PL157996B1 - Uklad do schladzania powietrza w wyrobiskach podziemnych kopalni glebinowej PL - Google Patents

Abstract

1. Uklad do schladzania pow ietrza w w yrobiskach podziem nych kopalni glebinowej prow adzonych w ska- lach o podwyzszonej tem peraturze pierw otnej, celem eksploatacji zloza w w arunkach dopuszczalnych górni- czymi przepisam i bezpieczenstwa pracy, zawierajacy chlodniczy agregat sprezarkow y z obiegiem freonu sprze- zonym poprzez parow nik freonu z obiegiem wody chlod- niczej polaczonym z chlodnica pow ietrza wentylacyjnego oraz poprzez skraplacz freonu z obiegiem wody chlodza- cej polaczonym z chlodnica wody, znamienny tym, ze przylaczona do obiegu wody chlodniczej przew odam i (5 i 6) dw ustopniow a chlodnica pow ietrza wentylacyjnego (8) ma kom ore pierwszego stopnia zraszania (11) z najko- rzystniej trzem a zestawam i dysz zraszajacych (15a, 15b i 15c) usytuow anych przeciw pradow o, kom ore drugiego stopnia zraszania (12), najkorzystniej z jednym zestawem dysz zraszajacych (23a) usytuow anych w spólpradow o i dw om a zestawam i dysz zraszajacych (23b i 23c) usytuo- w anych przeciw pradow o oraz odkraplacz plytowy (13) z dyszam i zraszajacym i (17) u wylotu z chlodnicy powie- trza wentylacyjnego (8), zas pod obiem a kom oram i zra- szania (11 i 12) ma zabudow ane oddzielne zbiorniki wody splywowej (20, 24), przy czym kolektor (14) z dyszami zraszajacym i (17) kom ory pierwszego stopnia zraszania (11) jest przylaczony do wlotow ego przew odu (5) wody chlodzacej, drugi kolektor (22) z dyszam i zraszajacym i kom ory drugiego stopnia zraszania (12) jest polaczony poprzez pom pe (21) ze zbiornikiem wody splywowej (20) kom ory pierwszego stopnia zraszania (1 1 ), ........ PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do schładzania powietrza w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, prowadzonych w skałach o podwyższonej temperaturze pierwotnej dla umożliwienia eksploatacji złoża w warunkach klimatycznych dopuszczalnych górniczymi przepisami bezpieczeństwa pracy.

Dotychczas znane układy do schładzania powietrza w przodkach eksploatacyjnych i korytarzowych drążonych w skałach o wysokiej temperaturze pierwotnej nie posiadają dużej zdolności chłodniczej i nie zapewniają obniżenia wilgotności bezwzględnej powietrza, a także cechują się częstą awaryjnością, pogarszając przez to znacznie warunki komfortu pracy górników.

Znane są z literatury sporadycznie stosowane układy chłodnicze pośrednio chłodzące powietrze w podziemiach kopalń poprzez wysokoprężny obieg chłodziwa sprowadzanego na dół kopalni izolowanymi rurociągami. Zastosowany tam układ chłodniczy z maszyną chłodniczą i obiegiem wody słodkiej jako chłodziwa jest wyposażony w trubinę wodną i pompę pracującą w układzie Peltona dla redukcji niebezpiecznie wysokiego ciśnienia w rurociągach, powstałych zwłaszcza na dużych głębokościach. Niedogodnością powyższego układu jest możliwość obniżenia temperatury chłodziwa jedynie do temperatury + 1°C, co znacznie ogranicza jego wydajność, zaś przy powstałych awariach w urządzeniach sterowniczo-kontrolnych doprowadza do zamrożenia chłodziwa w rurociągach.

