобретения является повышение эффективности вентиляции карьеров за счет увеличения дальнобойности струи. Поставленная цель достигается тем, что в установке для проветривания карьеров, содержащей транспортное средство, горелку, вентилятор, поджигающее устройство, систему подачи топлива, распылитель горючего и формирователь потока, поджигающее устройство выполнено в виде последовательно расположенных камер сгорания, причем первая из них снабжена клинообразным рассекателем и лопатками, расположенными на внутренней поверхности камеры, а вторая выполнена с разгрузочными окнами и снабжена завихряющей крыльчаткой, установленной на ее внещней поверхности, при этом распылитель горючего размещен соосно с камерами и вентилятором, а формирователь потока выполнен в виде дискового рассекателя и установлен за второй камерой. На фиг. 1 приведена конструктивная схема тепловой установки для проветривания карьеров; на фиг. 2 - конструктивная схема поджигающего устройства; на фиг. 3- схема рабочего процесса тепловой установки для проветривания карьеров. Тепловая установка для проветривания карьеров состоит из транспортировочных салазок 1 с жестко зафиксированным на них вентилятором 2 (СВМ-6М), на выходном корпусе которого размещено поджигающее устройство, состоящее из распылителя 3 горючего с дисковым рассекателем 4 и камер 5 и 6 сгорания, причем последние и распылитель 3 горючего соединяются последовательно и жестко. На держателе 7 фиксируется сопловый узел горелки, состоящий из реактивной камеры 8 сгорания, полутеплового сопла 9 и отклоняюц ей пластины 10. По трубопроводу 11 подается горючее на реактивную камеру 8 сгорания, на сопловый узел горелки - по трубопроводу 12,.на камеру 5 сгорания - по трубопроводам 13 и, 14, на камеру 6 сгорания - по трубопроводу 15. Реактивная камера 8 сгорания запитывается сжатым воздухом от компрессора ДК-9 по магистрали 16, а поджигающее устройство - воздухом от вентилятора СВМ-6М 2. На камере 5 сгорания размещены четыре лопасти завихряющей крыльчатки 17 и три разгрузочных окна 18. Камера 6 сгорания содержит лопатки 19, поддон 20, клинообразный рассекатель 21 и магистраль 15 горючего. Установка работает следующим образом. Сначала приводится в действие поджигающее устройство для получения стабильного высокотемпературного факела, подводящего к сопловому узлу горелки тепловой поток больщой мощности и больших поперечных размеров. Принцип действия поджигающего устройства состоит в последовательном характере возгорания и термофорсировании горючего по мере его перемещения в струе вентилятора СВМ-6М, имеющего диаметр выходного корпуса 0,45 м и скорость потока 40-45 м/с. При этом рабочий процесс должен быть построен так, чтобы максимально полно использовалась механическая энергия струи вентилятора. Запуск поджигающего устройства происходит с зажигания первой камеры 6 сгорания. Для этого в поддон 20 наливается 50-70 г легко воспламеняющегося бензина, который поджигается. Затем включается в работу вентилятор 2, и подается по магистрали 15 дизельное горючее, расход которого 20- 30 г/с. Горящий в поддоне 20 бензин поджигает поступающие по трубопроводу 15 первые порции горючего, и начинается горение в первой камере 6 сгорания. Форс пламени диаметром в 0,1 м, равный диаметру камеры 6 сгорания, распространяется по внутренней полости второй камеры 5 сгорания, которая выполнена из трубы диаметром 0,15 м. Далее подается основной расход горючего через распылитель 3 в количестве 250--300 г/с. Впрыск дизельного горючего вовнутрь рабочего объема камеры 5 сгорания происходит равномерно по всей длине распылителя 3. Тепла, поступающего от факела камеры 6 сгорания достаточно для разложения, испарения и поджигания первых порций основного расхода горючего, поступающего по трубопроводу 14. Работа поджигающего устройства протекает в два этапа: на первом, начиная от камеры 6 вплоть до дискового рассекателя 4,

