PL164705B1 - Układ sterowanego zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza niskiego ciśnienia - Google Patents

Abstract

1. Układ sterowanego zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza niskiego ciśnienia 0,7 MPa do regulacji i ustalenia zredukowanego ciśnieniapowietrzado 0,05 MPa w, dowolnjych odcinkach sieci sprężonego powietrza niskiego ciśnienia z punktami odbiorczymi w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym, zawierającyzawórredukcyjny z grzybkiem sterowanym siłownikiem pneumatycznym oraz zawór sterujący z suwakiem sterowanym tłokiem dwustronnego działania ijego sprężyną powrotnąwstępnie napinaną regulatorem, znamienny tym, że zawór sterujący (3) ma sterowany regulator (4) napinający regulacyjnie sprężynę powrotną (12) w komorze regulacyjnej (3d), prowadzony obrotowo-przesuwnie równolegle z łącznikiemsterującym(4c) na swejśrubie napędowej(4a) zakończonej wyprowadzonym na zewnątrz jego obudowy bolcem (4b) połączonym z zewnętrznym napędem, przy czym sprężyna powrotna (12) jest oparta o koniec suwaka (10) przechodzącego przez trzy robocze komory (3a, 3b i 3c) zaworu sterującego (3) z dwoma zaworami (10a) i (10b) naprzemian zamykanymi i otwieranymi, z których przedni zawór (10a) na czele suwaka (10)jest u wlotu pierwszej komory (3a), przyłączonego przewodem pneumatycznym (14a) do wlotu (1a) zaworu redukcyjnego (1), a jej wylotjest podłączony drugim przewodem pneumatycznym (14b) do wlotu w cylindrze siłownika pneumatycznego (2), zaś wylot(1c) zaworu redukcyjnego (1) jest połączony trzecim przewodem pneumatycznym (14c) z wlotem drugiej komory (3b) i trzeciej komory (3c), u której wylotu jest tylny zawór (10b) suwaka (10),...

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowanego zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza niskiego ciśnienia 0,7 MPa, przeznaczony do regulacji i ustalania zredukowanego ciśnienia sprężonego powietrza do 0,05 MPa w dowolnych odcinkach sieci sprężonego powietrza z punktami odbiorczymi w przodkach wydobywczych, w chodnikach podstawowych i przekopach, względnie w komorach naprawczych w podziemiach kopalni głębinowej z zagrożeniem metanowym.

Dotychczas w podziemiach kopalń głębinowych z zagrożeniem metanowym brak jest odpowiednich sprawnych konstrukcji sterowanych reduktorów lub zaworów redukcyjnych, które umożliwiłby redukcję i ustalenie ciśnienia sprężonego powietrza z 0,7 MPa do zredukowanego ciśnienia 0,05 MPa. Tymczasem w kopalniach głębinowych z zagrożeniem metanowym zużywana

164 705 jest w znacznych ilościach energia sprężonego powietrza, w tym zwłaszcza niskiego ciśnienia 0,7 MPa, wykorzystywana w dużej ilości w wyrobiskach podziemnych często znacznie oddalonych od szybów kopalnianych. Wymaga to prowadzenia długich rurociągów sprężonego powietrza o różnych średnicach od stacji sprężarek zlokalizowanych na powierzchni kopalni głębinowej poprzez szyby kopalniane do poszczególnych punktów odbiorczych zlokalizowanych w podziemnych wyrobiskach przodkowych ścianowych i chodnikowych, w przekopach i chodnikach podstawowych oraz w podziemnych komorach naprawczych kopalni głębinowej. Oprócz sieci rurociągów sprężonego powietrza do punktów odbiorczych z silnikami powietrznymi o wymaganym ciśnieniu powyżej 0,4 MPa dla zapewnienia prawidłowej pracy urządzeń wykonawczych napędzanych tymi silnikami powietrznymi, zlokalizowane są również w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej znaczne odcinki tej sieci rurociągów sprężonego powietrza, w których ciśnienie sprężonego powietrza do punktów odbiorczych jest znacznie niższe od wymaganego ciśnienia 0,4 MPa. Natomiast dotychczas stosowana sieć rurociągów sprężonego powietrza nie posiada możliwości dowolnej regulacji lub ustalania wymaganego ciśnienia sprężonego powietrza w dowolnych odcinkach tej sieci.

