RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 182050 (21) Numer zgłoszenia: 319796 Urząd Patentowy (22) Data zgłoszenia: 30.04. 1997 Rzeczypospolitej Polskiej (13) B1 (51) IntCl7 E21F5/00 ( 5 4 ) Sposób i urządzenie do zabezpieczania instalacji odpylających przed wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego (73) Uprawniony z patentu: Centrum Mechanizacji Górnictwa KOMAG, (43) Zgłoszenie ogłoszono: Gliwice, PL 09.11.1998 BUP 23/98 (72) Twórcy wynalazku: Walenty Frydel, Gliwice, PL Marcin Steindor, Zabrze, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.10.2001 WUP 10/01 (74) Pełnomocnik: Olbrzymek Elżbieta PL 182050 B1 (57) 1. Sposób zabezpieczania instalacji odpylających przed wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego, zawierających usytuowany w obudowie wentylator lub dmuchawę, do których jest kierowany strumień zanieczyszczonego powietrza, znamienny tym, że strumień (21) zanieczyszczonego powietrza o kształcie zbliżonym do walca o średnicy mniejszej od średnicy obudowy (8) wentylatora (3) lub dmuchawy umieszcza się przed odpylaczem w strumieniu (22) czystego powietrza o kształcie zbliżonym do kształtu kołowego wydrążonego walca, a następnie tak uformowane strumienie doprowadza się w kierunku łopatek (6) wirnika (5) wentylatora (3) lub dmuchawy, przy czym strumień (22) czystego powietrza o kształcie zbliżonym do kształtu kołowego wydrążonego walca prowadzi się w otoczeniu warstwy przyściennej wewnętrznej powierzchni wentylatora (3) lub dmuchawy.
Sposób i urządzenie do zabezpieczania instalacji odpylających przed wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób zabezpieczania instalacji odpylających przed wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego, zawierających usytuowany w obudowie wentylator lub dmuchawę, do których jest kierowany strumień zanieczyszczonego powietrza, znamienny tym, że strumień (21) zanieczyszczonego powietrza o kształcie zbliżonym do walca o średnicy mniejszej od średnicy obudowy (8) wentylatora (3) lub dmuchawy umieszcza się przed odpylaczem w strumieniu (22) czystego powietrza o kształcie zbliżonym do kształtu kołowego wydrążonego walca, a następnie tak uformowane strumienie doprowadza się w kierunku łopatek (6) wirnika (5) wentylatora (3) lub dmuchawy, przy czym strumień (22) czystego powietrza o kształcie zbliżonym do kształtu kołowego wydrążonego walca prowadzi się w otoczeniu warstwy przyściennej wewnętrznej powierzchni wentylatora (3) lub dmuchawy. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że strumieniowi (22) czystego powietrza nadaje niewielkie zawirowanie przed umieszczeniem w nim strumienia (21) zanieczyszczonego powietrza. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że do strumienia (22) na drodze (L) jego przepływu przed wentylatorem lub dmuchawą doprowadza się dodatkowy strumień (24) czystego powietrza. 4. Urządzenie do zabezpieczania instalacji odpylających przed wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego, zawierających usytuowany w obudowie wentylator lub dmuchawę, znamienne tym, że na wlocie do obudowy (8) wentylatora (3) lub dmuchawy jest dołączony cylindryczny krótki przewód (11) o średnicy na wypływie zbliżonej do średnicy obudowy (8), w którym to przewodzie (11), korzystnie w jego osi wzdłużnej, jest umieszczony końcowy odcinek przewodu (12) o średnicy mniejszej od średnicy przewodu (11) dołączonego do obudowy (8) tak, że pomiędzy przewodami (11) i (12) znajduje się szczelina (14). 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wysokość (h) szczeliny (14) wynosi co najmniej 10% długości wewnętrznej średnicy (D) przewodu (11) doprowadzającego czyste powietrze. 6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że długość (L) przewodu (11) doprowadzającego świeże powietrze jest nie mniejsza niż długość jego wewnętrznej średnicy (D) a odległość (x) pomiędzy zakończeniami przewodów (11) i (12) jest nie mniejsza od długości połowy średnicy (D) przewodu (11). 7. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że przewód (12) doprowadzający zanieczyszczone powietrze jest ustalany w przewodzie (11) doprowadzającym czyste powietrze za pośrednictwem żeber (13), korzystnie płaskich. 8. Urządzenie według zastrz. 7, znamienne tym, że żebra (13) są ustawione pod niewielkim kątem w stosunku do osi przewodu (12) doprowadzającego zanieczyszczone powietrze. 9. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że pomiędzy wlotem do obudowy (8) wentylatora (3) lub dmuchawy, a dołączonym do niego przewodem (11) znajduje się szczelina (23) o regulowanej szerokości. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do zabezpieczania wentylatorów lub dmuchaw instalacji odpylających przed wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego podczas drążenia wyrobisk korytarzowych.
