PL203380B1 - Układ hydrauliczny do obudowy ścian - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ hydrauliczny do obudowy ścian według części nieznamiennej zastrzeżenia 1.

Tego rodzaju układy są powszechnie znane i stosowane. Chodzi tutaj o sterowane ciśnieniem własnym instalacje hydrauliczne. W instalacjach tych wykorzystuje się ciśnienie tłoczenia obiegu hydraulicznego, aby przeprowadzić także wstępne wysterowanie hydrauliczne zaworów. Ten sposób postępowania sprawdził się przy sterowaniu obudową. Pozwala on operować w ścianie przy użyciu tylko dwóch przewodów zasilających. W przeciwieństwie do tego w systemach sterowanych zewnętrznie hydrauliczne polecenia wstępnego sterowania wytwarza się za pomocą oddzielnych zaworów sterujących, pracujących niezależnie od nacisku lub ciśnienia tłoczenia, które to zawory są zasilane czynnikiem ciśnieniowym przez oddzielne przewody ciśnieniowe. Do tego typu systemu należy jednak również oddzielne zawracanie wszystkich objętości sterujących. Zwiększa to koszty związane z wyposażeniem układu w przewody. W przypadku wystąpienia błędu jego lokalizacja jest bardzo trudna, ponieważ nie można wykluczyć, że oba przewody ciśnieniowe, to znaczy przewód zasilający w ciś nienie robocze i przewód zasilają cy w ciś nienie wstę pnego sterowania, bę d ą wzajemnie na siebie oddziaływać. Również konstrukcje zaworów, z uwagi na wymóg oddzielenia ciśnienia roboczego od ciśnienia wstępnego sterowania, zwłaszcza zaś pod względem wyrównania ciśnień i szczelności, są znacznie bardziej skomplikowane technicznie.

Wysokie standardy bezpieczeństwa w górnictwie warunkują z drugiej strony, także w przypadku instalacji hydraulicznych sterowanych własnym ciśnieniem, z uwagi na dużą złożoność i dużą liczbę elementów sterujących i przełączających, jakie znajdują się w ścianie, zwłaszcza zaworów sterujących i zaworów utrzymują cych obciążenie, wysokie nakł ady na ś rodki bezpieczeń stwa. Obowią zuje przy tym zasada, że instalacja hydrauliczna do obudowy ścian ma zapewniać, by mimo dużej liczby możliwych stanów roboczych łącznie z niedozwolonymi stanami roboczymi lub nieplanowanymi awariami personel podziemny mógł bezpiecznie przebywać także w obszarze ściany pod tarczami.

Mimo tych środków bezpieczeństwa zaobserwowano, że w razie awarii tłoczenia cofają się siłowniki (cylindry robocze) jednej tarczy, a w krótkim odstępie czasowym także cylindry robocze drugiej tarczy, wskutek czego górotwór może osiadać.

Celem wynalazku jest takie udoskonalenie znajdujących się w użyciu, sterowanych ciśnieniem własnym instalacji hydraulicznych, aby nie mogły występować tego rodzaju niebezpieczne dla życia i generujące koszty awarie, przy czym należ y umożliwić wyposażanie istniejących instalacji bez znaczących nakładów na przezbrajanie.

Rozwiązanie według zastrzeżenia 1 polega na nieoczekiwanym spostrzeżeniu, że w razie awarii instalacji tłoczącej mimo awaryjnego wyłączenia całego sterowania elektrycznego i hydraulicznego maja miejsce nieprzewidziane stany robocze, w których występują parametry ciśnieniowe, wystarczające dla hydraulicznego wysterowania wstępnego, to znaczy otwarcia istotnych zaworów.

Zawór odcinający według wynalazku może być włączany w sensie odcinania na przykład przez czujnik ciśnieniowy, który rejestruje ciśnienie tłoczenia. W każdym przypadku włączanie odbywa się tak, że zawór odcinający otwiera się, gdy następuje spadek ciśnienia pomiędzy przewodem spustowym pompy i cylindrem roboczym.

Postać wykonania według zastrzeżenia 2 charakteryzuje się tym, że nie wymaga zewnętrznego sterowania, dzięki czemu z jednej strony jest niezawodna w działaniu, z drugiej zaś można w nią łatwo wyposażać istniejące instalacje.

