Шахтний парогенератор

Шахтний парогенератор, що містить гідродинамічний теплогенератор з вхідним і вихідним каналами, привід гідродинамічного теплогенератора, пристрій відведення пари, який відрізняється тим, що додатково містить двофазний рідинний акумулятор тепла з рідинною і паровою зонами, при цьому вхідний і вихідний канали теплогенератора з'єднані з рідинною зоною акумулятора тепла, а пристрій відведення пари з'єднаний з паровою зоною акумулятора тепла. Корисна модель відноситься до гірничодобувної промисловості, зокрема до охорони праці, і може бути використана для пилопридушення в гірничих виробках шляхом зволоження, коагуляції і наступного осадження пилу. Аналіз причин і наслідків аварій у гірничодобувній промисловості показує, що найбільш складні і небезпечні з них викликані вибухами з участю вугільного пилу. Присутність вугільного пилу при вибуху сприяє збільшенню сили вибуху й утворенню токсичних газів високої концентрації. Тому пилопридушення є важливішою задачею при проведенні будь-яких видів гірничих робіт. Відомі мокрі способи пилопридушення. Найбільш широко застосовується зрошення і туманоутворення в запиленому просторі. Для реалізації зазначених способів застосовується на практиці безліч пристроїв - зрошувачі, туманоутворювачі. Прикладами зрошувачів є кільцевий зрошувач ОКВ-7 і пилопридушувач гідрореактивний ПГР-30, виробник ВАТ «Кемеровський експериментальний завод засобів безпеки», http://www.kezsb.ru/dust.htm. Кільцевий зрошувач ОКВ-7 призначений для пилопридушення в очисних і підготовчих виробках, при комбайновому і буровибуховому способах виїмки вугілля і при проведенні підготовчих виробок. Він включає кільцевий колектор з форсунками і штуцер підведення води. Пил змочується й осаджується, проходячи через водяну завісу з дрібних крапель, а також за рахунок ежекції запиленого повітря факелом форсунок. Пилопридушувач гідрореактивний ПГР-30 яв ляє собою осьовий вентилятор з гідрореактивним приводом, робоча рідина якого (вода) на виході формується у виді зрошувального факела. Пилопридушувач застосовується для зрошення джерел пилоутворення й обезпилення повітря в шахтах в різних технологічних процесах здобичі корисних копалин. Прикладом туманоутворювача є туманоутворювач ФСТ-90, виробник ВАТ «Кемеровський експериментальний завод засобів безпеки», http://www.kezsb.ru/clust.htm. Туманоутворювач ФСТ-90 призначений для систем пилопридушення в гірничих виробках шахт, рудників, на збагачувальних фабриках і інших виробництвах, які характеризуються інтенсивним виділенням пилу. Робота туманоутворювача заснована на високій швидкості зовнішнього зіткнення струменів, що приводить до тонкого дисперсного розпилення води в вигляді суцільного конуса. В усіх приведених вище пристроях пил уловлюється внаслідок його контакту з дробленою (розпиленою, дисперсною) водою. При цьому часточки пилу змочуються водою, злипаються (коагулюють) і швидко осідають. Зазначені пристрої мають значні розміри, що обмежує можливості їх застосування в обмеженому просторі гірничих виробок, вимагають великої витрати води на одиницю об'єму пилоповітряної суміші. При цьому неминуче відбувається зволоження самого матеріалу, який утворює пил, що в більшості випадків небажано. Крім того, деякі види пилу, у тому числі кам'яновугільний пил, погано змочуються водою, тому застосування водяного со О) 10367 зрошення або водяного туману не забезпечує довиробку. Підживлення гідромуфти водою в міру сягнення належного ефекту. В подібних випадках википай виконують через вхідний канал гідромуфдо води, яка подається для зрошення або туманоти. утворення, додаються спеціальні речовини, які Описаний пристрій, власне кажучи, відноситьсприяють змочуванню пилу. У якості таких речовин ся до гідродинамічних теплогенераторів, які правикористовують