Устройство очистки шахтовой воды
MINE WATER TREATMENT DEVICE

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для работы в системах пылеподавления и орошения в горных выработках шахт, рудников, на обогатительных фабриках. Изобретение 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. Образование мелкодисперсного водяного тумана возможно при применении форсунок с очень малым диаметром отверстия, через которое производится распыл жидкости. Шахтовая вода, применяемая в системах пылеподавления и орошения, имеет много механических включений, которые забивают отверстия форсунок. Для очищения шахтовой воды применяются различные фильтрующие устройства.
Наиболее распространенным устройством механической очистки шахтных вод (центрифугирования) являются гидроциклоны, в которых под действием центробежных сил механические примеси отбрасываются к стенкам, опускаются вниз, т.к. тяжелее воды, и накапливаются на дне устройства. Вода, которая прошла очистку, выходит через выпускное отверстие, находящееся сверху гидроциклона. Существует два основных вида гидроциклонов: напорные и безнапорные. Гидроциклон напорного типа работает при подаче в него воды под напором. Благодаря внутренней конструкции в виде конуса создается центробежное движение жидкости с вращательным ускорением из-за постепенного уменьшения диаметра устройства. Центробежная сила, воздействуя на твердые частицы, отбрасывает их на периферию, а в центре гидроциклона создается зона с меньшим давлением, т.е. разрежение, куда устремляется очищенная вода и, поднимаясь вверх, выходит через выпускное отверстие.
Безнапорные гидроциклоны имеют открытый верх и используются при загрязнении воды всплывающими включениями и оседающими компонентами. Их рекомендуют применять при загрязнении жидкости нефтепродуктами и другими составами, которые всплывают на поверхность воды.
Небольшие размеры, высокая производительность и простая конструкция гидроциклонов делают их одними из наиболее удобных и эффективных устройств для механической фильтрации жидкостей.
Известен гидроциклон, содержащий цилиндроконический корпус с тангенциально подводящим и шламовым патрубками, крышку корпуса с патрубком отвода осветленной среды, фильтрующий элемент в виде полупроницаемой мембраны, закрепленной в верхней цилиндрической части корпуса с помощью поддерживающего кольца, отбойное устройство, выполненного в виде полого конуса, жестко закрепленного на подвижном штоке, с помощью которого регулируется кольцевой зазор между ним и направляющим элементом, выполненным в виде полого усеченного конуса, плотно прикрепленного большим основанием в нижней части корпуса и сборник шлама (патент на ПМ № 40015, опубликован 27.08.1004 г., бюллетень № 24).
Известен гидроциклон, содержащий корпус, включающий сопряженные цилиндрическую и коническую обечайки, тангенциальный ввод для подачи исходного продукта, сливной патрубок для вывода осветленного продукта, снабженный фильтрующим элементом с фильтрующей боковой поверхностью, и песковый патрубок для вывода тяжелого продукта, а также снабженный цилиндрическим сорбционным фильтром и дополнительной камерой для сбора осветленного продукта с дополнительным патрубком для его вывода (патент на ПМ № 184122, опубликован 16.10.2018, бюллетень № 29).
Недостатком данных гидроциклонов является ненадежная конструкция для применения в системах очистки жидкости от механических включений при подаче жидкости с высоким давлением (может быть этот абзац совсем убрать?)
Техническим результатом изобретения является создание надежной конструкции устройства очистки шахтовой воды для применения в системах пылеподавления и орошения с высоким гидравлическим давлением за счет применения эллиптической крышки и повышение эффективности очистки воды в шахтных условиях в результате применения конусообразного фильтрующего элемента с мелкоячеистой сеткой.
Заявляемый технический результат достигается тем, что устройство очистки шахтовой воды, содержащее корпус, включающий сопряженные цилиндрическую и коническую обечайки, тангенциальный ввод для подачи воды и выходной патрубок, снабжено эллиптической крышкой и фильтрующим элементом в виде усеченного конуса, расположенного коаксиально корпусу, и состоящего из перфорированного корпуса с натянутой на него мелкоячеистой сеткой.
