Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ существующих средств и способов пылеподавления стационарных источников
1.1. Технологические процессы и пылевыделение при добыче полезных ископаемых открытым способом
1.2. Влияние пыли на окружающую среду и здоровье трудящихся ... 23
1.3. Анализ способов борьбы с пылевыделением и пылепереносом на горных предприятиях
1.4. Влияние природных факторов Севера на условия жизнедеятельности человека
Глава 2. Исследования условий образования искусственного снега 78
2.1. Исследование эффективности и расчет параметров среды при снегообразовании
2.2. Исследование конструкций снегогенераторов 88
2.3. Способы и средства получения искусственного снега 93
Глава 3. Исследование эффективности связывания пыли при конденсациии замерзаниивлаги 122
3.1. Теоретические основы пылеподавления искусственным снегом
3.2. Определение плотности и удельного расхода искусственного снега 125
3.3 Экспериментальные исследования процессов пылеподавления при применении установок для получения искусственного снега
Глава 4. Исследования конструкции универсальных установок для проведения обеспыливания при ведении открытых горных работ
4.1 Технологические схемы использования комплексных устройств для защиты работников поверхностного комплекса в условиях Северных регионов 159
4.2 Экономическая оценка технологии 167
Заключение 173
Список использованных источников 175
- Влияние пыли на окружающую среду и здоровье трудящихся
- Исследование конструкций снегогенераторов
- Определение плотности и удельного расхода искусственного снега
- Технологические схемы использования комплексных устройств для защиты работников поверхностного комплекса в условиях Северных регионов
Введение к работе
Открытые горные работы занимают ведущее место (более 70%) в добыче полезных ископаемых. Их существенными недостатками являются значительные нарушения и загрязнения рабочей зоны выбросами пыли. При разработке месторождений функционирует значительное количество различных источников пылевыделения (буровзрывные работы, экскавация, транспортировка горной массы и т.д.). Запыленность при ведении открытых горных может варьироваться в пределах от 0,5 до 10000 мг/м . Пылевая нагрузка приводит к повышенной заболеваемости, смертности, значительному снижению трудоспособности. Основными заболеваниями являются особые формы заболеваний легких, а основной группой риска - сотрудники предприятий со стажем работы во вредных условиях от 15 лет.
Несмотря на значительные масштабы проведенных исследований и предложенные конструктивные решения, практические результаты достаточны скромны, особенно для предприятий, большую часть года функционирующих в условиях отрицательных температур атмосферного воздуха. Это связано в первую очередь с невозможностью применения в данных условиях традиционных средств пылеподавления. В этой связи поиск рациональных средств и способов снижения пылевых выбросов в атмосферу по-прежнему актуальная задача, особенно для карьеров.
Цель работы - повышение безопасности труда работающих на открытых горных работах путем разработки способов снижения пылевыделения от мощных стационарных источников на основе новых технологий с использованием фазовых переходов влаги.
Основная идея работы: разработка новых, экономически эффективных способов пылеподавления, основанных на применении устройств, функционирующих на основе фазовых переходов влаги, в условиях открытой разработки полезных ископаемых.
Основные задачи работы:
определение сезонных закономерностей пылевыделения от мощных стационарных источников на карьерах;
классификация основных средств и способов пылеподавления, применяемых при ведении горных работ;
определение параметров фазовых переходов влаги в зависимости от качественных и количественных характеристик аэрозолей;
разработка конструкций снегогенераторов;
разработка методики выбора параметров и конструкций снегообразующих устройств при выборе системы пылеподавления;
разработка технологической схемы пылеподавления на карьерах с использованием универсальных устройств для пылеподавления.
Научная новизна работы
Заключается в установлении закономерностей изменения фазового состояния влаги на выходе аэрозоля из пневмогидравлической форсунки и движении ее в холодном воздухе и
выявлении количественных зависимостей параметров снегогенерирующих устройств (температура воды, давление и расход сжатого воздуха) от интенсивности пылевыделения источников.
Основные защищаемые положения:
Использование эффекта фазового перехода влаги (пар-жидкость-лед) позволяет с минимальными затратами осуществлять борьбу с пылью на рабочих местах при разработке месторождений в широком диапазоне условий, в том числе при отрицательных температурах воздуха и пород.
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).
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).
