DE2841348C2 - Hydraulische Abbauanordnung - Google Patents

Description

Stellung erreicht hat daß eine Fortsetzung des Schließvorganges mit der gleichen Geschwindigkeit wie zuvor zu einer Entwicklung von Flüssigkeitsschlägen Anlaß bieten könnte. Dabei wird die Änderung der Schließgeschwindigkeit für das Steuerventil gemäß der Erfindung erhalten mit Hilfe einer mechanischen Abtastung der Stellung der den Betätigungszylinder mit dem Steuerventil verbindenden Kolbenstange. Sobald eine vorgegebene Stellung der Kolbenstange errsicht ist wird über den mechanischen Ausgang der Fühler ein Ausgangssignal abgegeben, das dem in Serie zu einer der Verbindungsleitungen für die Verbindung der hydraulischen Auslässe des Steuerventils mit den Einlassen des Zylinders eingefügten solenoidbetätigten Ventil zugeführt wird. Dieses ferngesteuerte Ventil ist normalerweise geöffnet wenn es parallel liegt zu einem Nadelventil, das so eingestellt ist daß es zu einem Flüssigkeitsstrom führt, der die Schließgeschwindigkeit für die Kolbenstange des Betätigungszylinders wesentlich absinken läßt Gegebenenfalls kann parallel zu dem Nadelventil ein Rückschlagventil eingefügt werden, das einen freien Durchfluß von Flüssigkeit zuläßt wenn der Kolben im Betätigungszylinder im Sinne eines öffnens des Steuerventils zurückbewegt wird. Das solenoidbetätigte Ventil kann im übrigen auch so ausgelegt werden, daß es anders als linear anspricht wenn am kritischen Punkt für das Schließen des Steuerventils eine höhere Schließgeschwindigkeit verlangt wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ausbildung einer hydraulischen Abbauanordnung dargestellt; dabei zeigt

F i g. 1 eine schematisch gehaltene Darstellung einer gemäß der Erfindung gestalteten Steuereinrichtung in Verbindung mit einem Steuerventil im Rahmen eines hydraulischen Transportsystems für einen Grubenbetrieb,

Fig.2 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Hubgeschwindigkeit der Kolbenstange einerseits und dem Schließzustand oder Schließgrad des Steuerventils gemäß F i g. 1 andererseits und

F i g. 3 eine abgewandelte Ausführungsform für einen Teil der Steuereinrichtung von F i g. 1.