Znane jest z polskiego opisu patentowego nr 146 682 rozwiązanie układu do redukcji ciśnienia cieczy w sieciach rurociągów, zwłaszcza w rurociągach przeciwpożarowych w podziemiach kopalń, zdalnie sterowanego, a składającego się z zaworu przelotowego sterowanego hydraulicznie oraz z zaworu rozdzielczego suwakowego, którego suwak jest sterowany tłokiem jednostronnego działania i sprężyną powrotną z regulatorem wstępnego napięcia oraz tłokiem dwustronnego działania. Zawór rozdzielczy posiada dwa zawory naprzemian zamykane i otwierane przez suwak, z których jeden zawór znajduje się na przewodzie łączącym wlot zaworu przelotowego z siłownikiem hydraulicznym tego zaworu, natomiast drugi zawór jest umieszczony na przewodzie łączącym wylot zaworu przelotowego również z siłownikiem hydraulicznym tego zaworu. Powyższy układ zawiera także przewód łączący wylot zaworu przelotowego z cylindrem tłoka jednostronnego działania zaworu rozdzielczego i dwa przewody pneumatyczne połączone z cylindrem tłoka dwustronnego działania po każdej stronie tłoka i źródłem sprężonego powietrza poprzez zawory elektropneumatyczne.

Układ powyższy redukuje ciśnienie cieczy poprzez zawór przelotowy sterowany hydraulicznie i jest zamykany ciśnieniem z wlotu tego zaworu poprzez jeden z zaworów naprzemian zamykanych i otwieranych zaworu rozdzielczego, sterowanego, za pośrednictwem suwaka przez tłok jednostronnego działania i sprężynę powrotną z regulatorem jej wstępnego napięcia, którym nastawia się ciśnienie zredukowane w wylocie zaworu przelotowego. Tłok jednostronnego działania jest sterowany ciśnieniem z wylotu zaworu przelotowego, którego cylinder jest połączony przewodem z wylotem tego zaworu.

Powyższe rozwiązanie układu do redukcji ciśnienia cieczy w sieciach rurociągów znajduje ograniczone zastosowanie do redukowania ciśnienia wody w rurociągach przeciwpożarowych kopalni głębinowej, lecz nie może być przystosowane do redukcji ciśnienia sprężonego powietrza poniżej 0,4 MPa do wielkości zredukowanego ciśnienia 0,05 MPa w dowolnych odcinkach sieci sprężonego powietrza niskiego ciśnienia. W związku z tym, że przepływ sprężonego powietrza przez każdy odcinek sieci rurociągów sprężonego powietrza powoduje powstanie strat tego powietrza tym większe, im wyższe jest jego ciśnienie, na odcinkach tych notuje się duże straty energii sprężonego powietrza, którego produkcja i dystrybucja jest znacznie droższa od energii elektrycznej, wpływając ujemnie w dużym stopniu na bilans energetyczny i ekonomiczny kopalń głębinowych z zagrożeniem metanowym.

Powyższe niedogodności zostały wyeliminowane przez rozwiązanie układu sterowanego zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza niskiego ciśnienia 0,7 MPa do regulacji i ustalania zredukowanego ciśnienia powietrza do 0,05 MPa w dowolnych odcinkach sieci sprężonego powietrza niskiego ciśnienia z punktami odbiorczymi w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym, zawierającego zawór redukcyjny z grzybkiem sterowanym siłownikiem pneumatycznym oraz zawór sterujący z suwakiem sterowanym tłokiem dwustronnego działania i jego sprężyną powrotną wstępnie napinaną regulatorem.

