ШАХТНАЯ КАЛОРИФЕРНАЯ УСТАНОВКА
MINE AIR-HEATING PLANT

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к стационарным установкам и теплообменной технике и может быть использовано для нагрева воздуха, поступающего в шахту горнодобывающего предприятия.
Существующие методики проектирования калориферов предполагают равенство потоков воздуха и греющего теплоносителя, проходящих через калориферы. Более того, нормы проектирования калориферных установок регламентируют допустимую неравномерность потоков теплоносителей не более 15%. Однако замеры скорости воздуха, выполненные по окружности внутри реальной безвентиляторной калориферной установки, не подтверждают этого равенства. Замерами также установлено, что при скорости ветра 10-15 м/с калориферная установка продувается насквозь. Кроме того, частый выход из строя калориферов, расположенных в тупиковых участках схемы теплоснабжения установки, доказывает, что и греющий теплоноситель распределяется по калориферам неравномерно.
Известна конструкция калориферной установки, содержащая несколько групп калориферов, связанных между собой подающим и обратным трубопроводами, обеспечивающими примерное равенство потоков греющего теплоносителя через калориферы [1]. Недостатком такой конструкции является отсутствие возможности принятия каких-либо мер по выравниванию потоков воздуха через калориферы.
В качестве прототипа принята конструкция шахтной калориферной установки, включающая калориферное помещение, выполненное в виде ограждения цилиндрической формы, с калориферами, размещенными в помещении по периметру ограждения, входной и выходной проемы прямоугольного сечения и радиальные перегородки, образующие в калориферном помещении камеры [2]. Данная конструкция исключает продувание калориферной установки атмосферным воздухом при сильной скорости ветра за счет деления внутреннего пространства установки радиальными перегородками на относительно изолированные камеры.
Однако и она не лишена недостатка, в качестве которого можно отметить неравенство потоков воздуха, проходящих через калориферы с подветренной, наветренной и боковых сторон установки, особенно при сильном ветре. При прочих равных условиях с наветренной стороны количество воздуха, проходящее через калорифер, больше, чем количество воздуха, проходящее через калорифер с подветренной стороны. Это количество воздуха больше проектного и воздух, прошедший через калорифер, не получает достаточного количества теплоты и не нагревается до заданной температуры, а греющий теплоноситель отдает такое количество теплоты, что сам остывает до температуры ниже проектной.
С подветренной стороны, в силу меньшей разницы давлений до и после калорифера по ходу воздуха, количество, прошедшего через калорифер воздуха, меньше проектного и, хотя, нагревается он до температуры, выше заданной, но его количество теплоты не может компенсировать дефицит теплоты воздуха с наветренной стороны.
С боковых сторон, в силу наличия аэродинамического сопротивления калориферов и повышенной скорости касательного воздушного потока, количество воздуха, проходящего через калориферы, также меньше проектного.
Таким образом, налицо неравенство потоков воздуха через калориферы, снижающее эффективность работы калориферной установки.
Цель изобретения - повышение эффективности работы калориферной установки путем перераспределения потоков воздуха, проходящих через калориферы, размещенные с наветренной и подветренной сторон, а также по боковым сторонам, за счет введения дополнительных аэродинамических сопротивлений.
Поставленная цель достигается тем, что в шахтной калориферной установке, включающей калориферное помещение, выполненное в виде ограждения цилиндрической формы, с калориферами, размещенными в один ряд в два и более ярусов в помещении по периметру ограждения, боковые прямоугольные проемы в ограждении, равномерно распределенные по его периметру, входной в перекрытии и выходной в донной части проемы прямоугольного сечения, радиальные перегородки, образующие в калориферном помещении камеры, прямой и обратный трубопроводы греющего теплоносителя, каждая камера снабжена диагональной непроницаемой шторкой, установленной поперек продольной оси камеры от перекрытия до уровня верхнего края нижнего яруса калориферов. Вокруг ограждения на вертикальных опорах установлены две кольцевые направляющие, одна выше верхнего уровня бокового прямоугольного проема, другая - ниже нижнего. В пространстве между верхней и нижней кольцевыми направляющими установлен кинематически связанный с ними гаситель скорости ветра, включающий полупроницаемый щит, плотный щит, кольцевой каркас и привод его поворота. Полупроницаемый щит выполнен в виде сегмента и установлен на каркасе вертикально, концентрично ограждению и с зазором к нему. Плотный щит выполнен в виде сегмента и установлен на каркасе вертикально, концентрично ограждению и с зазором к нему с диаметрально противоположной стороны.
Сущность изобретения поясняется схемами. На фиг.1 показана схема помещения калориферной установки, снабженной дополнительными аэродинамическими сопротивлениями (вид в плане); на фиг.2 - то же (вид по стрелке А); на фиг.3 - продольное сечение камеры (сечение Б-Б).
Шахтная калориферная установка включает помещение, выполненное из ограждения 1 цилиндрической формы с проемами прямоугольной формы 2, распределенными равномерно по периметру и обеспечивающими поступление воздуха во внутренне пространство помещения в зимний (отапливаемый) период времени. Во внутреннем пространстве помещения 1 по периметру ограждения установлены в один ряд и три яруса секции калориферов 3, соединенные между собой системой прямого 4 и обратного 5 трубопроводов. По центральной оси помещения 1, на крыше, выполнен входной проем 6 с воздухозаборником 7, обеспечивающий поступление воздуха во внутреннее пространство в летний (не отапливаемый) период времени; в донной части - проем прямоугольного сечения 8, обеспечивающий поступление воздуха в шахту. В проем 8 вставлен патрубок 9 квадратного сечения, обеспечивающий забор подогретого воздуха не с донной, а из верхней части помещения.
