PL156360B1 - Urządzenie do regulacji i utrzymywania stałego ciśnienia w układach hydraulicznych - Google Patents

Abstract

1. U rząd zen ie d o regulacji i u trzy m y w an ia (stałeg o ciśnienia w u k ła d a c h h y d rau liczn y ch , sk ład ające się z su w ak o w eg o , d w u d ro g o w eg o , dw up o ło żen io w eg o ro zd zielacza h y d ra u lic z n e ­ go z o d ciążo n y m su w ak iem , stero w an eg o d w u ­ stro n n ie h y d rau liczn ie w sp o só b sam o czy n n y , k tó ry steru je d o p ły w em cieczy p o d ciśnieniem z m a g istra li ciśnieniow ej o b u d o w y d o p rz e ­ strzen i p o d g rzy b k o w ej z a w o ru reg ulacyjnoz w ro tn eg o , znamienne tym, że su w ak (3) ro z ­ d zielacza h y d rau liczn eg o (1, 2, 3), stero w an y h y d rau liczn ie z jed n ej stro n y z p rzy łącza (26) łączącego u rząd zen ie z p rz e strz e n ią n a d tło - k o w ą sto ja k a (D), a z drugiej stro n y z p rzy łącza (31) łącząceg o u rz ąd zen ie z p rz e strz e n ią p o d tło k o w ą sto ja k a (D), je st p o łą c z o n y h y d ra u licznie, p o p rzez k o m o rę (20) i o tw ó r (21), z p rz e ­ strzenią podgrzybkow ą (22) zaw oru regulacyjnozw ro tn eg o (K), p rzy czym p rz e strz e ń n ad - g rzy b k o w a (29) zaw o ru reg u lacy jn o -zw ro tn ego (&), w y p o sażo n eg o w sprężynę (13)

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do regulacji i utrzymywania stałego ciśnienia w układach hydraulicznych, przeznaczone zwłaszcza do ustalania i zachowania żądanej podporności wstępnej w stojakach hydraulicznych obudów górniczych.

Agregaty hydrauliczne przeznaczone do zasilania górniczych obudów ścianowych wytwarzają zwykle stałe ciśnienie, które najczęściej wynosi 25 do 30 MPa. Ciśnienie takie nie zawsze jest odpowiednie dla warunków stropowych w wielu wyrobiskach górniczych. Zbyt wysokie ciśnienie zasilania obudowy powoduje rozgniatanie skał stropowych w czasie rozpierania obudowy i naruszanie struktury stropu. Poza tym w sieci zasilającej obudowę występują częste wahania ciśnienia spowodowane jednoczesnym manipulowaniem kilkoma sekcjami. Uniemożliwia to rozparcie pod stropem z jednakową siłą wszystkich sekcji obudowy, czyli nadanie im jednakowej podporności wstępnej, co wywołuje w stropie różnice naprężeń bardzo szkodliwe dla jego struktury.

Pracujące dotychczas obudowy nie mają żadnych wskaźników informujących operatora o sile ich rozparcia pod stropem, wskutek czego operator ten nie ma możliwości nadania wszystkim sekcjom jednakowej podporności wstępnej pomimo sumiennego wykonywania swoich czynności. Poza tym nadanie obudowie pełnej podporności wstępnej wymaga od operatora przeznaczenia kilku minut czasu dla każdej sekcji, gdyż musi on w tym czasie trzymać dźwignię rozdzielacza w położeniu rozpierania obudowy. Te wszystkie czynniki sprawiają, że w rzeczywistości każda sekcja obudowy ma inną podporność wstępną, co jest bardzo szkodliwe dla stropu.

Z literatury i praktyki znane są pewne rozwiązania konstrukcyjne zdążające do poprawy tej sytuacji.