In F i g. 1 ist ein elektrohydraulischer Betätiger mit einem Servoventil 10 dargestellt, das einen elektrischen Eingang 11, einen mechanischen Rückkopplungseingang 12 und hydraulische Auslässe 13 und 14 aufweist. Die Auslässe 13 und 14 des Servoventils 10 stehen über Rohrleitungen 15 bzw. 16 mit Einlassen 17 bsw. 18 eines Betätigungszylinders 19 in hydraulischer Verbindung. Der Zylinder 19 enthält einen Kolben 20, der darin beispielsweise mit Hilfe eines O-Ringes 21 gleitend verschiebbar abgedichtet ist Eine Kolbenstange 25 ist in axialer Richtung einerseits mit dem Kolben 20 und andererseits mit einem Steuerventil 26 gekoppelt. Das Ventil 26 ist ein normales Fluidventil wie beispielsweise ein Kegelventil, das durch Verdrehen einer Ventilspindel betätigt wird. Anstelle eines solchen Kegelventils können auch verschiedene andere Ventiltypen verwendet werden, die sich entweder durch einen schiebeartigen Verschluß oder durch Verdrehen eines Ventilschaftes mittels geeigneter mechanischer Mittel betätigen lassen. Ein mechanisches Rückkopplungsglied 27 ist mit der Kolbenstange 25 mittels einer Klemme 28 verbunden, und es hat außerdem Verbindung mit dem mechanischen Rückkopplungseingang 12 des Servoventils 10. Eine Quelle 30 für Wasser ist über eine Rohrleitung 31 mit einem Einlaß 32 des Steuerventils 26 verbunden. Von dessen Ausgang 33 führt eine Rohrleitung 34 zu einer Sammelleitung 35 für einen Behälter 36 für Schlamm. Der Behälter 36 ist nahezu mit Wasser gefüllt das auf passender Standhöhe gehalten wird durch einen Pegelfühler 37, der einen elektrischen Ausgang 38 aufweist von dem eine elektrische Leitung 39 zu einem Regler 40 führt Der Regler 40 weist ein Einstellglied 41 mit vorwählbarem Einstellpunkt auf, das die Spannung auf der Leitung 39 Einern Vergleich unterzieht und ein Ausgangssignal entstehen läßt das über eine elektrische Leitung 42 einem Eingang 43 zu dem elektrischen Eingang 11 für das Servoventil JO zugeführt wird. Eine Abbaumaschine 45 baut in normaler Weise Kohle ab mit Hilfe einer Mehrzahl von Grabelementen 46 und führt abgebaute Kohle 47 einem Brechwerk 48 zu. Die dort gebrochene Kohle gelangt sodann in Richtung der Pfeile 49 in den Behälter 36. Dort wird sie mit Wasser zu Kohlenschlamm gemischt und in dieser Form durch eine Pumpe 50 abgezogen und über eine Ausgangsleitung 51 aus der Kohlengrube abtransportiert Eines der Grundprobleme bei einem in der oben beschriebenen Weise aufgebauten System stellen die exzessiven Wasserschläge dar, die sich entwickeln, wenn das Steuerventil 26 rasch geschlossen wird, wie dies notwendig sein kann, um ein Überlaufen von Wasser aus dem Behälter 36 zu verhüten.

Die Erfindung besteht in erster Linie in einer Einrichtung, die verhindert, daß Bedingungen auftreten können, die zur Entstehung von Wasserschlägen im System durch ein rasches Schließen des Steuerventils 26 führen. Wie sich gezeigt hat kann das Steuerventil 26 mit hoher Schließgeschwindigkeit geschlossen werden, bis es etwa zu 75% geschlossen ist. Ab diesem Punkt würde dann, wenn der Schließvorgang mit der gleichen Geschwindigkeit fortgesetzt würde, ein Wasserschlag entstehen.

Um die Schließgeschwindigkeit abzusenken, sobald das Steuerventil 26 zu 75% geschlossen ist, ist in F i g. 1 ein Fühlkreis für die Erfassung der Stellung der Kolbenstange 25 vorgesehen, zu dem ein Fühler 55 gehört, der mittels einer Klemme 56 einstellbar auf der Kolbenstange 25 befestigt ist. Ein elektrischer Schalter 57 mit einem Schaltarm 58 ist so im Einflußbereich des Fühlers 55 angeordnet, daß der Schaltarm 58 durch den Fühler 55 betätigt werden kann, und von diesem Schalter 57, der bevorzugt als Mikroschalter ausgebildet sein kann, führt eine elektrische Leitung 59 zu einem Solenoid 60, das ein Ventil 61 betreibt, das über Rohrleitungen 62 und 63 in die Rohrleitung 15 vom Auslaß 13 des Servoventils 10 zum Einlaß 17 des Zylinders 19 eingefügt ist, so daß durch diese Rohrleitung 15 strömende Flüssigkeit das Ventil 61 durchströmen muß. Parallel zu dem Ventil 61 liegt in F i g. 1 ein zweites Ventil 64, das ein auf einen vorbestimmten Durchfluß einstellbares Nadelventil oder auch ein elektrisch betriebenes Ventil sein kann, das mit einem Eingang 65 über eine elektrische Leitung 66 an einen Ventilregler 67 angeschlossen ist, von dem ein Eingang 68 außerdem mit der Leitung 59 gekoppelt ist, während weiterhin über ein mechanisches Rückkopplungsglied 69 eine Verbindung zu dem mechanischen Rückkopplungsglied 27 für den Ventilregler 67 vorgesehen sein kann.

