Спосіб охолодження повітря в лаві глибоких шахт та система для охолодження повітря

Изобретение относится к способу и устройствам охлаждения воздуха в лаве глубоких шахт и может быть использовано для кондиционирования воздуха в шахтах с расположением лавы на глубине 1000м и более. Известен способ охлаждения воздуха в лаве глубоких шахт, который принят в качестве прототипа, включающий вентилирование лавы приточным воздухом и местное охлаждение этого воздуха на входе в лаву с отводом тепла из лавы вытяжным вентиляционным потоком путем распыла в этом потоке воздуха воды, охлаждающей конденсатор холодильной установки [1]. Известна также, согласно этому источнику, система для охлаждения воздуха в лаве глубоких шахт, включающая вентилятор, установленный на входе из вытяжного ствола для вентилирования лавы шахты через приточную и вытяжную выработки, и холодильную установку для местного охлаждения воздуха на входе в лаву шахты, конденсатор которой охлаждается водой, распыливаемой форсунками в потоке отработанного воздуха для отвода тепла из лавы. Недостатками известных способа и системы является снижение эффективности охлаждения воздуха в лаве с увеличением глубины шахты, т.к. при увеличении глубины шахты увеличивается температура вентиляционного воздуха и соответственно воды, охлаждаемой в потоке этого воздуха. Это приводит к повышению температуры конденсации хладагента в конденсаторе холодильной установки, что снижает холодопроизводительность известной системы. Кроме этого, известные способ и система характеризуются громоздкостью системы канализации горячей воды от конденсатора холодильной установки к распылителям в потоке отработанного вентиляционного воздуха, что сопровождается загромождением горных выработок трубопроводами. Задача, на решение которой направлено данное техническое решение, заключается в сохранении холодопроизводительности системы при увеличении глубины шахты, а также снижении металлоемкости и габаритов системы. Сохранение холодопроизводительности системы по предлагаемому способу обеспечивается тем, что с увеличением глубины шахты увеличивается степень расширения воздуха в турбодетандере воздушной турбохолодильной машины (ВТХМ) которая определяет холодопроизводительность такой установки, в которой рабочим телом является воздух, циркулирующий через лаву. Это позволяет компенсировать увеличение температуры вентиляционного воздуха на входе в лаву глубокой шахты. При этом, металлоемкость и габариты предлагаемой системы на порядок меньше известной, т.к. ВТХМ, работающая по открытому циклу с размещением турбодетандера и турбокомпрессора соответственно на входе и выходе из лавы, снабженной шлюзом, не требует применения громоздкой системы трубопроводов охлаждающей воды и промежуточных теплообменников для ее охлаждения, а также теплообменных аппаратов, таких как испаритель и конденсатор холодильной установки. Причем ВТХМ может быть изготовлена на базе отработавших летный ресурс авиационных двигателей. Задача достигается тем, что в способе охлаждения воздуха в лаве глубоких шахт, заключающемся в вентилировании лавы приточным воздухом и местном охлаждении этого воздуха на входе в лаву с отводом тепла из лавы вытяжным вентиляционным потоком, лаву герметизируют со стороны приточного и вытяжного потоков воздуха, например с помощью перегородки и шлюза, при этом отсасывают из лавы вытяжной поток отработанного воздуха, например турбокомпрессором, поддерживая в ней давление 75 ... 85кПа, и расширяют поток воздуха в лаву, например в турбодетандере. При этом система для охлаждения воздуха в лаве глубоких шахт, включающая вентилятор, установленный на выходе из вытяжного ствола вентилирования лавы шахты через приточную и вытяжную выработки, и холодильную установку для местного охлаждения воздуха на входе в лаву шахты, в качестве холодильной установки содержит турбодетандер и турбокомпрессор, размещенные соответственно на входе и выходе потока воздуха из лавы, герметизированной от общего объема шахты, например перегородкой и шлюзом. На фиг.1 представлен цикл в координатах температура-энтропия, реализуемый ВТХМ при местном охлаждении воздуха в лаве глубоких шахт. На фиг.2 представлена схема предлагаемой системы охлаждения воздуха с установкой турбодетандера и турбокомпрессора, снабженных генератором и двигателем постоянного тока