Znane jest opracowanie krajowe polegające na zastosowaniu, wzdłuż całego wyrobiska ścianowego, dodatkowej magistrali z cieczą o obniżonym ciśnieniu i zamontowaniu na każdej sekcji dodatkowych zaworów umożliwiających zasilanie stojaków obudowy tą cieczą. Rozwiązanie to zapobiega rozgniataniu skał stropowych wskutek nadmiernej podporności wstępnej, lecz w dalszym ciągu występują różnice w sile rozparcia pod stropem poszczególnych sekcji. Wskutek obniżonego ciśnienia w magistrali zasilającej, wydłuża się czas rabowania obudowy i rozpierania jej pod stropem. Poza tym prowadzenie wzdłuż ciasnego wyrobiska dodatkowej magistrali z cieczą o obniżonym ciśnieniu jest bardzo kłopotliwe.

156 360

Znane jest również rozwiązanie zagraniczne firmy Voss, polegające na zamontowaniu na sekcji obudowy bloku zaworowego składającego się z zaworu upustowego obciążonego sprężyną, sterowanego hydraulicznie pośrednio ze wspomaganiem przez spadek ciśnienia w przestrzeni podtłokowej stojaka, z zaworu zwrotnego otwieranego ciśnieniem z przestrzeni nadtłokowej stojaka i zamykanego ciśnieniem z zaworu upustowego, oraz z zaworu zwrotnego, zamykającego przepływ w kierunku od zaworu upustowego do magistrali ciśnieniowej obudowy. Rozwiązanie to zapewnia jedynie doprowadzenie cieczy pod jednakowym ciśnieniem do stojaków obudowy po uprzednim zapewnieniu, w czasie rozpierania obudowy, wzrostu ciśnienia w przestrzeniach podtłokowych stojaków do wartości większej od 10 MPa, bowiem dopiero wtedy zaczyna działać układ doprowadzający samoczynnie ciecz pod ciśnieniem z magistrali ciśnieniowej do przestrzeni podtłokowych stojaków, zwany układem doładowania stojaków. Brak jakiegokolwiek wskaźnika informującego operatora o osiągnięciu w przestrzeniach podtłokowych stojaków ciśnienia równego 10 MPa stawia pod znakiem zapytania prawidłowe działanie tego rozwiązania. Jeżeli bowiem operator zakończy czynność rozpierania obudowy zanim ciśnienie w przestrzeniach podtłokowych stojaków wzrośnie do 10 MPa, układ doładowania stojaków nie zacznie w ogóle działać. Poza tym rozwiązanie to nie daje możliwości regulacji ciśnienia wstępnego obudowy i w tym celu musi być stosowane z dodatkową magistralą o obniżonym ciśnieniu. Natomiast dla wyrobisk, dla których ciśnienie wstępne, ze względu na wytrzymałość skał stropowych, musi być mniejsze od 10 MPa opracowanie firmy Voss nie może znaleźć zastosowania, gdyż ciśnienie, pzy którym dopiero włącza się układ doładowania powodowałoby już rozgniatanie skał stropowych.

Znane jest także urządzenie zagraniczne firmy Hans Berger Messtechnik GmbH i Thyssen Bergbautechnik. Urządzenie składa się z dwóch zaworów zwrotnych sterowanych otwieranych ciśnieniem i jednego zaworu zwrotnego sterowanego zamykanego ciśnieniem, umieszczonych w jednym metalowym bloku i odpowiednio ze sobą połączonych kanałami hydraulicznymi. Urządzenie ma pięć przyłączy, z których dwa są połączone z przestrzeniami podtłokowymi stojaków, poprzez zawory zwrotne. Trzecie przyłącze połączono, poprzez zawór odcinający, z magistralą zasilania obudowy, czwarte połączono, przed blokiem zaworowym, z przewodem łączącym rozdzielacz hydrauliczny z przestrzenią podtłokową stojaka, a przyłącze piąte - poprzez przełącznik obiegu - połączono z przewodem łączącym rozdzielacz z nadtłokową przestrzenią stojaka. Również to urządzenie zaczyna działać dopiero po osiągnięciu przez obudowę stosunkowo wysokiego ciśnienia równego 8 MPa i uzupełnia w stojakach ciśnienie do poziomu ciśnienia magistrali zasilającej obudowę. Ciśnienie to dewastuje strop i niszczy jego strukturę.