182 050 3 Podczas drążenia wyrobisk korytarzowych znajdujące się w nich powietrze ulega znacznemu zapyleniu oraz zanieczyszczeniu gazami uwalniającymi się z urabianych złóż węglowych. Znane są sposoby i instalacje do odpylania czynnika gazowego, a zwłaszcza do usuwania pyłu węglowego z powietrza, na przykład z polskich opisów patentowych nr nr 133 850, 139 883, 151 246. Przedstawione w powyższych opisach instalacje odpylające typu mokrego są stosowane w lutniociągach wentylacji ssącej oraz kombinowanej. Instalacje odpylające składają się z wentylatora oraz komory, w której następuje proces oczyszczania strumienia powietrza z pyłu. Produkowane instalacje odpylające zbudowane według rozwiązań przedstawionych w wyżej wymienionych opisach patentowych są dopuszczane do pracy w określonych warunkach metanowych podziemnych zakładów górniczych. Zabezpieczenie instalacji odpylających przed możliwością powstania w nich wybuchu metanu polega na umieszczeniu w ich otoczeniu czujnika metanometrycznego nastawionego na pewne dopuszczalne stężenie metanu. Określenie dopuszczalnego stężenia jest każdorazowo określane przez użytkownika odpylacza w zależności od intensywności wydzielania się metanu, dlatego też czujniki mogą być nastawione na różne wartości. Przekroczenie nastawionej wartości daje sygnał do wyłączenia napięcia w silniku elektrycznym odpylacza. W opisany sposób są zabezpieczane również inne urządzenia górnicze. Jednakże czujniki metanometryczne nie zabezpieczają całkowicie urządzeń przed możliwością wybuchu metanu. Utrzymują jedynie pewne zmniejszenie zagrożenia na poziomie niezbędnego minimum dla praktyki górniczej. W rzeczywistych warunkach eksploatacji wyrobisk w polach metanowych czujnik metanometryczny zabezpieczający instalacje odpylające pokazuje pewne uśrednione w czasie stężenie metanu. Bezwładność wskazań czujnika oraz jego sposób działania, na przykład włączanie się i pomiar co kilka minut, powoduje, że nie wychwytuje on chwilowych wysokich stężeń metanu, mogących tworzyć mieszaniny wybuchowe. Tym samym w pewnych powtarzających się okresach czasu w instalacji odpylającej mogą powstawać powtarzające się stany zagrożenia wybuchem metanu skutkiem chwilowego wzrostu stężenia metanu ponad nastawioną wartość czujnika metanometrycznego, osiągając nawet stężenia sprzyjające inicjacji wybuchu metanu. Wybuch metanu może nastąpić wtedy, gdy osiągnie on w powietrzu stężenie powyżej 2%, oraz doprowadzona będzie do niego iskra mechaniczna lub elektryczna o odpowiedniej energii. Miejscem, gdzie może płynąć chwilowo wybuchowa mieszanina metanu i powietrza, oraz gdzie istnieją warunki sprzyjające powstawaniu iskier obu rodzajów jest wirujący wieniec łopatkowy wirnika wentylatora a szczególnie wierzchołki jego łopatek. Łopatki wirnika przy swoich wierzchołkach tworzą niewielkie szczeliny, rzędu 1 2 mm z obudową wentylatora. Mogą tu występować iskry mechaniczne powstałe, od zatarcia wierzchołków łopatek o obudowę podczas gwałtownych drgań wirnika spowodowanych na przykład osadzaniem się na wirniku skupisk pyłu lub powiększeniem luzów w łożyskach. Ponadto zassane przez wentylator drobne ziarna pyłu węglowego lub kamiennego, które przeważnie wędrują do wirnika po obudowie i uderzane są przez wierzchołki łopatek mogą być źródłem powstawania licznych drobnych iskier mechanicznych. Również gromadzący się na łopatkach pył węglowy może elektryzować się i tworzyć drobne wyładowania elektryczne między wirującym wierzchołkiem łopatki a obudową wentylatora. Tak więc w szczególnie zbieżnych warunkach istnieje prawdopodobieństwo powstania iskry mającej wystarczającą energię, aby zainicjować powstanie wybuchu w przepływającej przez wentylator mieszaninie metanu, pyłu węglowego i powietrza o stężeniu wybuchowym. Ponadto w warunkach eksploatacji wyrobisk górniczych powstają też stany nagłego zagrożenia metanowego, które trwa przez pewien czas, mimo zadziałania czujników metanometrycznych powodujących wyłączenie napięcia w wentylatorach celem ich zatrzymania. Wirnik wentylatora, pomimo wyłączenia napięcia, wiruje jeszcze przez pewien czas, wykorzystując zawartą w nim energię kinetyczną własną oraz wirnika silnika elektrycznego. Tak więc obracający się jeszcze przez pewien czas wirnik może przetłaczać mieszaninę wybuchową metanu, pyłu węglowego i powietrza. Celem wynalazku jest znaczne ograniczenie możliwości powstania wybuchu metanu i pyłu węglowego od iskier mechanicznych i elektrycznych, jakie mogą powstać w bliskim