Abhängig von dem jeweils gewünschten Betrieb kann auberdem parallel zu den Ventilen 61 und 64 ein Rückschlagventil 70 vorgesehen sein, das Flüssigkeit nur vom Einlaß 17 zum Auslaß 13 strömen läßt.

Daneben sind auch andere Ventilkombinationen verwendbar, wie sie beispielsweise in F i g. 3 gezeigt

sind. Das System von Fig.3 kann in dem in Fig. 1 dargestellten System zwischen zwei Punkten A und B eingefügt werden, und es besteht im wesentlichen aus dem Solenoid 60, das in der oben beschriebenen Weise mit dem Ventil 61 gekoppelt ist, zu dem ein Nadelventil 5 75 parallel liegt. Je nach der gewünschten Betriebsweise kann wiederum parallel zu den Ventilen 61 und 75 das Rückschlagventil 70 angeordnet sein, das — wie oben — nur in der Richtung vom Punkt B zu Punkt A flüssigkeitsdurchlässig ist.

Bei der Erläuterung der Betriebsweise soll zunächst der Fall eines Systems ohne den Einsatz der erfindungsgemäß ausgebildeten Steuereinrichtung behandelt werden.

Wasser aus der Quelle 30 fließt über die Leitung 31 zum Einlaß 32 des Steuerventils 26. Vom Steuerventil 26 fließt das Wasser über den Auslaß 33 und die Rohrleitung 34 zur Sammelleitung 35, von wo aus es in den Behälter 36 abgegeben wird. Der Pegelfühler 37 mißt die Höhe des Wasserstandes im Behälter 36 und gibt an seinem Ausgang 38 ein dieser Höhe entsprechendes elektrisches Signal ab, das über die Leitung 39 zum Regler 40 gelangt Die Höhe des Wasserstandes im Behälter 36 ändert sich nun in Abhängigkeit von der Menge der durch die Abbaumaschine 45 abgebauten und nach Durchlaufen des Brechwerkes 48 in Richtung der Pfeile 49 in den Behälter 36 eingeführten Kohle. Entsprechend variiert auch das vom Pegelfühler 37 über die Leitung 39 an den Regler 40 abgegebene elektrische Signal.

Das Einstellglied 41 des Reglers 40 ist auf einen bestimmten Wasserpegel im Behälter 36 eingestellt, wobei dieser Pegelstand beispielsweise einige Zentimeter unterhalb des oberen Randes des Behälters 36 liegen kann. Wenn sich nun der Wasserpegel ändert, dann wird diese Änderung vom Pegelfühler 37 über die Leitung 39 dem Regler 40 mitgeteilt Jede Abweichung des durch die Leitung 39 übermittelten Signals gegenüber dem eingestellten Signalwert am Einstellglied 41 nach oben oder nach unten führt zu einem Ausgangssignal im Regler 40, das über die Leitung 42 zum Eingang 43 für den Eingang 11 des Servoventil 10 gelangt Entsprechend dem angesteuerten Signal wird das Servoventil 10 betätigt Wenn also beispielsweise der Wasserstand im Behälter 36 zu hoch ansteigt, nimmt der Fluiddruck am Auslaß 13 zu, und es fließt Fluid durch die Leitung 15 zum Einlaß 17 des Zylinders 19. Am Auslaß 14 des Servoventils 10 tritt umgekehrt ein Druckabfall auf, der zu einem entsprechenden Druckabfall auch am Einlaß 18 des Zylinders 19 führt Infolge des Druckanstieges am Einlaß 17 und des Druckabfalles am Einlaß 18 bewegt sich der Kolben 20 im Zylinder 19 in Richtung des Pfeiles 80 in F i g. 1 nach unten, was zu einem Schließen des Steuerventils 26 über die Kolbenstange 25 führt Das Ausmaß, bis zu dem sich das Steuerventil 26 dabei schließt, hängt von der Größe des dem elektrischen Eingang 11 des Servoventils 10 zugeführten elektrischen Signals ab. Wenn dieses Signal ein völliges Schließen des Steuerventils 26 verlangt, besteht bei Fortsetzung der Schließbewegung des Steuerventils 26 über einen Schließgrad von 75% hinaus die Gefahr von schweren Wasserschlägen im System.

