УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ РАБОЧИХ ЗОН

Полезная модель (ПМ) относится к области промышленной вентиляции, горной промышленности и может быть использована для принудительного проветривания рабочих зон в ходе технологических процессов производства и (или) аварийных ситуаций. Наибольшая эффективность от применения ПМ достигается при выделении основной части пыли и газа в месте, наиболее удаленном от пункта поступления свежего воздуха.
Проблема эффективного проветривания рабочих зон занимает важное место при решении задач обеспечения безопасности персонала. Актуальность выбора оптимальной конструкции устройств для проветривания рабочих зон определяется наличием возросших требований к вентиляции мест компактного выделения промышленных компонентов (пыли и газа), определяемых как негативные при их воздействии на здоровье и окружающую среду.
В настоящее время известно большое количество разнообразных устройств по принудительному проветриванию рабочих зон. Известно устройство для всасывающего проветривания тупиковых выработок (Устройство для всасывающего проветривания тупиковых выработок: а.с. №697740 Россия: E21F 1/00, E21F 1/06 Кирзяков А.Д., Шередекин Д.М., Лигай В.А., Сыздяков Ф.Т.; заявитель и правообладатель Карагандинское отделение ВНИИ по безопасности работ в горной промышленности Минуглепром СССР. - №697740 заявл. 01.03.1978; опубл. 15.11.1979. - 4 с.: ил.). Устройство предназначено для проветривания протяженных тупиковых выработок. Устройство содержит отводы для подсоединения к основному и резервному вентиляторам, тройник, соединенный с отводами и трубопроводом всасывающего проветривания, а также средство для переключения потока воздуха. С целью упрощения конструкции и уменьшения утечек воздуха, средство переключения потока воздуха выполнено в виде отрезков гибких вентиляционных труб, концы которых с одной стороны жестко закреплены в месте соединения отводов с тройником.
Недостатком этого устройства является большая трудоемкость монтажа трубопровода и невозможность оперативного перехода на нагнетательный режим проветривания, что исключает его применение в аварийных ситуациях.
Известно также устройство, включающее основной и резервный вентиляторы, гибкий магистральный трубопровод, тройник с отводами и средством для автоматического переключения устройства с нагнетательного на всасывающий режим работы (Устройство для всасывающего проветривания тупиковых выработок: а.с. №1141203 А Россия: E21F 1/00, Соловьев В.А., Казаков А.П., Челышев И.В., Вилесов В.В. и правообладатель УФ ВНИИ Галургии. - №1141203 А заявл. 28.01.1982; опубл. 23.02.1985. - 2 с.: ил.).
Недостаток этого устройства состоит в том, что в нагнетательном (аварийном) режиме свежий воздух подается по магистральному трубопроводу к месту проветривания через основной неработающий вентилятор, что ведет к возможности искрообразования, за счет индуцирования ЭДС в обмотках статора вентилятора при принудительном вращении лопаток ротора. Кроме того, средство для автоматического переключения устройства с нагнетательного на всасывающий режим работы достаточно громоздко в эксплуатации и трудоемко в изготовлении.
3
Наиболее близким по технической сущности техническим решением (прототипом) предлагаемой ПМ является устройство, имеющее основной (для отбора загрязненного воздуха из места проветривания) и резервный (аварийный - для подачи свежего воздуха к месту проветривания) вентиляторы, телескопическую пару труб для исключения подачи свежего воздуха через неработающий вентилятор в режиме аварийного проветривания, средства переключения режимов вентиляции и маломощного вспомогательного вентилятора для управления потоками воздуха в месте проветривания. Схема проветривания предложенного устройства предполагает его работу в двух режимах - рабочем и аварийном, в условиях значительного загромождения проветриваемого пространства оборудованием или наличия перегородки, отделяющей места размещения маломощного и основного вентиляторов. Основной вентилятор (В-2М) оборудован системой распределенного отбора воздуха из трех точек воздухозаборника, установленной на его всасывающем отверстии. Воздухозаборники расположены: у пункта погрузки руды, у щита комбайна, за щитом комбайна. Соотношение расходов из заборных отверстий системы равно 1:1:0,3. Маломощный вентилятор типа «Ветерок» (в «РВ» исполнении) с производительностью равной (0,8-1,2) м/с осуществляет функцию перераспределения воздушных потоков в месте проветривания совместно с основным вентилятором. При этом ориентация его нагнетательной плоскости от оси помещения составляет: в горизонтальной плоскости 80°-90°; в вертикальной плоскости 90°-100°. Резервный вентилятор размещается в месте, исключающем попадание вредных веществ в подаваемый к месту проветривания воздух. Размещенное в рабочей зоне оборудование выполняет роль перегородки, разделяя поступающий (свежий) воздух и удаляемый (загрязненный) воздух (Копин С.В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Разработка способов нормализации атмосферы тупиковых выработок средствами вентиляции при проходке их комбайнами. Ленинград. 1991. - 20 с.: ил.).