Вокруг ограждения 1 на опорах 10 установлены две направляющие 11 и 12, образующие сплошные кольца концентричные ограждению 1, одно из которых (11) установлено ниже нижнего края проема 2, а другое (12) - выше верхнего края аналогичного проема. В пространстве между верхней и нижней направляющими 11 и 12 установлен кинематически связанный с ними гаситель скорости ветра. Гаситель включает полупроницаемый щит 13, плотный щит 14, лопасть 15 (привод, обеспечивающий поворот гасителя вокруг вертикальной оси за счет силы ветра) и кольцевой каркас 16. Каркас 16 выполнен в виде жесткой конструкции из металлического прутка, образующей окружность концентричную направляющим 11 и 12, большего диаметра. Разница диаметров каркаса 16 и ограждения 1 (зазор) обеспечивает доступ персонала и возможность проведения ремонтно-профилактических работ калориферной установки с наружной стороны. К каркасу жестко прикреплен вертикальный полупроницаемый щит 13, выполненный в виде сегмента, длина которого составляет не менее четверти длины окружности каркаса. Диаметрально противоположно полупроницаемому щиту 13 к каркасу 16 прикреплен вертикально плотный щит 14, выполненный в виде сегмента, длина которого также не менее четверти длины окружности каркаса. Далее по линии того же диаметра к каркасу жестко прикреплена вертикальная лопасть 15.
Внутреннее пространство помещения 1 разделено плотными радиальными перегородками 17 на четыре равные камеры 18, 19, 20 и 21, в каждой из которых от перекрытия до уровня верхнего края нижнего яруса калориферов установлена диагональная шторка 22.
При слабом ветре или штилевой погоде атмосферный воздух за счет разницы давлений, обусловленной депрессией шахты, поступает в проемы 2 примерно равномерно со всех сторон ограждения 1 (например, в камеру 18), проходит через калориферы 3 и нагревается. На выходе из калориферов второго и третьего ярусов воздух диагональной шторкой 22 направляется вниз, где смешивается с воздухом, прошедшим через калориферы первого яруса. Далее воздух движется вверх и поступает в патрубок 9 входного проема 8, где смешивается с воздухом, нагретым в камерах 19, 20 и 21.
При сильном ветре (скорость ветра 10 и более м/с) лопасть 15 повернет каркас 16 вокруг вертикальной оси и установит полупроницаемый щит 13 у проемов 2 с наветренной стороны, плотный щит 14 - у аналогичных проемов с подветренной стороны. Полупроницаемый щит 13 погасит скорость движения воздуха, прошедшего через него, и частично отклонит набегающий воздушный поток в стороны. Воздух, прошедший через щит 13, поступит в проемы 2 с наветренной стороны ограждения 1 с пониженной скоростью; воздух, отклоненный щитом 13, дойдя до края щита 13, отклонится в сторону ограждения 1 и поступит в его боковые проемы 2, также потеряв скорость. Плотный щит 15 уловит часть воздушного потока, прошедшего вблизи ограждения 1 и направит ее в проемы 2 с подветренной стороны.
За счет возведения сегмента полупроницаемого щита с наветренной стороны калориферной установки при сильном ветре количество воздуха, поступающего в калориферы с этой стороны, останется примерно тем же, как при слабом ветре; а завихрения воздуха по боковым сторонам ограждения компенсируют его унос от сильного ветра.
За счет возведения сегмента плотного щита с подветренной стороны ограждения, количество воздуха, поступающего в калориферы с этой стороны, увеличится.
То есть применение гасителя скорости ветра описанной конструкции, обеспечит перераспределение набегающего потока воздуха по сторонам калориферной установки. Примерное равенство количества воздуха, поступающего в проемы с наветренной, подветренной и боковых сторон ограждения установки обеспечивает равенство условий работы всех калориферов установки.
Кроме того, использование в конструкции установки диагональной шторки в каждой камере обеспечивает примерное равенство условий работы калориферов одной камеры, установленных в разных ярусах.
Таким образом, введение в конструкцию калориферной установки дополнительных аэродинамических сопротивлений обеспечивает при сильном ветре примерное равенство условий работы не только калориферов, установленных во внутреннем пространстве помещения с наветренной, подветренной и боковых сторон относительно направления ветра, но и калориферов, установленных в разных ярусах одной камеры. А это, в свою очередь, повышает эффективность работы всей калориферной установки и обеспечивает достижение цели изобретения.
Источники информации
1. Триллер Е.А. Опыт эксплуатации калориферных установок в условиях шахты «Красноармейская-Западная №1» / Е.А.Триллер, Т.В.Алтухова; http:ea.donntu.edu.ua/handle/123456789/3636, доступ 29.02.2012 (аналог).
2. Шахтная калориферная установка / Фрейдлих И.С., Гимелыпейн Л.Я., Быков Ю.И. Патент РФ 2013558; МПК E21F 1/08; Заявка №5037902/03 от 16.04.1992, опубл. 30.05.1994 (прототип).