Pozytywny efekt środków według zastrzeżeń 1 względnie 2 jest nieoczekiwany. Tłumaczy się on tak, że w razie awarii tłoczenia, która prowadzi do osiadania siłownika, w przewodzie zwrotnym powstaje ciśnienie spiętrzania, które dotyczy zwłaszcza tarcz położonych w pobliżu (korpus obudowy). Ponieważ w tego typu przypadkach, to znaczy przy wysokim ciśnieniu spiętrzania na powrocie nacisk spowodowany przez górotwór jest stosunkowo niski, zaś z powodu awarii nie ma ciśnienia tłoczenia, spadek ciśnienia na zaworach utrzymujących obciążenie zmniejsza się poniżej wartości krytycznej, w której nastę puje otwarcie zaworów utrzymują cych obciążenie i nawet w są siednich tarczach moż e dojść do niezamierzonego włączenia i opuszczenia siłownika. Dzięki temu, że zawór odcinający według wynalazku zapobiega niezamierzonemu wzrostowi ciśnienia w przewodzie tłoczącym, powodującego sterowanie wstępne, zapobiega się również osiadaniu sąsiedniego korpusu obudowy, w którym wystąpiło błędne włączenie.

PL 203 380 B1

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia hydrauliczny układ ściany, zaś fig. 2 - zawory dla siłownika korpusu obudowy.

Na rysunku odnośniki oznaczają:

1. przewód zasilający ścianę (przewód zbiorczy tłoczenia, przewód doprowadzający), który rozciąga się na części ściany lub na całej jej długości i jest podłączony do nieprzedstawionego stanowiska pomp;

2. zbiorczy przewód powrotny (przewód zbiorczy powrotny, przewód powrotny), który rozciąga się na części długości ściany lub na całej jej długości i jest połączony ze zbiornikiem stanowiska pomp;

3. hydrauliczne urządzenie sterujące dla siłownika. Hydrauliczne urządzenie sterujące jest przez przewód spustowy 12 doprowadzenia połączony z doprowadzeniem oraz przez przewód spustowy 13 odprowadzenia;

4. siłownik, przedstawiony tutaj w postaci jednostki cylindrowo-tłokowej;

5. elektryczna jednostka sterująca (sterowanie tarczami) do sterowania hydrauliczna jednostką sterującą. Otrzymuje ona polecenia sterujące z centralnego urządzenia 15 do sterowania ścianą;

6. zawór odcinający w postaci zaworu zwrotnego w przewodzie spustowym 13 odprowadzenia dla każdej tarczy, który to zawór, który blokuje kierunek przepływu od powrotnego przewodu zbiorczego do hydraulicznej jednostki sterującej.

Do hydraulicznej jednostki sterującej należy kilka zaworów. Są one zaznaczone szkicowo na fig. 2. W zasadzie połączenie (przewód spustowy tłoczenia) każdego siłownika ze zbiorczym przewodem tłoczenia (przewód spustowy tłoczenia) jest zablokowane przez zawór zwrotny 14, wskutek czego przy braku ciśnienia tłoczenia nacisk siłownika spoczywa na szczelnie zamykającym zaworze zwrotnym. Ten zawór zwrotny 14 jest jednak odblokowywany w drodze hydraulicznego sterowania wstępnego przez ciśnienie układu, gdy różnica obciążenia i ciśnienia wstępnego sterowania spadnie poniżej wartości zdefiniowanej przez konstrukcję zaworu. Zawór zwrotny 14 jest tak podłączony hydraulicznie, że przy hydraulicznym odblokowaniu komora robocza siłownika zostaje przez powrotny przewód spustowy połączona z powrotnym przewodem zbiorczym. Tego typu odblokowywalny zawór zwrotny jest znany na przykład z DE 38 04 848 A1.

Zawór odcinający 6 według wynalazku zapobiega temu, by przy niezamierzonym odblokowaniu (wysterowaniu) zaworu zwrotnego 14, działającego jako zawór utrzymujący obciążenie, czynnik ciśnieniowy przedostawał się z komory siłownika do przewodu tłoczenia. W ten sposób zostaje zamknięty przewód spustowy tłoczenia pomiędzy siłownikiem i zbiorczym kanałem tłoczenia. W zbiorczym przewodzie tłoczenia (przewód zasilający 1 ścianę) umieszczonych jest kilka czujników ciśnieniowych 7 w odstępie od jednego lub więcej korpusów obudowy. Te czujniki ciśnieniowe sprawiają, że w zbiorczym przewodzie tłoczenia panuje zawsze minimalne ciśnienie, wynoszące na przykład 200 bar. W innym przypadku następuje odłączenie układu elektrycznego 5, za pomocą którego włącza się uruchamianie tarcz. W ten sposób zapobiega się zatem włączeniu uruchamiania tarcz przez układ elektryczny, jeżeli nie zostało osiągnięte minimalne ciśnienie równe 200 bar.