Wszystkie niedomagania dotychczasowych rozwiązań układów zasilających stojaki hydrauliczne w obudowach górniczych udało się usunąć dzięki Opracowaniu urządzenia według wynalazku.

Urządzenie to składa się z suwakowego, dwudrogowego, dwupołożeniowego rozdzielacza hydraulicznego z odciążonym suwakiem, sterowanego dwustronnie hydraulicznie w sposób samoczynny, który steruje dopływem cieczy pod ciśnieniem z magistrali ciśnieniowej obudowy do przestrzeni podgrzybkowej zaworu regulacyjno-zwrotnego, przy czym otwieranie przepływu cieczy przez suwakowy rozdzielacz uzyskuje się za pomocą ciśnienia medium hydraulicznego znajdującego się w przestrzeni podtłokowej stojaka, działającego na jedną stronę suwaka rozdzielacza, zaś zamykanie tego przepływu osiąga się wskutek działania ciśnienia medium hydraulicznego, znajdującego się w przestrzeni nadtłokowej stojaka, na drugą stronę suwaka rozdzielacza, a przestrzeń nadgrzybkowa zaworu regulacyjno-zwrotnego jest połączona hydraulicznie z przestrzenią podtłokową stojaka, natomiast siła sprężyny dociskającej grzybek zaworu regulacyjno-zwrotnego do gniazda zaworowego jest regulowana za pomocą śruby, kontrowanej nakrętką, w zależności od wymaganej podporności wstępnej obudowy dla danych warunków stropowych wyrobiska. Po stronie suwaka rozdzielacza, połączonej hydraulicznie z przestrzenią nadtłokową stojaka umieszczona jest sprężyna, której siła docisku jest tak dobrana, że równoważy siłę powstałą wskutek resztkowego ciśnienia cieczy, znajdującej się w przestrzeni podtłokowej stojaka po wyrabowaniu obudowy, działającą na przeciwległą stronę suwaka. Dzięki takiej konstrukcji urządzenia układ samoczynnego doładowania stojaków włącza się bezpośrednio po przełożeniu dźwigni rozdzielacza sterującego stojakami w położenie rozpierania sekcji, z chwilą oparcia się stropnicy o strop. Gdy ciśnienie cieczy w przestrzeni podtłokowej stojaka uzyska wartość ustawioną za pomocą śruby zaworu regulacyjno-zwrotnego, przepływ cieczy przez ten zawór ustaje. Jeżeli w przestrzeni pod4

156 360 tłokowej stojaka nastąpi spadek ciśnienia poniżej ustawionej wartości, zadziała układ doładowania stojaków i uzupełni ciśnienie w tej przestrzeni. W przypadku nagłego spadku ciśnienia w obudowie, wskutek na przykład uszkodzenia stojaka, sprężyna umieszczona w rozdzielaczu przesunie suwak w położenie zamykające przepływ cieczy przez rozdzielacz. Urządzenie montuje się bezpośrednio do bloku zaworowego stojaka za pomocą powszechnie dostępnego trójnika hydraulicznego.

Zastosowanie urządzenia według wynalazku zapewnia prawidłową współpracę obudowy ze stropem wyrobiska, gwarantuje utrzymywanie żądanej podporności wstępnej obudowy pomimo wahań ciśnienia cieczy w magistrali ciśnieniowej i niewłaściwego rozparcia sekcji przez operatora, oraz skraca czas rozpierania obudowy pod stropem.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie w przekroju podłużnym, a fig. 2 - widok urządzenia zamontowanego na stojaku hydraulicznym zmechanizowanej obudowy górniczej.