Методы- исследований. Работа выполнена с использованием комплекса методов, исследований, включающего системный анализ проблемы на основе исследований российских и зарубежных ученых; патентно-информационный анализ; лабораторные и натурные методы изучения условий формирования искусственного снега; теоретические, лабораторные и натурные методы изучения условий пылеосаждения. Для математической обработки данных использовались
современные стандартные компьютерные программы пакета MS-Office.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
подтверждается большим объемом аналитических, лабораторных и экспериментальных исследований параметров фазовых переходов влаги, высокой сходимостью численных расчетов с данными натурных и опытно-промышленных испытаний, результатами внедрения на Афанасьевском карьере цементного сырья технологической схемы пылеподавления, использованием методики выбора рациональных параметров пылеподавления ОАО «Воркутауголь»
Практическая1 значимость работы заключается в разработке методики определения рациональных параметров пылеподавления, предложении технологических схем пылеподавления при ведении открытых горных работ и разработке конструкций для комплексного пылеподавления.
Апробация работы. Основные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 международных, российских научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, выставках, в том числе: на ежегодной научной конференции молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, 2004 г., 2005 г.), на научных конференциях МГТУ «Неделя горняка» (Москва, 2005 г., 2006г., 2007 г.) и были отмечены сертификатами, дипломами, серебряными и бронзовыми медалями.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 17 научных трудах, в том числе: 14 научных статьях, 1 тезисах докладов и соавторство в 2-х монографиях. Получен патент на изобретение № 2230997 от 25.04.2003 г. «Установка для связывания пыли».
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения*, четырех глав и заключения, изложенных на 185 страницах машинописного текста, содержит 92 рисунка, 23 таблицы и список литературы из 126 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, заслуженному деятелю науки РФ, профессору, доктору технических наук ЮіВ. Шувалову за идею, которая послужила основой проведения исследований, внимание, помощь и поддержку, оказываемые в процессе выполнения работы, директору Афанасьевского карьера к.т.н. А.П. Бульбашеву за помощь в проведении исследований и их реализации на карьере.
Влияние пыли на окружающую среду и здоровье трудящихся
Под промышленной пылью понимают дисперсные системы, состоящие из воздуха и тонких твердых частиц витающих (аэрозоль), или осевших на поверхности (аэрогель). Эти частицы затруднительно классифицировать по химическим критериям, поскольку они могут быть представлены как неорганическими, так и органическими материалами различного происхождения. В глобальном масштабе состав атмосферной пыли в основном имеет минеральное происхождение, обычно это соединения щелочных и щелочноземельных металлов, токсичных металлов, оксиды кремния и другие.
По форме пылевые частицы делят на: сферические, изометрические (правильные многогранники), пластинчатые (протяженность в двух измерениях значительно больше, чем в третьем), игольчатые, волокнистые, призматические, сложные агрегатные (длинные цепочки, звездочки).
Пыль, попадающая в.атмосферу, в ходе ведения горных работ, различна по минеральному, химическому и дисперсному составу. Согласно [33] по минеральному составу она близка к минеральному составу пород, особенно непосредственно около источника пылеобразования. Однако состав пыли, осаждающейся на значительном удалении от этого источника, отличается от минерального состава разрабатываемых пород. Это зависит от прочности породообразующих минералов, крупности частиц пыли, их плотности, скорости витания в атмосфере и так далее. Поэтому на значительном удалении от источника пылеобразования в осевшей пыли могут преобладать частицы более легких породообразующих минералов. [49]
Химический состав.пыли также близок к химическому составу пород. Химический и минералогический состав, пыли определяют ее ядовитость или неядовитость. Ядовитая пыль содержит токсичные элементы и их соединения, вдыхание которых вызывает специфические отравления людей. К ним относится пыль асбеста, свинцовых руд, мышьяковая, ртутная, радиоактивная пыль урана, тория, теллура и др. Ко второй группе относится пыль, содержащая свободную двуокись кремния в ее кристаллической модификации (кварц, кристо-балит, тримид), угольная и другие виды пыли. Однако и неядовитая пыль вредна, если ее содержание в атмосфере превышает допустимый уровень запыленности воздуха (табл. 1.3).
