EP3064704A1 - Bedüsungssystem - Google Patents

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EP3064704A1
EP3064704A1 EP15157865.5A EP15157865A EP3064704A1 EP 3064704 A1 EP3064704 A1 EP 3064704A1 EP 15157865 A EP15157865 A EP 15157865A EP 3064704 A1 EP3064704 A1 EP 3064704A1
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EP
European Patent Office
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nozzles
air
water
nozzle
spraying system
Prior art date
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Granted
Application number
EP15157865.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3064704B1 (de
Inventor
Florian Büssing
Jörg Mantel
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Bete Deutschland GmbH
Original Assignee
Bete Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Bete Deutschland GmbH filed Critical Bete Deutschland GmbH
Priority to PL15157865T priority Critical patent/PL3064704T3/pl
Priority to EP15157865.5A priority patent/EP3064704B1/de
Publication of EP3064704A1 publication Critical patent/EP3064704A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3064704B1 publication Critical patent/EP3064704B1/de
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/22—Equipment for preventing the formation of, or for removal of, dust
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • B05B7/0483—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid with gas and liquid jets intersecting in the mixing chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/02—Cleaning by the force of jets or sprays

Definitions

  • the invention relates to a spraying system having a plurality of nozzles, preferably on a frame construction, wherein the nozzles are arranged so that the spray cone of adjacent nozzles partially overlap.
  • the Bedüsungssystem is particularly suitable for binding dust, but can also be used for cooling of machinery or workpieces.
  • Bedüsungssysteme be used in underground mining, especially in dust, firedamp and hazardous areas, for example, on roadheaders in stretch drives.
  • a plurality of juxtaposed spray nozzles from each of which a directed to the hazardous area beam exits from a water-mist mixture ignitions of explosive gas-air mixtures can be avoided or already ignited gas-air mixtures are deleted.
  • spraying systems are used in tunneling, in the production of minerals, in dust-producing construction measures, loading and unloading processes and in cleaning processes.
  • a spraying system which has proven itself in the mining industry, is from the DE 298 19 980 U1 known.
  • This spraying system has a multiplicity of atomizer nozzles arranged next to one another, from each of which a jet directed towards the endangered area emerges.
  • the atomizer nozzles are designed as mist nozzles, which act in a compressed air Air chamber are used and each having a nozzle body whose nozzle bore is connected via radially or at an acute angle to the axis of the nozzle bore extending air supply ducts with the air chamber.
  • a pressurized water spray nozzle is provided which generates a running in the longitudinal direction of the nozzle bore water jet, wherein the pressure of the pressurized water is higher than that of the compressed air.
  • This spraying system has proven itself in mining in and of itself, but is not always sufficient in terms of its performance in the deposition of dry dusts and cooling of the corresponding machines.
  • a particular problem is the development of dust in modern tunneling.
  • Modern tunnel boring machines are often full-cut machines and dismantle the entire tunnel cross-section in one work step.
  • a large part of the mined material is converted into small-scale forms, producing dust in large quantities.
  • To bind the dust is sprayed on spraying water.
  • This spraying device is particularly suitable for cooling the excavation tool and the working front, but has little influence on the dust released into the environment, which accumulates and at a certain concentration leads to interruption of work.
  • the invention has for its object to improve the known Bedüsungsvoriquesen so that they ensure adequate cooling of the work tools and efficiently precipitate the resulting dust on the work front.
  • the work stoppages are to be minimized, the work environment for the operating staff are made bearable.
  • nozzles are two-fluid nozzles, where air and water in a pressure ratio of 1: 1 to 2: 1, preferably 1.1: 1.6, is supplied the water supply of each nozzle is arranged axially and leads into a nozzle element arranged in a mixing chamber, the air supply leads into the mixing chamber and the radiation of the spray from the mixing chamber of each nozzle takes place in a cone.
  • the spraying system according to the invention serves primarily for binding and precipitation of dust and, moreover, also for cooling work tools and the working front. It can be used in mining and tunneling, in the extraction of minerals, in the cleaning of surface, as well as in construction and demolition.
  • the spraying system preferably has a frame construction in which a plurality of nozzles is embedded.
  • the frame construction may be, for example, a linear construction with two or more nozzles, but also a combination of several subframes which are configured to one another as required. These sub-frames may be arranged, for example, around a working head.
  • Particularly advantageous is an embodiment in which the frame construction consists of two sub-frames, each of which has approximately trapezoidal shape, in which the long base side is missing.
  • the two trapezoidal substructures are with their open side placed opposite each other, for example, around the working area of a tunnel boring machine.
  • the nozzles are arranged in particular on the frame construction in such a way that the spraying cones of adjacent nozzles partially overlap. This means that, for example, the working area of a machine can be completely enclosed or acted upon by a spray mist.
  • the nozzles are two-fluid nozzles, to which air and water are supplied.
  • the nozzles are designed so that air and water are swirled together and delivered in the form of a spray. It has been shown that the spray becomes finer with increasing air pressure.
