Шахтная установка для вентиляции и кондиционирования воздуха
MINE AIR VENTILATION AND CONDITIONING PLANT

Изобретение относится к горной и нефтедобывающей промышленности, а именно к вентиляции и кондиционированию воздуха в горных выработках нефтяных шахт.
Известная шахтная вентиляторная установка содержит рабочие и резервные вентиляторы. Каждый вентилятор имеет диффузор с поворотным коленом, электродвигатель, соединенный с вентилятором трансмиссионным валом посредством губчатых муфт, входные и выходные коробки. Выходная коробка выполнена в виде многогранной призмы, к нижней части боковых граней которой прикреплены выходными патрубками поворотные колена диффузоров, выполненные разборными, и снабжены жалюзийными дверями (патент РФ №2163668, E21F 1/08, опубл. 27.02.2001).
Известна вентиляторная установка, которая содержит рабочий и резервный вентиляторы, каждый из которых имеет диффузор с поворотным патрубком, электродвигатель, соединенный с вентилятором трансмиссионным валом посредством зубчатых муфт, и устройства, перекрывающие вход и выход вентилятора. Дополнительно установка снабжена сдвоенной входной коробкой, выполненной в виде сопряжения индивидуальных коробок рабочего и резервного вентиляторов путем их разворота навстречу друг к другу относительно вертикальных плоскостей, проходящих через оси вращения вентиляторов. При этом внутренние боковые стенки вентиляторов образуют общее ребро, на котором размещена ось ляды, поочередно перекрывающей патрубки входных коробок рабочего и резервного вентиляторов (патент РФ №2252314, E21F 1/08, опубл. 20.05.2005).
Недостатками вышеприведенных аналогов являются: отсутствие регулировки расхода и температуры подаваемого в скважину воздуха в зависимости от температуры окружающей среды; отсутствуют системы шумопоглощения, теплоизоляции и пожаротушения вследствие чего недостаточная надежность работы устройства.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является «Шахтная установка для вентиляции и кондиционирования воздуха» по патенту РФ №2509895, МПК E21F 1/08, опубл. 20.03.2014 г., включающая рабочий и резервный вентиляторы, каждый их которых имеет электродвигатель, коллектор и переходник, совмещенную входную коробку с поворотной заглушкой, перекрывающей вход к рабочему или резервному вентиляторам, и поворотную створку, перекрывающую выходы рабочего или резервного вентилятора в воздухоподающий канал, при этом воздухоподающий канал блока вентиляторов снабжен противопожарным клапаном на входе в скважину. Вентиляторы установки размещены в блоке вентиляторов на выкатных тележках. Над блоком вентиляторов размещен в шумопоглощающем теплоизолированном контейнере блок подготовки воздуха, в трех унифицированных воздухозаборниках которого установлены системы шумопоглощения с поворотными лядами. Блок подготовки воздуха имеет систему кондиционирования, выполненную в виде фреонового воздухоохладителя и электрического калорифера, позволяющих охлаждать или подогревать воздух в зависимости от температуры окружающей среды.
Недостатки прототипа: установка потребляет большое количество электроэнергии для калорифера и фреонового воздухоохладителя, в качестве теплоносителя используются экологически опасные фреоны, установка обладает сложной системой управления, низкой надежностью и высокой трудоемкостью обслуживания.
Задачей создания изобретения является устранение недостатков прототипа.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как шахтная установка для вентиляции и кондиционирования воздуха, содержащая вентиляционный блок с совмещенной входной коробкой, выходные диффузоры которого объединены в один воздуховод для подачи воздуха в скважину, который снабжен противопожарным клапаном с установленными после выходных диффузоров воздушными заслонками, и отличительных существенных признаков, таких как входные коллекторы вентиляционного блока размещены на торцах совмещенной входной коробки, а совмещенное заборное устройство включает в себя фильтры воздушные, секции перепускного канала на входе и выходе, секцию охлаждения системы кондиционирования воздуха, вертикальную промежуточную камеру смешения, секцию нагрева системы кондиционирования воздуха, секции перепускного канала оснащены входным и выходным воздушными клапанами, секции охлаждения и нагрева также оснащены входным и выходным воздушными клапанами, между которыми установлены теплообменник охлаждения воздуха и теплообменник нагрева воздуха соответственно, при этом установка снабжена пароэжекторной холодильной машиной, служащей источником охлажденной воды для охлаждения технологического теплоносителя системы кондиционирования воздуха, и тепловым пунктом с теплообменниками нагрева и охлаждения технологического теплоносителя системы кондиционирования воздуха, причем для охлаждения в пароэжекторной холодильной машине воды на противоположном от совмещенного заборного устройства участке установки размещена вентиляторная градирня.