Размер частицы является основным ее параметром, так как выбор способа пылеподавления определяется дисперсным составом пыли. Последний зависит от ее вида, минерального состава исходного сырья и технологических процес 26 сов, выделяющих пыль и оценивается по следующей шкале: 0-5, 5-10, 10-20, 20-40, 40-60, 60-100 и 100 мкм; при этом выход классов 60 мкм определяется рассеиванием на ситах, а выход классов 60 мкм — воздушной классификацией или седиментацией. В некоторых случаях состав пыли определяется по крупности при помощи микроскопов по шкале: 0-1, 1-2; 2-3, 3-5, 5-10, 10-25, 25-50, 50-100 и 100 мкм.
В зависимости от крупности частиц пыль обладает различными свойствами. Так, от крупности частиц зависит удельная поверхность пыли (табл. 1.4), скорость падения (табл. 1.5) и другие ее свойства.
По данным B.C. Никитина и Н.З. Битколова на Сибайском карьере дисперсность пыли составила менее 5 мкм, причем около 99 % - менее 2 мкм [25, 82,50]. На железорудных и угольных карьерах 70-80 % пылинок имеют размеры менее 3 мкм. Взвешенная в воздухе пыль от карьеров, добывающих цветные металлы, в зависимости от источников пылеобразования содержит до 90 % пылинок размером менее 2 мкм.
Путем оценки дисперсного, минералогического и химического составов образцов пыли, отобранных с отвалов ОХМК ООО «Уральская сталь» установлено, что пыль имеет сложный минералогический и химической состав. Дисперсный анализ отходов показал, что размер частиц преобладающей фракции находится в пределах 0,1 до 0,7 мм, то есть устойчивое пылеобразование обусловлено преобладанием мелкодисперсных фракций в шлаковых отвалах. В процессе гранулометрических исследований установлено, что более крупные обломки размером 2-5 мм и 1 -2 мм скапливаются в нижних частях отвала, где количество их в пробах составляет 78 и 11 %, соответственно. В верхних частях отвала частичек размером 0,1-0,25 мм - 20 % от веса проб, а более мелкой пылящей фракции с размером частиц менее 0,1 мм - 12 %.
Наибольший удельный вес в пробах занимает оксид кальция и диоксид кремния, содержание их составляет около 40-45 % и 30-34 % соответственно. Зафиксировано присутствие алюминия - 8-12 %, железа — 20-10 %, магния — 5-8 %, хрома - 0,5-1 % и некоторых других элементов.
Полуколичественный спектральный анализ, проведенный в лаборатории "Поляруралгеологии" показал, что отвальные материалы угольных предприятий Воркуты содержат значительные количества таких химических элементов, как стронций, барий, титан, марганец, ванадий, хром, никель, цинк, медь, цирконий. Силикатный анализ шлака золоотвала, показал, что он состоит из 59,68 % Si02; 12,86 % Fe203; 5,4 % А1203; 1,18% СаО и 7 % MgO.
Запыленность атмосферного воздуха, обусловленная процессами добычи и транспортирования пород, отвалообразования, эрозии отвалов и хвостохрани-лищ, пылевыми выбросами технологических производств приводит к загрязнению почвы пылью, в результате ее осаждения. Ухудшение качества почвы, понижение ее биологической ценности, способности к самоочищению, вызывает цепную реакцию, которая, в случае продолжительного неблагоприятного воздействия, может привести к угнетению растительности и ухудшению іздоровья населения.
Важнейшей качественной характеристикой общества является здоровье населения, рассматриваемое как интегральный, показатель сложного взаимодействия социально-экономических, экологических, медико-биологических и демографических факторов.
Продолжающееся ухудшение состояния здоровья населения страны связаны с трансформацией внешней химической среды, влияющей на состояние организма и поведение человека, а также на его способность переносить воздействие токсических веществ и нормально функционировать в этих условиях [103]. Поэтому поиск критериев комплексных оценок состояния здоровья человека как основного реципиента загрязнения окружающей среды привел к необходимости признания категории «здоровье» в формулировке Устава Всемирной организации здравоохранения, определяющей его как состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только как отсутствие болезни [66].
Исследование конструкций снегогенераторов
Одним из эффективных способов борьбы с пылью при отрицательных температурах воздуха является пылеподавление искусственным снегом. Как показала практика, пылеподавление искусственным снегом может осуществляться как путем воздействия на взвешенную пыль, так и путем экранирования сыпучего материала посредством покрытия его снегом.
