Туманообразователь

Полезная модель относится к горной промышленности и предназначена для работы в системах пылеподавления (осаждения и связывания пыли) в горных выработках шахт, рудников, на обогатительных фабриках. Полезная модель может также использоваться и на других производствах, например, в строительной, химической или металлургической отраслях промышленности, характеризующихся интенсивным пылевыделением.
Важнейшей задачей в обеспечении безопасности ведения горных работ является борьба с угольной пылью, наличие которой в рудничной атмосфере ведет к воспламенению и взрыву, т.к. угольная пыль очень взрывоопасна. Борьба с угольной пылью заключается в применении форсунок и других устройств для связывания и осаждения пыли при отбойке угля в лавах, при перегрузах угля с конвейера на конвейер и в других местах, где происходит интенсивное пылеобразование. Как показала практика, наилучшим способом борьбы с угольной пылью является применение форсунок, которые при распылении образуют мелкодисперсный водяной факел в виде тумана, т.к. мелкие капли воды лучше проникают в пылевое облако, захватывают (связывают) пылинки и осаждают на почву выработки в виде шлама.
Известен водовоздушный туманообразователь (патент на ПМ № 157706, дата публикации 10.12.2015, бюл. № 34) предназначенный для распыления жидкостей, который может быть использован в горной промышленности для увлажнения шахтной и рудничной среды, для ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси, а также для борьбы с мелкодисперсной угольной пылью. Устройство состоит из корпуса, который содержит две изолированные камеры для жидкой и газовой сред, три и более равноудаленные втулки с внутренней резьбой для установки форсунок, расположенные соосно отверстиям в межкамерной перегородке, и установленные с торца корпуса штуцеры для подачи газовой и жидкой среды.
Недостатком устройства является то, что для получения эффективного распыления жидкости необходимо наличие газа под давлением, т.е. компрессора или линии сжатого воздуха, что не всегда возможно в условиях горных выработок.
Известна форсунка (патент на ИЗ № 2651208, дата публикации 18.04.2018, бюл. № 11) предназначенная для распыления жидкости в запыленную рабочую зону строительно-дорожных, горно-торфодобывающих, сельскохозяйственных машин и оборудования, содержащая корпус с входным и выходным каналами, штоком, запорным элементом и распылителем, который имеет расточку и равноудаленные от оси корпуса отверстия.
Недостатком данного устройства является очень сложная конструкция, состоящая из большого количества деталей, пружин, подшипников, а также обязательное наличие привода для приведения в действие кулачкового вала и плунжера с целью создания пульсирующей подачи жидкости в запыленную рабочую зону.
Техническим результатом полезной модели является простота конструкции туманообразователя при высокой эффективности пылеподавления.
Заявляемый технический результат достигается туманообразователем, содержащим корпус, внутри которого расположен фильтрующий элемент, крышку и боковой патрубок, в котором  установлена туманообразующая форсунка, состоящая из корпуса с установленной в нем сеткой, втулки-распылителя и прижимной гайки, причем втулка-распылитель содержит одно центральное и четыре боковых сопла,  при этом боковые сопла расположены на конусной поверхности на равном расстоянии от центральной оси втулки так, чтобы водяные струи, выходя из пяти сопел и  встречаясь в одной точке, соударялись, создавая туманообразующий эффект.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид туманообразователя в разрезе.
Подробное описание полезной модели.
Туманообразователь состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого расположен сеточный фильтрующий элемент, и туманообразующей форсунки. Корпус туманообразователя с одного торца закрыт фланцем, на который опирается фильтрующий элемент, а с другой стороны закрыт резьбовой крышкой, которая фиксирует фильтрующий элемент в осевом направлении. С обоих торцов корпуса (к фланцу и крышке) приварены резьбовые патрубки, один из которых служит для подвода воды, другой для слива грязной воды при очистке фильтрующего элемента. На боковой поверхности корпуса имеется патрубок с резьбовым отверстием, в который устанавливается туманообразующая форсунка.
Форсунка состоит из корпуса, который вкручивается в боковой патрубок туманообразователя, втулки-распылителя и прижимной гайки. Втулка-распылитель устанавливается в корпус форсунки, выполнена в виде усеченного конуса, на боковой поверхности которого расположены отверстия малого диаметра (сопла), а также имеется центральное отверстие, через которые подается вода для распыла. Конусная поверхность втулки снижает сопротивление движению воды из корпуса к соплам, а также обеспечивает необходимое направление водяных струй, выходящих из сопел. Сопла, расположенные перпендикулярно конусной поверхности втулки, направляют струи воды под углом 120 градусов в одну точку, находящейся на линии центральной струи на близком, не более 7 мм, расстоянии от втулки-распылителя. Обладая после соударения высокой кинетической энергией (скорость истечения струй из сопел от 22 до 38 м/с в зависимости от давления), струи образуют факел тонкодиспергированной воды (водяной туман) в виде сплошного конуса, при этом телесный угол при вершине конуса составляет 90 градусов. Внутренняя поверхность корпуса форсунки также имеет конусную поверхность, конгруэнтную втулке-распылителю, таким образом корпус форсунки и втулка вместе образуют водяную камеру. Форсунка дополнительно снабжена сеткой с ячейками, размеры которых меньше диаметра сопел, для предохранения сопел втулки-распылителя от механических взвесей, сетка фиксируется резьбовой втулкой.