Zgodnie z wynalazkiem, zawór sterujący ma sterowany regulator napinający regulacyjnie sprężynę powrotną w komorze regulacyjnej, prowadzony obrotowo-przesuwnie równolegle z

164 705 łącznikiem sterującym na swej śrubie napędowej zakończonej wyprowadzonym na zewnątrz jego obudowy bolcem połączonym z zewnętrznym napędem. Sprężyna powrotna jest oparta o koniec suwaka przechodzącego przez trzy robocze komory zaworu sterującego z dwoma zaworami naprzemian zamykanymi i otwieranymi. Przedni zawór na czele suwaka jest u wlotu pierwszej komory, przyłączonego przewodem pneumatycznym do wlotu zaworu redukcyjnego, zaś jej wylot jest podłączony drugim przewodem pneumatycznym do wlotu w cylindrze siłownika pneumatycznego. Natomiast wylot zaworu redukcyjnego jest połączony trzecim przewodem pneumatycznym z wlotem drugiej komory i trzeciej komory, u której wylotu jest tylny zawór suwaka. Łącznik sterujący jest prowadzony pomiędzy dwoma wyłącznikami krańcowymi granicznego przesuwu sterowanego regulatora.

W przypadku sterowania zewnętrznym napędem od silnika elektrycznego, bolec śruby napędowej sterowanego regulatora zaworu sterującego jest połączony z osią wylotową przekładni silnika elektrycznego, zasilanego poprzez wyłącznik stycznikowy sterowany przez układ zdalnego sterowania z obwodami sterowniczymi, przyłączonymi do styków dwóch wyłączników krańcowych granicznego przesuwu sterowanego regulatora.

W przypadku sterowania zewnętrznym napędem elektropneumatycznym bolec śruby napędowej sterowanego regulatora zaworu sterującego jest połączony z osią napędu zapadkowego z dwuramienną dźwignią, napędzaną z jednej strony obrotowo-przesuwnie siłownikiem pneumatycznym zasilanym poprzez zawór elektropneumatyczny, zaś napędzaną z drugiej strony poprzez zamocowaną obrotowo zapadkę siłownikiem sprężynowo-pneumatycznym zasilanym poprzez drugi zawór elektropneumatyczny, przy czym oba zawory elektropneumatyczne są sterowane przez układ zdalnego sterowania z obwodami sterowniczymi przyłączonymi do styków dwóch wyłączników krańcowych granicznego przesuwu sterowanego regulatora.

Zastosowanie układu sterowanego zaworu redukcyjnego według wynalazku umożliwia jego prawidłową pracę w sieci rurociągów sprężonego powietrza niskiego ciśnienia 0,7 MPa w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym, jak również optymalną regulację i ustalanie wymaganego zredukowanego ciśnienia sprężonego powietrza w granicach do 0,05 MPa w dowolnych odcinkach tej sieci sprężonego powietrza z punktami odbiorczymi w przodkach wydobywczych i innych wyrobiskach dołowych. Powyższy układ sterowanego zaworu redukcyjnego może być regulowany w sposób ciągły na żądaną wartość ciśnienia lokalnie lub zdalnie wybranym układem sterowania zewnętrznym napędem od silnika elektrycznego lub zewnętrznym napędem elektropneumatycznym, jak również może być stosowany jako zdalnie sterowany zawór odcinający. Stosowanie powyższego rozwiązania według wynalazku umożliwia uzyskanie wysokich efektów technicznych i ekonomicznych, w tym zwłaszcza oszczędności kosztów produkcji sprężonego powietrza oraz kosztów eksploatacji sieci rurociągów sprężonego powietrza w wyrobiskach dołowych, jak również wzrost bezpieczeństwa pracy wskutek obniżenia ciśnienia w poszczególnych odcinkach sieci rurociągów.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie układ połączeń zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza niskiego ciśnienia wraz z zaworem sterującym sterowanym regulatorem, fig. 2 - schemat połączeń zdalnego sterowania zaworu sterującego ze sterowanym regulatorem zewnętrznym napędem od silnika elektrycznego, natomiast fig. 3 - schemat połączeń zdalnego sterowania zaworu sterującego ze sterowanym regulatorem zewnętrznym napędem elektropneumatycznym.

