WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Несмотря на разнообразие существующих снегогенерирующих установок большинство из них имеют весьма узкую область применения и не могут использоваться на горных предприятиях по технологическим или экономическим условиям.

2. Лабораторными и натурными исследованиями пневмогидравлических форсуночных снегогенераторов установлено, что при стандартных условиях (P,G,t) активная зона снегообразования находится на расстоянии от 1 до 3 м от выхода струи из форсунки, имеет близкую к кругу форму сечения диаметром 0,5-0,7 м и может эффективно взаимодействовать с пылью, обеспечивая ее утяжеление, слипание и выпадение в зоне торможения струи (5-7м).

Основным элементом устройств для образования искусственного снега является пневмогидравлическая форсунка (рисунок 2).

Форсунка работает следующим образом. Вода под давлением по каналу 5 через радиальную выточку и кольцевую щель поступает в смесительную камеру, куда одновременно подается по каналу 3 охлажденный в сопле Лаваля сжатый воздух. В смесительной камере вода подвергается распылению и первичному охлаждению, а затем образовавшаяся водовоздушная смесь, проходя через диффузор 1, охлаждается вторично.

Рисунок 2 – Пневмогидравлическая форсунка

1 - корпус, 2 – сопло Лаваля, 3 – штуцер воздуха,

4 – втулка резьбовая, 5 – штуцер воды

Сжатый воздух, содержащий водную смесь в виде пара, проходя по каналу 2 адиабатически ускоряется в нем до сверхзвуковых скоростей и оказывается в конце расширения в состоянии перенасыщения, обусловленного выделением скрытой теплоты парообразования при конденсации. Из витающих в воздухе пылевых частиц образуются центры кристаллизации, сталкиваясь с которыми водяные капли моментально замерзают, образуя искусственный снег. Водовоздушная смесь, имея сверхзвуковую скорость, не успевает замерзнуть на выходе из диффузора 1, тем самым исключается промерзание устройства. Кроме этого, для предохранения от возможного промерзания устройства кольцевая щель, образованная между внешней стенкой сопла Лаваля 2 и внутренней стенкой смесительной камеры, сужается к диффузору 1.

Наиболее существенно на время замерзания капли влияет её диаметр, зависящий в свою очередь от конструкции форсунки и принципа её действия. Для тангенциальных гидравлических форсунок зависимость среднего диаметра капель имеет почти линейный характер от давления воды и диаметра сопла.

При применении пневмогидравлических форсунок сокращение времени полета капель с ростом скорости потока при повышении давления сжатого воздуха затрудняет основной процесс фазового перехода; равно как и конвективного теплообмена воды в прямоточном потоке с воздухом (рисунок 3), в то время как увеличение массы капель с поступательно-возвратным характером движения (взлет-падение) способствует их охлаждению и последующему замерзанию при контакте с поступающим холодным воздухом.

Рисунок 3 – Изменение температуры воздуха в струе пневмогидравлической форсунки. Значения давления p сжатого воздуха:

р=0,3 МПа; р=0,4 МПа;

р=0,5 МПа, р=0,6 МПа,

температура атмосферного воздуха

Скорость свободного падания капель в неподвижном воздухе линейно связана с их диаметром и увеличивается в зависимости увеличения диаметра. При встречном движении потока воздуха возможен подъем капель при скорости несколько меньшей (на 10-20%) скорости падения капель в неподвижном воздухе.

Для диапазона условий замерзания капель при относительных скоростях движения от 1 до 30 м/с, радиусе от 510-5 до 2,510-4 м и перепаде температур (Тф – t ) от 10 до 40°С рассчитано время замерзания капель воды (рисунок 4). Диапазон времени замерзания весьма значителен, от сотых долей секунды при больших значениях скорости движения капель и перепада температур при малых диаметрах капель до десятка секунд при больших диаметрах капель, малых скоростях и перепаде температур.

Рисунок 4 – Время замерзания капель в полете

t = 10C, V = 1 м/с;

t = 20C, V = 1 м/с;

t = 10C, V = 10м/с;

t = 20C, V = 10 м/с.

В лабораторных условиях СПГГИ(ТУ) был проведен эксперимент по исследованию эффективности устройства для получения искусственного снега (снегогенератора) на базе пневмогидравлической форсунки. Целью исследований являлось определение основных параметров струи, исходящей из пневмогидравлической форсунки, проверка возможности снегообразования, оценка параметров образовавшегося снега, возможность его использования для подавления мощных источников пыли при ведении горных работ.

В процессе эксперимента были определены параметры струи. Температура на удалении 5 м от форсунки составила –2С, влажность 100%, скорость воздуха 0,5 м/с. Зависимость дальности выпадения капель от расхода воды представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Влияние расхода воды (л/мин) на дальность выпадения

капель (м)

В результате работы установки наблюдалось устойчивое снегообразование на удалении от 1 м до 3 м от форсунки. Учитывая, что эксперимент проводился в течение нескольких часов и температура окружающего воздуха менялась от –1С до +1С можно отметить, что снегообразование наиболее интенсивно при отрицательных температурах атмосферного воздуха. Однако и при положительных значениях образовалось расчетное количество искусственного снега. Коэффициент снегообразования составил в этом случае 0,55 (по сравнению с коэффициентом 0,85 при температуре окружающего воздуха -10С).

Натурные испытания пневмогидравлической форсунки на полигоне свидетельствуют о стабильном снегообразовании и подогреве холодного воздуха со сдвигом зоны снегообразования к началу поступающего холодного потока при повышении температуры воды.