В основу конструирования снегогенераторов для подавления пыли [10] заложены принципы фазовых переходов диспергированной воды при свобод-ном падении в потоке воздуха, движении затопленных струй в неподвижном воздухе, противоточном, поперечном или прямоточном движении воздуха, предварительном переохлаждении капель в камере смешивания с потоком расширяющегося воздуха. Однако, конструкции с прямоточным движением водо-воздушного потока и атмосферного воздуха обеспечивают увеличение дальности полета капель воды, но снижают эффективность их теплообмена с атмосферным воздухом (эффект затопленной струи). Особенно существенно снижение в результате выделения теплоты фазового перехода воды в сопутствующем потоке воздуха и возможность его нагревания. Исключение данного «негативного фактора может быть достигнуто при противоточном движении воздушного потока.
Научно-исследовательскими институтами ИРГИредмет (Иркутск), СПГГИ(ТУ) (Санкт-Петербург) и ИГДС СО АН СССР (Якутск) разработаны снегогенераторные установки. Некоторые из них по техническим данным и возможностям не уступают зарубежным и даже превосходят их. Однако усилиями отдельных изобретателей и институтов можно» выпустить кустарным способом лишь единичные экземпляры опытно-промышленных установок. Вероятно, отсутствие координатора и заинтересованного ведомства по выпуску наиболее экономичных и работоспособных генераторов снега не позволяет обобщить достигнутое и приступить к их серийному выпуску. Известно, что снег активно влияет на природные процессы. Ежегодно снегом покрывается до 130 млн км - четвертая часть всей поверхности Земли вместе с океанами [15].
Снег представляет собой одну из разновидностей твердой фазы воды и состоит из снежных кристаллов, образующихся при отрицательной температуре воздуха за счет сублимации водяного пара. Существует несколько разновидностей снежных кристаллов: снежинки, снежная крупа и снежные зерна, ледяная крупа и град [14]. Ледяные кристаллы в пересыщенной, относительно льда, атмосфере раз виваются в результате диффузии водяного пара к их растущим поверхностям. При определенных условиях они могут вырастать в сильно разветвленный ком плекс форм. Эти ледяные кристаллы, соединяясь, образуют снежинку или снежные хлопья. Крупа (мягкий град) и настоящие градины возникают из ледя ных кристаллов или? замерзших капель при прохождении их через облако, со держащее переохлажденные капли воды. ; Снежная крупа наряду с сублимационным снегом и» градом представляет собой самостоятельный, особый вид твердого атмосферного осадка в форме белых матовых крупинок, отличается смешанным строением - базисный сублимационный кристалл и наружный слой бисера из намерзших облачных капель.
Характерными признаками снежных зерен считаются размер (1 мм и меньше), а также форма (подобная снежным, крупинкам). Выпадают они, в основном, из слоистых облаков и в небольшом- количестве.
Снежинки - это комплекс отдельных кристаллов. Они имеют разнообразную форму и внутреннюю структуру, массу и скорость падения. Форма снежинок определялась либо визуально, либо с помощью микроскопа с небольшим увеличением. В результате визуальных наблюдений Заморский А.Д: по морфологическим признакам выделил 9 видов снежинок [ПО]: пластинки, звезды, столбики, иглы, пушинки, ежи, запонки, оледенелые снежинки, крупо-видные снежинки. В литературе в основном приводятся результаты исследований снежинок правильной формы, однако в естественных условиях большинство из них имеет неправильную форму.
В работах Вайнберга В.П., Клоссовского А.В., Заморского А.Д. и других, снежные хлопья определяются как разновидности твердых осадков. Снежные хлопья являются-результатом коагуляции снежинок-между собой. Формирование из отдельных снежинок агрегатов тесно связано с видом снежинок и степенью их обзернения. Образование хлопьев происходит при-температуре от 0С до 10С и особенно часто из снежинок звездчатых и игольчатых форм. Столбики, как правило, совсем не образуют хлопьев. Способность образовывать хлопья уменьшается с ростом обзернения, а сильно обзерненные частицы (крупинки) в агрегаты не соединяются. Хлопья разделяются по четырем основным признакам: форме; ориентации при падении, видам кристаллов в хлопьях, характе 91 ру сцепления кристаллов. По форме хлопья очень разнообразны, но преимущественно имеют шаровидную и перовидную форму, иногда возникают цепочки снежинок. В отдельных хлопьях (насчитывается несколько десятков и даже сотен различных видов снежинок.