157 996

Znany jest również układ chłodniczy z maszyną chłodniczą i dwoma rodzajami obiegu chłodziwa, zawierający w pierwszym wysokoprężnym obiegu chłodziwa solankę przepompowywaną bezpośrednio pod wysokim ciśnieniem powyżej lOMPa do umieszczonego w dołowym wyrobisku korytarzowym wymiennika cieplnego, sprzężonego z niskoprężnym obiegiem chłodziwa dla chłodziarek powietrza w przodkach eksploatacyjnych. Niedogodnością tego rozwiązania jest prowadzenie wysokoprężnych rurociągów w wyrobiskach dołowych, gdzie w przypadku uszkodzenia rurociągu wypływ silnego strumienia agresywnego chłodziwa stwarza poważne zagrożenie dla obsługi i zainstalowanych urządzeń. Również konstrukcja wymiennika cieplnego z odpowiednio wysokowytrzymałych materiałów dla zapewnienia bezpiecznej eksploatacji przy znacznych ciśnienia oraz zachowania możliwie małych strat cieplnych powodowała duże utrudnienia konstrukcyjne i technologiczne. W tej sytuacji zostały wdrożone praktycznie do eksploatacji w dołowych warunkach ruchowych jedynie niskoprężne układy do schładzania powietrza w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej o pośrednim systemie schładzania. Zastosowany układ chłodniczy zawiera umieszczone w podziemnym wyrobisku korytarzowym urządzenie chłodnicze połączone izolowanymi rurociągami z chłodnicami powierzchniowymi powietrza umieszczonymi w chłodzonych wyrobiskach przodkowych. Urządzenie chłodnicze zawiera sprężarkę chłodniczą, agregat parownik - skraplacz, chłodnicę powietrza, chłodnicę wody dla skraplacza i sterownicę agregatu.

Urządzenie działa na zasadzie wymiany ciepła pomiędzy obiegiem freonu, obiegiem wody chłodniczej i obiegiem wody chłodzącej skraplacza. Para feronu jest sprężona w sprężarce chłodniczej, skąd kierowana jest do skraplacza, w którym następuje jej skroplenie. Skroplony freon przepływa w dalszej trasie obiegu czynnika przez zawór rozprężny, po czym jest odparowywany w parowniku omywanym wodą chłodniczą i wraca do sprężarki, gdzie ponownie podlega sprężeniu i kierowany jest do skraplacza. Opuszczając parownik zimna woda jest kierowana w sposób wymuszony pompą rurociągami izolowanymi do chłodnicy powierzchniowej powietrza wentylacyjnego, umieszczonej w chłodzonym wyrobisku przodkowym. Doprowadzone lutniociągiem powietrze do chłodnicy powierzchniowej powietrza wentylacyjnego przepływa przez nią i odpowiednio schłodzone jest doprowadzone lutniociągiem dalej do przodka górniczego. W ciężkich warunkach eksploatacjnych na dole kopalni chłodnicom powietrza wentylacyjnego są stawiane szczególne wymagania przepuszczania dużego prądu powietrza wentylacyjnego przy małych gabarytach i małych oporach przepływu oraz małym nakładzie energii, jak również dostarczania dużych mocy chłodniczych przy równoczesnej odporności na zabrudzenia powierzchni wymiany ciepła. Ograniczenia narzucone małymi gabarytami wyrobisk korytarzowych sprawiają, że chłodnice powietrza wentylacyjnego muszą mieć ograniczone wymiary w płaczczyźnie czołowej i mogą być rozbudowane jedynie w kierunku przepływu powietrza. W konsekwencji w chłodnicach tych są stosowane głównie elementy wymiany ciepła typu płytowego, wykonywane z blachy miedzianej o grubości około 0,5 mm z przylutowaną wężownicą z rury miedzianej o średnicy zewnętrznej od 8 - 16 mm. Pierwsze elementy płytowe zestawione równolegle i połączone kolektorami stanowią wymiennik ciepła. Dla wyeliminowania zabrudzenia powierzchni tych chłodnic, a tym samym wzrostu oporów przyjmowania ciepła i przepływu powietrza, instaluje się układ zraszaczy, za pomocą których przeprowadza się cykliczne przemywanie chłodnicy powierzchniowej powietrza wentylacyjnego.