4 182 050 otoczeniu wierzchołków łopatek wirnika wentylatora współpracującego z odpylaczem wchodzącym w skład instalacji odpylającej. Sposób zabezpieczania instalacji odpylających przed wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego zawierających wentylator usytuowany w obudowie lub dmuchawę, polega na tym, że strumień zapylonego powietrza o kształcie zbliżonym do walca o średnicy mniejszej od obudowy wentylatora lub dmuchawy umieszcza się przed odpylaczem w strumieniu czystego powietrza o kształcie zbliżonym do kołowego wydrążonego walca, a następnie tak uformowane strumienie doprowadza się w kierunku łopatek wirnika wentylatora lub dmuchawy, przy czym strumień czystego powietrza o kształcie kołowego wydrążonego walca prowadzi się w otoczeniu warstwy przyściennej wewnętrznej powierzchni obudowy wentylatora. Czyste powietrze przepływając strumieniem tworzącym kanał o kształcie wydrążonego walca omywa wierzchołki łopatek wirnika, przez co są one odseparowane od wybuchowej mieszaniny metanu i powietrza. Korzystne jest w sposobie według wynalazku wprowadzenie w ruch wirowy strumienia czystego powietrza o kształcie wydrążonego walca co powoduje zmniejszenie mieszania się obu strumieni. Ponadto korzystne jest doprowadzenie do przepływającego strumienia czystego powietrza dodatkowego strumienia czystego powietrza jeszcze przed dopływem obu strumieni do obudowy wentylatora lub dmuchawy. Urządzenie do zabezpieczania instalacji odpylających przed wybuchem metanu i/lub pyłu węglowego charakteryzuje się tym, że na wlocie do obudowy wentylatora lub dmuchawy instalacji odpylającej jest dołączony cylindryczny krótki przewód o średnicy na wypływie zbliżonej do średnicy obudowy wentylatora lub dmuchawy, w którym to przewodzie, korzystnie w jego osi wzdłużnej, usytuowano końcowy odcinek przewodu o średnicy mniejszej od średnicy przewodu dołączonego do obudowy tak, że pomiędzy przewodami znajduje się pierścieniowa szczelina, przy czym szczelina ta stanowi wlot czystego powietrza, a zakończenie tak usytuowanego przewodu stanowi wylot mieszaniny zanieczyszczonego powietrza w kierunku odpylacza. Korzystne jest aby wysokość h szczeliny wynosiła co najmniej 10% długości wewnętrznej średnicy D przewodu doprowadzającego czyste powietrze a długość L tego przewodu była nie mniejsza od długości jego wewnętrznej średnicy D natomiast odległość x pomiędzy zakończeniami przewodów czystego powietrza i zanieczyszczonego była nie mniejsza od połowy długości średnicy D. Ponadto przewód doprowadzający zanieczyszczone powietrze jest ustalany w przewodzie czystego powietrza za pośrednictwem płaskich żeber, przy czym korzystne jest aby żebra były usytuowane pod niewielkim kątem w stosunku do osi tego przewodu. Poza tym korzystne jest utworzenie szczeliny o regulowanej szerokości pomiędzy przewodem doprowadzającym czyste powietrze a wlotem do obudowy wentylatora lub dmuchawy, którą to szczeliną dopływa dodatkowy strumień czystego powietrza. Rozwiązanie według wynalazku zilustrowano w przykładzie wykonania na rysunku, który pokazuje przekrój poprzeczny przez urządzenie oraz instalację odpylającą. Odpylająca instalacja 1 składa się z odpylającej komory 2 oraz wentylatora 3 z silnikiem 4 i osadzonym na jego wale wirnikiem 5 zaopatrzonym w łopatki 6. Wentylator 3 jest umieszczony w obudowie 8, przy czym pomiędzy obudową 8 a wierzchołkami 25 łopatek 6 jest utworzona szczelina 7. Na wlocie do wentylatora 3 jest dołączone urządzenie 10, składające się z krótkiego, korzystnie cylindrycznego przewodu 11, we wnętrzu którego jest usytuowany inny, korzystnie cylindryczny przewód 12 zanieczyszczonego powietrza. Stabilizację korzystnie koncentrycznego połączenia przewodu 12 i przewodu 11 ustala się za pomocą żeber 13, korzystnie płaskich, które to w niektórych przykładach wykonania wynalazku mogą być ustawione pod niewielkim kątem, na przykład 3 8 w stosunku do osi przewodu 12. Usytuowane korzystnie koncentrycznie przewody 12 i 11 tworzą szczelinę 14 o wysokości h wynoszącej co najmniej 10% długości wewnętrznej średnicy D przewodu 11. Odległość x pomiędzy zakończeniem 15 przewodu 12 i zakończeniem 16 przewodu 11 powinna być nie mniejsza od połowy długości wewnętrznej średnicy D przewodu 11, a długość L przewodu 11 nie mniejsza niż długość jego wewnętrznej średnicy D. Korzystne jest usytuowanie dodatkowej szczeliny 23 pomiędzy zakończeniem 16 przewodu 11 a wlotem 9 do wentylatora 3, co umożliwia dodatkowy dopływ świeżego powietrza do wentylatora.