Układ sterowanego zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza niskiego ciśnienia według wynalazku zawiera zawór redukcyjny 1 z siłownikiem pneumatycznym 2 i zawór sterujący 3 ze sterowanym regulatorem 4, który jest napędzany przy sterowaniu zewnętrznym napędem od silnika elektrycznego poprzez przekładnię 5 napędzającym ją silnikiem elektrycznym 6, zaś jest napędzany przy sterowaniu zewnętrznym napędem elektropneumatycznym napędem zapadkowym 7 z siłownikiem pneumatycznym 8 i siłownikiem sprężynowo-pneumatycznym 9. Zawór redukcyjny 1 ma swój wlot 1a zamykany grzybkiem 1b sterowanym tłokiem siłownika pneumatycznego 2. Zawór sterujący 3 zawiera trzy robocze komory 3a, 5b i 3c, w których jest prowadzony suwak 10 z dwoma zaworami 10a i 10b naprzemian zamykanymi i otwieranymi, sterowany tłokiem dwustronnego działania 11 oraz sprężyną powrotną 12 umieszczoną w komorze regulacyjnej 3d

164 705 zaworu sterującego 3. Sprężyna powrotna 12 jest zaciskana regulacyjnie przez sterowany regulator 4, nałożony obrotowo-przesuwnie na jego śrubie napędowej 4a zakończonej wyprowadzonym na zewnątrz jego obudowy bolcem 4b połączonym z zewnętrznym napędem. Nałożony także obrotowo-przesuwnie na śrubie napędowej 4a łącznik sterujący 4c jest prowadzony pomiędzy dwoma wyłącznikami krańcowymi 4d i 4e granicznego przesuwu sterowanego regulatora 4. Przedni zawór 10a na czele suwaka 10 jest u wlotu pierwszej komory 3a zaworu sterującego 3, przyłączonego przewodem pneumatycznym 14a poprzez filtr powietrzny 13 do wlotu 1a zaworu redukcyjnego 1, a wylot z tej pierwszej komory 3a jest podłączony drugim przewodem pneumatycznym 14b do wlotu w cylindrze siłownika pneumatycznego 2. Natomiast wylot 1c zaworu redukcyjnego 1 jest podłączony trzecim przewodem pneumatycznym 14c z wlotem drugiej komory 3b i trzeciej komory 3c zaworu sterującego 3 z tłokiem dwustronnego działania 11 oraz z tylnym zaworem 10b suwaka 10 u wylotu tej trzeciej komory 3c zaworu sterującego 3.

W przypadku sterowania zewnętrznym napędem od silnika elektrycznego bolec 4b śruby napędowej 4a sterowanego regulatora 4 zaworu sterującego 3 jest połączony z osią wylotową przekładni 5, która jest napędzana silnikiem elektrycznym 6 dwustronnego działania. Silnik elektryczny 6 jest zasilany z sieci elektroenergetycznej poprzez wyłącznik stycznikowy 15, któryjest sterowany przez układ zdalnego sterowania 16 z obwodami sterowniczymi przyłączonymi do styków dwóch wyłączników krańcowych 4d i 4e granicznego przesuwu sterowanego regulatora 4 zaworu sterującego 3.