W powrotnym przewodzie zbiorczym przewidziane są czujniki ciśnieniowe 8. Przykładowo trzy takie czujniki ciśnieniowe 8 są rozmieszczone na długości ściany. Czujniki te sprawują kontrole nad tym, by w odprowadzeniu nie zostało przekroczone określone ciśnienie maksymalne, równe na przykład 30 bar. Przy osiągnięciu ciśnienia maksymalnego, wynoszącego 30 bar, czujniki 8 wyłączają układ elektroniczny 5, co uniemożliwia uruchomienie zaworów.

Może się zdarzyć, że nastąpi spadek ciśnienia w zbiorczym przewodzie tłoczenia lub wzrost ciśnienia w zbiorczym przewodzie powrotnym, podczas gdy wydane zostanie elektryczne polecenie procesu włączania jednej lub więcej tarcz (korpusów obudowy). W tym przypadku następuje wprawdzie przerwanie procesu włączania, jednak polecenia elektryczne pozostają zawieszone i zostają ponownie uaktywnione przy osiągnięciu określonego poziomu ciśnienia. Dlatego też zawory przechodzą w poło żenie nieokreś lone. Tego typu spadek ciś nienia moż e polegać przykł adowo na awarii pompy względnie stanowiska pomp. Może to spowodować opuszczenie tłoka roboczego na tym siłowniku, którego praca uległa przerwaniu przy realizacji funkcji obudowy. Skutkiem opuszczenia jest duża ilość cieczy na powrocie, czemu towarzyszy odpowiedni wzrost ciśnienia spiętrzania, z drugiej zaś strony zmniejszenie obciążenia, które utrzymuje odblokowywalny zawór zwrotny 14 w jego położeniu zamkniętym. Grozi to dalszym otwieraniem zaworu zwrotnego, ponieważ nie jest już zachowane wymagane parametry ciśnieniowe przy zmniejszaniu nacisku z jednej i wzroście ciśnienia powrotnego z drugiej strony.

PL 203 380 B1

Podobnie niebezpieczna sytuacja ma miejsce wówczas, gdy przy obniżaniu ciśnienia tłoczenia w zbiorczym przewodzie tł oczenia na odblokowywalnym zaworze zwrotnym 14 pojawi się ciśnienie tłoczenia w sensie otwierania zaworu, a dodatkowo wskutek pływającej pozycji zaworu wstępnego sterowania na tłok tego zaworu zadziała siła powodująca jego otwarcie. W tym przypadku dochodzi również do odblokowania zaworu zwrotnego, wskutek czego komora robocza siłownika zostaje połączona ze zbiorczym przewodem tłoczenia. To sprawia, że siłownik działa jak pompa i dostarcza, mimo awarii stanowiska pomp, czynnik ciśnieniowy do zbiorczego przewodu tłoczenia, co z kolei prowadzi do tego, że przy wysyłanych sygnałach elektrycznych ponownie rosnące ciśnienie w zbiorczym przewodzie tłoczenia wystarcza jako ciśnienie wstępnego sterowania do włączenia zaworów sąsiednich tarcz. W ten sposób dochodzi do reakcji łańcuchowej, polegającej na osiadaniu wszystkich tarcz ściany.

Zapobiega się temu za pomocą zaworów odcinających 9, które są umieszczone w przewodzie spustowym pomiędzy zbiorczym przewodem tłoczenia i hydraulicznym układem sterowania 3.

Do niezdefiniowanych sytuacji hydraulicznych może dojść również wskutek tego, że przy uruchamianiu (ponownym rozruchu) pomp ciśnienie w zbiorczym przewodzie tłoczenia, mającym kilka setek metrów długości, nie wyrasta wystarczająco szybko, w związku z czym z jednej strony następuje włączanie wysterowanych wstępnie zaworów, z drugiej zaś jednak ciśnienie tłoczenia nie wystarcza, by przenieść ciężar górotworu. Także w tym przypadku może dojść do osiadania cylindrów roboczych. Z tej przyczyny w zbiorczym przewodzie tłoczenia w odstępie od kilku, na przykład 3 tarcz, montuje się sterowane zawory odcinające 10, które przy rozruchu pomp są początkowo zamknięte, a następnie kolejno ponownie włączane i otwierane przez centralny elektryczny układ sterowania ścianą. Dzięki temu wzrost ciśnienia w poszczególnych sekcjach ściany, podzielonych przez sekcyjne zawory odcinające 10, następuje bardzo szybko w porównaniu do sytuacji, gdy sekcje są otwierane kolejno. Ponadto na stanowisku pomp można umieścić zawór obejściowy (zawór odłączający 11), przez który pompy tłoczą do zbiornika, dopóki znajdują się w stanie rozruchu, a zatem nie osiągnęły jeszcze wystarczającej wydajności.