  • the pressure ratio of air to water is in the range of 1: 1 to 2: 1, preferably 1.1: 1 to 1.6: 1.
  • nozzles are used in which the water supply extends axially into each nozzle and leads into a nozzle element arranged in a mixing chamber.
  • the nozzle element itself is preferably formed as a spiral element.
  • the air supply preferably takes place axially into the mixing chamber, in which air and water are swirled together.
  • the outlet of the water-air mixture takes place through outlet nozzles, which are arranged so that the spray takes place as a hollow or full cone.
  • air and water are passed in parallel into the nozzles so that they enter the mixing chamber in the same direction.
  • the water jet receives a twist and is fed laterally into the air flow.
  • air-water mixture can be accelerated up to supersonic speed and subsequently defined relaxed. This achieves optimum atomization fineness and good controllability.
  • a higher air than water pressure is recommended for fine drop sizes;
  • an air pressure that greatly exceeds the water pressure, detrimental to the Ausbringrate and for dust deposition, especially on the exiting air can cause further turbulence of the dust. Therefore, a ratio of air pressure to water pressure of 2: 1 is an upper limit.
  • the nozzles are embedded in the frame structure via nozzle holders.
  • This arrangement has the advantage that the nozzles on the one hand can be easily removed and cleaned, on the other hand, but also can be easily replaced by nozzles of a different spray characteristics.
  • the spraying system can thus generate a very narrow injection field directed inwards, or else a wide spray field that surrounds a working area in a circle encloses it, as it were.
  • the frame construction is formed from hollow profiles into which the nozzle holders are embedded. It serves a hollow profile of the water supply and the other of the air duct.
  • the hollow sections are expediently arranged on top of one another, the nozzle holders being embedded in the lower hollow profile for the air guidance and the nozzles inserted therein projecting with their water inlet into the upper hollow profile for the water supply.
  • the nozzles preferably produce an oval spray field in the solid cone whose outer end or outer ends overlap with the oval spray fields of adjacent nozzles.
  • more outlet openings are arranged around a central outlet opening for the spray in a circle at an angle to the longitudinal axis.
  • the spray angles may vary depending on the application and spray field characteristics.
  • the central outlet opening is missing.
  • the spraying system according to the invention is connected to a central control unit which controls the air and water supply either individually for each individual nozzle or over the frame construction and the nozzle holders.
  • a control can be tuned, for example, to the running time of a machine connected to it, such that a spray is emitted when the machine is running, depending on the intensity of the machine activity. Spraying may continue for a while after the machine is turned off.
  • the water flow is suitably about 0.5 to 5 l / min. per nozzle and preferably 1.5 to 3.5 l / min.
  • the air consumption is usually in the range of 25 to 75 Nm 3 / h per nozzle.
  • the spraying system according to the invention is intended in particular for use in mining and tunneling. It can be used advantageously together with a tunnel boring machine or a tunneling machine in track construction, also for explosion protection.
  • Fig. 1 shows an inventive Bedüsungssystem 1, which consists of two mutually mirror-image corresponding frame construction 2a and 2b.
  • the two frame structures, which together form the Bedüsungssystem 1, consist of two box-shaped hollow sections 3 and 4, which are welded together.
  • Each of the two frame structures has approximately the shape of an isosceles trapezium, the base side is missing and one of the legs is shortened.
  • the two frame structures 2a and 2b face each other with the open side.
  • the frame structures 2a and 2b consist of 2 welded box sections 3 and 4, which are closed at the end faces.
  • the box section 3 is water-bearing, the box section 4 air.
  • the air-conducting box profile 4 is located on the nozzle side, on which the nozzle holder 5 can be seen. In each case two nozzle holders are located on the long leg and the base side, a nozzle holder 5 on the short leg.
  • Fig. 1b the back or water-bearing side is shown with the box section 3.
  • the box section 3 In the region of the connection of the short base side and the long leg are each an air inlet 6 and a water inlet 7, through which the hollow sections 3 and 4 are supplied with the respective media.
  • the air inlet 6 extends through the hollow section 3 for the water supply It is understood that the two hollow sections 3 and 4 are strictly separated from each other.
  • the nozzle holders 5 are located on the air-guiding side 4 and are preferably welded into the frame construction. They have access openings for the air from the air-conducting hollow section 4 and protrude through the hollow sections 3 and 4 separating wall through with its water-side end in the hollow section 3. It is understood that the nozzle holder are sealingly embedded in the frame structure 2a and 2b respectively ,
  • the spraying system according to Fig. 1 is intended to fog the working area of a tunneling machine or the like. For this purpose, it is connected to the machine in the area of the working head, to which the in Fig. 1a and 1b shown supporting structure is used.
  • This support structure consists on the one hand of the frame structure of hollow sections 2a and 2b stabilizing sheets 9a and 9b and elements 10a and 10b for fixing the frame structure to a machine.
  • Fig. 2 shows a section through the hollow sections of a frame construction according to the invention in the region of an air supply 6.