Согласно п. 2 формулы изобретения вентиляционный блок содержит два центробежных вентилятора.
Согласно п. 3 формулы изобретения в качестве хладагента и хладоносителя в пароэжекторной холодильной машине используется вода, в качестве промежуточного теплоносителя используется антифриз на основе пропиленгликоля.
Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - упрощение системы управления и снижение трудоемкости обслуживания, повышение надежности и производительности установки. А также использование пара для работы системы кондиционирования воздуха, применение пароэжекторной холодильной машины с единым хладагентом-хладоносителем, которым является вода, применение в качестве промежуточного теплоносителя экологически безопасного антифриза на основе пропиленгликоля.
На фиг. 1 приведен общий вид шахтной установки кондиционирования воздуха, на фиг. 2 дан ступенчатый разрез совмещенного входного устройства. На фиг. 3 представлена функциональная схема установки.
Шахтная установка для вентиляции и кондиционирования воздуха (Фиг. 1) содержит вентиляционный блок 1 с совмещенной входной коробкой 2, выходные диффузоры 3 которого объединены в один воздуховод 4 для подачи воздуха в скважину 5, который снабжен противопожарным клапаном 6 с установленными после выходных диффузоров 3 воздушными заслонками 7. Входные коллекторы 8 вентиляционного блока 1 размещены на торцах совмещенной входной коробки 2 под углом 90 градусов друг к другу. Совмещенное заборное устройство 9 включает в себя фильтры воздушные 10, секции перепускного канала 11 на входе и выходе, секцию охлаждения 12 системы кондиционирования воздуха, вертикальную промежуточную камеру смешения 13, секцию нагрева 14 системы кондиционирования воздуха. Секции перепускного канала 11 оснащены входным и выходным воздушными клапанами 15, секции охлаждения 12 и нагрева 14 также оснащены входным и выходным воздушными клапанами 15, между которыми установлены теплообменник 16 охлаждения воздуха и теплообменник 17 нагрева воздуха соответственно. Установка снабжена пароэжекторной холодильной машиной 18, служащей источником охлажденной воды для охлаждения технологического теплоносителя системы кондиционирования воздуха и тепловым пунктом 19 с теплообменниками нагрева 20 и охлаждения 21 технологического теплоносителя системы кондиционирования воздуха (Фиг. 3), причем для охлаждения в пароэжекторной холодильной машине 18 воды на противоположном от совмещенного заборного устройства 9 участке установки размещена вентиляторная градирня 22.
Вентиляционный блок 1 содержит два центробежных вентилятора 23, 24. (Фиг. 2) В качестве хладагента и хладоносителя в пароэжекторной холодильной машине используется вода, а в качестве промежуточного теплоносителя используется антифриз на основе пропиленгликоля. Все составные элементы установки смонтированы в одном легкосборном здании, оснащенном необходимыми коммуникациями и грузоподъемными механизмами.
Работа установки
Шахтная установка кондиционирования воздуха (Фиг. 1) позволяет подавать требуемое количество воздуха в воздухоподающую скважину (штольню, ствол, шурф) 5 с работой оборудования в режиме охлаждения при положительной температуре окружающей среды или в режиме нагрева при отрицательной температуре окружающей среды, либо подавать воздух в воздухоподающую скважину (штольню, ствол, шурф) 5 без подготовки.