Urządzenie do regulacji i utrzymywania stałego ciśnienia w układach hydraulicznych składa się z kadłuba 1, w którym osadzona jest tuleja 2 wraz z suwakiem 3. Elementy te w połączeniu tworzą suwakowy rozdzielacz hydrauliczny. Końcówka 4 suwaka 3, na której umieszczona jest sprężyna 5, przy otwartym przepływie przez rozdzielacz opiera się o korek 6, zaś czop 7 suwaka 3 opiera się o korek 8 w czasie, gdy przepływ przez rozdzielacz jest zamknięty. Równolegle do tulei 2 w kadłubie 1 urządzenia zamocowana jest tuleja 9 z płytką 10 i grzybkiem 11, mieszczącym kulkę 12. Grzybek 11 jest dociskany do płytki 10 za pomocą sprężyny 13, której siła nacisku jest regulowana śrubą 14, kontrowaną przez dokręcenie nakrętki 15 do tulei 9. Powyższe elementy, wraz z tuleją 9, zamocowaną w kadłubie 1, tworzą zawór regulacyjno-zwrotny urządzenia. Tuleja 2 uszczelniona jest względem kadłuba 1 uszczelkami 16, zaś suwak 3 względem tulei 2 uszczelniono uszczelkami 17. Korki 6 i 8 uszczelniono względem kadłuba 1 uszczelkami 18 i 19. W ten sposób na tulei 2 rozdzielacza utworzono cztery komory ciśnieniowe. Komorę 20 połączono otworem 21 z przestrzenią podgrzybkową 22 zaworu regulacyjno-zwrotnego, komorę 23 okalającą tuleję 2 połączono przyłączem 24 z magistralą ciśnieniową obudowy, komorę 25 połączono przyłączem 26 z przestrzenią nadtłokową stojaka obudowy, a komorę 27 połączono otworem 28, poprzez przestrzeń nadgrzybkową 29, okalającą tuleję 9, otwór 30 i przyłącze 31, z przestrzenią podtłokową stojaka obudowy. Przestrzeń podgrzybkowa 22 i przestrzeń nadgrzybkowa 29 są połączone, po odepchnięciu kulki 12 od płytki 10, poprzez otwór 32 w płytce 10 i otwory 33 w tulei 9.

Urządzenie A (fig. 2) do regulacji i utrzymywania stałego ciśnienia w układach hydraulicznych, według wynalazku, jest połączone, poprzez przyłącze 31 i trójnik B, bezpośrednio z blokiem zaworowym C stojaka D obudowy oraz poprzez rurę E z przestrzenią podtłokową tegoż stojaka. Przyłącze 26, poprzez przewód F, trójnik G i przewód H, łączy urządzenie A z przestrzenią nadtłokową stojaka D obudowy, a przyłącze 24 i przewód J łączy go z magistralą ciśnieniową obudowy. Zawór K regulacyjno-zwrotny znajduje się na górnej powierzchni urządzenia A, co ułatwia ustawienie żądanego ciśnienia podporności wstępnej obudowy, przez odpowiednie pokręcenie śrubą 14 i ustalenie położenia tej śruby nakrętką 15, czyli jej zakontrowanie w danym położeniu.

Urządzenie według wynalazku działa w sposób następujący. W czasie, gdy obudowa jest rozparta pod stropem wyrobiska górniczego, w przestrzeniach podtłokowych stojaków hydraulicznych panuje wysokie ciśnienie, a przestrzenie nadtłokowe tych stojaków są połączone z magistralą odpływową obudowy, w której ciśnienie cieczy jest zbliżone do ciśnienia atmosferycznego. Wysokie ciśnienie panuje również w komorze 27, która jest połączona hydraulicznie z przestrzenią podtłokową stojaka. Ciśnienie cieczy w komorze 27 działa na czołową powierzchnię 34 suwaka 3 utrzymując go w skrajnym, prawym położeniu i dociskając jego końcówkę 4 do korka 6. W tym położeniu suwak 3 łączy ze sobą komory 20 i 23, powodując przepływ cieczy z przyłącza 24, połączonego z magistralą ciśnieniową obudowy, do przestrzeni 22 podgrzybkowej zaworu regulacyjno-zwrotnego. Jeżeli w przestrzeni nadgrzybkowej 29 panuje ciśnienie mniejsze od ciśnienia ustawionego za pomocą śruby 14, kulka 12 zostaje odepchnięta od płytki 10 i ciecz pod ciśnieniem z przestrzeni 22 przepływa do przestrzeni 29, a stamtąd otworem 30 i przyłączem 31, do przestrzeni podtłokowej stojaka. Gdy ciśnienie cieczy w przestrzeni 29 jest większe lub równe ciśnieniu, na które ustawiono zawór K regulacyjno-zwrotny, przepływ przez otwór 32 płytki 10 ustaje. Przestrzeń podtłokową stojaka D zostaje odcięta od reszty układu hydraulicznego. Następnie obudowa, pod wpływem nacisku stropu, uzyskuje podporność roboczą.