милонафт, сульфанол, сульфітноцюють на принципі загальмованої гідравлічної спиртову барду і інші складні органічні сполуки. муфти. В даний час такі теплогенератори широко застосовуються в автономних системах теплопоЗазначені обставини по технічним і економічстачання і нагрівання рідини в технологічних сисним причинам обмежують можливості застосувантемах. Нагрівання рідини в гідродинамічному тепня пилопридушення в гірничих виробках - засобалогенераторі відбувається не за рахунок прямого ми водяного зрошення і туманоутворення. перетворення електричної енергії в теплову, а Як один із засобів пилопридушення застосошляхом перетворення енергії рідини, що рухаєтьвують водяний пар. На відміну від водорозпилу ся, у теплову енергію в умовах стійкої гідродинаміводяний пар добре змочує пил, набагато менше чної кавітації. Як правило, гідродинамічний тепловоложить сам матеріал, що утворює пил. Насичегенератор містить порожній корпус із вхідним ний водяний пар подають у простір гірничої виробканалом для підведення рідини, що нагрівається, і ки, де він вільно розширюється. Відбувається знивихідним нагнітальним каналом для відводу нагріження температури, конденсація насиченого пару тої рідини. Усередині корпуса, як правило, соосно води в пилогазовому середовищі. В результаті встановлені обертовий ротор і нерухомий статор. конденсації водяного пару краплі води, що утвоРотор закріплений на приводному валові, що з'єдряться при цьому, змочують частки пилу, що принаний із двигуном. Статор нерухомо встановлений водить до збільшення ваги цих часток. При випаду корпусі або є нерухомою частиною корпуса. Роковому зіткненні змочених часток пилу тор являє собою відцентрове колесо, у більшості відбувається їх злипання, тобто реалізується провипадків виконане з радіальними лопатками з боку цес коагуляції і гравітаційного осадження пилу. статора. Статор виконаний з відповідними радіТривалість перебування пилу в повітрі при реаліальними лопатками з боку ротора. Між лопатками зації даного способу мінімальна. Водяний пар ротора і статора є зазор. проникає в самі важкодоступні місця гірничих виробок. Основною проблемою застосування водяСама рідина є одночасно і робочим тілом і ноної пару з метою пилопридушення в гірничих висієм теплової енергії. Зона кавітації знаходиться робках являється розробка парогенераторів, які усередині потоку, що не допускає руйнування роповинні бути малогабаритними, вибухобезпечними бочих органів і не створює шумового ефекту. і економічними. Ясно, що звичайні парогенератоПрикладами таких теплогенераторів є гідрори, засновані на спалюванні органічного палива, в динамічні теплогенератори (гідротермери) типу гірничих виробках застосовуватися не можуть за УГД, які виробляються Товариством з обмеженою умовами вибухонебезпечності. Найбільш перспеквідповідальністю «ГІДРОТРАНСМАШ», Україна, тивними є пристрої, в яких реалізоване гідродинаhttp://home.skif.net/~gtm/UGD.html. мічне нагрівання води. Зазначені гідродинамічні теплогенератори мають незначні габарити, високий ККД, великий Як прототип вибрано шахтний парогенератор ресурс і надійність конструкції. Не вимагають хіміпо патенту Російської Федерації №2039294, МКВ 6 чної підготовки води. Можуть застосовуватись для E21F5/00, F22B1/00, пріоритет від 1992.08.20. нагрівання будь-яких рідин до кількох сотень граВідповідно до опису корисної моделі шахтний дусів Цельсія (при надлишковому тиску) і для одепарогенератор складається з загальмованої гідржання технологічного пару. ромуфти, електродвигуна, зв'язаного з приводним валом гідромуфти. Електродвигун і гідромуфта З урахуванням вище викладеного, загальними встановлені в єдиному корпусі, що закріплений на ознаками рішення, що заявляється, і прототипу рамі. Гідромуфта має вхідний канал для подачі можна вважати: шахтний парогенератор, що