происходит термофорсирование, предварительное сгорание, а на втором, за рассекателем 4 - дожигание в свободной атмосфере (зона I) дизельного горючего. Клинообразный рассекатель 21 подогревает поступающее на него горючее и подает его за счет механической энергии струи вентилятора в рабочий объем камеры 6 сгорания. Срезающиеся С изогнутой поверхности клина капли горючего поджигаются форсом пламени от воспламенителя, горящего в поддоне 20. Лопатки 19, установленные на внутренних поверхностях камер 5 и б сгорания, закручивая, интенсифицируют турбулизацию потока, способствуют лучшему перемешиванию горючего с воздухом от вентилятора и, следовательно, повышают качество горения в камерах 5 и 6 сгорания. После прогрева корпуса камеры 6 и выгорания воспламенителя в поддоне 20 процесс горения устойчиво поддерживается обратными токами из горячих газов, циркулирующих около тыльной стороны клинообразного рассекателя 21.

Горение в камерах 5 и 6 происходит при большом избытке горючего и направлено на термофорсирование основного расхода горючего. Как и для всех внутрикамерных процессов горения, так и в данном случае, расширяющиеся горячие газы препятствуют распространению воздуха от вентилятора, и часть его расхода вытесняется обратно в набегающий поток. С целью уменьшения сопротивления внутрикамерного объема на наружной стороне камеры 5 сгорания симметрично расположены три окна 18, обеспечивающие выход продуктам сгорания из внутренней полости во внешний поток. Окна имеют профиль;- обеспечивающий разворачивание выходящих горячих газов относительно их движения во внутрикамерном объеме. Попадая во внещний поток, продукты сгорания перемешиваются с воздухом, догорают в газовой фазе и затем сносятся к лопастям 17. Визуально объем горячих газов, которые истекают из окон камеры 5 сгорания и частично из камеры 6 сгорания перед лопастями крыльчатки 17, занимает 30-40% площади сечения, приходящегося на всю струю от вентилятора СВМ-бМ. Кроме закручивания смеси продуктов сгорания с воздухом с целью турбулизации истока, лопасти крыльчатки 17 дисковым рассекателем 4 образуют зону, статическое давление в которой понижается относительно места входа в камеру 5. Действительно, область между рассекателем 4 и выходом из камеры 5 сгорания является ядром вихря, разряжение в котором обеспечивает дополнительный отсос газов из камеры 5 во внешний сносящий исток. Таким образом, разгрузочные окна 18, система из лопастей 17 и рассекателя 4 понижают внутрикамерное сопротивление камеры 5 сгорания и позволяют сжигать и. следовательно, термофорсировать относительно больщее количество

горючего и более полно использовать энергию струи вентилятора.

Дисковый рассекатель 4 участвует в формировании потоков горячих газов на обоих этапах процесса горения. Его функция на первом этапе состоит в индуцировании обратных токов в факеле, развивающемся в свободной атмосфере.

Суммарный расход горючего, при котором происходит качественное горение, 300- 0 330 г/с, мощность тепловыделения соответственно (12-14)Х10 кВт. При постоянном расходе дизельного горючего в первой камере 6 сгорания регулирование мощности тепловыделения производится изменением секундной массы горючего, подаваемой во вторую камеру 5 сгорания. Регулирование тепловыделения возможно в широком диапазоне от 100-1500 до (12-14) XI0 кВт.

Эффективная работа поджигающего устройства имеет место при следующих геометQ рических пропорциях и размерах его узлов. Длина поджигающего устройства, внутренние диаметры камер сгорания, их длина, щирина и длина лопастей завихряющей крыльчатки, диаметр дискового рассекателя и его расстояние от второй камеры сгорания 5 соотносятся с диаметром выходного отверстия вентилятора DO, как 1,8-2,0; 0,2-0,25; 0,3-0,35; 0,5-0,6; 1,0-1,1; 0,35-0,40; 0,5-0,55; 0,4-0,45 и 0,5-0,6.