Wyżej omówiona konstrukcja chłodnic powierzchniowych powietrza wentylacyjnego ma również szereg niedogodności. Sprawność tego typu chłodnic jest w dużym stopniu uzależniona od wilgotności powietrza chłodzonego, które z uwagi na korozyjne działanie niektórych związków w nim występujących ma znaczny wpływ na trwałość i skuteczność wymiany ciepła tych chłodnic. Natomiast wydajność tych chłodnic nie jest wielkością stałą i jest zależna zarówno od strumienia objętościowego powietrza przepływającego oraz od wody chłodzącej, jak również od stanu powietrza wlotowego oraz wody zimnej. Przy małych różnicach wilgotności powietrza wlotowego i wylotowego wydajności chłodzenia są małe, zaś przy wzroście kondensacji pary wodnej wydajność chłodzenia wzrasta.

Celem wynalazku jest wyeliminowanie niedogodności dotychczas stosowanych układów chłodniczych z chłodnicami powierzchniowymi powietrza wentylacyjnego i opracowanie takiego układu chłodniczego zawierającego wysokosprawne i niezawodne w ciężkich dołowych warunkach eksploatacyjnych chłodnice powietrza wentylacyjnego w wyrobiskach przodkowych.

157 996

Cel ten został osiągnięty przez wynalazek układu do schładzania powietrza w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej dla eksploatacji złoża o podwyższonej temperaturze pierwotnej skał w warunkach klimatycznych dopuszczalnych górniczymi przepisami bezpieczeństwa pracy, zawierającego chłodniczy agregat sprężynowy z obiegiem freonu sprzężonym poprzez parownik freonu z obiegiem wody chłodniczej połączonym izolowanymi przewodami z chłodnicą powietrza wentylacyjnego oraz poprzez skraplacz freonu z obiegiem wody chłodzącej, połączonym z chłodnicą wody. Przyłączona do obiegu wody chłodniczej izolowanymi przewodami dwustopniowa chłodnica powietrza wentylacyjnego ma komorę pierwszego stopnia zraszania z najkorzystniej trzema rzędami dysz zraszających usytuowanych przeciwprądowo, komorę drugiego stopnia zraszania najkorzystniej z jednym rzędem dysz zraszających usytuowanych współosiowo i dwoma rzędami dysz zraszających usytuowanych przeciwprądowo oraz odkraplacz płytowy z dyszami zraszającymi u wylotu z chłodnicy powietrza wentylacyjnego.

Pod obiema komorami zraszania są zabudowane zbiorniki wody spływowej. Kolektor z dyszami zraszającymi pierwszego stopnia zraszania jest przyłączony do wlotowego przewodu izolowanego wody chłodniczej, zaś drugi kolektor z dyszami zraszającymi komory drugiego stopnia zraszania jest połączony poprzez pompę ze zbiornikiem spływowym wody komory pierwszego stopnia zraszania. Zbiornik spływowy wody komory drugiego stopnia zraszania jest połączony z wylotowym przewodem izolowanym wody chłodniczej. Natomiast odkraplacz płytowy z dyszami zraszającymi zasilanymi z kolektora komory pierwszego stopnia zraszania ma ustawione równolegle blisko siebie w pionie w osi wypływu powietrza płyty z blachy ukształtowanej o profilu zygzakowatym. Układ ma temperaturę wody chłodniczej od 0,5°C do 10°C powodującą w dwustopniowej chłodnicy powietrza wentylacyjnego obniżenie wilgotności bezwzględnej i temperatury powietrza przy prędkości powietrza od 0 do 6,0 metrów na sekundę. Zastosowanie układu do schładzania powietrza według wynalazku z nową konstrukcją chłodnicy powietrza wentylacyjnego umożliwia efektywne chłodzenie powietrza dopływającego do przodka eksploatacyjnego przy równoczesnym osuszaniu tego powietrza. Prosta konstrukcja tej chłodnicy pozwala na uzyskanie dużej wydajności chłodniczej i zmniejszenie oporów powietrza przez chłodnicę przy równoczesnym wyeliminowaniu kosztownych i nietrwałych konstrukcji chłodnic z wężownicami z cienkościennych rur miedzianych. Dzięki dużej wydajności układu i jego niezawodności działania umożliwione zostało obniżenie temperatury powietrza w przodkach kopalń głębinowych o wysokiej temperaturze pierwotnej skał oraz utrzymanie temperatury powietrza w granicach dopuszczalnych górniczymi przepisami bezpieczeństwa pracy. Pozwala to podwyższać komfort pracy i wydajność pracy, eliminując jednoścześnie podstawową przeszkodę dla wzrostu wydajności pracy i koncentracji produkcji.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat układu chłodniczego z chłodnicą powietrza wentylacyjnego, fig. 2 -obie komory zraszania chłodnicy powietrza wentylacyjnego w przekroju bocznym A-A, fig. 3 -komorę drugiego stopnia zraszania w przekroju czołowym B-B, fig. 4 - komorę pierwszego stopnia zraszania w przekroju czołowym C-C, fig. 5 - skraplacz płytowy chłodnicy powietrza wentylacyjnego w widoku z góry z częściowym wykrojem, natomiast fig. 6 - powyższy skraplacz w przekroju bocznym D-D.