Недостаток данного устройства заключается в том, что входящие в устройство элементы - телескопическая пара труб и средства переключения режимов вентиляции, требуют дополнительного обслуживания для безотказной работы их составных частей и отличаются высоким числом отказов в процессе промышленного использования. Применяемый в конструкции размер жестких элементов, схема крепления и их количество на отрезках труб в определенных положениях магистрального трубопровода или отвода нарушают нормальную эксплуатацию устройства. В основном режиме работы устройства жесткие элементы средства переключения режимов вентиляции не всегда плотно перекрывают сечение трубопровода и часть загрязненного воздуха поступает к месту размещения вспомогательного вентилятора, повышая концентрацию пыли и газа в поступающем на проветривание воздухе. В аварийном режиме работы жесткие элементы телескопической пары труб также не всегда плотно перекрывают сечение трубопровода, что способствует частичному проходу воздуха через основной вентилятор и, следовательно, приводит к образованию взрывоопасной ситуации (образованию искр).
В основу настоящей ПМ положено решение задачи повышения надежности работы устройства, за счет изменения конструкции составных его элементов (телескопической пары труб, средства переключения режимов вентиляции).
м.т.
В заявляемом ПМ повышение надежности работы устройства решается с помощью того, что длина жестких элементов, используемых в конструкции телескопической пары труб и средства переключения составляет 2,5-3 диаметров магистрального трубопровода (d) и их количество составляет 8-10 штук. Предлагается размещение жестких элементов симметрично по диаметру трубы на ее внутренней незакрепленной поверхности с заделкой концов в материал трубы. При этом расстояние от конца жестких элементов, в месте их крепления к основной конструкции внутренних труб средства переключения режимов и телескопической пары, соответственно до места крепления внутренней трубы телескопической пары к основному вентилятору и места врезки отвода средства переключения режимов проветривания к магистральному трубопроводу составляет 3-4 диаметров трубы. Общий вес жестких элементов на элемент конструкции составляет 3-5 кг.
В отличие от прототипа изменение конструктивных элементов телескопической пары труб и средства переключения режимов вентиляции позволило снизить число отказов и увеличить надежность работы устройства до значений, принятых для выпускаемых серийно образцах техники в отрасли.
Достоинством ПМ является простота изготовления отдельных элементов конструкции устройства, которые не требуют специализированного оборудования для его производства и могут быть выполнены с существующими допусками точности на стандартном оборудовании из широко распространенного на промышленных предприятиях материалов.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
Общий вид ПМ - рис. 1; конструкция всасывающего диффузора - рис. 2; телескопическая пара труб - рис. 3; средство переключения режимов вентиляции - рис. 4; зависимость изменения запыленности воздуха от расстояния до места размещения маломощного вентилятора - рис. 5.
Устройство содержит: 1 - основной вентилятор, 2 - вспомогательный вентилятор, 3 - телескопическую пару труб, 4 - маломощный вентилятор, 5 - средство переключения режимов вентиляции, 6 - магистральный трубопровод, 7 - отвод, 8 - вытяжной диффузор, 9 - жесткие элементы, 10 - внутреннюю трубу телескопической пары, 11 - внешнюю трубу телескопической пары, 12 - внутреннюю трубу средства переключения режимов вентиляции, 13 - внешнюю трубу средства переключения режимов вентиляции, 14 - систему рассредоточенного размещения патрубков для отбора воздуха, 15 - рабочая зона.
Заявляемая ПМ использует всасывающий способ проветривания, как основной режим работы. Устройство работает следующим образом: два вентилятора - основной 1 (всасывающий) и вспомогательный 2 (нагнетание) подключены к единому ставу труб, но работают попеременно. Основной режим проветривания осуществляется вентилятором 1. Вспомогательный вентилятор 2 включается в аварийных ситуациях. Для обеспечения перемещения основного вентилятора и автоматического изменения движения воздуха при переходе от всасывающего режима к нагнетательному (и наоборот) в устройстве используются: телескопическая пара труб и средство переключения режимов вентиляции. Кроме того, увеличить безопасность работы устройства в целом позволяет наличие жестких элементов 9. Использование этих элементов позволяет обеспечить проветривание в аварийном режиме, не используя в системе подачи свежего воздуха в рабочую зону основной неработающий вентилятор 1. В случае необходимости конструкция узла устройства позволяет автоматически перемещать основной вентилятор на длину внешней трубы телескопической пары, за счет вытягивания ее внутренней трубы. Уплотнение внутренней и внешней труб телескопической пары достигается за счет депрессии, создаваемой основным вентилятором. Кроме того, возможно дальнейшее увеличение длины магистрального трубопровода, за счет установки стандартной секции на конец внешней трубы и протягивания на полную длину внутренней трубы телескопической пары.