  • the lower profile 4 is the air-conducting profile, the upper profile 3, the water-bearing.
  • the profile 3 is U-shaped and welded to the lower box section 4.
  • the air inlet 6 is welded into an opening of the upper profile 3 and welded with its end on the box section. It is understood that the welds are made tight for the respective medium.
  • the air supply 6 has an internal thread 12 in the inlet, into which an air line, for example in the form of a hose, can be screwed.
  • Fig. 3 shows a section through the frame of a Bedüsungssystems level of a water supply 7.
  • box section 4 for the air duct the box section 4 for the air duct
  • the welded U-section 3 for the water supply and the water supply 7, which is placed on the U-profile.
  • a bore 8 establishes the connection to the water-bearing profile 3.
  • Fig. 4 shows a nozzle holder 5 in its position in the frame structure 2a and 2b, respectively.
  • the nozzle holder 5 has a receptacle 13 into which the nozzle is screwed.
  • An internal thread 16 connects to the nozzle.
  • In the tapered part of two inlet openings 14 are shown for the air from the air duct 4, in the water-side end 15 is the receptacle for the water inlet of the nozzle.
  • the nozzle holder 5 is welded into the construction.
  • the nozzle arranged therein can simply be exchanged by being screwed in, either for maintenance purposes or to insert a nozzle with a different spray characteristic.
  • Fig. 5 shows a two-fluid nozzle 20, as it is preferably used according to the invention.
  • the nozzle 20 has a water inlet 21 which extends centrally through the nozzle and leads to the spiral element 24.
  • a plurality of air inlets 22 are arranged, which leads into the mixing chamber 27, in which the spiral element 24 is arranged.
  • the air-water mixture exits through a plurality of outlets 23 in the air cap 25; only one outlet 23 is shown, which is arranged at an angle to the central axis. Additional outlets are disposed about the central axis, wherein the angle to the axis may vary to produce the preferred spray field.
  • the nozzle may also have a central outlet.
  • the air cap 25 is screwed onto the actual main body 28 of the nozzle.
  • a lock nut 26 facilitates assembly.
  • the water inlet 21 is also screwed into the nozzle body via the thread 31.
  • a thread 30 serves to fix the nozzle 20 in the in Fig. 4 shown nozzle holder 5, wherein a sealing ring 29 ensures the tightness.
  • a sealing ring 32 seals the inlet part 21 of the nozzle 20 against the receptacle 15 of the nozzle holder 5 from.
  • Fig. 6 shows an inventive arrangement of a Bedüsungssystems on a typical tunneling machine with a double cutting head 41.
  • the spray cone 40 which generates the Dusüsstrom are substantially oval and overlap each other in such a way that the working area of the machine is enclosed by a circular spray mist. This causes a lot effective precipitation of the dust immediately after emergence. At the same time, the spray cools the implement and the working area.
  • Fig. 7 shows the arrangement of Fig. 6 in a perspective view with the part 2a of the frame structure, which is attached to the machine head 42 and envelop the cutting element 41 with the nozzle cones 40.
  • Each of the nozzles 20 forms an oval solid cone which overlaps with the spray cones of adjacent nozzles 20 and generates a spray surrounding the cutting wheel 41 on all sides.
  • spray booth shown in the figures represents only one aspect of the invention.
  • Other forms of training, both one-piece and multi-part, are readily possible.
  • a linear arrangement of nozzles in a frame construction or a juxtaposition of linear spraying systems may be useful in order to counter dust formation in conveyor belts or loading systems.
  • nozzles can be arranged directly on a working device and individually supplied with air and water.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bedüsungssystem, insbesondere zur Bindung von Staub, mit einer Mehrzahl von Düsen (20), wobei die Düsen (20) so angeordnet sind, dass sich die Sprühkegel (40) benachbarter Düsen (20) teilweise überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (20) Zwei-Stoffdüsen sind, denen Luft und Wasser in einem Druckverhältnis von 1 : 1 bis 2 : 1 zugeführt wird, wobei die Wasserzuführung (22) einer jeden Düse (20) axial angeordnet ist und in ein in einer Mischkammer (27) angeordnetes Düsenelement (24) führt, die Luftzuführung (21) in die Mischkammer (27) führt und die Abstrahlung des Sprühs aus der Mischkammer (27) in einem Kegel (40) erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bedüsungssystem mit einer Mehrzahl von Düsen, vorzugsweise an einer Rahmenkonstruktion, wobei die Düsen so angeordnet sind, dass die Sprühkegel benachbarter Düsen teilweise überlappen. Das Bedüsungssystem ist insbesondere zur Bindung von Staub geeignet, kann aber auch zur Kühlung von Maschinen oder Bearbeitungsstücken eingesetzt werden.