В шахтных системах пылеподавления и орошения используется вода, подаваемая под высоким давлением с тем, чтобы обеспечить мелкодисперсный водяной туман, который эффективно улавливает угольную пыль. Для эффективной работы форсунок пылеподавления, которые, как правило, имеют одно или несколько отверстий малого диаметра, и которые работают при высоком давлении, необходимо подавать очищенную от механических примесей воду, а устройства очищения воды должны иметь надежную конструкцию, выдерживающую высокое давление. Это достигается тем, что в конструкции устройства предусмотрена эллиптическая крышка, способная выдерживать большие нагрузки, а фильтрующий элемент содержит мелкоячеистую сетку, которая эффективно удерживает механические включения, содержащиеся в шахтовой воде.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид фильтра очистки шахтовой воды в разрезе.
Подробное описание изобретения.
Устройство очистки шахтовой воды состоит из корпуса 1, выполненного в виде гидроциклона, расположенного на раме 2, фильтрующего элемента 3, находящегося внутри корпуса и крышки 4. Корпус состоит из цилиндрической 5 и конической 6 обечаек, фланца 7 для присоединения крышки и отбойника 8, служащего для предохранения сетки фильтрующего элемента от порывов при высоком давлении подаваемой воды. К цилиндрической обечайке тангенциально подведен патрубок 9 для подачи воды в фильтр. В нижней части корпуса находится кран 10 для удаления шлама. Корпус 1 цилиндрической обечайкой 5 присоединен к раме 2 с помощью сварки.
Фильтрующий элемент 3 включает в себя перфорированный, например, металлический корпус 11 в виде усеченного конуса, коаксиально установленный внутрь корпуса устройства и зафиксированный между фланцами корпуса 1 и крышки 4. С наружной стороны корпус обтянут мелкоячеистой металлической сеткой 12. Корпус 11 изготавливается, как правило, из металла для обеспечения жесткости конструкции, с тем, чтобы выдерживать высокое давление воды, и имеет перфорацию отверстиями для того, чтобы не создавать большое сопротивление движению воды внутрь корпуса. Сетка имеет ячейки размером не более 0,5×0,5 мм, т.к, согласно Федеральным нормам и правилам в области промышленной безопасности «Инструкция по борьбе с пылью в угольных шахтах», в местах подключения потребителей воды к пожарно-оросительному трубопроводу должны устанавливаться штрековые фильтры для очистки воды от механических взвесей размером более 0,5 мм. Сетка 12, плотно облегая корпус 11 не деформируется и не рвется, т.к. под напором воды она прижимается к корпусу 11. Металлический корпус и натянутая на него металлическая сетка, которые вместе надежно закреплены между крышкой и корпусом устройства, создают единую жесткую конструкцию, способную выдерживать высокое давление воды.
Крышка 4 состоит из эллиптического днища 13, фланца 14 и приваренного в верхней части крышки патрубка 15 для отвода очищенной воды. Корпус 1 и крышка 4 соединены болтами. Эллиптическое днище, применяемое в качестве крышки, может выдерживать большие нагрузки, создаваемые высоким давлением воды, т.к. после очистки в фильтрующем элементе, вода под напором устремляется вверх к крышке. При применении плоской крышки были случаи ее деформации и срезания болтов, соединяющих крышку с корпусом.
Ниже приведен принцип действия устройства очистки шахтовой воды.
Устройство устанавливается в шахте, входным патрубком 9 подсоединяется к пожарно-оросительному трубопроводу, а выходным патрубком 15 - к устройству пылеподавления.
Вода, поступая из патрубка, тангенциально подведенному к корпусу устройства очистки шахтовой воды, получает центробежное движение и по мере движения вниз дополнительно приобретает вращательное ускорение. Центробежная сила воздействует на твердые частицы, находящиеся в воде, и отбрасывает их на периферию, к стенкам корпуса устройства. За счет центробежной силы от воды отделяются более тяжелые частицы, отбрасываются к стенке корпуса и опускаются вниз по конусу в зону сбора шлама. В центре устройства создается зона с меньшим давлением, т.е. создается разрежение, и очищенная от крупных частиц вода устремляется в эту зону, проходя через сетку фильтрующего элемента и очищаясь от мелких взвесей. Далее очищенная вода поднимается вверх и по патрубку 15 выводится из фильтра к устройствам пылеподавления. Периодически, по мере накопления шлама на дне корпуса устройства, его убирают с помощью крана 10.
Таким образом, предложенная конструкция устройства очистки шахтовой воды с эллиптической крышкой и фильтрующим элементом обеспечивает работу устройства при высоком давлении воды и эффективно очищает шахтовую воду для дальнейшего использования ее в системах пылеподавления.