DE3045699A1

DE3045699A1 - Vorrichtung zur bekaempfung von staub

Info

Publication number: DE3045699A1
Application number: DE19803045699
Authority: DE
Inventors: Krzysztof Karowiec; Alojzy Myslowice Mura; Jerzy Pyskowice Pawelczyk; Janusz Gliwice Sedlaczek; Zbigniew Katowice Skrzypiec
Original assignee: CT KT MASZYN GORNICZYCH KOMAG; Centrum Konstrukcyjno Technologiczne Maszyn Gorniczych Komag
Current assignee: CT KT MASZYN GORNICZYCH KOMAG; Centrum Konstrukcyjno Technologiczne Maszyn Gorniczych Komag
Priority date: 1980-01-02
Filing date: 1980-12-04
Publication date: 1981-08-27
Also published as: CA1155388A; US4371477A; PL131337B1; GB2066699B; GB2066699A; PL221153A1

Description

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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bekämpfung von Staub durch Befeuchten des Staubes mit einem Wassernebel, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben ist.

Bekannte Vorrichtung zum Bekämpfen von Staub in Kohlebergwerken zerstäuben den Wassernebel mit Hilfe von Zerstäuberdüsen. Am Ende einer Wasserleitung ist eine Düse mit einer kleinen öffnung befestigt, durch die das Wasser in die umgebende Luft gespritzt wird. Die kleine Öffnung der Düse, die oft noch mit einem zusätzlichen Element abgedeckt ist, bewirkt, daß das durch sie gespritzte Wasser in der Luft in Form kleiner Tropfen zerstäubt wird. Eine Verbesserung der bekannten Vorrichtung ist in der Zeitschrift "Coal Age", März 1979, Nr. 3, Seite 84 90 beschrieben. Die Zerstäubungsdüse ist dort in einer Reduktionsmuffe, insbesondere in einem Venturirohr untergebracht. Der aus der Zerstäuberdüse gespritzte Wasserstrahl bewirkt eine Luftbewegung in der Reduktionsmuffe, was einer wirksameren Berieselung und damit Entstaubung nützlich ist.

Eine wirksamere Sprüheinheit mit radialen Kanälen ist aus dem Buch von Z. Orzechowski "Rozpylanie cieczy" (= Zerstäubung von Flüssigkeiten), Verlag "Wyd. Naukowo - Techniczne", Warschau 1976, Seite 154 bekannt. Der dort beschriebene Zerstäuber wird zur Erzeugung von Brennstoffnebel in Verbrennungsturbinen verwendet und besitzt eine Scheibe mit radialen Kanälen, deren Ausflußmündungen sich in radialer Richtung auf dem Umfang der Scheibe befinden. Die Scheibe sitzt auf einer rotierenden Welle, die gleichzeitig als Zuleitung der zu zerstäubenden Flüssigkeit zu den Kanälen in der Scheibe dient. Der Zerstäuber mit radialen Kanälen für Verbrennungsturbinen findet in Anlagen Anwendung, in denen die Geschwindigkeit der die Scheibe umströmenden Luft sehr groß ist. Infolgedessen zerstäubt er die Flüssigkeit wirksam in solchen Vorrichtungen wie Verbrennungs-

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turbinen, ist er aber für solche Zwecke wie eine Staubbekämpfung in Bergwerken nicht geeignet. Die Ausströmung der Flüssigkeit aus dem Zerstäuber ist nämlich so stark, daß bei den mäßigen Geschwindigkeiten der Luft, wie sie in den Vorrichtungen zur Staubbekämpfung vorkommen, Tropfen der zerstäubten Flüssigkeit den Luftstrom durchdringen und gegen die Wände des Tunnels der Vorrichtung, durch den die Luft strömt, prallen würden. Dies hat die unerwünschte Wirkung, daß ein Teil der Tropfen an den Tunnelwänden haften bleibt und eine Wasserströmung bildet, die sich mit dem Luftstrom nicht vermengt. Ein Teil der Tropfen, die von den Wänden zurückgeworfen werden, dringt zwar in den Luftstrom im Kanal der Vorrichtung ein, aber sie sind dann zu groß, um eine hohe Wirksamkeit der Entstaubung zu erreichen. Darüber hinaus sind die zurückgeworfenen Tropfen im Luftstrom ungleichmäßig verteilt, was eine zusätzliche Verminderung des Entstaubungseffektes zur Folge hat. Eine Vergrößerung der Luftgeschwindigkeit im Tunnel der Vorrichtung kommt nicht in Frage, denn dies würde ein unnützes Anwachsen der Strömungswiderstände, des Lärms und des Energieverbrauchs verursachen. Außerdem würden zu große Geschwindigkeiten der aus der Vorrichtung ausfließenden Luft den an der Sohle, dem Schachtstoß und First im Abbauraum haftenden Staub aufwirbeln.