  • Bedüsungssysteme werden im untertägigen Bergbau, insbesondere in Staub-, Schlagwetter- und explosionsgefährdeten Bereichen, eingesetzt, beispielsweise an Teilschnittmaschinen in Streckenvortrieben. Durch eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zerstäuberdüsen, aus denen jeweils ein auf den gefährdeten Bereich gerichteter Strahl aus einem Wasser-Nebel-Gemisch austritt, können Zündungen von explosiven Gas-Luft-Gemischen vermieden bzw. bereits entzündete Gas-Luft-Gemische gelöscht werden. Daneben kommt es auch zur Bindung von Staub.
  • Bedüsungssysteme werden ferner im Tunnelvortrieb, bei der Minerialiengewinnung, bei Staub produzierenden Baumaßnahmen, Be- und Entladevorgängen sowie bei Reinigungsprozessen eingesetzt.
  • Ein Bedüsungssystem, das sich im Bergbau bewährt hat, ist aus der DE 298 19 980 U1 bekannt. Dieses Bedüsungssystem weist eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Zerstäuberdüsen auf, aus denen jeweils ein auf den gefährdeten Bereich gerichteter Strahl austritt. Die Zerstäuberdüsen sind als Nebeldüsen ausgebildet, die in einem mit Druckluft beaufschlagte Luftkammer eingesetzt sind und jeweils einen Düsenkörper aufweisen, dessen Düsenbohrung über radial oder in spitzem Winkel zur Achse der Düsenbohrung verlaufenden Luftzuführungskanäle mit der Luftkammer verbunden ist. In der rückwärtigen Verlängerung der Düsenbohrung ist jeweils eine mit Druckwasser beaufschlagte Wassereinspritzdüse vorgesehen, die ein in Längsrichtung der Düsenbohrung verlaufenden Wasserstrahl erzeugt, wobei der Druck des Druckwassers höher als der der Druckluft ist.
  • Dieses Bedüsungssystem hat sich im Bergbau an und für sich bewährt, ist aber hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit bei der Niederschlagung trockener Stäube und bei Kühlung der entsprechenden Arbeitsmaschinen nicht immer ausreichend.
  • Ein besonderes Problem stellt die Staubentwicklung im modernen Tunnelbau dar. Moderne Tunnelbohrmaschinen sind vielfach Vollschnittmaschinen und bauen den gesamten Tunnelquerschnitt in einem Arbeitsschritt ab. Dabei wird ein Gros des abgebauten Materials in kleinteilige Formen überführt, wobei in großen Mengen Staub entsteht. Zur Bindung des Staubs wird über Bedüsungsanlagen Wasser verdüst.
  • Trotz ausgiebiger Bedüsung sind die zum Einsatz kommenden Bedüsungsanlagen nicht in der Lage, den Staub vollständig niederzuschlagen und gleichzeitig für die notwendige Kühlung der Arbeitsgeräte zu sorgen. Aus diesem Grunde kommt es immer wieder zu Arbeitsunterbrechungen, weil abgewartet werden muss, dass sich der Staub niederschlägt. Diese Arbeitsunterbrechungen wirken sich nachteilig auf die Vortriebsleistung aus und verzögern die Fertigstellung des Bauwerks.
  • Aus der DE 103 54 306 A1 ist eine Bedüsungsvorrichtung für den Berg- und Tunneltiefbau bekannt, bei dem Flüssigkeit und Luft zunächst in einer Mischenheit zusammengeführt, danach in einem Ringraum verwirbelt und anschließend über Düsen abgegeben wird. Damit lässt sich das Flüssigkeit-Luft-Gemisch gezielt auf Abbauwerkzeuge bzw. deren Schneidspur lenken.
  • Diese Bedüsungseinrichtung ist insbesondere geeignet, das Abbauwerkzeug und die Arbeitsfront zu kühlen, hat aber wenig Einfluss auf den in die Umgebung abgegebenen Staub, der sich akkumuliert und bei einer gewissen Konzentration zur Arbeitsunterbrechung führt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Bedüsungsvorrichtungen so zu verbessern, dass sie eine ausreichende Kühlung der Arbeitswerkzeuge gewährleisten und den an der Arbeitsfront entstehenden Staub wirksam niederschlagen. Die Arbeitsunterbrechungen sollen minimiert werden, das Arbeitsumfeld für das Bedienungspersonal erträglich gestaltet werden.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Bedüsungsanlage der eingangs genannten Art gelöst, bei der die Düsen Zwei-Stoffdüsen sind, denen Luft und Wasser in einem Druckverhältnis von 1 : 1 bis 2 : 1, vorzugsweise 1,1 : 1,6, zugeführt wird, wobei die Wasserzuführung einer jeden Düse axial angeordnet ist und in ein in einer Mischkammer angeordnetes Düsenelement führt, die Luftzuführung in die Mischkammer führt und die Abstrahlung des Sprühs aus der Mischkammer einer jeden Düse in einem Kegel erfolgt.