При работе установки (Фиг. 3) рабочий пар из источника на объекте применения поступает в пароэжекторную холодильную машину 18, где главный эжектор 25 увлекает водяной пар, образовавшийся при кипении воды в испарителе 26. Смесь рабочего пара и увлеченного из испарителя 26 холодного пара сжимается до давления конденсации за счет падения скорости движения паровой смеси в диффузоре 27. В конденсаторе 28 пар отдает тепло охлаждающей воде и конденсируется. Часть конденсата возвращается насосом 29 в источник получения рабочего пара, а часть дросселируется в регулирующем вентиле 30 и направляется в испаритель 26, откуда охлажденная вода подается в тепловой пункт 19, где в теплообменнике 20 охлаждает технологический теплоноситель, подаваемый к теплообменнику 21 охлаждения воздуха в секции охлаждения воздуха 12. Часть подводимого пара подается, минуя холодильную машину 18, в тепловой пункт 19, где в теплообменнике 16 нагревает технологический теплоноситель, подаваемый к теплообменнику 20 в секции нагрева 14 воздуха. При этом холодильная машина 18 и секция охлаждения 12 работает круглогодично в одном режиме, а секция нагрева 14 воздуха запускается в работу только при отрицательных температурах окружающей среды. Охлаждающая вода поступает из холодильной машины 18 на вентиляторную градирню 22, где охлаждается и возвращается в конденсатор 28 (Фиг. 3).
При положительной температуре окружающей среды воздух поступает в секцию охлаждения 12 совмещенного заборного устройства 9. При этом входной и выходной воздушные клапаны 15 в секции охлаждения 12 открыты. При прохождении через теплообменник 16 воздух охлаждается до требуемой температуры и поступает в вертикальную промежуточную камеру смешения 13. Затем воздух через открытые воздушные клапаны 15 секции перепускного канала 11 поступает в совмещенную входную коробку 2 и далее к вентиляторам 23 или 24. Воздушные клапаны 15 секции перепускного канала 11 на входе в вертикальную промежуточную камеру смешения 13 и секции нагрева 14 при этом закрыты.
При отрицательной температуре окружающей среды воздух поступает в секцию охлаждения воздуха 12 совмещенного заборного устройства 9. (Фиг. 2) При этом входной и выходной воздушные клапаны 15 секции охлаждения 12 открыты. При прохождении через теплообменник 16 воздух частично подогревается, так как температура технологического теплоносителя поддерживается на уровне плюс 5…7 °С круглогодично, и поступает в вертикальную промежуточную камеру смешения 13. Затем воздух проходит через открытые входной и выходной воздушные клапаны 15 и теплообменник 17 секции нагрева воздуха 14. При прохождении через секцию нагрева 14 воздух подогревается до требуемой температуры и поступает в совмещенную входную коробку 2, далее к вентиляторам 23 или 24. Воздушные клапаны 15 секций перепускного канала 11 на входе и выходе из вертикальной промежуточной камеры смешения 13 при этом закрыты.
При аварийных ситуациях или техническом обслуживании теплообменников 16 и 17 подача воздуха через секции охлаждения 12 и нагрева 14 прекращается. Воздушные клапаны 15 в секциях 12 и 14 закрываются и воздух поступает к совмещенной входной коробке 2 через открытые воздушные клапаны 15 в секциях перепускного канала 11.
Преимущества установки:
применена пароэжекторная холодильная машина с единым хладагентом-хладоносителем, которым является вода;
- в системе кондиционирования используется для получения тепла и холода пар, получаемый от источника на объекте применения;
- в теплообменники секций нагрева и охлаждения воздуха поступает экологически безопасный технологический теплоноситель на основе пропиленгликоля;
- подготовка технологического теплоносителя в тепловом пункте упрощает систему регулирования режимами работы установки, при этом пароэжекторная машина круглогодично работает в одном режиме, что повышает экономическую эффективность;
- секция охлаждения работает круглогодично, выполняя при отрицательных температурах окружающей среды функцию предварительного подогревателя воздуха перед секцией нагрева;
- совмещенное заборное устройство с промежуточной камерой смешения позволяет реализовать различные режимы подачи воздуха к совмещенной входной коробке вентиляторов;
Из описания и практического применения настоящего изобретения специалистам будут очевидны и другие частные формы его выполнения. Данное описание и примеры, чертежи рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.