W przypadku sterowania zewnętrznym napędem elektropneumatycznym bolec 4b śruby napędowej 4a sterowanego regulatora 4 zaworu sterującego 3 jest połączony z osią napędu zapadkowego 7, zawierającego dwuramienną dźwignię 7a napędzaną z jednej strony obrotowoprzesuwnie przez siłownik pneumatyczny 8 z rozdzielaczem 8a. Z drugiej strony dwuramiennej dźwigni 7a napędu zapadkowego 7 jest zamocowana obrotowo zapadka 7b napędzana przez siłownik sprężynowo-pneumatyczny 9 dla ustawienia poprzez napęd zapadkowy 7 kierunku obrotów śruby napędowej 4a sterowanego regulatora 4. Siłownik pneumatyczny 8 jest zasilany poprzez zawór elektropneumatyczny 17 z sieci sprężonego powietrza 18 poprzez smarownicę 19, odwadniacz 20 i zawór odcinający 21. Natomiast siłownik sprężynowo-pneumatyczny 9 jest zasilany poprzez drugi zawór elektropneumatyczny 22 z sieci sprężonego powietrza 18. Oba zawory elektropneumatyczne 17 i 22 są sterowane przez układ zdalnego sterowania 23 z obwodami sterowniczymi przyłączonymi do styków dwóch wyłączników krańcowych 4d i 4e granicznego przesuwu sterowanego regulatora 4 zaworu sterującego 3. Działanie układu według wynalazku jest poprawne i niezawodne w ciężkich warunkach eksploatacyjnych w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej z zagrożeniem metanowym, umożliwiając optymalną regulację i prawidłowe ustalenie wymaganego zredukowanego ciśnienia sprężonego powietrza w sposób płynny w granicach do 0,05 MPa.

W zależności od możliwości korzystania z zasilania sieci elektroenergetycznej do zainstalowanego układu sterowanego zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza dołącza się zewnętrzny napęd od silnika elektrycznego lub zewnętrzny napęd elektropneumatyczny. Przy stosowaniu zewnętrznego napędu od silnika elektrycznego sterowanie tego układu odbywa się poprzez układ zdalnego sterowania 16, który wysterowuje odpowiednio wyłącznik stycznikowy 15, poprzez który jest zasilany z sieci elektroenergetycznej silnik elektryczny 6 dwustronnego działania. Silnik elektryczny 6 przekazuje poprzez oś wylotową swojej przekładni 5 ruch obrotowy o żądanym kierunku na śrubę napędową 4a, która powoduje przesuw prowadzonego na niej obrotowo-przesuwnie sterowanego regulatora 4 oraz łącznika sterującego 4c w żądanym kierunku.

W przypadku przesuwu sterowanego regulatora 4 w stronę sprężyny powrotnej 12 następuje jej dalszy nacisk i wymuszony przesuw wraz z suwakiem 10 zaworu sterującego 3, zamykającego swym przednim zaworem 10a wlot do pierwszej komory 3a sprężonego powietrza z wlotu 1a zaworu redukującego 1, wskutek czego zmniejsza się ciśnienie w cylindrze siłownika pneumatycznego 2 i następuje otwarcie grzybkiem 1b wlotu 1a zaworu redukcyjnego 1, powodując u jego wylotu 1c wzrost, ciśnienia. Równocześnie następuje otwarcie tylnym zaworem 10b suwaka 10 wlotu z pierwszej komory 3a do trzeciej komory 3c, powodując wyrównanie w niej ciśnienia z ciśnieniem w drugiej komorze 2b oraz z ciśnieniem wylotu 1c zaworu redukcyjnego 1. Wzrost

164 705 ciśnienia na wylocie 1c zaworu redukcyjnego 1 powoduje reakcję tłoka dwustronnego działania 11 sterującego suwakiem 10 w ustalonych przez napięcie sprężyny powrotnej 12 granicach ciśnienia. Przesuw sterowanego regulatora 4 jest kontrolowany przez łącznik sterujący 4c i jest ograniczony nastawionymi odległościami przez łączniki krańcowe 4d i 4e, które przy jego granicznym przesuwie powodują wyłączenie poprzez układ zdalnego sterowania 16 i wyłącznik stycznikowy 15 zasilania silnika elektrycznego 6. Przy krańcowych położeniach sterowanego regulatora 4 uzyskuje się zamknięcie lub pełne otwarcie zaworu redukcyjnego 1.

