ВЕНТИЛЯТОРНАЯ РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ УСТАНОВКА
RECIRCULATION VENTILATION INSTALLATION

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при проветривании систем горных выработок подземных сооружений (тоннелей, метрополитенов, горных выработок и т.п.) при схемах вентиляции с частичным повторным использованием воздуха.
Известна вентиляторная установка, которая состоит из основного и дополнительного вентиляторов, снабженных соплами, при этом сопла устанавливаются соосно с обечайкой. Между стенками горной выработки и обечайкой устанавливается перемычка (РФ №2138648; МКИ E21F /08; опубл. 27.09.1999 г., Бюл. №27).
Недостатком известной вентиляторной установки является возможность возникновения утечки воздуха через обечайку при остановке вентилятора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является вентиляторная рециркуляционная установка, состоящая из вентилятора, расположенного в горной выработке и ориентированного в направлении воздухоподающей выработки, эжектирующего канала в виде обечайки, расположенной между двумя перемычками, зазоры между обечайкой и перемычкой загерметизированы, герметизация зазоров между обечайкой и перемычкой может быть выполнена из эластичного материала, при этом на одной стороне обечайки установлен рабочий вентилятор, а другой конец обечайки перекрыт отсекающей заслонкой, которая может работать как в автоматическом, так и в механическом режимах, рабочий вентилятор и обечайка установлены на рамах, а перемычки в месте соединения с обечайкой оснащены металлическими трубами (Пат. РФ №2350753; МПК E21F 1/08; Бюл. №9, опубл. 27.03.2009).
Недостатками известной вентиляторной рециркуляционной установки являются:
- невозможность перекрывать заслонку в автоматическом, а зачастую и в механическом режимах работы при авариях (например, пожар или взрыв), когда происходит отключение электроэнергии в шахте и к месту расположения вентиляторной рециркуляционной установки нет доступа и подходы к месту управления или к самой заслонке загазованы. При этом возникает неконтролируемая утечка воздуха, которая может усугубить последствия аварии;
- невозможность при работающей вентиляторной рециркуляционной установке обслуживать раму обечайки и места соединения конфузора и диффузора и цилиндрической части обечайки, так как заслонка открывается (при работе) в сторону прохода и полностью его перекрывает;
- излишние капиталовложения - наличие двух герметичных перемычек;
- сложность монтажа перемычек, которые должны возводиться по всему поперечному периметру выработки с обеих сторон обечайки и иметь высокую прочность и надежную герметичность;
- рабочий вентилятор установки работает в противонапоре с другими источниками тяги, расположенными в вентиляционной сети, в результате его технико-экономические показатели работы невысокие;
2
- отсутствие эжекционного эффекта в обечайке при приведенном эквивалентном отверстии вентиляционной сети, на которую работает вентиляторная рециркуляционная установка, менее 2 м. В обечайке возникают противотоки воздушных потоков и общая производительность вентиляторной рециркуляционной установки становится меньше подачи рабочего вентилятора.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении безопасности, надежности и эффективности проветривания подземных сооружений.
Указанный технический результат достигается тем, что вентиляторная рециркуляционная установка состоит из источника тяги, обечайки, перемычки, с герметизацией зазоров между ними, с одной стороны обечайки расположен источник тяги, а с другой стороны установлен клапан, все оборудование расположено в рециркуляционном канале, в направлении от вентиляционного канала к воздухоподающему каналу и смонтировано на опорах, обечайка выполнена из одной или нескольких частей, а перемычка, в которой размещена обечайка, выполнена клинообразной и перекрывает поперечное сечение рециркуляционного канала, причем клапан выполнен самоуплотняющимся, при этом вентиляторная рециркуляционная установка дополнительно снабжена подпорной перемычкой, которая установлена в сопряжении рециркуляционного и вентиляционного каналов на всю его высоту.
Вентиляторная рециркуляционная установка смонтирована либо на кострах, либо на остовах самоходного оборудования, либо на тумбах. Источник тяги имеет один или несколько вентиляторов, установленных каскадно и настроенных на последовательную и (или) параллельную работу. Обечайка, состоящая из нескольких частей, содержит: камеру смешения и входной насадок, или камеру смешения и выходной насадок, или камеру смешения с входным и выходным насадком, причем выходной насадок выполнен в виде диффузора, а длина самоуплотняющегося клапана превышает диаметр или высоту сечения обечайки или диффузора, при этом диаметр выходного отверстия сопла равен или меньше диаметра камеры смешения и диаметра входного насадка, а в вентиляционном или рециркуляционном канале расположены датчики количественного и качественного контроля показателей рециркуляционного воздуха и аппаратуры управления источником тяги вентиляторной рециркуляционной установки.