182 050 5 Urządzenie 10 połączone jest z wentylatorem 19 przodkowym, do którego dopływa strumień 20 powietrza zawierającego pył i gazy, zwłaszcza metan. Strumień ten zostaje zassany przez lutniowy wentylator 19 przodkowy i po przejściu przez przewód 12, który nadaje mu na wylocie 15 kształt zbliżony do walca wypływa jako strumień 21. Równocześnie wentylator 3 za pomocą łopatek 6 zasysa strumień 22 powietrza czystego, któremu w szczelinie 14 nadaje się kształt zbliżony do wydrążonego walca, we wnętrzu którego płynie strumień 21 powietrza zawierającego gazy, zwłaszcza metan, oraz pył. Oba strumienie 21 i 22 dopływają do łopatek 6 posadowionych na wirniku 5. Strumień 22 powietrza czystego omywa wierzchołki 25 łopatek 6 znajdujące się w pobliżu szczeliny 7 oraz wnętrze obudowy 8. Iskry, jakie mogłyby powstać od uderzeń mechanicznych łopatek 6 w otoczeniu wierzchołków 25, będą zanikały w strumieniu 22 omywającym wierzchołki łopatek 6. Strumień 22 powietrza może zawierać niewielkie ilości gazów i pyłów o stężeniach bezpiecznych dopuszczalnych według przepisów górniczych, których udział w powietrzu pozwala na określenie go jako powietrza czystego lub świeżego powietrza wentylacyjnego. W poszczególnych wypadkach może dochodzić do częściowego dopływu gazów i pyłów ze strumienia 21 do strumienia 22, ale nie osiągają one w nim stężeń niebezpiecznych stwarzających możliwości zapalenia się od iskier mechanicznych. Celem lepszej stabilizacji strumienia 22 oraz zmniejszenia w nim stężenia gazów oraz pyłów, które mogłyby przedostać się do niego ze strumienia 21, korzystne jest doprowadzenie do strumienia 22 przez szczelinę 23 o regulowanej szerokości dodatkowego strumienia 24 powietrza czystego. W efekcie realizacji sposobu według wynalazku uzyskuje się przepływ strumienia 22 powietrza czystego w otoczeniu wierzchołków 25 łopatek oraz przepływ strumienia 21 powietrza zawierającego znaczne, niebezpieczne stężenia gazów i pyłów przez te części łopatek 6, które znajdują się poniżej ich wierzchołków 25. Ustawienie żeber 13 pod niewielkim kątem w stosunku do osi przewodu 12 umożliwia nadanie strumieniowi 22 niewielkiego zawirowania i łagodne uformowanie wydrążonego wirującego walca, co zmniejsza możliwość mieszania się strumieni 21 i 22. Ponadto zwiększenie wysokości h szczeliny 14 do wielkości przekraczającej 20% długości wewnętrznej średnicy D przewodu 11 powoduje, że szczelina ta może spełniać pewne dodatkowe funkcje, na przykład stanowić awaryjne ujście powietrza. Ujście awaryjne powietrza jest szczególnie pożądane w przypadku gdy odpylacz jest połączony z wylotem przodkowego wentylatora ssącego przewietrzającego wyrobisko korytarzowe. Awaryjne lub celowe zatrzymanie wentylatora w odpylaczu może spowodować, że stanowi on pewną niekorzystną przeszkodę przy wypływie powietrza z wentylatora ssącego. Zastosowanie urządzenia według wynalazku ze szczeliną 14 o wysokości większej od 20% długości wewnętrznej średnicy D przewodu 11 umożliwia wypływ dużej części powietrza przez tę szczelinę, dzięki czemu wydajność wentylatora ssącego spada niewiele, w stopniu umożliwiającym bezpieczną eksploatację wyrobiska korytarzowego.
182 050 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.