156 360

W czasie rabowania obudowy przestrzenie podtłokowe stojaków są połączone z magistralą odpływową a ich przestrzenie nadtłokowe z magistralą ciśnieniową obudowy. W związku z tym w komorze 25 rozdzielacza panuje wysokie ciśnienie a w komorze 27 ciśnienie niskie, które jest wynikiem oporów hydraulicznych i tarcia występujących przy ruchu tłoka stojaka w dół. Wysokie ciśnienie w komorze 25 działa na czołową powierzchnię 35 suwaka 3, a niskie ciśnienie w komorze 27 działa na czołową powierzchnię 34 tegoż suwaka. Ponieważ obydwie powierzchnie 35 i 34 są sobie równe, następuje przesunięcie suwaka 3 w kierunku komory 27, aż do oparcia się jego czopa 7 o korek 8. W tym położeniu suwaka 3 następuje oddzielenie komory 23 od komory 20 i ustaje przepływ cieczy przez rozdzielacz. Po zakończeniu cyklu rabowania obudowa znajduje się w stadium neutralnym, w którym przestrzenie podtłokowe stojaków są zamknięte zaworami zwrotnymi, sterowanymi, znajdującymi się w blokach zaworowych C, a przestrzenie nadtłokowe są połączone z magistralą odpływową obudowy. W tym położeniu poszczególne sekcje obudowy są przesuwane w kierunku ociosu, a w rozdzielaczu w komorze 25 panuje ciśnienie zbliżone do atmosferycznego, natomiast w komorze 27 panuje ciśnienie szczątkowe, które jest wynikiem statycznego nacisku masy stropnicy i innych połączonych z nią elementów, na powierzchnie cylindrów stojaków sekcji, oraz częściowego kontaktu stropnicy ze stropem. Sprężyna 5 rozdzielacza jest tak dobrana, że jej siła równoważy siłę powstałą wskutek działania cieczy pod ciśnieniem szczątkowym na czołową powierzchnię 34 suwaka 3, co zabezpiecza utrzymanie tego suwaka w położeniu, zamykającym przepływ przez rozdzielacz.

W czasie stawiania obudowy pod stropem przestrzenie podtłokowe stojaków są połączone z magistralą ciśnieniową,a przestrzenie nadtłokowe z magistralą odpływową obudowy. W komorze 27 rozdzielacza panuje ciśnienie niezbędne dla przemieszczania masy zespołu stropnicy obudowy w górę w kierunku stropu, a ciśnienie cieczy w komorze 25 jest wynikiem oporów hydraulicznych, jakie musi pokonać ciecz wypływająca z przestrzeni nadtłokowej stojaka. Na czołową powierzchnię 34 suwaka 3 działa więc ciecz znajdująca się pod ciśnieniem panującym w komorze 27, natomiast na czołową powierzchnię 35 tegoż suwaka działa siła sprężyny 5 i ciecz pod ciśnieniem panującym w komorze 25. Suwak 3 nadal zamyka przepływ przez rozdzielacz. W chwili oparcia się stropnicy o strop następuje spadek ciśnienia w komorze 25, ponieważ ustaje wypływ cieczy z przestrzeni nadtłokowej stojaka i znikają opory przepływu, oraz następuje wzrost ciśnienia w komorze 27. Gdy siła działająca na czołową powierzchnię 34 suwaka 3, powstała wskutek ciśnienia cieczy w komorze 27, przewyższy siłę sprężyny 5 i tarcia suwaka 3 o ścianki tulei 2, następuje przesunięcie suwaka 3 w położenie otwierające przepływ przez rozdzielacz, w którym końcówka 4 opiera się o korek 6. Przy odpowiednim dobraniu siły sprężyny 5 przesunięcie suwaka 3 w położenie otwierające przepływ cieczy przez rozdzielacz ma miejsce bezpośrednio po oparciu się stropnicy o strop. W takim położeniu suwaka 3 ciecz płynie do przestrzeni podtłokowej stojaka z magistrali ciśnieniowej obudowy przez rozdzielacz i zawór regulacyjno-zwrotny, który zabezpiecza osiągnięcie przez obudowę odpowiedniej wartości podporności wstępnej, ustawionej za pomocą śruby 14.