Przy stosowaniu zewnętrznego napędu elektropneumatycznego działanie układu sterowanego zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza jest podobne, z tym, że sterowanie odbywa się poprzez układ zdalnego sterowania 23, który wysterowuje odpowiednio dwa zawory elektropneumatyczne 17 i 22. Zawór elektropneumatyczny 17 zasila sprężonym powietrzem siłownik pneumatyczny 8 z rozdzielaczem 8a, który napędza obrotowo-przesuwnie dwuramienną dźwignię 7a napędu zapadkowego 7. Drugi zawór elektropneumatyczny 22 zasila sprężonym powietrzem siłownik sprężynowo-pneumatyczny 9, który napędza obrotową zapadkę 7b, ustalającą kierunek obrotów napędu zapadkowego 7 oraz połączoną z jego osią śrubą napędową 4a sterowanego regulatora 4 zaworu sterującego 3.

Fig.2

Fig. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ sterowanego zaworu redukcyjnego sprężonego powietrza niskiego ciśnienia 0,7 MPa do regulacji i ustalenia zredukowanego ciśnienia powietrza do 0,05 MPa w dowolnyych odcinkach sieci sprężonego powietrza niskiego ciśnienia z punktami odbiorczymi w wyrobiskach podziemnych kopalni głębinowej, zwłaszcza z zagrożeniem metanowym, zawierający zawór redukcyjny z grzybkiem sterowanym siłownikiem pneumatycznym oraz zawór sterujący z suwakiem sterowanym tłokiem dwustronnego działania i jego sprężyną powrotną wstępnie napinaną regulatorem, znamienny tym, że zawór sterujący (3) ma sterowany regulator (4) napinający regulacyjnie sprężynę powrotną (12) w komorze regulacyjnej (3d), prowadzony obrotowo-przesuwnie równolegle z łącznikiem sterującym (4c) na swej śrubie napędowej (4a) zakończonej wyprowadzonym na zewnątrz jego obudowy bolcem (4b) połączonym z zewnętrznym napędem, przy czym sprężyna powrotna (12) jest oparta o koniec suwaka (10) przechodzącego przez trzy robocze komory (3a, 3b i 3c) zaworu sterującego (3) z dwoma zaworami (10a) i (10b) naprzemian zamykanymi i otwieranymi, z których przedni zawór (10a) na czele suwaka (10) jest u wlotu pierwszej komory (3a), przyłączonego przewodem pneumatycznym (14a) do wlotu (1a) zaworu redukcyjnego (1), a jej wylot jest podłączony drugim przewodem pneumatycznym (14b) do wlotu w cylindrze siłownika pneumatycznego (2), zaś wylot (1c) zaworu redukcyjnego (1) jest połączony trzecim przewodem pneumatycznym (14c) z wlotem drugiej komory (3b) i trzeciej komory (3c), u której wylotu jest tylny zawór (10b) suwaka (10), natomiast łącznik sterujący (4c) jest prowadzony pomiędzy dwoma wyłącznikami krańcowymi (4d i 4e) granicznego przesuwu sterowanego regulatora (4).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór sterujący (3) ma bolec (4b) śruby napędowej (4a) swego sterowanego regulatora (4) połączony z osią wylotową przekładni (5) silnika elektrycznego (6), zasilanego poprzez wyłącznik stycznikowy (15) sterowany przez układ zdalnego sterowania (16) z obwodami sterowniczymi przyłączonymi do styków dwóch wyłączników krańcowych (4d) i (4e) granicznego przesuwu sterowanego regulatora (4).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór sterujący (3) ma bolec (4b) śruby napędowej (4a) swego sterowanego regulatora (4) połączony z osią napędu zapadkowego (7) z dwuramienną dźwignią (7a), napędzaną z jednej strony obrotowo-przesuwnie siłownikiem pneumatycznym (8) zasilanym poprzez otwór elektropneumatyczny (17), zaś napędzaną z drugiej strony poprzez zamocowaną obrotowo zapadkę (7b) siłownikiem sprężynowo-pneumatycznym (9) zasilanym poprzez drugi zawór elektropneumatyczny (22), przy czym oba zawory elektropneumatyczne (17 i 22) są sterowane przez układ zdalnego sterowania (23) z obwodami sterowniczymi przyłączonymi do styków dwóch wyłączników krańcowych (4d i 4e) granicznego przesuwu sterowanego regulatora (4).