  • Das erfindungsgemäße Bedüsungssystem dient in erster Linie zur Bindung und Niederschlagungen von Staub und darüber hinaus aber auch zur Kühlung von Arbeitswerkzeugen und der Arbeitsfront. Es kann im Berg- und Tunnelbau eingesetzt werden, bei der Gewinnung von Minerialien, bei der Reinigung von Oberfläche, wie auch bei Baumaßnahmen und Abbrucharbeiten.
  • Das Bedüsungssystem weist vorzugsweise eine Rahmenkonstruktion auf, in die eine Mehrzahl von Düsen eingelassen ist. Die Rahmenkonstruktion kann beispielsweise eine lineare Konstruktion mit zwei oder mehr Düsen sein, aber auch eine Kombination mehrerer Teilrahmen, die, je nach Anforderung, zueinander konfiguriert sind. Diese Teilrahmen können beispielsweise um einen Arbeitskopf herum angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Rahmenkonstruktion aus zwei Teilrahmen besteht, von denen jeder etwa Trapezform aufweist, bei der die lange Grundseite fehlt. Die beiden trapezförmigen Teilkonstruktionen werden mit ihrer offenen Seite einander gegenüber beispielsweise um den Arbeitsbereich einer Tunnelvortriebmaschine platziert.
  • Im erfindungsgemäßen Bedüsungssystem sind die Düsen insbesondere auf der Rahmenkonstruktion so angeordnet, dass sich die Sprühkegel benachbarter Düsen teilweise überlappen. Dies bedeutet, dass beispielsweise der Arbeitsbereich einer Maschine vollständig mit einem Sprühlnebel eingehegt oder beaufschlagt werden kann.
  • Die Düsen sind Zwei-Stoffdüsen, denen Luft und Wasser zugeführt wird. Die Düsen sind so ausgelegt, dass Luft und Wasser miteinander verwirbelt und in Form eine Sprühnebels abgegeben wird. Es hat sich gezeigt, dass der Sprühnebel mit zunehmendem Luftdruck feiner wird. Erfindungsgemäß liegt das Druckverhältnis von Luft zu Wasser im Bereich von 1 : 1 bis 2 : 1, vorzugsweise bei 1,1 : 1 bis 1,6 : 1.
  • Erfindungsgemäß werden Düsen eingesetzt, bei denen die Wasserzuführung in eine jede Düse axial verläuft und in ein in einer Mischkammer angeordnetes Düsenelement führt. Das Düsenelement selbst ist vorzugsweise als Spiralelement ausgebildet. Die Luftzuführung erfolgt vorzugsweise axial in die Mischkammer, in der Luft und Wasser miteinander verwirbelt werden. Der Austritt des Wasser-Luft-Gemisches erfolgt durch Austrittsdüsen, die so angeordnet sind, dass der Sprüh als Hohl- oder Vollkegel erfolgt.
  • Vorzugsweise werden Luft und Wasser parallel in die Düsen geführt, so dass sie gleichgerichtet in die Mischkammer eintreten. Bei Einsatz einer Spiraldüse erhält der Wasserstrahl einen Drall und wird seitlich in den Luftstrom eingespeist. Bei strömungsoptimierter Auslegung der Mischkammer nach folgenden Austrittsgeometrie kann Luft-Wasser-Gemisch bis auf Überschallgeschwindigkeit beschleunigt werden und nachfolgend definiert entspannt werden. Hierdurch wird eine optimale Zerstäubungsfeinheit und gute Regelfähigkeit erreicht.
  • Grundsätzlich gilt, dass je höher der Betriebsdruck der zugeführten Luft ist und je größer das Verhältnis von Zerstäuberluft zu Wasser, desto feiner die Tropfengrößen ausfallen. Grundsätzlich ist ein höherer Luft- als Wasserdruck für feine Tropfengrößen zu empfehlen; jedoch ein Luftdruck, der den Wasserdruck stark übersteigt, abträglich für die Ausbringrate und für die Staubniederschlagung, zumal über die austretende Luft eine weitere Verwirbelung des Staubes eintreten kann. Deswegen ist ein Verhältnis von Luftdruck zu Wasserdruck von 2 : 1 eine obere Grenze.
  • Für eine optimale Verwirbelung ist es bevorzugt, das Wasser zentral in die Spiraldüse einzuführen und die Luft parallel dazu axial durch Wassereintrittsöffnungen in die Mischkammer zu führen, wobei die Wassereintrittsöffnungen die zentrale Eintrittsöffnung für das Wasser kreisförmig umgeben.
  • Vorzugsweise sind die Düsen in die Rahmenkonstruktion über Düsenhalter eingelassen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Düsen zum einen leicht ausgebaut und gereinigt werden können, zum anderen aber auch einfach durch Düsen einer anderen Sprühcharakteristik ersetzt werden können. So kann, je nach Einsatzzweck, die Bedüsungsanlage ein sehr enges nach innen gerichtetes Sprühfeld erzeugen oder aber ein weites Sprühfeld, das einen Arbeitsbereich kreisförmig umgibt, ihn quasi einhegt.