Um dieser Gefahr zu begegnen, ist in Fig. 1 ein Fühlkreis für die Stellung der Kolbenstange 25 vorgesehen, in dem der Fühler 55 an der Kolbenstange den Schaltarm 58 des Schalters 57 betätigt und damit fiber die Leitung 59 dem Solenoid 60 ein Signal zuführt, das anzeigt, daß die Stellung der Kolbenstange 25 und damit der Schließgrad am Steuerventil 26 erreicht ist, bei der bzw. dem das Ventil 61 durch das Solenoid 60 in Funktion gesetzt werden soll. Mit dem Schließen des Ventils 61 muß das gesamte Fluid im Zuge der Leitung 15 durch das Ventil 64 strömen, da das Rückschlagventil 70 für einen Fluidfluß vom Auslaß 13 des Servoventils 10 zum Einlaß 17 des Zylinders 19 gesperrt ist. Da das Ventil 64 nur einen verringerten Durchflußquerschnitt aufweist, sinkt dann der Fluidfluß in der Leitung 15 um einen vorgegebenen Betrag ab, und die Schließbewegung des Steuerventils 26 verlangsamt sich entsprechend.

In Fig.2 sind diese Verhältnisse in Form eines Diagramms veranschaulicht wobei entlang der Ordinate in vertikaler Richtung die Hubgeschwindigkeit für das Schließen bzw. öffnen des Steuerventils 26 und entlang der Abszisse in horizontaler Richtung der Schließgrad des Steuerventils 26 in % aufgetragen ist. Die Gerade 90 in F i g. 2 zeigt, daß voller Fluidfluß in der Leitung 15 herrscht bis ein Schließgrad von 75% am Steuerventil 26 erreicht ist. An diesem in F i g. 2 mit 91 bezeichneten Punkt im Diagramm schließt das Solenoid 60 das Ventil 61, und es kommt zu einem Druckabfall und damit einer Geschwindigkeitsverminderung für das Schließen des Steuerventils 26 entlang einer Geraden 92 bis zum Erreichen eines neuen, durch eine Gerade 93 parallel zur Geraden 90 veranschaulichten Pegel, bis das Steuerventil 26 zu 100% geschlossen ist Der Druck- und Geschwindigkeitsabfall beträgt in dem Diagramm von Fig. 2 jeweils die Hälfte der bei geöffnetem Ventil 61 vorhandenen Werte.

Wenn der beschriebene Vorgang umgekehrt, also das Steuerventil 26 geöffnet werden soll, bleibt das Ventil 61 zwangsläufig geschlossen, bis der Fühler 55 vom Schaltarm 58 freikommt Ohne die Einschaltung des Rückschlagventils 70 in den Hydraulikkreis vollzieht sich das öffnen des Steuerventils 26 mit genau derselben Geschwindigkeit für den jeweiligen Schließgrad wie sein Schließen, der Obergang vom Schließgrad 100% zum Schließgrad 0% folgt also in diesem Falle den Geraden 93, 92 und 90 in dem Diagramm von F i g. 2. Mit eingefügtem Rückschlagventil 70 jedoch kommt es zu dessen öffnen für den Strömungsfluß in umgekehrter Richtung durch die Leitung 15, und das öffnen des Steuerventils 26 folgt im Diagramm von F i g. 2 Geraden 94 und 95 bis zur Geraden 90. Wenn das Ventil 64 mit Hilfe des Ventilreglers 67 einer Proportionalregelung unterworfen werden kann, dann kann das öffnen und Schließen des Steuerventils 26 entlang von Kurven erfolgen, wie dies in Fig.2 durch Kurven 97 bzw. 96 angedeutet ist