води і вихідний канал, з'єднаний із пристроєм відвключає гідродинамічний теплогенератор з вхідводу пару, що виконаний у вигляді клапана. Сама ним і вихідним каналами, привід гідродинамічного гідромуфта містить корпус, в порожнині якого теплогенератора, пристрій відводу пару. встановлені рухомий (обертовий) і нерухомий дисКонструкція шахтного парогенератора, вибраки. Рухомий диск закріплений на приводному валу ного за прототип, не забезпечує високих значень гідромуфти. ККД, характерних для теплогенераторів даного типу. Пояснюється це наступним. Як випливає з Шахтний парогенератор працює таким чином. опису прототипу «за рахунок тертя між рухомим Обертання ротора електродвигуна передається диском і робочою рідиною остання нагрівається, рухомому диску, який захоплює наявну в гідромукипить і перетворюється в пар, в результаті чого фті робочу рідину (воду), створюючи безперервтиск в гідромуфті (гідродинамічному теплогенераний вихровий рух рідини. За рахунок взаємодії торі) зростає. При досягненні рівня тиску, на який рухомого диска з робочою рідиною остання нагрірозрахований клапан випуску пару, останній відвається, кипить і перетворюється в пар, в резулькривається, випускаючи пар в гірничу виробку». таті чого тиск в гідромуфті зростає. Процес нагріТобто пароутворення відбувається безпосередньо вання прискорюється за рахунок наявності в гідромуфті (гідродинамічному теплогенераторі), з нерухомого диска, що встановлений із зазором якої пар надходить у гірничу виробку. Однак відовідносно рухомого диска. При досягненні рівня мо, що гідродинамічні теплогенератори розглянутиску, на який розрахований клапан випуску пару, того типу працюють ефективно (забезпечують виостанній відкривається, випускаючи пар в гірничу сокий ККД) тільки при дотриманні оптимального гідродинамічного режиму роботи. Цей режим виключає наявність газової (парової) зони в гідродинамічному теплогенераторі. При утворенні такої зони теплогенератор переходить у нестійкий режим роботи, ККД теплогенератора різко знижується. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення шахтного парогенератора, в якому за рахунок конструктивних особливостей виконання забезпечується стійкий режим роботи теплогенератора, чим забезпечується підвищення ККД шахтного парогенератора. Поставлена задача вирішується тим, що шахтний парогенератор, який включає гідродинамічний теплогенератор з вхідним і вихідним каналами, привід гідродинамічного теплогенератора, пристрій відводу пару, відповідно до корисної моделі, додатково містить двохфазний рідинний акумулятор тепла з рідинною і паровою зонами, при цьому вхідний і вихідний канали теплогенератора з'єднані з рідинною зоною акумулятора тепла, а пристрій відводу пару з'єднаний з паровою зоною акумулятора тепла. Зазначені ознаки являється істотними ознаками корисної моделі, що заявляється. Причинно-наслідковий зв'язок істотних ознак корисної моделі з технічним результатом, що досягається, (забезпечення стійкого режиму роботи теплогенератора) випливає з наступного. Виконання шахтного парогенератора в вигляді гідродинамічного теплогенератора з вхідним і вихідним каналами, приводу гідродинамічного теплогенератора, двохфазного рідинного акумулятора тепла з рідинною і паровою зонами, у якому вхідний і вихідний канали теплогенератора з'єднані з рідинною зоною акумулятора тепла, а пристрій відводу пару з'єднаний з паровою зоною акумулятора тепла, забезпечує стійкий режим роботи гідродинамічного теплогенератора, а отже і високий ККД (до 95%). В такій конструкції рідина, що нагрівається, (вода) постійно циркулює по замкнутому контуру «рідинна зона двохфазного акумулятора тепла - вхідний канал теплогенератора - теплогенератор - вихідний канал теплогенератора - рідинна зона двохфазного акумулятора тепла», що виключає можливість