Ein Nachteil der Zerstäuberdüsen ist das ungenügende Zerstäuben des Wassers auch dann, wenn pneumatische Düsen, in denen die Zerstäuberdüse steckt, verwendet werden. Die entstehenden Tropfen sind zu groß und ihre Anzahl pro Volumeneinheit Luft zu klein, um ein wirksames Anfeuchten des Staubes und sein Absinken zu sichern.

Der ElrEinduncj Liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung ;u.r BekämpfuiKj von Staub in Abbauräumen von Kohlebergwerken einzu-

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geben, die geeignet ist, einen Wassernebel zu erzeugen und damit die Luft im Bergwerk zu sättigen, wobei die Nebeltropfen sehr klein sind und daher pro Volumeneinheit Luft in großer räumlichen Verteilung auftreten. Die Vorrichtung, die diesen Nebel erzeugt, soll diesen in der Bergwerkatmoshhäre in einen Luftstrom von mäßiger Geschwindigkeit zerstreuen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst, d. h. mit Hilfe eines Wasserrotors, welcher radiale Kanäle hat, die von der Rotorachse mit Wasser gespeist werden und am Rand mit einer Wasseraustrittsöffnung versehen sind, die tangential zu seiner Drehbewegung, entgegen der Bewegungsrichtung und mit einer Abweichung von der Rotationsebene in Luftströmungsrichtung gerichtet sind. Der Wasserrotor ist auf einer gemeinsamen Achse mit dem Ventilator montiert und befindet sich in dem Tunnel, der von dem Rotortunnel und dem Motortunnel gebildet wird, und zwar in Luftströmungsrichtung gesehen hinter den Ventilatorschaufeln, wobei sich die Öffnung im radialen Wasserkanal über der Außenfläche des Ventilatorläuferschaufelbodens befindet.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 9. So kann hinter dem Wasserrotor auf einer mit ihm gemeinsamen Achse ein Schaufelläufer befestigt sein, dessen Schaufelrand nicht die Außenfläche des Ventilatorläuferschaufelbodens überragt, wobei die Schaufeln des Schaufelläufers von einer zum Wasserrotor parallelen Ebene abweichen, und zwar um einen Winkel, der dem Winkel der Abweichung der Wasseraustrittsöffnung im radialen Kanal etwa gleich ist. Am Umfang des Tunnels über dem Gebiet des Schaufelläufers, hat die Vorrichtung vorzugsweise Leitflächen, die flach oder in entgegengesetzter Richtung wie el Le Schau fr Ln des Schaufelläufers geneigt gebogen sind und eine dicht ge Lochte Oberfläche haben. Am Ende

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des Rotortunnels befindet sich vorteilhafterweise ein Diffusor, dessen Durchmesser größer ist als der des Rotortunnels. Der Diffusor sollte auf seiner Mantelfläche mit Öffnungen versehen sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 im Längsschnitt eine Vorrichtung zur Bekämpfung von Staub,

Fig. 2 einen Schnitt A-A durch einen Teil des Gegenstandes nach Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Arm des Wasserrotors,

Fig. 4 im Längsschnitt eine Vorrichtung entsprechend Fig. 1 mit Leitflächen,

Fig. 5 einen Schnitt B-B durch einen Teil des Gegenstandes nach Fig. 4 mit flachen Leitflächen und

Fig. 6 einen Schnitt B-B durch einen Teil des Gegenstandes nach Fig. 5 mit gebogenen Leitflächen.