Для получения искусственного снега необходимы условия, максимально приближенные к естественным: отрицательная температура окружающей среды, насыщенность воздуха водяным паром. Искусственное получение изморози или кристаллического налета не представляет технической трудности, сложнее получить снежные хлопья. Например, пропускание охлажденной смеси по металлической трубе вызывает образование сублимационных кристаллов на ее стенках типа налета. Охлаждение верха металлической трубы, в которой поднимается воздух, нагретый над кипящей водой, позволяет выращивать кристаллы изморози на нитях, натянутых поперек трубьгв.ее верхней части. Получение же снежинок весьма затруднительно.
Для превращения ледяного зародыша в снежинку необходимы: равномерный приток водяного пара со всех сторон, нахождение зародыша во взвешенном состоянии и перемещение его среди переохлажденных капель, противоток воздуха должен быть в достаточной мере перенасыщенным и переохлажденным, т.е. относительно более теплым.и влажным.
Степень насыщения воздуха определяется диффузией пара и, особенно, скоростью-движения газа. Следовательно, для улучшения условий роста снежинки продолжительность и скорость перемещения ее должны неограниченно возрастать. В этих условиях увеличивается и скорость изотермической перегонки пара, значит, возрастает потенциальная возможность получения наиболее объемной формы кристалла.
Наибольшие критические кристаллы снега (200-800 мкм) могут образовываться при относительной влажности 77 - 79% и давлении пара 10-20 Па [88]. Интенсивность снегообразования.будет расти в этом случае с увеличением температуры, т.е. за счет роста кристаллов при уменьшении переохлаждения. При влажности 73-76% и упругости пара 5 Па образуется более мелкий снег. Интенсивность снегообразования растет с уменьшением температуры, т.е. за счет интенсивности зародышевания и роста числа кристаллов при увеличении переохлаждения.
Определение плотности и удельного расхода искусственного снега
Известно, что снежинки состоят из отдельных кристалликов и имеют большую пористость. При падении снежинок пылевые частицы осаждаются на их поверхности и проникают в поры счет температурного градиента и скорости полета. А способность снежинок перемещаться в вертикальных и горизонтальных плоскостях и вращаться вокруг своей оси увеличивает возможность захвата пылевых частиц.
На конденсационный процесс и коагуляцию аэрозольных частиц в более крупные агрегаты и выпадение их из атмосферы определенное влияние оказывают величина и форма снежинок, влажность, плотность, а также микроклимат района, температурный градиент. При понижении температуры, пылинок и снежинок незамерзшая влага вытесняется на их поверхность, что способствует агрегированию аэрозольных частиц [46]. Известно; что для получения искусственного снега в основном используются три способа диспергирования и охлаждения водного аэрозоля: 1. Гидравлическое распыление: воды и= замерзание капель в атмосфере при; отрицательной температуре. 2. Пневмогидравлическое распыление водьг и- замораживание капель за счет адиабатического расширения,сжатого воздуха при околонулевых температурах и относительной влажности атмосферььменьше 70%. 3. Пневмогидравлическое. распыление воды в потоке сжатого; воздуха низкого давления (вентилятора; турбовоздуходувки) и замерзание- капель аэрозоля при температуре атмосферного воздуха ниже 273К!
Первый способ широко применяется; для намораживания льда плотностью 500 кг/м3 [53].. Второй- использовался»в Канаде: пршустройстве, лыжных.трасс и в: единичных случаях ДЛЯІ предотвращения! промораживания грунтов [88]1 Этот способ отличается- большошэнергоемкостью; требует применения; сжатогоівоздуха: высокого давления (0;9МПа) и значительных капитальных затрат..
Третий;способ, пошашему мнению- наиболее приемлем;для промышленг ных предприятий; так как-требует в,основномприменения;воздуха низкого;давления; аїрасход сжатого8 воздуха для;распыления; воды; небольшой.. В:: промышленных условиях пршотсутствиИіСжатоговоздуха может быть использован; способ получения искусственного снега, гидравлическим;распылением;;воды; При этом плотность-его будет во многом зависеть,от жесткости; и. химическогосо-стававоды и; от вида упаковки;снежинок. Приблизительный расчет плотности; искусственного, снега.может быть, сделан. исходя?из геометрической-структуры. модели,, когда известны формы, размеры кристаллов?тспособ?их:укладки; Допустим;. что снег, состоит из ледяных» частиц правильной? шаровидной формы определенного радиуса г.