2
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструкция вентиляторной рециркуляционной установки для работы в любых вентиляционных сетях, а на фиг.2 - конструкция вентиляторной рециркуляционной установки, для работы в вентиляционных сетях с эквивалентным отверстием, равным или более 2 м, в которой дополнительно используется эжекционный эффект и тем самым более эффективно используется энергия источника тяги.
На чертежах обозначены:
1 - источник тяги; 2 - обечайка; 2а - камера смешения; 2б - входной насадок; 2в - выходной насадок; 3 - поперечная клинообразная перемычка; 4 - самоуплотняющийся клапан; 5 - воздухоподающий канал; 6 - свежий авоздух; 7 - рециркуляционный канал; 8 - рециркуляционный воздух; 9 - смесь свежего и рециркуляционного воздуха; 10 - вентиляционный канал; 11 - смесь отработанного и рециркуляционного воздуха; 12 - отработанный воздух; 13 - подпорная перемычка; 14 - датчики и аппаратура автоматизированного контроля и управления; 15 - опоры под оборудование; 16 - сопло.
Вентиляторная рециркуляционная установка состоит из источника тяги 1, который может быть в виде либо одного вентилятора (рис.1, 2), либо в виде нескольких вентиляторов, установленных каскадно и настроенных на параллельную или (и) последовательную работу обечайки 2, установленной в поперечной клинообразной перемычке 3, перекрывающей поперечное сечение рециркуляционного канала 7. Зазоры между обечайкой 2 и поперечной клинообразной перемычкой 3 герметизируются уплотняющим материалом, например, герметиком или монтажной пеной. Перемычка выполнена клинообразной, т.к. когда эжектор выполнен с конфузором, то он дополнительно распирается, и, таким образом, улучшается герметизация.
С одной стороны обечайки 3 расположен источник тяги 1, а с другой стороны установлен самоуплотняющийся клапан 4, который может иметь либо форму обечайки 2, либо форму диффузора (пунктирная линия на чертеже), а его длина превышает диаметр или высоту сечения обечайки или диффузора. Самоуплотняющийся клапан изготавливается из воздухонепроницаемого и относительно легкого материала, например из материала вентиляционных рукавов или парашютной ткани, или плотного нейлона и т.п. В случае отключения вентилятора такая ткань опадает и перекрывает сечение обечайки или диффузора.
В сопряжении рециркуляционного канала 7 и вентиляционного канала 10 располагается подпорная перемычка 13, которая монтируется на всю высоту каналов и изготавливается из воздухонепроницаемого материала, например деревянная обрешетка, обшитая вентиляционным рукавом или конвейерной лентой, или металлическая, или бетонная и т.п.
Параметры места расположения перемычки a, b, c, указанные на чертежах, являются «ноу-хау» данного изобретения и определяются из соотношения, учитывающего производительность источника тяги, размеров выработки, состава и расхода воздуха и общешахтной депрессии.
Все оборудование вентиляторной рециркуляционной установки может быть смонтировано стационарно на опорах 15, например на бетонных тумбах, кострах, рамах, а может быть установлено с возможностью оперативного перемещения (в случае необходимости) в другой участок вентиляционной сети, например на остовах самоходного оборудования (например, на рамах вагонеток).
В случае необходимости оперативного переноса вентиляторной рециркуляционной установки на новый (другой) участок вентиляционной сети перемычки 3 и 8 в старом участке погашаются, а в новом участке возводятся. Также осуществляется перемонтаж аппаратуры управления 14 за счет возможности перемещения обечайки 2 и источника тяги 1 на остовах самоходного оборудования 15 в новый участок вентиляционной сети, чем достигается оперативность и уменьшается время простоя.
Датчики и аппаратура автоматического контроля и управления 14 располагаются либо в вентиляционном канале, либо в рециркуляционном канале в удобном для этого месте.
