устройство для проветривания глубоких карьеров

Формула изобретения

Устройство для проветривания глубоких карьеров, включающее эластичную вытяжную трубу с тороидальными камерами жесткости, расположенными по ее длине и заполненными легким инертным газом, приспособление для перемещения устройства, электронагревательные элементы с опорным каркасом, электросиловую установку в виде турбины и двигателя-генератора, теплообменник, выполненный из экранирующей пленки, отличающееся тем, что оно снабжено вертикальным телескопическим полым валом, размещенным в эластичной вытяжной трубе, на котором укреплено ветроколесо с криволинейными полостями и крыльчаткой, при этом профиль нижней поверхности крыла крыльчатки и профиль верхней поверхности криволинейной полости ветроколеса выполнены таким образом, что образуют при совместном движении полость в виде суживающегося конуса вращения, ось которого совпадает с осью телескопического полого вала, причем между крыльчаткой и ветроколесом в полом валу выполнены выпускные, а на уровне турбины предусмотрены впускные окна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к задачам проветривания глубоких карьеров.

Известен ветродвигатель (см. а.с. N 1204777 кл. E 03 D 3/04, 1986, Бюл. N 2), содержащий ветроколесо с вертикальным валом и криволинейными лопастями, направляющий аппарат с криволинейной плоскостью, крыльчатку, закрепленную на валу, и флюгер, снабженный поворотным рулем.

Недостатком данного устройства является невозможность отбора воздуха, например, в качестве движущей силы с надповерхностного слоя основания карьера, то есть используются лишь перемещающиеся на высоте ветроколеса потоки ветра из-за чего ветродвигатель не может эффективно работать в условиях глубоких карьеров, осуществляя в качестве вспомогательной функции проветривание.

Известно устройство для проветривания глубоких карьеров (см. а.с. N 1232819 кл. E 21 F 1/00, 1986, Бюл. N 19), включающее эластичную вытяжную трубу с тороидальными камерами жесткости, расположенными по ее длине и заполненными легким инертным газом, приспособление для перемещения устройства, теплосборник, электронагревательные элементы, закрепленные на опорном каркасе и установленные внутри теплообменника и энергосиловую установку в виде турбины и двигателя-генератора.

Недостатком данного устройства является высокая энергоемкость, обусловленная необходимостью преодоления застойной зоны у входного отверстия вытяжной трубы, особенно, в безветрие и при ненастной погоде (дождь, туман, медленно падающий снег), когда вентилируемый воздух как бы зависает над устройством проветривания, кроме того наблюдается сложность поддерживания в вертикальном положении вытяжной эластичный трубы за счет лишь стяжек, особенно при горизонтальном движении воздушных масс, что вызвано как восходящими потоками вентилируемого воздуха, так и ветровой нагрузкой,

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и снижение энергоемкости процесса проветривания карьеров за счет устранения застойного положения вентилируемого воздуха в месте нахождения устройства для проветривания, особенно в безветрие, за счет создания разряжения (депресионной воронки) над отверстием вытяжной трубы, что достигается установкой вертикального телескопического полого вала с укрепленным на нем ветроколесом и крыльчаткой, а также c последующим преобразованием энергии вентилируемых движущихся потоков и ветровой нагрузки атмосферного воздуха в электрическую энергию на двигателе-генераторе, связанном с ветроколесом. Кроме того, использование телескопического вала увеличивает устойчивость эластичной вытяжной трубы при внешнем воздействии потоков атмосферного воздуха, особенно при ветровой нагрузке.

Технический результат достигается тем, что устройство для проветривания глубоких карьеров, включающее эластичную вытяжную трубу с тороидальными камерами жесткости, расположенными по ее длине и заполненными легким инертным газом, приспособление для перемещения устройства, электронагревательные элементы, закрепленные на опорном каркасе, энергоустановку в виде турбины и двигателя-генератора, теплообменник, выполненный из экранирующей пленки, снабжено вертикальным телескопическим полым валом, на котором укреплено ветроколесо с криволинейными лопастями. На вертикальном телескопическом полом валу над ветроколесом установлена крыльчатка таким образом, что ее нижняя поверхность с верхней поверхностью криволинейной полости ветроколеса образуют суживающийся конус вращения, ось которого совпадает с осью полого вала. Вертикальный телескопический полый вал размещен в эластичной вытяжной трубе, являясь ее опорным элементом, имеет между крыльчаткой и ветроколесом выпускные окна, а впускные окна расположены на уровне турбины.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для проветривания глубоких карьеров, на фиг. 2 - суживающийся конус вращения как элемент устройства для проветривания.

Устройство для проветривания глубоких карьеров содержит вытяжную трубу 1 с тороидальными камерами 2, расположенными по ее длине и заполненными легким инертным газом, энергосиловую установку 3, выполненную в виде двигателя-генератора 4 и турбины 5, распредпункт 6, а также электронагревательные элементы 7, закрепленные на сборном опорном каркасе 8, вертикальный телескопический полый вал 9, на котором укреплено ветроколесо 10 c криволинейными полостями 11 и крыльчаткой 12.

