Устройство для образования майны в акватории забоя Советский патент 1986 года по МПК E02F3/88 

Изобретение относится к строитель ству, в частности в зимнее время, предназначено для поддержания части акватории в незамерзающем состоянии т.е. для образования майны, и является усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 1139805. Целью изобретения является повьш ние эффективности использования май нообразователя путем засасывания в jкомпрессор теплого воздуха и повьше ния интенсивности подогрева воздуха в подогревателе. На фиг. 1 изображено устройство, вид сбоку; на фиг, 2 - подогреватель воздуха, вид сбоку; на фиг. 3 - то же, вид сверху; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 2, с теплообменной трубой овоидального сечения; на фиг. 5 то же, с теплообменной трубой кругло го сечения. На фиг. 1-5 приняты обозначения: } - дно акватории; 2 - воздуховыпуск ной элемент в виде патрубка с опорами 3, водосборными Трубами 4 и эрлифтной камерой 5; 6 - бугор растекания воды; 7 - ледяной покров; 8 зона циркуляции воды; 9 - понтоны; 10 - воздухозаборный оголовок всасывающего трубопровода 1I компрессора 12; )3 - напорный трубопровод компрессора 12; 14 - подогреватель воздуха; 15 - воздухоподающая труба напорного трубопровода компрессора; 16 - панель подогревателя воздуха 14; 17 - теплообменная труба; 18 гидрофобное покрытие; 19 - патрубок с запорным приспособлением .20; 21 окна в водосборных трубах; 22 - шарнирное соединение; 23 - опора трубопровода 11 на ледяном покрове 7; 24 - опоры подогревателя воздуха; .25 - основание компрессора; 26 соединения трубопроводов. Устройство работает следующим образом. Устройство в виде блоков доставляют на объект, к месту установки. Простейшее деление устройства возмож но на такие блоки: воздуховыпускной патрубок 2 с опорами 3, водосборными трубами 4 и эрлифтной камерой 5, пон тоны 9, компрессор 12, подогреватель воздуха с опорами 24, комплект трубо проводов 11, 13, 15 и оголовок 10. Устанавливают на дно 1 акватории воз духовыпускной патрубок 2. Опоры 3 вдавливаются в грунт 1 под действием 35J веса блока, водосборные трубы 4 располагаются параллельно дну 1. Устанавливают на дно 1 наклонно подогреватель воздуха 14, присоединяют трубы 15 и 13 с помощью соединений 26. Соединения 26 могут быть фланцевыми, как показано на фиг. 1, или любого другого типа. Устанавливают компрессор 12 на берегу или на ледяном покрове 7 (фиг.1). Компрессор может быть принят передвижной или стационарный (,фиг. 1) . Опускают на воду понтоны 9над патрубком 2. Устанавливают на понтонах 9 оголовок 10 так, чтобы его входные кромки были размещены у поверхности воды. Соединяют оголовок 10и компрессор 12 всасывающим трубопроводом 1 Г. Присоединяют к компрессору 12 напорный трубопровод 13. Устройство готово к работе. Включают в работу компрессор 12. Атмосферный воздух через зазор ВС между кромками В воздухозаборного оголовка 10 и поверхностью воды С поступает в оголовок 10, а из него во всасывающую трубу 11. Из трубы 11 воздух поступает в компрессор 12 и уже в виде сжатого воздуха компрессором 12 подается в напорный трубопровод 13. Из трубопровода 13 воздух поступает в подогреватель 14, где подогревается. Подогретый воздух по воздухоподающей трубе 15 транспортируется к эрлифтной камере 5 и поступает в нее. Из камеры 5 воздух поступает в воздуховыпускной патрубок 2. Пузырьки воздуха, имеющие плотность намного меньшую плотности воды, вытесняются водой вверх. Они поднимаются, захватывая с собой частицы воды. В патрубке 2 создается ток воды снизу вверх. Убьшшая из патрубка 2 вода ,замещается водой, поступающей из придонного слоя через окна 21 по водо борным трубам 4. Теплая придонная вода, насьщ1енная пузырьками воздуха в виде факела поднимается к поверхности воды, образуя бугор растекания роды. С бугра 6 вода стекает на поверхность ДО в сторону ледяного покрова 7. Теплая- вода растапливает лед. Размеры майны увеличиваются. ТГ потоку воздушной смеси в факеле присоединяются окружающие слои воды акватории. Создаются зоны циркуляции воды 8. Нижние теплые слои воды поднимаются кверху, принося дополнительное тепло. Кромка ледяного покрова

отступает еще дальше, размеры майны увеличиваются.