Ein Rotortunnel 11 und ein Motortunnel 12 bilden einen zylindrischen Lufttunnel, der mit einem Diffusor 19 endet. In der Achse des Motortunnels 12 befindet sich ein Elektromotor 21 der in diesem an den Rippen 23 befestigt ist. Der Elektromotor 21 wird über einen außerhalb des Motortunnels 12 befindlichen Anschlußkastens 22 mit elektrischer Energie gespeist. An der Welle 4 des Elektromotors 21 ist ein Ventilatorlaufer 1 befestigt. Der Ventilatorläufer 1 ist mit an seiner Außenfläche

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17 befestigten Schaufeln 15 versehen. An dem Ventilatorläufer ist eine Läufernabe 3 befestigt, die einen inneren Hohlraum und eine Stirnöffnung 28 besitzt. Am Umfang der Läufernabe 3 ist ein Wasserrotor 2 aufgesetzt. Der Wasserrotor 2 ist von mindestens einem Arm 26 gebildet, der radial aufgesetzt ist und eine Ebene 14 des Wasserrotors 2 bestimmt. Der Arm 26 besteht aus einem Rohr mit einem Wasserkanal 13, der radial verläuft und mit dem Hohlraum 27 der Läufernabe 3 des Wasserrotors 2 verbunden ist. Der Wasserkanal 13 ist am Umfang des Wasserrotors 2 geschlossen und besitzt eine Wasseraustrittsöffnung 5. Die Wasseraustrittsöffnung 5 ist quer zum Wasserkanal 13 angeordnet und um den Winkel d- von der Ebene 14 des Wasserrotors 2 in Luftströmungsrichtung geneigt. Gleichzeitig ist die Wasseraustrittsöffnung 5 in zur Bewegungsrichtung des Wasserrotors 2 entgegengesetzter Richtung geneigt. Außerdem befindet sich die Wasseraustrittsöffnung 5 hinter den Schaufeln 15 über der Außenfläche 17, die den Boden der Schaufeln 15 bildet. Auf der dem Arm 26 gegenüberliegenden Seite befindet sich ein Gegengewichtsarm 24 mit einem radialen Wasserkanal 25, der mit dem Hohlraum 27 verbunden ist. An der Läufernabe 3 des Wasserrotors 2 ist auf der Seite des Diffusors 19 ein Schaufelläufer 6 befestigt. Der Schaufelläufer 6 besitzt Schaufeln 18, die gegenüber der Richtung der Drehbewegung etwa um den gleichen Winkel wie die Wasseraustrittsöffnung (5) geneigt sind. Der Außenrand 16 des Schaufellaufers 6 reicht bis zur Außenfläche 17 des Ventilatorlaufers 1. In der Stirnöffnung 28 der Läufernabe 3 steckt eine Zerstäuberscheibe 9, die in der Stirnöffnung 28 einen Schlitz 7 bildet, welcher den Hohlraum 27 mit dem Inneren des Rotortunnels 11 verbindet. Die Zerstäuberscheibe 9 ist am Ende einer Wasserleitung 8 befestigt. Ferner ist die Vorrichtung noch mit Leitflächen versehen, in denen sich kleine Durchflußöffnungen befinden.

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Diese Leitflächen 10 befinden sich am inneren Umfang des Rotortunnels 11 über dem Gebiet des Schaufelläufers 6, und zwar in Luftströmungsrichtung gesehen hinter dem Wasserrotor 2. Die Leitflächen 10 reichen in radialer Richtung bis zur Außenfläche 17, die den Boden der Schaufeln 15 des Ventilatorlaufers 1 bildet. Sind sie flach ausgebildet, dann sind sie parallel zur Achse 30 der Vorrichtung gelegen, oder sie sind relativ zur Luftströmungsrichtung gebogen und angenähert quer zum Einstellwinkel der Schaufeln 18 des Schaufelläufers 6 geneigt, so daß im Querschnitt die Projektion ihres Umrisses die Schaufeln 18 kreuzt. Der Diffusor 19 hat die Form einer Walze, deren Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Tunnel 11, 12, und in seiner Mantelfläche Öffnungen 20.

