Теплообменное устройство для охлаждения шахтной вентиляционной струи
Владельцы патента RU 2476798:
Учреждение Российской академии наук Горный институт Уральского отделения РАН (ГИ УрО РАН) (RU)
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменным устройствам, предназначенным для передачи тепла от теплоносителя к потребителю тепла, имеющему температуру более низкую, чем температура теплоносителя, и обеспечивающим таким образом охлаждение последнего. В предлагаемом теплообменном устройстве его поверхность теплопередачи выполнена в виде размещенных внутри створок шахтной вентиляционной двери водно-тканевых завес, а каждая створка выполнена в виде прямоугольной трубчатой рамки, при этом на прямоугольную трубчатую рамку каждой створки, снабженную опорной сеткой с ромбической ячейкой, намотаны сверху вниз по сетке несколько слоев крупноячеистой хлопчатобумажной ткани, постоянно смачиваемой холодной водой из верхней водоподводящей трубки рамки дверной створки. Кроме того, опорная сетка и ткань завесы закреплены по всему внутреннему контуру рамки, например, оцинкованной низкоуглеродистой проволокой с шагом, кратным размеру стороны ячейки сетки. Технический результат - создание более благоприятных рабочих условий за счет охлаждения шахтной вентиляционной струи и, как следствие этого, снижение температуры воздуха в горной выработке (добычной галерее). 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к теплообменным устройствам, предназначенным для передачи тепла от теплоносителя к потребителю тепла, имеющему температуру более низкую, чем температура теплоносителя, и обеспечивающим таким образом охлаждение последнего.
Известно, что на шахтах, добывающих высоковязкую нефть подземным способом с использованием ее нагрева (например, в условиях Ярегского нефтяного месторождения на территории Республики Коми), температура воздуха в вентиляционной струе добычных галерей составляет 35-40°С. Это дает основание для оценки таких условий работы шахтеров как весьма тяжелых и требует внедрение эффективных недорогих способов охлаждения вентиляционной струи, например, за счет ее взаимодействия с холодной водой, которая, нагреваясь и испаряясь, понижала бы температуру окружающей среды в галерее до 20÷25°С. Как известно, удельный расход тепла на нагрев и испарение воды составляет порядка 540 ккал/кг и является самым высоким по сравнению со всеми другими жидкостями. К тому же вода является наиболее доступным недорогим и безопасным с точки зрения шахтных условий средством.
Известны многочисленные открытые теплообменные устройства, в которых вода и воздух, непосредственно соприкасаясь друг с другом, взаимодействуют напрямую. В соответствии с таким способом охлаждения все они относятся к классу контактных мокрых охладителей, типичными представителями которых являются градирни различных конструкций как более сложные и водяные завесы как более простые и недорогие теплообменные устройства.
Известно теплообменное устройство (а.с. СССР №542083, МПК F28C 1/00), выполненное в виде вентиляторной градирни, в которой вода, поступающая из водораспределителя и стекающая вниз по оросителю, взаимодействует с параллельным ее движению мощным потоком воздуха, подаваемым внутрь оросителя градирни вентилятором.
Недостатком такого устройства является быстрое насыщение влагой проходящего через ороситель воздуха и капельный унос.
Известно теплообменное устройство (а.с. СССР №1688094, МПК F28C 1/00), выполненное в виде вытяжной башенной градирни, в которой размещаемый под водораспределителем ороситель создается (непосредственно на месте эксплуатации градирни) из рулонного пленочного материала, наматываемого за счет вращения вокруг вертикальной оси решетчатой опоры оросителя. Стекающая вниз по пленочному материалу вода взаимодействует со встречным воздушным потоком, создаваемым за счет вытяжного эффекта (сквозняка) высокой башни градирни.
Недостатком такого технического решения является сохраняющаяся параллельность направлений движения потоков воды и воздуха и, следовательно, невозможность обеспечения перекрестного (как более эффективного) взаимодействия потоков, когда направления их движения перпендикулярны друг другу.
Известно принятое за прототип устройство для образования вертикальной охлаждающей водяной завесы (а.с. СССР №681296, МПК F24F 9/00), предназначенное для использования в цехах, отдельных производственных помещениях и других ограниченных пространствах, где имеет место сопутствующее работе выделение значительного количества тепла, ухудшающее условия труда. Указанное устройство состоит из корпуса в виде трубы с продольной горизонтальной прорезью по всей длине трубы, подвешенного на двух регулируемых талрепах и снабженного пластинчатым экраном - гасителем скорости воды, постоянно подаваемой в корпус и изливающейся из него через край прорези по закругленной направляющей, что и образует свободно падающую вниз водяную пленку - вертикальную завесу.
Недостатком такого относительно простого устройства является то, что оно не может быть использовано в том случае, когда движение воздуха осуществляется неестественным путем, то есть не за счет тепловой конвекции, а принудительно и с большой скоростью, как это имеет место, например, в горных выработках, где скорость вентиляционной струи составляет порядка 1÷2 м/с.
Задачей настоящего изобретения является создание более благоприятных рабочих условий при добыче высоковязкой нефти термошахтным способом за счет охлаждения шахтной вентиляционной струи с помощью контактного теплообменного устройства мокрого типа.