Воздух, выходящий из патрубка 2, проходя через слои воды вместе с reqлой придонной водой, вытекающей из патрубка 2, нагревается. Воздух j имеющий более высокую температуру, чем атмосферный,из бугра растекания воды 6, попадает в полости воздухозаборного оголовка 10. Через бугор растекания 6 в полость оголовка 10 выходит не весь объем воздуха, подаваемый компрессором 12 в напорный трубопровод 13 и вытекающий из патрубка 2. Часть его растворяется в воде акватории и уносится циркулирующей водой в дальние места акватории Продолжающим работать компрессором теплый воздух из полости оголовка 10 с некоторой добавкой атмосферного воздуха восполняющей потери теплого воздуха, засасывается по трубопроводу 11, сжимается и направляется по трубопроводу 13 в подогреватель 14. В подогревателе температура воздуха еще повышается. Подогретьй воздух из подогревателя 14 по трубе 15 поступает в патрубок 2. Вытекая из паттрубка 2 и проходя в зоне факела, воздух еще более нагревается. Теплый воздух через бугор 6 поступает в полость оголовка IО и с добавлением некоторой порции воздуха из атмосферы засасывается в компрессор. После нескольких прохождений воздуха через подогреватель 14 и слои воды в зоне факела в воэдухозаборной системе ком|прессора 12, включающей оголовок 10 JH всасывающий трубопровод И, создается устойчивый поток теплого, по сравнению с атмосферой, воздуха. Тепло, получаемое воздухом при прохождении по системе, размещенной в водной среде и включающей часть напорного трубопровода 13, подогреватель 14, трубу 15, патрубок 2 и факел с бугром 6, не уносится в атмосферу, как в прототипе, а передается потоку воздуха, поступающему в воздухозаборную систему компрессора. Таким образом, компрессором засасывается не холодный атмосферный воздух, а теплый, близкий по температуре к температуре воды акватории.

.1

В устройство включен подогревател

14 воздуха, который состоит из установленной на опорах 24 панели 16, которая может быть изготовлена из

металла, железобетона, дерева, пластмассы и т.д., и теплообменных труб. На фиг. 3-5 изображен теплообменник, включающий панель 16 и одну теплообменную трубу 17. Но таких труб 17 может быть уложено н панели 16 две, три и более. Теплообменная труба 17 на панели 16 должна быть размещена так, чтобы сечение трубы увеличивалось по мере приближения его местоположения к панели 16. Такое требование вызвано условием беспрепятственного отделения ледяной корки, образующейся на поверхности трубы 17.

Как бы эффективно не подогревался воздух, его температура не бывает вьпие или равной температуре воды акватории. При заборе же атмосферного воздуха или части атмосферного воздуха с очень низкой температурой в холодные зимние дни температура воздуха, поступающего в теплообменник 4, может быть отрицательной. При подогреве такого воздуха на поверхности теплообменной трубы 17 и панели 16 образуется ледяная корка. Она снижает эффективность работы теплообменника, поэтому ее необходимо удалить. Чтобы ледяная корка не смерзалась с поверхностью панели 16 н теплообменной трубы 17, они покрыты гидрофобньм покрытием 18. В простейшем случае гидрофобное покрытие может быть выполнено в виде нанесенного на поверхности панели 16 и труб 17 слоя солидола или

в виде слоеного пирога из перемежающихся слоев солидола и бумаги.

t

При работе теплообменника 4, установленного в акватории рабочей поверхности трубы 17 вверх, на поверхности панели 16 и трубы 17, т.е. фактически на поверхности гидрофобного покрытия 18, образуется ледяная корка за счет замерзания частиц воды, соприкасающейся со слоем 18. С течением времени толщина ледяной корки увеличивается. При замерзании воды и превращении ее в лед выделяется тепло, так называемое тепло льдообразования. Это тепло через стенки теплообменной трубы 17 передается воздуху, т.е. не теряется.

.

