Способ защиты от обмерзания канала рудничной вентиляторной установки Советский патент 1986 года по МПК E21F3/00 

Изобретение относится к горной промьшшенности и может быть использовано для предупреждения обмерзания вентиляторных установок системы главного проветривания шахт и рудни ков, наблюдающегося в холодный период при всасывающем проветривании шахт и рудников зоны вечной мерзлот

Одним из факторов, затрудняющих нормальное проветривание рудников и шахт, является обмерзание вентиляционного канала, диффузора и частей самого вентилятора вследствие кристаллизации на их поверхностях радиационного инея, кристаллической изморози и других отложений влаги в твердой фазе. Накопление этих отложений на элементах и в воздуховодах вентиляторной установки резко повышает ее внутреннее аэродинами- ческое сопротивление, чем вызывает рост расхода электроэнергии на проветривание, нарушается его режим вплоть до аварий на установках.

Цепь изобретения - повышение эф- фективности и экономичности защиты от обмерзания каналов и элементов всасьшающей вентиляторной устсанов- ки главного проветривания, работающей в условиях отрицательной темпе- ратуры воздуха и горного массива.

Предлагаемый способ защиты от обмерзания канала вентиляторной установки в условиях отрицательной тепературы наружного и рудничного воздуха реализуется следующим образом. Часть (5-10%) выбрасываемого вентилятором главного проветривания в атмосферу вентиляционного потока под действием депрессии вентилятора через специальный электрокалорифер направляют в вентиляционный канал перед вентилятором попутно основной струе, причем выпуск этой подогреваемой рециркулирующей части вентиляционного потока производят по периметру канала через щелевые отверстия, оборудованные козырьками формирующими плоскую струю, настилающуюся на стенки канала. (

Размещение щелевых выпусков и конфигурация направляюпщх козырьков обеспечивают повьш1ение дальнобойности настилающейся струи и создание за счет этого у подверженных обмер- занию поверхностей канала и вентилятора устойчивого пограничного сло подогретого ненасыщенного влажного

5

10 15 20

25 зо

5

35

40

5

0

воздуха, чем обуславливается повышение температуры стенок и отсутствие не только сублимационного инея, но и жидкого конденсата.

Энергетические затраты на рсу ществление способа минимизируются двумя путями: ограничением объема рециркуляции количеством воздуха, достаточным для формирования настилающейся на. стенки канала защитной струи, для чего, как показывают результаты расчетов, достаточно 5- 10% общего количества воздуха, и ограничением расхода электроэнергии на подогрев рециркулирующего воздуха путем введения обратной связи между степенью увлажнения или оледенения защищаемых поверхностей и потребляемой мощностью электрокалорифера, для чего предусматривается автоматическое регулирование температуры подогрева воздуха по сигналу датчика увлажнения или оледенения стенок канала. Так, при температуре наружного воздуха -26°С и температуре исходящей струи отсутствие обледенения защищаемой поверхности обеспечивается при температуре подогрева воздуха,

внешних условий возможно образова - ние конденсата или сублимационного льда, вследствие чего изменится уровень сигнал датчика, в соответствии с которым будет изменена потребляемая электрокалорифером мощность и, следовательно, температура подогрева (при снижении наружной температуры до температура подогрева составит +8,5°С). Для достижения поставленной цели с минимальными энергетическими затратами предусматривается новая организация структуры воздушного потока, использующая эффект настилания плоской струи подогретого ре1и1ркуляционного воздуха на защищаемые поверхности. При этом, несмотря на высокую степень турбулиза- ции основного потока и неизометрич- ность настилающейся струи, ее дальнобойность составляет 50+70 значе- .НИИ определяющего размера (ширины) щелевых воздуховыпускных отверстии.

В случае размещения щелевых выпусков по периметру вентиляционного канала и устройства щитков, направляющих плоскую струю параллельно и

рециркуляционного равной +7 С. При изменении

3

попутно основному потоку, как это И предусмотрено в предлагаемом способе, указанная особенность позволяет ограничить объем рециркуляции до 5-10% от производительности шахтного вентилятора главного проветривания, снизив таким образом непроизводительные затраты электроэнергии в его приводе от 40-60% (при обмерзании или в случаях применения известных мер защиты) до 4-8%, Учитьшая, что установочная мощность шахтных вентиляторов главного проветривания, используемых на шахтах и рудниках зоны вечной мерзлоты, составляет в среднем 160 кВт, экономия мощности в .приводе вентилятора в случае реализации изобретения достигнет 70 кВт/ч.

Однако наличие защищающего слоя рециркуляционного воздуха еще не гарантирует отсутствия обмерзания, поскольку состояние воздуха, претерпевшего незначительное .политропическое измерение при прохохздении через в ентнлятор, в этом случае близко к начальному состоянию насыщенного влагой основного потока. В условиях отрицательной температуры интенсивное турбулентное перемешивание струй и молекулярная диффузия доволно быстро приведут к полному насыщению влагой не только присоединенных масс, но и ядра настилающегося потока.

Для предотвращения этого явления предусмотрен подогрев рециркуляционного воздуха в электрокалори- фере небольшой мощности до температуры, при которой обмерзания не произойдет. Поскольку в рециркуляционном потоке полностью используется теплота исходящей струи и теплота, получаемая воздухом при сжатии его в вентиляторе, мощность калорифера 4ожет быть ограничена величиной Q 5 + 10 кВт.

Производительность (массовая) шахтного вентилятора с учетом 10% рециркуляции (G 1,5 кг/с) составляет ZG 16,5 кг/с, температура исходящей из рудника вентиляционной струи при ее полном насыщении влагой (Ср, 100% t -5 С, а влаго- содержание при соответствующем депрессии вентилятора давлении Р +98385 Па равно d 2,67 г/кг. Поскольку подогрев воздуха как в

198224

вентиляторе ( на 2 С), так и в калорифере происходит без изменения влагосодержания, практически вся тепловая энергия расходуется на 5 повышение энтальпии сухой части воздуха .

Конечная температура подогрева рециркуляционного воздуха при вклю- 10 ченном калорифере составит

+ at

ввнг

+ &t

и

ut,

QK

Gp-Cp

6,6 С.

где Ср 1,005 кДж/ изобарная

теплоемкость сухого воздуха .

Таким образом, tj +3,6 С.

Относительная влажность подогретого рециркуляционного воздуха с такой температурой и начальным вла- госодержанием при давлении у щелевого выпуска PJ 101325 Па составляет tfj 55%, а дефицит влаги в нем нас - d,) достигает 2,24 г/кг.

Из этого следует, что насыщение . защищаемого пограничного слоя влагой может произойти только на значительном расстоянии от. щелевого выпуска, превышающем дальнобойность струи (,5 м при ширине щели 0,05 м). Кроме того, полное использование мощности калорифера потребуется лишь в наиболее холодной части морозного периода. В остальной части этого климатического периода защита от обмерзания может быть достигнута с частичным использованием мощности калорифера. Поэтому для достижения максимальной энергетической эффективности в предлагаемом способе предусмотрено изменение температуры подогрева рециркуляционного потока пропорционально степени увлажнения илк оледенения защищаемой поверхности. Практически такое изменение может быть осуществлено либо автоматическим выключением части нагревательных элементов калорифера, либо периодическим его полным выключением. В обоих случаях осуществление регулирования несложно, может быть выполнено с помощью простейших преобразователей и стандартной пуско- регулирующей аппаратуры и не требуется участие человека.