Автоматическое изменение движения воздуха при переходе от всасывающего режима к нагнетательному в средстве переключения режимов вентиляции осуществляется также за счет наличия жестких элементов 9. Жесткие элементы под действием силы тяжести прижимаются вниз, а их расположение и крепление с заделкой к внутренней поверхности внутренней трубы телескопической пары 10 или внутренней трубы средства переключения режимов вентиляции 12 позволяет плотно перекрывать сечение магистрального трубопровода 6 или отвода 7 в зависимости от режима использования.
В основном режиме маломощный вентилятор 4 позволяет перераспределять поступающий на проветривание воздух, дополнительно обеспечивая перемешивание воздушных масс рабочей зоны. В этом случае значительная часть свежего воздуха поступает к месту выделения газа и пыли, локализуя их местом образования. Работа маломощного вентилятора 4 осуществляется совместно с работой системы рассредоточенного отбора воздуха. Система рассредоточенного размещения патрубков для отбора воздуха устройства 14 работает без отличий от прототипа, за исключением смены насадок у отводов и замены диффузора всасывания на оригинальный у основного вентилятора. Основная приемная площадь 2 диффузора и насадок имеет форму плоского фланца со сложной кромкой 3 с соотношением диаметров патрубка 4 и самого фланца 2 в интервале значений от 2 до 5 раз, в зависимости от наличия свободного пространства для ее размещения. Заданная форма кромки фланца (h/b=1) и величина радиусов закругления r (r/d=0,09) позволяет оптимизировать аэродинамическую модель предлагаемой конструкции.
Основные элементы заявляемой ПМ показаны на рис. 1. Конструктивные особенности всасывающего диффузора указаны на рис. 2. На рис. 2. в графическом виде представлены изменения поле скоростей факела всасывания в относительных единицах.
На рис. 3 и 4 приведены конструктивные элементы телескопической пары и средства переключения режимов вентиляции.
Область оптимального места размещения маломощного вентилятора, определенная графически в зависимости от изменения запыленности воздуха при различных расстояниях до места его размещения, показана на рис. 5.
Пример промышленного применения ПМ.
3
Для подтверждения правильности принятых в ПМ решений были проведены опытно-промышленные испытания. Работы проводились в реальных условиях использования устройства в течение 2 месяцев. Расход отбираемого воздуха из места проветривания составлял 1,8-3,5 м/с.
Надежность эксплуатации элементов заявляемого устройства: телескопической пары труб и средства переключения режимов вентиляции, составила один отказ на тысячу переключений. Потери депрессии вентилятора в среднем для основного (всасывающего) режима составили: телескопической пары труб - 490 Па; средства переключения режимов вентиляции - 294 Па. При использовании вспомогательного режима вентиляции, соответственно - 588 Па и 392 Па. Общая депрессия для 200 м и установки основных элементов устройства составляла 3050 Па.
Таким образом, приведенные результаты подтверждают возможность достижения с помощью заявляемой ПМ ее назначение, а именно, повышение надежности работы устройства. Изменение конструктивных элементов телескопической пары труб и средства переключения режимов вентиляции приведет к снижению число отказов и увеличит надежность работы в целом устройства до значений, принятых для выпускаемых серийно образцов техники в отрасли.
Учитывая технологичность в изготовлении и применении по отношению к существующим в настоящее время промышленным и экспериментальным образцам, заявляемое устройство может быть широко использовано в области промышленной вентиляции, горной промышленности. Это обеспечивает заявляемой ПМ соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость».
Эффективность заявляемой ПМ состоит в том, что за счет принятия оптимальной длины и количества, заделки в материал труб концов жестких элементов достигнуто плотное перекрытие, в зависимости от схемы работы устройства, сечение магистрального трубопровода или отвода, а, следовательно, исключена возможность работы узлов устройства (телескопической пары и средства переключения режимов вентиляции) в нештатных режимах. Все эти решения позволили увеличить надежность работы устройства до значений, принятых для выпускаемых серийно образцов техники в отрасли, минимизировать затраты на обслуживание устройства и нормализовать воздушную среду в проветриваемом помещении.