Bei der Alternativausführungsform von F i g. 3 fließt das Fluid in der Leitung 15 von A nach B zunächst in freiem Fluß durch das Ventil 61 und in einer bestimmten Menge durch das Nadelventil 75. Durch das Rückschlagventil 70 gibt es bei dieser Strömungsrichtung keinen Fluidfluß. Wenn das Ventil 61 durch das Solenoid 60 geschlossen wird, gibt es dann nur noch einen Fluidfluß durch das Nadelventil 75. Insgesamt ergibt sich ein den Geraden 90,92 und 93 ähnlicher Kurvenverlauf für den Schließvorgang am Steuerventil 26. Wird die Richtung des Fhiidfhisses durch die Leitung 15 umgekehrt, dann gestattet das Rückschlagventil 70 einen freien Fluiddurchgang, und es kommt zu einem Kurvenverlauf für das öffnen des Steuerventils 26, der den Geraden 94,95 und 90 von F ig. 2 entspricht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydraulische Abbauanordnung, insbesondere für Kohlebergwerke, mit einem mit festem Abbaugut und mit Transportflüssigkeit speisbaren Behälter, aus dem darin aus Abbaugut und Transportflüssigkeit gebildeter Schlamm mittels einer Pumpe abziehbar ist, und mit einem auf den Pegelstand im Behälter ansprechenden und die Zufuhr von Transportflüssigkeit zum Behälter über ein Steuerventil beeinflußenden Pegelfühler, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem Pegelfühler (37) und dem Steuerventil (26) ein Servoventil (10) mit einem über einen Regler (40) an einen elektrischen Ausgang (38) des Pegelfühlers (37) angeschlossenen elektrischen Eingang (11), eir.em mechanischen Rückkopplungseingang (12) und einem ersten und einem zweiten hydraulischen Auslaß (13 bzw. 14) und ein Betätigungszylinder (19) mit einem mit dem ersten hydraulischen Auslaß (13) des Servoventils (10) in Verbindung stehenden ersten hydraulischen Einlaß (17), einem mit dem zweiten hydraulischen Auslaß (14) des Servoventil (10) in Verbindung stehenden zweiten hydraulischen Einlaß (18) und einem zwischen diesen beiden Einlassen (17 und 18) angeordneten und mit einer einen Betätigungsnocken für das Steuerventil (26) verstellenden Kolbenstange (25) verbundenen Kolben (20) eingefügt sind, daß der mechanische Rückkopplungseingang (12) des Servoventils (10) mit einem mechanischen Ausgang (27) von außerdem einen elektrischen Ausgang (57) aufweisenden Fühlern (28,55) für eine Erfassung der Stellung der Kolbenstange (25) in Verbindung steht und daß in eine (15) der hydraulischen Verbindungen (15, 16) zwischen den hydraulischen Auslässen (13, 14) des Servoventils (10) einerseits und den hydraulischen Einlassen (17, 18) des Zylinders (19) andererseits parallel zueinander ein solenoidbetätigtes Ventil (61) mit einem an den elektrischen Ausgang (57) der Fühler (28,55) angeschlossenen elektrischen Steuereingang (60) für eine von der Stellung der Kolbenstange (25) abhängige Ventilsteuerung und ein steuerbares Ventil (64; 75) eingefügt sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Ventil (64; 75) eine kleinere Öffnung aufweist als das solenoidbetätigte Ventil (61).

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das steuerbare Ventil (64; 75) ein Nadelventil ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem solenoidbetätigten Ventil (61) und dem steuerbaren Ventil (64; 75) ein Rückschlagventil (70) parallel liegt, das für einen im Sinne eines Schließens des Steuerventils (26) gerichteten Fluidstrom undurchlässig ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Fühler für das Erfassen der Stellung der Kolbenstange (25) ein einstellbarer Nocken (55) auf der Kolbenstange (25) und ein von diesem Nocken (55) betätigbarer Mikroschalter (57) zum Erzeugen eines Ausgangssignals als Eingangssignal für das solenoidgesteuerte Ventil (61) vorgesehen sind.