В приспособлении для перемещения устройства в виде самоходного шасси 13 посредством стяжек 14 закреплен фигурный сегмент 15, связанный системой тросов с экранирующей пленкой 16 теплообменника, жестко скрепленного с тороидальной камерой 2 вытяжной трубы 1. При этом тороидальная камера 17, расположенная у основания вытяжной трубы 1, установлена соосно турбине 5 и снабжена клапаном 18 давления. А последняя камера жесткости 19 имеет аварийный клапан 20 и натяжные тросы 21 с крепежными кольцами 22. Опорный каркас 8 с нагревательными элементами 7 размещен внутри камеры 12. Вертикальный телескопический полый вал 9 размещен в эластичной вытяжной трубе 1 и своим основанием укреплен (не показано) к самоходному шасси 9 и имеет впускные окна 23 на уровне турбины 5, а выпускные окна 24 расположены между крыльчаткой 12 и ветроколесом 10, при этом профиль нижней поверхности 23 крыла крыльчатки 12 и профиль верхней поверхности 26 криволинейной полости 11 ветроколеса 10 выполнены дугообразными, т. е. таким образом, что создают при совместном круговом движении, полость 27 в виде суживающегося конуса вращения, ось которого совпадает с осью телескопического полого вала 9.

Устройство работает следующим образом.

Устройство доставляют в зону карьера, нуждающуюся в проветривании и монтируют в ней. Пуск и работу установки в режиме "Проветривание" осуществляют следующим образом. Через клапан 18 давления сжатый воздух заполняет тороидальную камеру 17, расположенную у основания трубы 1 до выбранных для режима работы размеров. В вытяжную трубу 1 подают инертный газ, заполняющий камеры 2 жесткости, приводя таким образом вытяжную трубу 1 в вертикальное рабочее положение. Одновременно полый вал 9 телескопически выдвигается, поднимая синхронно с вытяжной трубой 1 ветроколесо 10 и крыльчатку 12.

От внешней электросети распредпункт 6 включает электронагревательные элементы 7 и двигатель 4 электросиловой установки 3, который приводит в движение турбину 5, перемещающую поток воздуха по вытяжной трубе снизу вверх. Часть вентилируемого воздуха на уровне турбины 5 поступает во впускные окна 23 полого телескопического вала 9 и он перемещается внутри вала 9, после чего выбрасывается через выпускные окна 24 в полость 27, которая выполнена в виде суживающегося конуса вращения. В результате движения части потока вентилируемого воздуха по суживающемуся конусу 27 изменяется его скорость и наблюдается скоростной перепад между основной массой вентилируемого воздуха, выходящего из отверстия вытяжной трубы 1, и части вентилируемого воздуха, выходящего из полости 27. Это приводит к образованию вокруг ветроколеса 10 зоны разряжения, которая в конечном итоге способствует увеличению скорости движения вентилируемого потока воздуха, движущегося по вытяжной трубе 1.

По достижении потоком вентилируемого воздуха постоянной скорости по всей высоте вытяжной трубы 1, т.е. при наступлении стационарного режима движения, турбину 5 выключают и открывают клапан 18 тороидальной камеры 17. Давление воздуха в тороидальной камере 17 падает, ее стенки под действием подъемной силы смыкаются, обеспечивая максимальную ширину входного отверстия на уровне турбины 5. По мере естественного прогревания воздуха под экранирующей пленкой 16 от солнечной энергии на распредпункте 6 последовательно автоматически отключаются обогреватели, после чего установка работает в автономном режиме (используя энергию, вырабатываемую вращающимся ветроколесом 10, солнечную энергию и в зависимости от климатических зон геотермальное тепло) на проветривание.

Связь ветроколеса 10 с электросиловой установкой 3 (не показано) позволяет энергию, вырабатываемую ветроколесом 10 аккумулировать и использовать, например, для светового оконтуривания устройства для проветривания в ночное время или в условиях плохой видимости, а также частично в качестве покрытия энергозатрат на выработку сжатого воздуха, или откачку дренажных вод из карьера и т.д.

Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности проветривания глубоких карьеров путем создания зоны разряжения на выходе из вытяжной трубы, что позволяет при меньших энергозатратах пропускать большую массу вентилируемого воздуха, а расположение впускных окон полого телескопического вала на уровне турбины интенсифицирует отбор загрязненного воздуха непосредственно у основания устройства для провешивания.

Кроме того, вращение ветроколеса, наряду с созданием зоны разряжения, приводит к выработке электроэнергии, которая эффективно может использоваться для проведения вспомогательных операций, например освещения, светового оконтуривания в ночное и ненастное время устройства для проветривания, а также откачки дренажных вод и др. операций.