Эффективная работа туманообразователя достигается за счет того, что водяные струи, выходя из сопел, встречаются в одной точке и, имея максимальную кинетическую энергию, соударяются, создавая туманообразующий эффект.   Кроме того, данная конструкция туманообразователя значительно снижает расход воды на пылеподавление, не требует наличия сжатого воздуха, что также повышает эффективность туманообразователя и экономическую целесообразность его применения.
Таким образом, предлагаемый туманообразователь имеет простую компактную конструкцию, которая предусматривает работу туманообразователя без источников сжатого воздуха (компрессора или пневмолинии), работает от водопроводной магистрали, которая имеется во всех горных выработках, а эффективность распыления зависит только от величины давления в магистрали: чем выше давление, тем структура факела становится более тонкой и увеличиваются его геометрические параметры.
Туманообразователь содержит корпус 1, крышку 2, фланец 3, входной 4 и сливной 5 патрубки, выходной патрубок 6, фильтр 7, уплотнительные прокладки 8. К патрубкам 4 и 5 подсоединены краны 9 и 10. Форсунка-распылитель состоит из корпуса 11, втулки-распылителя 12, прижимной гайки 13, сетки 14, которая фиксируется резьбовой втулкой 15. Для обеспечения герметичности форсунка содержит уплотнительные кольца 16 и 17.  Корпус форсунки 11 и втулка 12 образуют водяную камеру 18. Сопла размещены равномерно, на равном расстоянии от центральной оси втулки, по боковой поверхности конуса втулки-распылителя с тем, чтобы их продольные оси пересеклись под 120 градусов в одной точке, лежащей на оси центрального отверстия.
Ниже приведен принцип действия туманообразователя.
Туманообразователь подключается к источнику водоснабжения входным патрубком 4 через кран 9, при этом сливной кран 10 закрыт. Вода вначале поступает внутрь фильтра 7 и, проходя через сетку, очищается от различных механических включений. Очищенная вода, пройдя через дополнительную сетку 14, направляется в водяную камеру 18, образованную корпусом форсунки и втулкой-распылителем. Втулка-распылитель 12 центральным и боковыми отверстиями (соплами) создает необходимые геометрические и гидравлические параметры водяных струй, которые, выходя из сопел, соударяются в одной точке, в результате чего водяные капли распадаются на еще более мелкие капли, образуя мелкодисперсный водяной конус.
Туманообразующий эффект достигается тем, что вылетающие из форсунки водяные струи встречаются на небольшом (не более 7 мм) удалении от втулки-распылителя, когда их кинетическая энергия очень высока, и, соударяясь, создают распыл необходимой консистенции для высокоэффективного осаждения пыли без наличия линии сжатого воздуха. Чем выше давление подаваемой на туманообразователь жидкости, тем мельче водяные капли, которые создают мелкодисперсный туман.
В случае, если водяной конус имеет неправильную форму или уменьшились его размеры, необходимо очистить фильтрующий элемент или форсунку туманообразователя.   Для очистки фильтра необходимо закрыть кран 9, открыть кран 10, слить воду, находящуюся в корпусе, затем снять крышку 2, вынуть фильтрующий элемент, очистить его сжатым воздухом или любым другим способом и снова собрать. При засорении форсунки, надо закрыть кран 9, слить воду через кран 10, вывернуть форсунку из бокового патрубка корпуса, выкрутить втулку 15, вынуть сетку, прочистить ее сжатым воздухом или любым другим способом. При засорении отверстий (сопел) втулки-распылителя 13 необходимо снять прижимную гайку 13, вынуть втулку-распылитель и очистить отверстия. Собрать форсунку и вернуть в рабочее положение.
Туманообразователь может быть использован в угольных шахтах в двух вариантах:
- в автономной завесе при отработке пластов угля влажностью более 10%;
- в каскадной завесе из нескольких туманообразователей на пластах угля влажностью менее 10%.
о
о
Как правило, туманообразователь подвешивается к верхняку крепи выработки под углом 45+5 навстречу вентиляционной струе и подсоединяется входным патрубком к отводу магистрального трубопровода. Для приведения туманообразователя в действие необходимо подать воду из магистрального трубопровода и задать давление, обеспечивающее необходимый режим работы туманообразователя для создания мелкодисперсного водяного тумана.