В результате проведения испытаний по использованию пневмогидравлических форсунок диаметром 5 мм и 2 мм были определены зоны снегообразования (таблица 1) путем измерения температурного режима свободно выпускаемой струи сжатого воздуха и воды из форсунки в воздух (затопленная струя) при температуре атмосферного воздуха –5°С. При этом температура воды составила 3°С, температура сжатого воздуха на выходе из компрессора 38 0С, давление сжатого воздуха 0,5 МПа, расход воды и сжатого воздуха 60 кг/ч и 30 м3/ч, соответственно, максимальная теплопроизводительность системы при фазовом переходе воды 18000 кДж/ч, температура сжатого воздуха на выходе из форсунки (без воды) диаметром 5 мм – (23-25)°С, а из форсунки диаметром 2 мм – (9-15)°С.

Таблица 1

Динамика температуры центра затопления струи

Диаметр форсунки

Температура струи (°С) на расстоянии (м)

0

0,1

0,2

0,4

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

5 мм

5

4

2

0

0

0

-3

-5

-5

Физические явления

Зона снегообразования

2 мм

4

2

0

0

0

-1,5

-4

-5

-5

Физические явления

Зона снегообразования

Для измерения параметров возвратноточной «адиабатной» системы «пневмогидравлическая струя» «холодный воздух» при горизонтальном расположении устройства были проведены исследования с выпуском сжатого воздуха в воздухопровод и эжекцией холодного атмосферного воздуха, работе пневмогидравлической форсунки () и вентилятора, работе пневмогидравлической форсунки () и при работе пневмогидравлической форсунки без подачи воздуха вентилятором.

Искусственный снег, полученный в результате эксперимента, обладает оптимальными параметрами для пылеподавления, позволяя коагулировать и осаждать пылевые частицы.

Формирование искусственного снега происходит при незначительных затратах воды и сжатого воздуха, что значительно удешевляет данный способ пылеподавления по сравнению с использующимися в настоящее время мокрыми методами пылеподавления, а также по сравнению с традиционными способами снегообразования.

3. Эффективным средством пылеподавления при отрицательных температурах воздуха являются снегогенераторы конструкции СПГГИ (ТУ) с пневмогидравлическими форсунками, обеспечивающие устойчивое и направленное снегообразование с коэффициентом 0,85 при различных температурах воздуха, вплоть до умеренных положительных значений (+3С).

При выборе технологии пылеподавления, основанной на применении воды как в жидком, так и в твердом агрегатном состоянии необходимо учитывать фактор смерзаемости увлажненной горной массы.

Данная задача была решена через определение удельного расхода жидкости, требуемой на проведение пылеподавления.

Для определения удельного расхода снега (воды) на пылеподавление в зависимости от диаметра снежинок и пылинок, плотности снега и выхода пыли (ПЛ,%) при добыче угля разработана номограмма (рисунок 6). Ход расчета показан направлением стрелок.

Рисунок 6 – Номограмма для определения удельного расхода снега и воды на пылеподавление

Определение расхода воды на пылеподавление является частью разработанной в рамках данной работы методики выбора рациональных параметров пылеподавления. В методике также оцениваются следующие характеристики:

  • характер технологических процессов, при которых будет проводиться пылеподавление – сменность, интенсивность в течение смены, цикличность процессов и т.д.;
  • запыленность воздуха при проведении технологических процессов;
  • фракционный состав образующейся пыли;
  • преобладающая фракция пылевых частиц;
  • химический состав образующейся пыли, ее гигроскопичнось;
  • преобладающие параметры атмосферных условий при ведении работ.

Рациональным может быть комплексное решение проблемы борьбы с пылением техногенных массивов: создание агрегата, способного выполнять эффективное пылеподавление в зимний период искусственным снегом, а в летний - орошением диспергированной водой.

СПГГИ(ТУ) разработана установка на базе снегогенератора, которая может быть использована круглогодично для пылеподавления при большинстве технологических процессов поверхностного комплекса горных предприятий.

Обработка источников пылевыделения осуществляется с помощью установки, представленной на схеме (рисунок 7). Наряду с ранее разработанными и испытанными в натурных условиях установками, предложена новая компактная конструкция для пылеподавления и коагуляции пыли в более крупные частицы, вероятность сноса которых с пылящих поверхностей значительно снижается, а вторичный этап рекультивации с озеленением происходит быстрее и эффективнее.

Конструктивное исполнение устройства для пылеподавления пылящих поверхностей базируется на универсальном блоке с различными дополнительными элементами (ходовая тележка, обогреватели, устройства для охлаждения и подогрева сжатого воздуха и т.д.).

Окончательная конструкция установки выбирается исходя из конкретных условий определенного предприятия, так, что бы проводить пылеподавление наиболее эффективно и с минимальными затратами.

Рисунок 7 – Принципиальная схема универсальной

пылеподавляющей установки:

1 – компрессор, 2 – емкость с водой,

3 – поворотный блок с форсункой

Технико-экономические показатели экспериментальной установки приведены в таблице 2.

Исходя из условий применения установки возможно дополнение или исключение некоторых элементов. Так при возможности подведения сетевой воды нет необходимости использовать емкость с водой.

При невозможности размещения емкости таким образом, чтобы вода поступала в форсунку под воздействием разряженного воздуха, емкость может дополнительно оборудоваться насосом и другим дополнительным оборудованием.

Снижение себестоимости выработки искусственного снега может быть достигнуто за счет повышения производительности снегогенераторной установки, уменьшения потребляемой электроэнергии, сокращения числа обслуживающего персонала, использования более дешевой воды и т.д.

Таблица 2

Технико-экономические показатели установки

Наименование показателя

Значение

Выход снега

2,5 м3/час

Расход воды

1,2 м3/час

Расход сжатого воздуха

0,35 м3/мин

Давление сжатого воздуха

0,5-1 МПа

Диаметр сопла форсунки

3 мм

Напряжение питания

380В

Мощность электродвигателя

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»