  • Insbesondere ist die Rahmenkonstruktion aus Hohlprofilen ausgebildet, in die die Düsenhalter eingelassen sind. Dabei dient ein Hohlprofil der Wasserführung und das andere der Luftführung. Die Hohlprofile sind zweckmäßigerweise aufeinander angeordnet, wobei die Düsenhalter in das untere Hohlprofil für die Luftführung eingelassen sind und die darin eingesetzten Düsen mit ihrem Wassereinlass in das obere Hohlprofil für die Wasserführung ragen.
  • Die Düsen erzeugen vorzugsweise ein ovales Sprühfeld im Vollkegel, dessen äußeres Ende oder äußeren Enden mit den ovalen Sprühfeldern benachbarter Düsen überlappen. Um ein solches ovales Sprühfeld zu erzeugen, sind rings um eine zentrale Austrittsöffnung für den Sprüh kreisförmig im Winkel zur Längsachse weitere Austrittsöffnungen angeordnet. Die Sprühwinkel können je nach Einsatzzweck und Sprühfeldcharakteristik variieren. Bei einem hohlkegelförmigen Sprühfeld fehlt die zentrale Austrittsöffnung.
  • Das erfindungsgemäße Bedüsungssystem ist mit einer zentralen Steuereinheit verbunden, die die Luft- und Wasserzufuhr entweder individuell für jede einzelne Düse oder über die Rahmenkonstruktion und die Düsenhalterungen steuert. Eine solche Steuerung kann beispielsweise auf die Laufzeit einer damit verbundenen Maschine abgestimmt sein, dergestalt, dass bei laufender Maschine, je nach Intensität der Maschinentätigkeit, ein Sprühnebel abgegeben wird. Die Sprühtätigkeit kann nach Abstellen der Maschine für eine gewisse Zeit fortdauern.
  • Der Wasserdurchsatz beträgt zweckmäßigerweise etwa 0,5 bis 5 l/min. pro Düse und vorzugsweise 1,5 bis 3,5 l/min. Der Luftverbrauch liegt in der Regel im Bereich von 25 bis 75 Nm3/h pro Düse.
  • Das erfindungsgemäße Bedüsungssystem ist insbesondere zur Verwendung im Berg- und Tunnelbau bestimmt. Es kann vorteilhaft zusammen mit einer Tunnelbohrmaschine oder eine Vortriebsmaschine im Streckenbau, auch zum Explosionsschutz, eingesetzt werden.
  • Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Abbildungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    ein zweiteiliges erfindungsgemäßes Bedüsungssystem von der Düsenseite (a) und von der Zuleitungsseite (b);
    Fig. 2
    einen Schnitt durch die Rahmenkonstruktion des Bedüsungssystems im Bereich einer Luftzuführung;
    Fig. 3
    einen Schnitt durch die Rahmenkonstruktion eines Bedüsungssystems im Bereich einer Wasserzuführung;
    Fig. 4
    einen die Rahmenkonstruktion eingeschweißten Düsenhalter;
    Fig. 5
    eine Spiraldüse, wie sie erfindungsgemäß zum Einsatz kommen kann;
    Fig. 6
    den von dem Bedüsungssystem erzeugten Benebelungskegel in frontaler Ansicht; und
    Fig. 7
    in perspektivischer Ansicht.
  • Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Bedüsungssystem 1, das aus zwei einander spiegelbildlich entsprechende Rahmenkonstruktions 2a und 2b besteht. Die beiden Rahmenkonstruktionen, die zusammen das Bedüsungssystem 1 bilden, bestehen aus zwei kastenförmigen Hohlprofilen 3 und 4, die miteinander verschweißt sind. Jede der beiden Rahmenkonstruktionen hat in etwa die Form eines gleichschenkeligen Trapezes, wobei die Basisseite fehlt und eine der Schenkel verkürzt ist. Die beiden Rahmenkonstruktionen 2a und 2b stehen einander mit der offenen Seite gegenüber.
  • Die Rahmenkonstruktionen 2a und 2b bestehen aus 2 miteinander verschweißten Kastenprofilen 3 und 4, die an den Stirnseiten verschlossen sind. Das Kastenprofil 3 ist wasserführend, das Kastenprofil 4 luftführend.
  • Das luftführende Kastenprofil 4 befindet sich auf der Düsenseite, auf der die Düsenhalter 5 zu erkennen sind. Jeweils zwei Düsenhalter befinden sich auf dem langen Schenkel und der Grundseite, ein Düsenhalter 5 auf dem kurzen Schenkel.
  • In Fig. 1b ist die Rückseite bzw. wasserführende Seite mit dem Kastenprofil 3 dargestellt. Im Bereich der Verbindung der kurzen Grundseite und des langen Schenkels befinden sich jeweils ein Lufteinlass 6 und ein Wassereinlass 7, durch die die Hohlprofile 3 und 4 mit den jeweiligen Medien versorgt werden. Der Lufteinlass 6 reicht dabei durch das Hohlprofil 3 für die Wasserführung hindurch in das Hohlprofil 4. Es versteht sich, dass die beiden Hohlprofile 3 und 4 strikt voneinander getrennt sind.