Der Elektromotor 21 verleiht dem Ventilatorläufer 1 eine Drehbewegung, so daß längs der Tunnel 11, 12 in Richtung des Diffusors 19 eine Luftströmung verursacht wird. Der Luftstrom umströmt den Arm 26, aus dem durch die Wasseraustrittsöffnung 5 ein Wasserstrahl gedrückt wird. Dieses Wasser wird durch die Wasserleitung 8, über die Läufernabe 3, den Hohlraum 27 und den Wasserkanal 13 zugeliefert. Das durch die Wasseraustrittsöffnung 5 herausgespritzte Wasser zerfällt in Tropfen, die in dem von den Schaufeln 15 des Ventilatorläufers 1 zufließenden turbulenten Luftstrom weiter zerkleinert werden und über den Bereich der rotierenden Schaufeln 18 des Schaufelläufers 6 gelangen. Der Schaufelläufer 6 bewirkt eine zusätzliche Bewegung und Beschleunigung des Luftstromes und begünstigt eine weitere Zerkleinerung der Wassertropfen. Der durch den Rotortunnel 11 fließende Luftstrom nimmt die Wassertröpfchen in Form von Wassernebel mit und bringt diesen Nebel zum Diffusor 19. Im Diffusor 19 trifft der Luftstrom eine plötzliche Kanalerweiterung an, welche aufgrund der gegenüber dem Durchmesser des Rotortunnels 11 vergrößerten Durchmessers

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des Diffusors 19 gebildet ist. Dank den Öffnungen 20 in der Mantelfläche 19 wird in dessen Inneres zusätzliche atmosphärische Luft angesaugt, die das Kondensieren von Wasser an den Wänden des Diffusors 19 verringert, der gleichzeitig einen Schutz gegen die rotierenden Teile der Vorrichtung bildet. Darüber hinaus wird die eingesaugte atmosphärische Luft beim Eintritt in den Diffusor 19 teilweise vom Staub gereinigt, und zwar infolge des Zusammenstoßens mit dem Nebelstrom, der zusammen mit dem Luftstrom im Diffusor 19 in Richtung dessen Stirnaustrittsöffnung 29 fließt. Das unter Druck aus der Wasserleitung 8 in den Hohlraum 27 fließende Wasser gelangt ferner teilweise durch den Schlitz 7 in das Innere des Rotortunnels 11. Um auch dieses Wasser in Nebel zu zerstäuben, ist der Schlitz 7 von der Zerstäuberscheibe 9 überdeckt. Nach dem Abfließen von dieser Scheibe 9 wird das Wasser von der rotierenden Luft und der rotierenden Läufernabe 3 sowie dem Schaufelläufer 6 mitgerissen und gegen die Wände des Rotortunnels 11 geschleudert. Unterwegs treffen die Wassertropfen den turbulenten Luftstrom im Bereich der Schaufeln 18 an und nachher den von den Schaufeln 15 erzeugten Luftstrom; infolgedessen werden sie zu einem Nebel zerschlagen. Um ein vollkommeneres Zerstäuben und einen wirksamen Wassernebel zu erhalten,trifft der aus der Wasseraustrittsöffnung 5 fließende Wasserstrahl die Leitflächen 10, die am Umfang des Rotortunnels 11 befestigt, also unbeweglich sind und neben denen der Arm 26 rotiert, aus dessen Wasseraustrittsöffnung 5 der Wasserstrahl spritzt. Dieser Wasserstrahl wird beim Aufprallen auf die durchlöcherten Leitflächen 10 an deren Oberfläche zerschlagen, was das Entstehen von feinem Nebel begünstigt.

Die Vorrichtung ist zur Verwendung in Bergwerken unter Tage bestimmt, insbesondere an den Stellen, an denen Kohlenstaubwolken entstehen, wie dies z. B. an den Bandübergabestellen,