Однако из литературных источников [87,88,15,14] и опытных данных из-вестно, что плотность снега бывает ниже 100 кг/м , а искусственного — менее 300 кг/м3. Такое явление объясняется хаотическим соединением снежных кристаллов между собой, образующим большую пористость в общей массе.
Большая пористость снега- увеличивает его удельную поверхность, что является решающим фактором; снижающим удельный расход снега и повышающим эффективность улавливания пылевых частиц.
При изучении механизма пылеподавления снегом следует рассматривать главным образом подавление взвешенной и связывание осевшей пыли. При. этом основным параметром пылеподавления снегом является его удельный расход.
Для теоретического расчета-допускаемналичие пылевых частиц и снежи-нок шарообразной и кубической формы. Также допускаем, что пылевые частицы располагаются на поверхности снежинок в один слой в так называемом не-уложенном виде (рис. 3.1).
Для расчета пылеемкости снежных кристаллов нами рассмотрены наихудшие условия: удельная поверхность шара и осаждение пылевых частиц в один слой; возможностью проникновения последних в поры снежинок пренебрегаем. А такое явление возможно, так как снежинки состоят из отдельных кристаллов, промежутки между которыми, соединяясь между собой, образуют поры, доступные проникновению воздуха и пылевых частиц.
Для определения удельного расхода снега (воды) на пылеподавление в зависимости от диаметра снежинок и пылинок, плотности снега и выхода пыли (аПл,%) при добыче угля нами разработана номограмма (рис. 3.2). Ход расчета показан направлением стрелок.
Расчет начинают с поля I, где определяется объемный расход снега в зависимости от размера снежных кристаллов. Далее на поле II находят массовый расход снега в зависимости от его плотности и удельный расход воды в зависимости от весового расхода снега и выхода пыли.
Технологические схемы использования комплексных устройств для защиты работников поверхностного комплекса в условиях Северных регионов
Весьма 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 пылящих поверхностей осуществляется с помощью установки, представленной на схеме (рис. 4.3). 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.
Основным элементом устройства является пневмогидравлическая форсунка (рис. 4.1).
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. 1 - корпус, 2 - сопло Лаваля , 3 - штуцер воздуха, 4 - втулка резьбовая, 5 - штуцер воды
Сжатый воздух, содержащий водомасляную 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 переохлаждающихся конденсатов масляных и водяных частиц образуются центры кристаллизации, сталкиваясь с которыми водяные капли моментально замерзают, образуя искусственный снег. Водовоздушиая 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. Для предотвращения обледенения и замерзания водоподводящих каналов нами предложено использовать нагревательный элемент, в качестве которого может быть применен греющий кабель.
Форсунка закрепляется на универсальной поддерживающей платформе с шаровым механизмом опоры. Такая конструкция позволяет производить фиксацию форсунки практически в любых положениях и проводить пылеподавле-ние в сложных технических условиях. Преимущество данной конструкции также заключается в том, что при необходимости переориентирования снежного факела данную операцию можно произвести достаточно быстро и без дополнительных монтажных работ. Схема поворотного блока представлена на рисунке 4.2.
Конструктивное исполнение устройства для пылеподавления пылящих поверхностей базируется на универсальном блоке (рисунок 4.3) с различными дополнительными элементами (ходовая тележка, обогреватели, устройства для охлаждения и подогрева сжатого воздуха и т.д.).
Установка может быть смонтирована и на санях в нестандартном металлическом вагончике, внутри которого будут размещены компрессор, насос, бак для воды и пульт управления. Основной узел снегогенератора, состоящий из смонтированного на поворотной стойке вентилятора блока форсунок для получения искусственного снега, может быть размещен на крыше вагончика. Снего-генераторная установка должна быть снабжена манометрами для контроля давления воды и сжатого воздуха, расходомером воды, а также кранами аварийного слива воды из бака.
Окончательная конструкция установки выбирается исходя из конкретных условий определенного предприятия, так, что бы проводить пыл епо давление наиболее эффективно и с минимальными затратами.
В качестве примера можно предложить проект расположения снегогенератора при перегрузке угля со склада в железнодорожные вагоны. Стационарные пылеподавляющие устройства в данном случае малоэффективны, так как пыле-выделение происходит попеременно на различных участках погрузочной площадки. Использование снегогенератора с поворотным блоком в этом случае позволяет обеспечить пылеподавление на всех участках (рис. 4.4).