  • Die Düsenhalter 5 befinden auf der luftführenden Seite 4 und sind in die Rahmenkonstruktion vorzugsweise eingeschweißt. Sie weisen Zutrittsöffnungen für die Luft aus dem luftführenden Hohlprofil 4 auf und ragen durch die die Hohlprofile 3 und 4 trennende Wand hindurch mit ihrem wasserseitigen Ende in das Hohlprofil 3. Es versteht sich, dass die Düsenhalter dichtend in die Rahmenkonstruktion 2a bzw. 2b eingelassen sind.
  • Das Bedüsungssystem gemäß Fig. 1 ist dazu bestimmt, den Arbeitsbereich einer Vortriebsmaschine oder dergleichen einzunebeln. Dazu wird er im Bereich des Arbeitskopfes mit der Maschine verbunden, wozu die in Fig. 1a und 1b gezeigte Tragkonstruktion dient. Diese Tragkonstruktion besteht zum einen aus die Rahmenkonstruktion aus Hohlprofilen 2a bzw. 2b stabilisierenden Blechen 9a und 9b sowie Elementen 10a und 10b zum Festlegen der Rahmenkonstruktion an einer Maschine.
  • Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Hohlprofile einer Rahmenkonstruktion gemäß der Erfindung im Bereich einer Luftzuführung 6. Das untere Profil 4 ist das luftführende Profil, das obere Profil 3 das wasserführende. Das Profil 3 ist U-förmig gestaltet und auf das untere Kastenprofil 4 aufgeschweißt. Der Lufteinlass 6 ist in eine Öffnung des oberen Profils 3 eingeschweißt und mit seinem Ende auf das Kastenprofil aufgeschweißt. Es versteht sich, dass die Schweißnähte für das jeweilige Medium dicht ausgeführt sind. Im Bereich der Luftzuführung 6 findet sich eine Öffnung 11 im Profil 4, durch die das Profil mit Luft beaufschlagt wird. Die Luftzuführung 6 weist im Einlass ein Innengewinde 12 auf, in das eine Luftleitung beispielsweise in Form eines Schlauches eingeschraubt werden kann.
  • Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Rahmen eines Bedüsungssystems in Höhe einer Wasserzuführung 7. Zu erkennen sind das Kastenprofil 4 für die Luftführung, das aufgeschweißte U-Profil 3 für die Wasserführung und die Wasserzuführung 7, die auf das U-Profil aufgesetzt ist. Eine Bohrung 8 stellt die Verbindung zum wasserführenden Profil 3 her.
  • Fig. 4 zeigt einen Düsenhalter 5 in seiner Position in der Rahmenkonstruktion 2a bzw. 2b. Von der Rahmenkonstruktion ist lediglich der luftführende Kanal 4 dargestellt. Der Düsenhalter 5 weist eine Aufnahme 13 auf, in die die Düse eingeschraubt wird. Ein Innengewinde 16 stellt die Verbindung zur Düse her. Im sich verjüngenden Teil sind zwei Eintrittsöffnungen 14 für die Luft aus der Luftführung 4 dargestellt, im wasserseitigen Ende 15 befindet sich die Aufnahme für den Wassereinlass der Düse. Der Düsenhalter 5 ist in die Konstruktion eingeschweißt. Die darin angeordnete Düse kann dadurch, dass sie eingeschraubt ist, einfach ausgetauscht werden, sei es zu Wartungszwecken, sei es, um eine Düse mit einer anderen Sprühcharakteristik einzufügen.
  • Fig. 5 zeigt eine Zweistoffdüse 20, wie sie vorzugsweise erfindungsgemäß zum Einsatz kommt. Die Düse 20 hat einen Wassereinlass 21, der zentral durch die Düse verläuft und auf das Spiralelement 24 führt. Um den Wassereinlass 21 herum sind mehrere Lufteinlässe 22 angeordnet, die in die Mischkammer 27 führt, in der das Spiralelement 24 angeordnet ist. Das Luft-Wasser-Gemisch tritt durch mehrere Auslässe 23 in der Luftkappe 25 aus; dargestellt ist nur ein Auslass 23, der in einem Winkel zur Mittelachse angeordnet ist. Weitere Auslässe sind um die Mittelachse herum angeordnet, wobei der Winkel zur Achse variieren kann, um das bevorzugte Sprühfeld zu erzeugen. Die Düse kann auch über einen zentralen Auslass verfügen.
  • Die Luftkappe 25 ist auf den eigentlichen Grundkörper 28 der Düse aufgeschraubt. Eine Kontermutter 26 erleichtert die Montage. Der Wassereinlass 21 ist ebenfalls in den Düsengrundkörper über das Gewinde 31 eingeschraubt. Ein Gewinde 30 dient der Festlegung der Düse 20 in dem in Abb. 4 gezeigten Düsenhalter 5, wobei ein Dichtring 29 für die Dichtigkeit sorgt. Ein Dichtring 32 dichtet den Einlassteil 21 der Düse 20 gegen die Aufnahme 15 des Düsenhalters 5 ab.
  • Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung eines Bedüsungssystems an einer typischen Vortriebsmaschine mit einem Doppel-Schneidkopf 41. Die Sprühkegel 40, die die Bedüsungsanlage erzeugt, sind im Wesentlichen oval und überlappen einander auf eine Weise, dass der Arbeitsbereich der Maschine ringförmig von einem Sprühnebel eingeschlossen wird. Dies bewirkt eine sehr effektive Niederschlagung des Staubs unmittelbar nach der Entstehung. Gleichzeitig kühlt der Sprühnebel das Arbeitsgerät und das Arbeitsfeld.
  • Fig. 7 zeigt die Anordnung von Fig. 6 in perspektivischer Ansicht mit dem Teil 2a der Rahmenkonstruktion, die am Maschinenkopf 42 befestigt ist und die das Schneidelement 41 mit den Düsenkegeln 40 einhüllen. Jede der Düsen 20 bildet einen ovalen Vollkegel aus, der sich mit den Sprühkegeln benachbarter Düsen 20 überlappt und einen das Schneidrad 41 allseitig umgebenden Sprüh erzeugt.
  • Es versteht sich, dass die in den Abbildungen dargestellte Bedüsungsanlage nur einen Aspekt der Erfindung darstellt. Andere Formen der Ausbildung, sowohl einteilig als auch mehrteilig, sind ohne weiteres möglich. So kann beispielsweise eine lineare Anordnung von Düsen in einer Rahmenkonstuktion oder eine Aneinanderreihung von linearen Bedüsungssystemen sinnvoll sein, um Staubbildung bei Transportbändern oder Beladungsanlagen zu begegnen. Ferner können Düsen an einem Arbeitsgerät direkt angeordnet sein und individuell mit Luft und Wasser beaufschlagt werden.

Claims (17)

  1. Bedüsungssystem, insbesondere zur Bindung von Staub, mit einer Mehrzahl von Düsen (20), wobei die Düsen (20) so angeordnet sind, dass sich die Sprühkegel (40) benachbarter Düsen (20) teilweise überlappen, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (20) Zwei-Stoffdüsen sind, denen Luft und Wasser in einem Druckverhältnis von 1 : 1 bis 2 : 1 zugeführt wird, wobei die Wasserzuführung (22) einer jeden Düse (20) axial angeordnet ist und in ein in einer Mischkammer (27) angeordnetes Düsenelement (24) führt, die Luftzuführung (21) in die Mischkammer (27) führt und die Abstrahlung des Sprühs aus der Mischkammer (27) in einem Kegel (40) erfolgt.
  2. Bedüsungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (20) Spiraldüsen sind.
  3. Bedüsungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckverhältnis von Luft und Wasser 1,1 : 1 bis 1,6 : 1 beträgt.
  4. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft- (21) und Wasserzuführungen (22) in die Düse (20) parallel verlaufen.
  5. Bedüsungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserzuführung (22) zentral verläuft und mehrere Luftzuführungen (21) kreisförmig um die Wasserzuführung (22) angeordnet sind.
  6. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (20) an einer Rahmenkonstruktion (2a, 2b) angeordnet sind.
  7. Bedüsungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenkonstruktion (2a, 2b) aus zwei Hohlprofilen (3, 4) besteht, in die Düsenhalter (5) eingelassen sind, wobei jeweils ein Hohlprofil (3, 4) der Wasserführung und der Luftführung dient.
  8. Bedüsungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlprofile (3, 4) übereinander angeordnet sind, wobei die Düsenhalter (5) in das luftführende Hohlprofil (3) eingelassen sind und mit ihrer Wasserzuführung (15) in das wasserführende Hohlprofil (4) ragen.
  9. Bedüsungssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenkonstruktion (2a, 2b) zwei- oder mehrteilig ausgebildet ist.
  10. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (20) jeweils ein ovales Sprühfeld (40) aufweisen.
  11. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (20) jeweils im Vollkegel (40) abstrahlen.
  12. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sprühfelder (40) der einzelnen Düsen (20) geringfügig so überlappen, dass ein geschlossenes Sprühfeld entsteht.
  13. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (20) der Rahmenkonstruktion auf den Arbeitsbereich einer Maschine ausgerichtet sind, der durch das Sprühfeld eingehegt wird.
  14. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zentrale Steuereinheit für die Luft- und Wasserzufuhr.
  15. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Wasserdurchsatz von 0,5 bis 5 l/min. pro Düse, vorzugsweise 1,5 l bis 3,5 l/min..
  16. Bedüsungssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche mit einem Luftverbrauch von 25 bis 75 Nm3/h pro Düse.
  17. Verwendung eines Bedüsungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 16 im Berg- und Tunnelbau.
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