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d. h. dort, wo die Kohle von einem Förderer auf einen anderen umgeschüttet wird, der Fall ist. Die Berieselung der umgeschütteten Kohle mit einem Wasserstrahl würde ein Ansammeln von Wasser auf der Sohle verursachen, wobei, wie die Erfahrung lehrt, eine wirksame Staubbekämpfung so große Wassermengen erfordern würde, daß auf einem großen Abschnitt des Abbauraumes in der Umgebung der Bandübergabe ein Schlammsumpf entstehen würde. Die Anwendung der oben beschriebenen Vorrichtung schlägt den Staub dank der Erzeugung eines dichten Nebels viel wirksamer nieder und die Vorrichtung erreicht das mit einer geringen Wassermenge, so daß an der Stelle der Staubbekämpfung weniger Watsch entsteht. Die Vorrichtung kann ebenfalls Verwendung beim Vortreiben von Gängen finden, indem sie einen Nebeldamm erzeugt, der das Vortreiben von Kohlen- oder Steinstaub von der Arbeitsstelle der Vortriebsmaschine auf rückliegende Streckenbereiche verhindert. Man kann sie ebenfalls in Strebräumen als Ergänzung neben der Berieselungsvorrichtung der Kohlenkombine verwenden. Sie wird dann einen Nebeldamm erzeugenm der das Vordringen von Staub aus dem Abbauraum zu den Flußstrecken verhütet, was bis jetzt mit den bekannten Berieselungsvorrichtungen nicht wirksam erreicht werden konnte.

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Claims

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Waiter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-Ing. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. KaK Gerhard Masch Anwatfsalrte: 4300 E«en 1,TlMalerpkitz3, Postf. 100254 56 348/En+ 1. Dezember 1980 Patentanmeldung Centrum Konstrukcyjno - Technologiczne Maszyn Gorniczych "KOMAG" Gliwice (Polen.) "Vorrichtung zur Bekämpfung von Staub" Patentansprüche:

1.J Vorrichtung zur Bekämpfung von Staub durch Befeuchten des Staubes, die in einem Lufttunnel einen Wasserrotor mit einem radialen Wasserkanal enhält, der am Rande mit einer Wasseraustrittsöffnung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserrotor (2)in Luftströmungsrichtung gesehen hinter einem Ventilatorläufer (1) im Lufttunnel (11, 12) angeordnet ist, und daß die Wasseraustrittsöffnung (5) im Wasserrotor (2) quer zum Wasserkanal (13) verläuft, in Richtung der Luftströmung um den Winkel (X) relativ zur Ebene (14) des Wasserrotors (2) geneigt ist, wobei der Winkel (oC ) der Drehrichtung des Wasserrotors (2) entgegengesetzt gerichtet ist, und sich über einer Schaufeln (15) aufweisenden

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Außenfläche (17) des Ventilatorläufers (1) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Schaufelläufer (6), der mit dem Wasserrotor (2) auf einer gemeinsamen Achse befestigt ist und Schaufeln (18) aufweist, deren Außenrand (16) nicht über die Außenfläche (17) des Ventilatorläufers (1) herausragt und die relativ zur Ebene (14) des Wasserrotors (2) etwa um den gleichen Winkel {CC) wie die Wasseraustrittsöffnung (5) geneigt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotortunnel (11) an seinem freien Ende einen zylinderförmigen Diffusor (19) aufweist, dessen innerer Durchmesser größer ist als der innere Durchmesser des Rotortunnels (11) und der auf seiner Mantelfläche Öffnungen (20) besitzt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Zerstäuberscheibe (9), die auf das Ende einer Wasserleitung (8) aufgesetzt in der Achse einer Rotornabe (3) angeordnet ist und mit der Rotornabe (3) einen Schlitz (7) bildet.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gegengewichtsarm (24) des Wasserrotors (2), der einen die Wasseraustrittsöffnung (5) aufweisenden Arm (26) gegenüberliegt und einen radialen Wasserkanal (25) enthält.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Leitflächen (10), die am inneren Umfang des Lufttunnels (11, 12) in Luftströmungsrichtung gesehen hinter dem Wasserrotor (2) angebracht sind, die Außenfläche (17) des Ventilatorläufers (1) nicht überschreiten und mit Durchflußöffnungen

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versehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (10) flach ausgebildet sind und radial im Lufttunnel (11, 12) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (10) relativ zur Luftströmungsrichtung gebogen sind und angenähert quer zum Einstellwinkel der Schaufeln (18) des Schaufelläufers (6) geneigt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (10) aus einem Netz gebildet sind.

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