утворення парової (газової) зони в теплогенераторі і забезпечує стійкий гідродинамічний режим його роботи. При цьому пар приділяється в простір гірничої виробки з парової зони двохфазного акумулятора тепла не впливаючи на режим роботи теплогенератора. Нижче приводиться докладний опис шахтного парогенератора, що заявляється, з посиланнями на креслення, на яких приведені: Фіг.1 - схематичне зображення шахтного парогенератора. Фіг.2 - схематичне зображення гідродинамічного теплогенератора. Шахтний парогенератор включає гідродинамічний теплогенератор 1 з вхідним 2 і вихідним З каналами, привід гідродинамічного теплогенератора ї, виконаний у вигляді електродвигуна 4, пристрій відводу пару 5, двохфазний рідинний акумулятор тепла 6 з рідинною 7 і паровою зонами 8. 10367 Вхідний канал 2 і вихідний канал 3 теплогенератора 1 з'єднані з рідинною зоною 7 двохфазного акумулятора тепла 6. Пристрій відводу пару 5 з'єднаний з паровою зоною 8 двохфазного акумулятора тепла 6. Двохфазний акумулятор тепла б має штуцер 9 для підживлення системи водою. Електродвигун 4 з'єднаний з приводним валом 10 теплогенератора 1 через муфту 11. Електродвигун 4, гідравлічний теплогенератор 1, двохфазний рідинний акумулятор тепла 6 закріплені на єдиній основі 12. Гідродинамічний теплогенератор 1 включає корпус 13, приводний вал 10, ротор 14, що закріплений на приводному валу 10 і встановлений в корпусі 13 з можливістю обертання. Ротор виконаний у вигляді колеса з радіальними лопатами 15. Нерухома частина 16 корпуса 13 з радіальними лопатами 17 утворюють статор гідродинамічного генератора. Між лопатами 15 ротора 14 і лопатами 17 статора є зазор 18. Вхідний канал 2 служить для підведення води, що нагрівається. Вихідний канал 3 служить для відводу нагрітої води. Шахтний парогенератор працює таким чином. Електродвигун 4 через муфту 11 обертає приводний вал 10 теплогенератора 1. Разом з валом 10 обертається закріплений на ньому ротор 14. Теплогенератор 1, реалізуючи насосну функцію, перекачує воду по замкнутому контуру «рідинна зона 7 двохфазного акумулятора тепла 6 - вхідний канал 2 теплогенератора 1 - теплогенератор 1 - вихідний канал 3 теплогенератора 1 - рідинна зона 7 двохфазного акумулятора тепла 6». Вода нагрівається. Нагрівання води в гідродинамічному теплогенераторе відбувається за рахунок перетворення енергії рідини, що рухається, в теплову енергію в умовах стійкої гідродинамічної кавітації. Зона кавітації знаходиться всередині потоку і не викликає руйнування робочих органів теплогенератора і не створює шумового ефекту. Сама вода є одночасно і робочим тілом і носієм теплової енергії. Частина нагрітої води в двохфазному акумуляторі тепла 6 перетворюється в пар, який при підвищеному тиску збирається в паровій зоні 8 двохфазного акумулятора тепла 6. З парової зони 8 пар подається в простір гірничої виробки через пристрій відводу пару 5. Істотним фактором є те, що запропонована конструкція дозволяє регулювати подачу пару в простір гірничої виробки в широких межах, не порушуючи оптимальний гідродинамічний режим роботи теплогенератора при високих значеннях ККД. Пар змішується з повітрям і рухається разом з ним уздовж виробки, проникає в самі важкодоступні місця гірничої виробки, наприклад у закріпний простір, де знаходяться значні відкладення вугільного пилу у вибухонебезпечному стані. При охолодженні, пар перетворюється в конденсат, зволожує, коагулює й осаджує вугільний пил, переводячи його в вибухобезпечний стан. В міру витрати води виконують підживлення системи через штуцер 9. При використанні описаного шахтного парогенератора досягається висока ефективність пилопридушення, економічність і безпека роботи. 10367 17 15 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка М. Мацело Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ-42, 01601