соответственно, раздельно. Приложение: Расчет цикла ВТХМ. Согласно фиг.2, система для охлаждения воздуха в лаве глубоких шахт содержит вентилятор 1, установленный на выходе из вытяжного ствола 2, турбокомпрессор 3, снабженный шумоглушителями 4 и 5 на всасе и выхлопе соответственно, установлен внутри шлюза 6, расположенного в вытяжной выработке 7. Турбокомпрессор 3 выполнен двухвальным, при этом одна из ступеней, например низкого давления, снабжена самостоятельным приводом 8, а другая имеет в качестве привода двигатель постоянного тока 9, питаемый, от генератора постоянного тока 10, приводом которого служит турбодетандер 11. Турбодетандер 11 снабжен на выходе шумоглушителем 12 и установлен перед герметичной перегородкой 13 в приточной выработке 14 поблизости от лавы 15, в которую поступает приточный воздух через центральный ствол 16. Шлюз 6 снабжен герметичными дверями 17 и 18, используемыми поочередно при перемещении людей и угля. Воздухе поверхности земли при параметрах и соответствующих точке О (фиг.1), опускается по центральному стволу 16 в приточную выработку 14 под воздействием перепада давления в стволах 2 и 16, создаваемого турбокомпрессором 3. На уровне приточной выработки 14 с глубиной и воздух приобретает параметры соответствующие точке' Вблизи от лавы 15 воздух поступает в турбодетандер 11, где расширяется до давления охлаждаясь до температуры Охлажденный в турбодетандере 11 воздух направляется через глушитель шума 12 в лаву 15, герметизированную перегородкой 13 и шлюзом 6, через который транспортируются люди и уголь. Проходя через лаву 15 воздух нагревается до насыщаясь парами влаги. Отработанный в лаве 14 воздух с температурой при давлении поступает через глушитель 4 на всас ступени низкого давления компрессора 3. Ступень высокого давления компрессора 3 дожимает этот воздух до давления при температуре для вывода его на поверхность через глушитель 5, вытяжную выработку 4 и вытяжной ствол 2, где он может быть использован в тепличном или коммунальном хозяйстве. Применение предлагаемого технического решения перспективно для охлаждения воздуха в лаве глубоких шахт благодаря чрезвычайной компактности и легкости такой установки, которые на порядок меньше по сравнению со стандартным оборудованием аналогичной холодопроизводительности. Это позволяет размещать предлагаемую установку в любых забойных участках и на любой глубине. Кроме того, такая установка не требует дорогостоящего и металлоемкого дополнительного оборудования в виде теплоизолированных трубопроводов высокого давления для транспортировки охлаждающей воды и соответствующих насосов, а также дополнительных теплообменников. Расчет цикла ВТХМ, используемой при охлаждении лавы глубокой шахты ПО "Донецкуголь" по предлагаемому способу. Исходные данные: - глубина шахты - расход вентиляционного воздуха через лаву - требуемая температура воздуха и относительная влажность воздуха, подаваемого в лаву: - допустимая температура воздуха и относительная влажность на выходе из лавы: - среднегодовые давление и температура при Расчет основных параметров цикла (фиг.1) 1. Барометрическое давление и температура воздуха перед расширением в турбодетандере ВТХМ где - газовая постоянная воздуха. принимаем 2. Плотность воздуха 3. Массовый расход воздуха через турбодетандер 4. Влагосодержание воздуха на входе в турбодетандер - парциальное давление паров воды при TA. 5. Влагосодержание воздуха на выходе из турбодетандера при 6. Выделение влаги из воздуха в турбодетандере 7. Повышение температуры воздуха в турбодетандере при выделении влаги 8. Понижение температуры воздуха при расширении а турбодетандере с учетом выделения влаги 9. Температура воздуха на выходе из турбодетандера 10. Мощность турбодетандера, соответствующая холодопроизводительности системы 11. Повышение температуры воздуха в первой ступени турбокомпрессора ВТХМ при Мощность пускателя 12. Температура воздуха на выходе из первой ступени турбокомпрессора ВТХМ (фиг.2) 13. Давление воздуха на выходе из первой ступени турбокомпрессора ВТХМ (фиг.2) 14. Повышение температуры воздуха во второй ступени турбокомпрессора ВТХМ при 15. Температура воздуха на выходе из второй ступени турбокомпрессора ВТХМ 16. Мощность привода ВТХМ, соответствующая мощности, потребляемой второй ступенью турбокомпрессора 17. Удельный расход энергии