Плотность льда меньше плотности

воды. По мере увеличения толщины ледяной корки наступает момент, когда подьемная сила, возникакицая за счет разности плотностей воды и льда, отрывает ледяную корку. В таком случае важно, чтобы ничто не фиксировало ле дяную корку на теплообменной трубе и не удерживало ее. Если теплообменная труба 17 выполнена круглого сече ния (фиг, 5), то выступающая над панелью 16 часть трубы не должна возвы шаться больше, чем на значение радиу са сечения. Целесообразнее использовать трубу 17 овоидального сечения с максимальным размером по ширине (фиг, 4), Таким образом, предложенная конструкция подогревателя воздуха обеспечивает самоочищение его ото льда. Оторвавшаяся от подогрева теля ледяная корка всплывает, подымается к ледяному покрову 7 и служит дополнительным утеплителем поверхности воды акватории, Практически трудно подобрать идеальный гидрофобный материал и выполнить из него гидрофобное покрытие 18, Поэтому подогреватель рекомендуется выполнить в виде нескольких сек ций, поочередно и попеременно включаемых в работу, В то время как один подогреватель находится в работе, другой отключен для освобождения от ледяной корки. Для этого каждая секция подогревателя снабжена патрубками 19 со свободными торцами, выведен ными в акваторию, и запорными при. способлениями 20, включенными в единую систему регулирования. При работе подогревателя воздуха на поверхгности гидрофобного покрытия 18 образуется ледяная корка (на фиг, 3-5 не показана), Она может долго держаться на подогревателе, толщина ее будет увеличиваться, снижая интенсив ность теплопередачи, т,а, подогрева воздуха. Обледенелую секцию подогревателя отключают, перекрывая запорные приспособления на обоих концах теплообменника, на трубах J3 и 15, примыкающих к теплообменнику 14, Открывают запорные приспособления на трубах, примыкающих ко второй секции, освобожденной от ледяной кор жи. Эта секция включается в работу. На патрубках 19 обледенелой секции (патрубки 9 можно изготовить из нетеплопроводного материала) открывают запорные приспособпення 20. Воздух, содержащийся в полости теплообменной трубы 17, выходит через левый патрубок 20, полость трубы 17 запол няется водой через правый патрубок 20 (фиг. 3), поскольку левьй патрубок расположен выше правого (фиг. 2). Стенки теплообменной трубы 17 имеют температуру ниже, чем окружающая вода. Вода в полости трубы 17 охлаждается, ее плотность увеличивается. Она вытекает через правый 1 нижний) патрубок 20 в акваторию. На ее место в полость трубы 17 через левый (верхний) патрубок 20 вливается в полость трубы 17 теплая вода из акватории. Создается ток воды сверху вниз по трубе 17. Стенки ее нагреваются. Теп-, ло от стенок трубы 17 передается панели 16 и гидрофобному покрытию 18. Ледяная корка на контакте со слоем 18 подтаивает, под действием подъемной силы, возникающей за счет разности плотностей воды и льда, отрывается от слоя 18 и всплывает к ледяному покрову 7. После очищения от ледяной корки секцию подогревателя включают в работу, закрыв запорные приспособления 20 на патрубках 19 и открыв запорные приспособления на трубах 13 и 15, примыкаюпшх к этой секции. Обледенелую правую секцию отключают и ставят на очищенные от ледяной корки. Применение изобретения позволит повысить эффективность использования майнообразователя путем засасывания ; в компрессор теплого воздуха и повышения интенсивности подогрева воздуха в подогревателе. Формула изобретения 1,Устройство для образования майны в акватории забоя по авт, св. № П39805, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности использования майнообразователя путем засасывания в компрессор теплого воздуха и повышения интенсивности подогрева воздуха в подогревателе, оно снабжено размещенным над воздуховыпускным элементом воздухозаборным оголовком, сообщенным с компрессором посредством шарнирного соединения и трубопровода. 2,Устройство по п, 1, о т л и чающееся тем, что теплообменные трубы подогревателя воздуха выполнены на панели с уменьшением сечения выступающей над панелью части трубы по мере удаления ее от местоположения поверхности панели, причем наружная поверхность теплообменных труб и смежная с трубами поверхность панелей покрыты гидрофобным материалом.

3. Устройство по п. 2, о т л и чающееся тем, что секции по- 5

догревателя воздуха снабжены патрубками со свободными торцами, выведенными в акваторию, и запорными приспособлениями, включенными в единую систему регулирования,

(рие. 3

Фик.

16:

фие. 5