Способ защиты от обмерзания канала рудничной вентиляторной установки

 

С(ж)З СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (29) (И) . 2)4 Е 21 F 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3786813/22-03 (22) 03.09.84 (46) 23.03.86. Бюл. Ф 11 (71) Институт технической теплофизики АН УССР и Всесоюзный научно-исследовательский институт золота и редких металлов (72) В.П.Афанасьев, Л.Б.Зимин, П.Д.Чабан и В.П.Черняк (53) 628.2.84(088.8) (56) Левин Е.И. Предупреждение обмерзания шахтных вентиляторных установок главного проветривания. Безопасность труда в промышленности.

1979, Н 2, с. 27-28.

Мосин О.И. Предупреждение обмерзания вентиляторных установок главного проветривания. — Безопасность труда в промьппленности. 1972, У 1, с. 49-50. (54)(57) СПОСОБ ЗАШИТЫ ОТ ОБМЕРЗАНИЯ

КАНАЛА РУДНИЧНОЙ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ, включающ 2й подачу рециркуляционного воздушного потока на поверхностные подверженные обмерзанию поверхности канала и вентилятора, о т л и— ч а ю шийся тем,что, с целью повышения эффективности и экономичности защиты за счет создания у подверженных обмерзанию поверхностей погранич- ного слоя ненасыщенного влажного воздуха, подачу рециркуляционного потока осуществляют по периметру поперечного сечения канала перед вентилятором в направлении, совпадающем с направлением основного

Р9 потока воздуха, причем объем рецирку- у ляционного потока составляет 5-10Х %ФУ от производительности вентилятора, С при этом перед подачей рециркуля° ционный поток подогревают, а температуру подогрева изменяют пропорционально степени увлажнения или оледенения канала перед вентилятором.

Фв б

1219822

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

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 н других отложений влаги в твердой фазе ° Накопление этих отложений на элементах и в воздуховодах вентиляторной установки резко повышает ее внутреннее аэродинамическое сопротивление, чем вызывает рост расхода электроэнергии на проветривание, нарушается его режим вплоть до аварий на установках.

Цель изобретения — повышение эффективности и экономичности защиты от обмерзания каналов и элементов всасывающей вентиляторной установки главного проветривания, работаю щей в условиях отрицательной темпе- ратуры воздуха и горного массива.

Предлагаемый способ защиты от обмерзания канала вентиляторной установки в условиях отрицательной температуры наружного и рудничного воздуха реализуется следующим образом. Часть (5-107) 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 направлякнцих козырьков обеспечивают повышение дальнобойности настилающейся струи и создание за счет этого у подверженных обмерзанию поверхностей канала и вентилятора устойчивого пограничного слоя подогретого ненасыщенного влажного

55 щаемые поверхности. При этом, не-

t смотря на высокую степень турбулизации основного потока и неизометричность настилающейся струи, ее дальнобойность составляет 50+70 значений определяющего размера (ширины} щелевых воздуховыпускных отверстий.

В случае размещения щелевых выпусков по периметру вентиляционного канала и устройства щитков, направляющих плоскую струю параллельно и воздуха, чем обуславливается повышение температуры стенок и отсутствие не только сублимационного инея, но и жидкого конденсата.

Энергетические затраты на осуществление способа минимизируются двумя путями: ограничением объема рециркуляции количеством воздуха, ..достаточным для формирования насти10 лающейся на стенки канала защитной струи, для чего, как показывают результаты расчетов, достаточно 510Х общего количества воздуха, и ограничением расхода электроэнергии

15 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

-о наружного воздуха -26 С и температуре исходящей струи -5 С отсутствие обледенения защищаемой поверхности обеспечивается при температуре подогрева рециркуляционного о, З0 воздуха, равной +7 С. При изменении внешних условий возможно образование конденсата или сублимационного льда, вследствие чего изменится уровень сигнала датчика, в соответ35 ствии с которым будет изменена потребляемая электрокалорифером мощность и, следовательно, температура подогрева (при снижении наружной температуры до -32 С температура подогрева составит +8,5 С).

Для достижения поставленной цели с минимальными энергетическими затратами предусматривается новая органиэация структуры воздушного потока, использующая эффект настилания плоской струи подогретого рециркуляционного воздуха на защи1219822 4 вентиляторе (— на 2ОС), так и в калорифере происходит без изменения влагосодержания, практически вся тепловая энергия расходуется на повышение энтапьпии сухой части воздуха.

at +at ве нт. к

0к

G С

Р Р

6,6 С.!

5 попутно основному потоку, как это и предусмотрено в предлагаемом способе, указанная особенность позволяет ограничить объем рециркуляции до 5-10Х от производительности шахтного вентилятора главного проветривания, снизив таким образом непроизводительные затраты электроэнергии в его приводе от 40-60Х (при обмерзании или в случаях применения известных мер защиты) до

4-8Х. Учитывая, 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 прохождении через вентилятор, в этом случае близко к начальному состоянию насыщенного влагой основного потока. В условиях отрицательной температуры интенсивное турбулентное перемешивание струй и молекулярная диффузия довольно быстро приведут к полному насыщению влагой не только присоединенных масс, но и ядра настилающегося потока.

Для предотвращения этого явления предусмотрен подогрев рециркуляционного воздуха в электрокалорифере 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 может быть ограничена величиной Я = 5 + 10 кВт.

Производительность (массовая) шахтного вентилятора с учетом 10Х рециркуляции (G = 1,5 кг/с) составляет 2:6 = 16,5 кг/с, температура исходящей из рудника вентиляционной струи при ее полном насыщении влагой (ф, = 100Х. tf = -5 С, а влагосодержание при соответствующем ,депрессии вентилятора давлении P

f .

+98385 Па равно и = 2,67 г/кг.

Поскольку подогрев воздуха как в

Конечная температура подогрева рециркуляционного воздуха при вклю10 ченном калорифере составит где Cp = 1,005 кДж/ — изобарная теплоемкость сухого воздуха.

2п Таким образом, и = +3,6 С.

Относительная влажность подогретого рециркуляционного воздуха с такой температурой и начальным влагосодержанием при давлении у щелевого

25 выпуска Р = 101325 Па составляет

= 55X, а дефицит влаги в нем

ffof; (d — df) 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 (3,5 м при ширине щели

0,05 м). Кроме того, полное использование мощности калорифера потребу35 ется 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 по45 догрева рециркуляционного потока пропорционально степени увлажнения илн 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

55 выполнено с помощью простейших преобразователей и стандартной пускорегулирующей аппаратуры и не требуется участие человека.