Технический результат - снижение температуры воздуха в горной выработке (добычной галерее) с 35÷40°С до 20÷25°С.
Указанный технический результат достигается за счет того, что согласно изобретению в предлагаемом теплообменном устройстве его поверхность теплопередачи выполнена в виде размещенных внутри створок шахтной вентиляционной двери водно-тканевых завес, а каждая створка выполнена в виде прямоугольной трубчатой рамки, при этом на прямоугольную трубчатую рамку каждой створки, снабженную опорной сеткой с ромбической ячейкой, намотаны сверху вниз по сетке несколько слоев крупноячеистой хлопчатобумажной ткани, постоянно смачиваемой холодной водой из верхней водоподводящей трубки рамки дверной створки.
Кроме того, опорная сетка и ткань завесы закреплены по всему внутреннему контуру рамки, например, оцинкованной низкоуглеродистой проволокой с шагом, кратным размеру стороны ячейки сетки.
На фиг.1 представлена схема установки шахтной вентиляционной двери в горной выработке, на фиг.2 дан вид А (верхняя часть дверной створки без ткани на переднем плане), на фиг.3 показан вид Б, на фиг.4 дано сечение В-В (по верхней водоподводящей трубке рамки дверной створки).
Предлагаемое устройство содержит прямоугольную трубчатую рамку 1, опорную сетку 2, проволоку 3, крупноячеистую хлопчатобумажную ткань 4, водоподводящую трубку 5, планки с отверстиями 6 для крепления сетки и ткани, щитки ограждения 7.
Устройство работает следующим образом.
Для охлаждения шахтной вентиляционной струи, температура воздуха в которой составляет 35÷40°С, горную выработку перекрывают двухстворчатой вентиляционной дверью, каждая створка которой, будучи установлена на вертикальной оси, выполнена в виде прямоугольной трубчатой рамки 1 с встроенной в нее опорной сеткой с ромбической ячейкой 2, занимающей всю площадь рамки и закрепленной на ней оцинкованной низкоуглеродистой проволокой 3. Стальная плетеная сетка (изготовляемая по ГОСТ 5336-80) предназначена для восприятия скоростного напора вентиляционной струи.
На рамку 1 намотаны сверху вниз по сетке несколько слоев (2 или 4) крупноячеистой хлопчатобумажной (чтобы она хорошо впитывала воду) ткани 4, постоянно смачиваемой водой из верхней водоподводящей трубки 5 рамки дверной створки через вертикальные отверстия (см. фиг.4). Как и сетка, ткань закреплена по всему внутреннему контуру рамки проволокой, для чего к рамке приварены планки с отверстиями 6. Для предохранения ткани от контакта с дверным проемом над верхней и под нижней трубками рамки установлены ограждающие щитки 7.
Вентиляционная струя, встречая на своем пути закрытую дверь, пронизывает ее легкопродуваемые тканевые завесы, постоянно смачиваемые холодной водой (например, из бака с плавающими в нем кусками льда), что, благодаря прямому взаимодействию холодной воды и нагретого воздуха, обеспечивает эффективное охлаждение последнего.
Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков описанной конструкции створок двери создает вертикальную водно-тканевую завесу, обеспечивающую наиболее эффективное перекрестное взаимодействие шахтной вентиляционной струи с поверхностью теплопередачи предложенного теплообменного устройства, что позволяет снижать температуру воздуха в добычной галерее шахты до 20-25°С. Тем самым создаются более благоприятные рабочие условия при добыче высоковязкой нефти термошахтным способом за счет охлаждения шахтной вентиляционной струи с помощью контактного теплообменного устройства мокрого типа.
Для предохранения от коррозии и снижения веса все металлические элементы двери выполнены из алюминиевого сплава, а конструкция створки позволяет производить замену вышедшей из строя ткани без значительных трудозатрат и даже на шахте.
Промышленная применимость заявленного технического решения не вызывает сомнений, оно не требует значительных материальных затрат и использования специального оборудования, изготовление предложенного теплообменного устройства возможно в ремонтно-механических мастерских шахты, а его монтаж не требует привлечения высококвалифицированных специалистов.
1. Теплообменное устройство для охлаждения шахтной вентиляционной струи за счет ее взаимодействия с поверхностью теплопередачи вертикальной завесы, отличающееся тем, что его поверхность теплопередачи выполнена в виде размещенных внутри створок шахтной вентиляционной двери водно-тканевых завес, а каждая створка выполнена в виде прямоугольной трубчатой рамки, при этом на прямоугольную трубчатую рамку каждой створки, снабженную опорной сеткой с ромбической ячейкой, намотаны сверху вниз по сетке несколько слоев крупноячеистой хлопчатобумажной ткани, постоянно смачиваемой холодной водой из верхней водоподводящей трубки рамки дверной створки.
2. Теплообменное устройство по п.1, отличающееся тем, что опорная сетка и ткань завесы закреплены по всему внутреннему контуру рамки, например, оцинкованной низкоуглеродистой проволокой с шагом, кратным размеру стороны ячейки сетки.