Układ według wynalazku ma umieszczony w wyrobisku korytarzowym chłodniczy agregat sprężarkowy 1, zawierający w obiegu freonu obwód skraplacza freonu 2, zawór rozprężny 3 i obwód parownika freonu 4. Drugi obwód parownika freonu 4 jest połączony przewodami izolowanymi 5 i 6 w obiegu wody chłodniczej poprzez pompę 7 z chłodnicą powietrza wentylacyjnego 8 umieszczoną w wyrobisku przodkowym. Drugi obwód skraplacza freonu 2 jest połączony w obiegu wody chłodzonej z chłodnicą wody 9 chłodzoną wymuszonym obiegiem powietrza zużytego przez wentylator 10. Chłodnica powietrza wentylacyjnego 8 jest dwustopniowa i zawiera komorę pierwszego stopnia zraszania 11, komorę drugiego stopnia zraszania 12 i odkraplacz płytowy 13. Komora pierwszego stopnia zraszania 11 ma połączone kolektorami 14 trzy zestawy dysz zraszających 15a, 15b i 15c, zawierających po cztery pionowe przewody wodne 16 z czterema dyszami wodnymi 17 każda. Wszystkie trzy zestawy dysz zraszających 15a, 15b i 15c są ustawione z dyszami zraszającymi 17 w jednym kierunku przeciw prądowi powietrza. Kolektor 14 komory pierwszego

157 996 stopnia zraszania 11 jest przyłączony jednym końcem z wlotowym przewodem izolowanym 5 obiegu wody chłodniczej, zaś drugim końcem z poziomym przewodem wodnym 18 odkraplacza płytowego 13 z pięcioma dyszami zraszającymi 17 ustawionymi współprądowo. Odkraplacz płytowy 13 jest zabudowany u wylotu w chłodnicy powietrza wentylacyjnego 8 i zawiera ustawione równolegle w osi wypływu powietrza gęsto blisko siebie płyty 19 z blachy ukształtowanej o profilu zygzakowatym. Pod komorą pierwszego stopnia zraszania 11 jest zamontowany zbiornik wody spływowej 20 połączony swym wylotem poprzez pompę 21 z drugim kolektorem 22 komory drugiego stopnia zraszania 12, łączącym trzy zastawy dysz zraszających 23a, 23b i 23c, zawierające po cztery pionowe przewody wodne 16 z czterema dyszami zraszającymi 17 każda. Pierwszy zestaw dysz zraszających 23a jest ustawiony z dyszami zraszającymi 17 zgodnie z prądem powietrza natomiast pozostałe dwa zestawy dysz zraszających 23b i 23c są ustawione z dyszami zraszającymi przeciw prądowi powietrza. Pod komorą drugiego stopnia zraszania 12 jest zamontowany drugi zbiornik wody spływowej 24, którego wylot jest połączony z wylotowym przewodem izolowanym 6 wody chłodniczej.