Лопасти завихряющей крыльчатки относительно оси потока воздуха устанавливаются под углом 45-50°, а окна для выхода горячих газов на второй камере имеют площадь, примерно равную площади поперечного сечения второй камеры сгорания. Выход на режим поджигающего устройства создает условия для запуска основной ступени горения, представленной в установке сопловым узлом горелки, работа которого начинается с запуска реактивной камеры 6 сгорания. Затем в высокоскоростной сильно

0 перегретый поток через коллектор 22 впрыскивается основной расход горючего, подаваемого по трубопроводу 12, который термофорсируется в полутепловом сопле 9 и истекает из него в виде многофазного потока на отклоняющую пластину 10. В полутепловом

5 сопле 9 идут процессы интенсивного испарения и разложения жидкого горючего с образованием эмульсии, содержащей пары горючего, его диспергированную жидкую фазу, продукты сгорания реактивной камеры и воздух, эжектированный из атмосферы. Как только горючая смесь поступает на пластину, начинается ее взаимодействие с факелом поджигающего устройства (зона I). Топливная смесь поджигается и сгорает в факеле за отклоняющей пластиной (зона II). Процесс горения идет интенсивно, что проявляется в стабильности основного факела даже при наличии порывов ветра до 7-8 м/с, отсутствии дыма и т. д.

Максимальная мощность тепловыделения при которой в зафакельном пространстве нет дымления, достигает примерно 45Х ХЮ кВт. При этом в поджигающем устройстве сгорает 250-300 г/с солярового масла, в реактивной камере 10-14 г/с, в сопловом узле горелки 700-900 г/с. Максимальные тепловые мощности при этом в каждом из этих устройств соответственно (10-12) X 10, 400-560 и (28-36)- 10 кВт. Данная тепловая установка создает диффузионный факел открытого типа, и воздействие ее на атмосферу карьера осуществляется не только конвективной струей, но и излучением.

Независимость рабочих процессов горелочных устройств, входящих в общую компоновку, позволяет получать многообразные устойчивые режимы работы тепловой установки за счет регулирования расхода «горючего на всех ступенях. Однако наиболее удобным вариантом изменения мощности тепловыделения всей системы является регулирование расхода солярового масла, поступающего на сопловый узел горелки, т. е. основную ступень горения. Это вызвано тем, что расход горючего, приходящийся на основную ступень горения установки, примерно в 3 раза больше, чем на поджигающее устройство, т. е. вспомогательную ступень горения. Поэтому глубина устойчивого регулирования мощности тепловыделения на основной ступени намного больще, чем на вспомогательной. Горение топлива за рассекателем 4 зависит от работы поджигающего устройства. В результате регулирование тепловыделения целесообразно осуществлять за счет изменения расхода горючего на основной ступени процесса горения;

На основе предлагаемой тепловой установки возможно создание мощных теплогенераторов, пригодных для промышленной вентиляции глубоких карьеров. Так, например, применение в качестве источника воздуха винтового компрессора К-Ю, используемого на ,буровом станке 2СБШ-200, позволяет поднять мощность реактивной камеры сгорания в 2-3 раза. В свою очередь, это приводит к такому же росту мощности тепловыделения на основной ступени тепловой установки, величина которой достигает (80-100)- 10 кВт. При этом достаточно высоко качество рабочего процесса, присущее данной схеме сжигания жидкого горючего. Анализ продуктов сгорания показывает, что коэффициент полноты сгорания горючего сразу за зоной горения II равен 0,970,98%. При этом 15-20% от полного расхода горючего приходится на сажистые частицы, а 0,5-0,7% на газовь1е компоненты некоторых продуктов сгорания.

Установка, несмотря на сравнительно больщую мощность тепловыделения до (40-50) - 10 кВт, компактна, имеет небольшую массу (не более 600 кг), длина ее 3,5 м, ширина 1,2 м, высота 1,6 м.

УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ КАРЬЕРОВ, содержащая транспортное средство, горелку, вентилятор, поджигающее устройство, систему подачи топлива, распылитель горючего и формирователь потока, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности вентиляции карьеров за счет увеличения дальнобойности струи, поджигающее устройство выполнено в виде последовательно расположенных камер сгорания, причем первая из них снабжена клинообразным рассекателем и лопатками, расположенными на внутренней поверхности камеры, а вторая выполнена с разгрузочными окнами и снабжена завихряющей крыльчаткой, установленной на ее внешней поверхности, при этом распылитель горючего размещен соосно с камерами и вентилятором, а формирователь потока выполнен в виде дискового рассекателя и установлен за второй камерой.

2орю(/ее Воздух иг.2.