Nastawianie na zaworze regulacyjno-zwrotnym żądanej podporności wstępnej obudowy odbywa się w sposób następujący. Luzuje się nakrętkę 15,a śrubę 14 wkręca się do oporu do tulei 9 powodując maksymalne napięcie sprężyny 13. Siła docisku sprężyny 13 działająca na kulkę 12 jest wówczas tak duża, że przewyższa siłę działającą z drugiej strony tej kulki 12, a powstałą wskutek ciśnienia cieczy dopływającej z magistrali ciśnieniowej obudowy do przestrzeni 22 podgrzybkowej zaworu regulacyjno-zwrotnego. Do specjalnego gniazda bloku zaworowego C stojaka podłącza się manometr. Po wyrabowaniu sekcji obudowy i lekkim rozparciu jej pod stropem, wykręca się śrubę 14 z tulei 9 powodując zmniejszenie nacisku sprężyny 13 na kulkę 12. W miarę wkręcania śruby 14 rośnie ciśnienie w przestrzeni podtłokowej stojaka, wskazywane przez manometr. W chwili gdy ciśnienie to osiągnie żądaną wartość ciśnienia wstępnego, śrubę 14 kontruje się nakrętką 15 by nie zmieniła położenia.

Urządzenie do regulacji i utrzymywania stałego ciśnienia w układach hydraulicznych zapewnia prawidłowe rozparcie każdej sekcji obudowy pod stropem oraz pozwala na regulację podporności wstępnej obudowy w szerokim zakresie bez konieczności prowadzenia wzdłuż wyrobiska dodatkowej magistrali z obniżonym ciśnieniem.

156 360

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims (3)

Zastrzeżenia patento we

1. Urządzenie do regulacji i utrzymywania stałego ciśnienia w układach hydraulicznych, składające się z suwakowego, dwudrogowego, dwupołożeniowego rozdzielacza hydraulicznego z odciążonym suwakiem, sterowanego dwustronnie hydraulicznie w sposób samoczynny, który steruje dopływem cieczy pod ciśnieniem z magistrali ciśnieniowej obudowy do przestrzeni podgrzybkowej zaworu regulacyjno-zwrotnego, znamienne tym, że suwak (3) rozdzielacza hydraulicznego (1, 2, 3), sterowany hydraulicznie z jednej strony z przyłącza (26) łączącego urządzenie z przestrzenią nadtłokową stojaka (D), a z drugiej strony z przyłącza (31) łączącego urządzenie z przestrzenią podtłokową stojaka (D), jest połączony hydraulicznie, poprzez komorę (20) i otwór (21), z przestrzenią podgrzybkową (22) zaworu regulacyjno-zwrotnego (K), przy czym przestrzeń nadgrzybkowa (29) zaworu regulacyjno-zwrotnego (K), wyposażonego w sprężynę (13) i śrubę (14) kontrowaną nakrętką (15), jest połączona hydraulicznie z przyłączem (31) urządzenia.

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przyłącze (31) jest połączone hydraulicznie, przez trójnik (B), bezpośrednio do rury (E), łączącej blok zaworowy (C) z przestrzenią podtłokową stojaka (D).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że suwak (3) ma czop (7) i końcówkę (4), na której umieszczona jest sprężyna (5).