Działanie układu jest skuteczne i niezawodne przy prostocie konstrukcji dwustopniowej chłodnicy powietrza wentylacyjnego 8. Woda zimna o temperaturze około 5°C z układu chłodniczego z parownikiem freonu 4 doprowadzona jest przewodami izolowanymi 5 i 6 pompą 7 do powietrza wentylacyjnego 8 i na odkraplacz płytowy 13, zaś ze zbiornika wody spływowej 20 jest podawana pompą 21 do komory drugiego stopnia zraszania 12, skąd z drugiego zbiornika wody spływowej 24 jest transportowana ponownie do układu chłodniczego z parownikiem freonu 4. W obu komorach zraszania 11 i 12 chłodziwo jest prowadzone do strumienia chłodzonego powietrza przez dysze wodne 17. Parametry powietrza odpływającego z chłodnicy powietrza wentylacyjnego 8 są regulowane parametrami chłodziwa o temperaturze od 0,5°C do 10°C, powodując równocześnie obniżenie wilgotności bezwzględnej i temperatury przepływającego powietrza w czasie jego zraszania rozpylanym chłodziwem przez dysze wodne 17.

Stosowanie nowej konstrukcji chłodnicy powietrza wentylacyjnego 8 umożliwia uzyskanie w szerokim zakresie współczynnika przejmowania ciepła odniesionego do 1 m³ przestrzeni roboczej komór zraszania 11 i 12 w granicach 400-1800 W/m -K. Bezpośredni sposób chłodzenia powietrza wentylacyjnego poprzez rozpylanie wody zimnej dyszami wodnymi 17 eliminuje potrzebę stosowania kosztownych i zawodnych eksploatacyjnie wężownic z rur miedzianych i pozwala na uzyskanie mniejszych oporów przepływu powietrza wentylacyjnego, jak również wysokiej wydajności i skuteczności chłodzenia.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 5000 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do schładzania powietrza w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej prowadzonych w skałach o podwyższonej temperaturze pierwotnej, celem eksploatacji złoża w warunkach dopuszczalnych górniczymi przepisami bezpieczeństwa pracy, zawierający chłodniczy agregat sprężarkowy z obiegiem freonu sprzężonym poprzez parownik freonu z obiegiem wody chłodniczej połączonym z chłodnicą powietrza wentylacyjnego, oraz poprzez skraplacz freonu z obiegiem wody chłodzącej połączonym z chłodnicą wody, znamienny tym, że przyłączona do obiegu wody chłodniczej przewodami (5 i 6) dwustopniowa chłodnica powietrza wentylacyjnego (8) ma komorę pierwszego stopnia zraszania (11) z najkorzystniej trzema zestawami dysz zraszających (15a, 15b i 15c) usytuowanych przeciwprądowo, komorę drugiego stopnia zraszania (12), najkorzystniej z jednym zestawem dysz zraszających (23a) usytuowanych współprądowo i dwoma zestawami dysz zraszających (23b i 23c) usytuowanych przeciwprądowo oraz odkraplacz płytowy (13) z dyszami zraszającymi (17) u wylotu z chłodnicy powietrza wentylacyjnego (8), zaś pod obiema komorami zraszania (11 i 12) ma zabudowane oddzielne zbiorniki wody spływowej (20,24), przy czym kolektor (14) z dyszami zraszającymi (17) komory pierwszego stopnia zraszania (11) jest przyłączony do wlotowego przewodu (5) wody chłodzącej, drugi kolektor (22) z dyszami zraszającymi komory drugiego stopnia zraszania (12) jest połączony poprzez pompę (21) ze zbiornikiem wody spływowej (20) komory pierwszego stopnia zraszania (11), zaś zbiornik wody spływowej (24) komory drugiego stopnia zraszania (12) jest połączony z wylotowym przewodem (6) wody chłodniczej.
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że odkraplacz płytowy (13) z dyszami zraszającymi (17) zasilanymi z kolektora (14) komory pierwszego stopnia zraszania (11) ma ustawione równolegle blisko siebie w pionie i w osi wypływu powietrza płyty (19) z blachy ukształtowanej o profilu zygzakowatym.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że ma temperaturę wody chłodniczej od 0,5°C do 10°C powodującą w dwustopniowej chłodnicy powietrza wentylacyjnego (8) obniżenie wilgotności bezwzględnej i temperatury powietrza przy prędkości powietrza od 0 do 6,0 metrów na sekundę.