Die Erfindung betrifft eine insbesondere für einen Einsatz in Kohlebergwerken geeignete hydraulische Abbauanordnung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegeben ist

Bei Abbauanordnungen dieser Art fallen regelmäßig große Flüssigkeitsmengenströme an, die sich mit Hilfe der bisher bekannten Steuerventile nicht hinreichend beherrschen lassen. So ist beispielsweise in einem Kohlebergwerk bei einer Förderung von 10 t Kohle pro

ίο Minute mit einer Wassermenge von 150 hl pro Minute zu rechnen.

Für diesen Anwendungsfall ist bisher als Steuerventil ein elektrohydraulischer Betätiger der Baureihe 320 üblich, wie er in einem Katalog 615^20 vom Januar 1973 von der Firma Fisher Controls angeboten wird. Dieser Ventilbetätiger arbeitet mit einer mechanischen Rückkopplung zu einem elektrischen Servoventil, das seinerseits direkt auf einen Zylinder wirkt und Durchlässe in diesem steuert Wenn sich nun im Betriebe der zugehörigen Abbauanordnung die Notwendigkeit zu einer raschen Abschaltung des Flüssigkeitsstromes ergibt, besteht bei entsprechend rascher Annäherung des durch den Betätiger gesteuerten Ventils an seine Schließstellung die Gefahr eines Auftretens von Wasserschlägen, die ein solches Ausmaß annehmen können, daß Pumpen, Ventile and andere Bauteile der Abbauanordnung einschließlich deren Leitungen bis an ihre Bruchgrenze und sogar darüber hinaus beansprucht werden, was naturgemäß zu schweren Schäden an der gesamten Anlage führen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Abbauanordnung der eingangs erwähnten Art so auszugestalten, daß bei ihrem Betriebe das Auftreten von Flüssigkeitsschlägen vermieden bleibt, wie sie bei den bisher üblichen Ausführungsformen solcher Anordnungen zu Beschädigungen oder gar zur Zerstörung von Anlageteilen und insbesondere der Pumpen geführt haben.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine hydraulische Abbauanordnung, wie sie im Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist; bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im Rahmen der erfindungsgemäß ausgebildeten Abbauanordnung wird von dem Prinzip einer Flüssigkeitssteuerung mit abgestuftem Durchfluß Gebrauch gemacht, wie es als solches aus der DE-OS 23 37 245 oder auch aus den Seiten 83/84 von »Ingenieur digest«, Heft 5 (Mai 1971) oder der Seite 392 von »ölhydraulik

so und pneumatik« 18 (1974), Nr. 5 bekannt ist. Im ersten Falle sind eine verstellbare Drossel und ein Auf/Zu-Ventil hydraulisch parallelgeschaltet, wobei das Auf/ZuVentil gegen Hubende in dem zugehörigen Zylinder geschlossen wird, so daß dann der Flüssigkeitsstrom nur über die Drossel fließt. Im zweiten Falle ist ein Drosselventil vorgesehen, dessen Durchströmquerschnitt gegen Hubende verkleinert wird, und im dritten Falle sind wieder eine verstellbare Drossel und ein elektromagnetisch betätigtes Sperrventil parallelgeschaltet, wobei das Sperrventil nach einem vorgegebenen Hub über Endschalter und einstellbare Betätigungsnocken geschlossen wird und der Druckmittelfluß dann über die einstellbare Drossel läuft.
Die Erfindung führt zu einer Verbesserung der hydraulischen Abbauanordnung in der Weise, daß dem Auftreten von Flüssigkeitsschlägen dadurch vorgebeugt wird, daß der Schließvorgang des Steuerventils plötzlich verlangsamt wird, sobald das Steuerventil eine solche