Wynalazek oraz stosowane same w sobie i skuteczne inne środki zapobiegają zatem niebezpiecznej sytuacji, w której przy włączonym zaworze magnetycznym i brakującym ciśnieniu tłoczenia w ś cianie utworzone zostaje jedno wspólne połączenie ze wszystkimi jednostkami sterują cymi ś cianą . W tym przypadku może dojść do przepływów w zaworach, ponieważ kontrola ciśnienia układu w razie awarii pomp lub zbyt niskiego ciśnienia tłoczenia nie działa. Powoduje to, że zawory przepuszczają stały strumień objętościowy do zbiorczego przewodu powrotnego, zaś przy osiągnięciu krytycznej granicy ciśnienia sterowania następuje odblokowanie zaworu utrzymującego obciążenie (odblokowywalny zawór zwrotny). Szczególnie zagrożone są tutaj stemple nieosadzone lub osadzone jedynie z niewielkim naciskiem, ponieważ ciś nienie otwarcia zaworów utrzymują cych obciążenie jest - jak ju ż objaśniono zależne od obciążenia. Także odciążone hydraulicznie zawory utrzymujące obciążenie, których siła otwarcia zależy od siły sprężyny, mają bez obciążenia wystarczające ciśnienie otwarcia na przykład tylko 40 bar.

Zawory odcinające 9 zapobiegają temu, by objętości stempli tarcz i cylindrów w stanie obciążonym działały jak pompy, które przy - wprawdzie zbyt niskim - ciśnieniu prowadzą do powrotnego i niedostatecznego zasilania sąsiednich tarcz, gdzie wówczas przy niższych obciążeniach następuje skuteczne wysterowanie i odblokowanie zaworów utrzymujących ciśnienie, co z kolei uwalnia dalsze objętości, pociągające za sobą dalsze reakcje łańcuchowe.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ hydrauliczny do obudowy ścian, z pewną liczbą elementów (tarcz), które są uruchamiane w sensie funkcji obudowy, zwłaszcza w sensie rabowania i osadzania celem podparcia górotworu, z uruchamianymi hydraulicznie siłownikami (jednostkami cylindrowo-tłokowymi 4), które są przyporządkowane każdemu z elementów obudowy do realizacji funkcji roboczych, wymaganych do funkcji obudowywania, z hydraulicznymi zaworami sterującymi (zawory sterowania wstępnego 16 i zawory główne 17), które są uruchamiane poleceniami nastawczymi, wydawanymi przez ich elektromagnesy, są przyporządkowane poszczególnym siłownikom celem hydraulicznego uruchomienia funkcji roboczych i są z nimi połączone hydraulicznie, oraz z poszczególnymi układami sterowania (3) dla każdego z elementów obudowy (tarcz) celem zwolnienia poleceń nastawczych za pomocą wprowadzanych do poszczególnych układów sterowania tarczami poleceń obudowywania w sensie funkcji

PL 203 380 B1 obudowywania, z przewodem tłoczenia do zasilania czynnikiem ciśnieniowym wszystkich siłowników, który to przewód za pomocą spustowego przewodu tłoczenia jest połączony z jednym siłownikiem lub grupą siłowników, z przewodem powrotnym do odprowadzania czynnika ciśnieniowego wszystkich siłowników, który to przewód za pomocą spustowego przewodu powrotnego jest połączony z jednym siłownikiem lub grupą siłowników, znamienny tym, że w spustowym przewodzie tłoczenia znajduje się zawór odcinający (9), który zamyka kierunek przepływu od danego siłownika do przewodu tłoczenia i który jest uruchamiany w sensie odcinania niezależnie od sterowania i pozycji roboczej hydraulicznych zaworów sterujących.

2. Układ hydrauliczny według zastrz. 1, znamienny tym, że zaworem odcinającym jest zawór zwrotny, który zamyka kierunek przepływu od danego siłownika do przewodu tłoczenia.

3. Układ hydrauliczny według zastrz. 1, znamienny tym, że w zbiorczym przewodzie tłoczenia, w odstę pie od jednej lub wię cej tarcz, wmontowanych jest kilka sekcyjnych zaworów odcinają cych (10), które są tak sterowane przez centralny elektryczny układ sterowania ścianą, że sekcyjne zawory odcinające (10) przy rozruchu pomp są początkowo zamknięte, a następnie kolejno ponownie włączane i otwierane.

4. Układ hydrauliczny według zastrz. 1, znamienny tym, że występowanie zadanego ciśnienia minimalnego w zbiorczym przewodzie tłoczenia (przewód zasilający 1 ścianę) i/lub zadanego ciśnienia maksymalnego w zbiorczym przewodzie powrotnym jest kontrolowane w odstępie od jednego lub więcej miejsc obudowy przez czujniki ciśnieniowe (8, 7), które celem wyłączania są połączone z elektryczną jednostką sterującą (5).