Вентиляторная рециркуляционная установка работает следующим образом:
При работе вентиляторной рециркуляционной установки в режиме проветривания с частичным повторным использованием воздуха (фиг.1) источник тяги 1 забирает часть рецуркуляционного воздуха 8, отсекаемого подпорной перемычкой 13 из вентиляционного канала 10, по которому движется смесь отработанного и рециркуляционного воздуха 11, и нагнетает его в обечайку 2 через сопло 16. Далее, через самоуплотняющийся клапан 4, который открывается под действием скоростного напора рециркуляционного воздуха 8, смесь воздуха поступает через рециркуляционный канал 7 к воздухоподающему каналу 5, и далее - в воздухоподающий канал 5, в котором происходит смешение рециркуляционного воздуха 8 со свежим воздухом 6 с образованием смеси свежего и рециркуляционного воздуха 9, который направляется к местам его потребления.
Датчики и аппаратура автоматического контроля и управления 14 контролируют качественный и количественный состав рециркуляционного воздуха 8, а именно наличие и концентрацию горючих, ядовитых, инертных и др. газов. В случае превышения замеренных показателей в рециркуляционном воздухе 8 над допустимыми значениями аппаратура управления работой источника тяги 1 вентиляторной рециркуляционной установки отключает его питание и источник тяги 1 останавливается. Напор рециркуляционного воздуха 8 ослабевает и самоуплотняющийся клапан 4 под собственным весом перекрывает выходное отверстие обечайки 2, тем самым останавливая рециркуляционный воздух 8. Подпор свежего воздуха 6 из воздухоподающего канала 5 создает дополнительное уплотнение самоуплотняющегося канала 4.
2
При работе вентиляторной рециркуляционной установки в вентиляционных сетях с приведенным эквивалентным отверстием, равным или более 2 м, можно дополнительно использовать эжекционный эффект.
Для этого на выходе из источника тяги 1 устанавливается сопло 16, а обечайка 2 может состоять из нескольких частей: либо камера смешения 2а - входной насадок 2б, либо камера смешения 2а - выходной насадок 2в, либо камера смешения 2а и входной насадок 2б, и выходной насадок 2в (фиг.2). Форма поперечного сечения камеры смешения 2а может быть выполнена либо цилиндрической, либо прямоугольной, либо квадратной, либо эллиптической. Аналогичные формы поперечного сечения могут быть и у входного 2б и выходного 2в насадков. Следует отметить, что форму поперечного сечения входного 26 и выходного 2в насадков определяет форма камеры смешения 2а.
Диаметр выходного отверстия сопла 16 должен быть меньше диаметра камеры смешения 2а и диаметра входного насадка 2б. Через кольцевое сечение между соплом 16 и обечайкой 2 происходит подсасывание дополнительного объема рециркуляционного воздуха 8 из вентиляционного канала 10.
Подпорная перемычка 13 разделяет смесь отработанного и рециркуляционного воздуха в вентиляционном канале 10 на два потока: отработанный воздух 12, который далее движется по вентиляционному каналу 10, и рециркуляционный воздух 8, который с помощью источника тяги 1 и подпорной перемычки 13 направляется в рециркуляционный канал 7. За счет кинетической энергии смеси отработанного и рециркуляционного воздуха 11 и подпорной перемычки 13 снижается противонапор, который создается другими источниками тяги вентиляционной сети и действующего на источник тяги 1 вентиляторной рециркуляционной установки.
Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить безопасность, надежность и эффективность проветривания подземных сооружений за счет увеличения подачи части отработанного воздуха к свежему воздуху и далее к месту его потребления; применения самоуплотняющегося клапана, исключающего возникновение утечек воздуха при остановке источника тяги, в том числе и при авариях; создания скоростного подпора за счет энергии смеси отработанного и рециркуляционного воздуха и тем самым снижения противонапора других источников тяги, который приходится на источник тяги вентиляторной рециркуляционной установки; снижения утечек воздух путем использования поперечной клинообразной перемычки; использования эжекционного эффекта в вентиляционных сетях с приведенным эквивалентным отверстием, равным или более 2 м; возможности эксплуатационного обслуживания, в том числе и при работе вентиляторной рециркуляционной установки; снижения материалоемкости и упрощения монтажа вентиляторной рециркуляционной установки в подземных стесненных условиях; автоматизированного контроля качественных и количественных показателей рециркуляционного воздуха и управления работой источника тяги вентиляторной рециркуляционной установки.