НАСОСНАЯ СТАНЦИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КРЕПИ Российский патент 2001 года по МПК E21D23/16 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к очистным комплексам и агрегатам для выемки полезных ископаемых.

Известна насосная станция СНГ механизированной крепи (1), содержащая главный объемный гидронасос с постоянным рабочим объемом и приводом от асинхронного электродвигателя, обратный гидроклапан, включенный в напорную гидролинию, автомат разгрузки, предохранительный гидроклапан, датчик давления, подключенный к напорной гидролинии.

Недостатками данной насосной станции является то, что в диапазоне рабочих давлений жидкости, верхний предел которых ограничивается автоматом разгрузки гидронасоса, а также предохранительным гидроклапаном, подача гидронасоса изменяется незначительно в связи с утечками. Кроме того, действительная подача гидронасоса уменьшается по мере износа качающего узла. Все это приводит к недогрузке гидронасоса при пониженных нагрузках и давлениях рабочей жидкости, снижению КПД гидронасоса и электродвигателя, увеличению потерь энергии и удельных затрат энергии на крепление 1 м² площади очистного забоя.

Известна насосная станция СНУ-9 механизированной крепи (2), содержащая главный объемный гидронасос с постоянным рабочим объемом и приводом от асинхронного электродвигателя, расходомер, обратный гидроклапан, включенный в напорную гидролинию, автомат разгрузки и предохранительный гидроклапан, подключенные к напорной и сливной гидролиниям между гидронасосом и обратным гидроклапаном, датчик давления, соединенный с напорной гидролинией.

Недостатком данной насосной станции, как и предыдущей, является то, что в силу переменного и случайного характера нагрузок давление рабочей жидкости изменяется в широком диапазоне, а подача насосной станции вплоть до срабатывания автомата разгрузки или предохранительного клапана остается практически неизменной. Поэтому главный гидронасос и асинхронный электродвигатель зачастую недогружены, что приводит к снижению их КПД, увеличению потерь энергии и удельных затрат энергии на крепление 1 м² площади очистного забоя.

Хотя наличие расходомера в насосной станций СНУ-9 позволяет визуально периодически контролировать подачу гидронасоса, однако непрерывный контроль за действительной подачей гидронасоса отсутствует, поэтому не исключается возможность работы насосной станции при повышенных затратах энергии.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение КПД насосной станции механизированной крепи за счет снижения потерь энергии, а также уменьшение удельных затрат энергии на крепление 1 м² площади очистного забоя.

Поставленная задача решается таким образом, что в насосную станцию механизированной крепи, содержащую главный объемный гидронасос с постоянным рабочим объемом и приводом от асинхронного электродвигателя, расходомер, обратный гидроклапан, включенный в напорную гидролинию, автомат разгрузки и предохранительный гидроклапан, подключенные к напорной и сливной гидролиниям перед обратным гидроклапаном, датчик давления, соединенный с напорной гидролинией, введены блок ограничения, блок перемножения, блок сравнения, блок задания и преобразователь частоты, причем расходомер включен в напорную гидролинию между гидронасосом и предохранительным гидроклапаном и связан со входом блока ограничения, выходы датчика давления и блока ограничения соединены со входами блока перемножения, выход которого соединен со входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока задания, а выход блока сравнения соединен со входом преобразователя частоты, выход которого связан с асинхронным электродвигателем привода главного гидронасоса.

Сущность данного изобретения поясняется чертежом, где изображена схема насосной станции механизированной крепи.

Насосная станция механизированной крепи содержит главный объемный гидронасос 1 с постоянным рабочим объемом, соединенный с напорной гидролинией 2, в которую включен расходомер 3. К напорной гидролинии 2 и сливной гидролинии 4 подключены предохранительный гидроклапан 5 и автомат разгрузки 6. В напорную гидролинию 2 включен обратный гидроклапан 7 и подключен датчик давления 8, выход которого соединен со входом блока перемножения 9. Расходомер 3 включен в напорную гидролинию 2 между гидронасосом 1 и предохранительным гидроклапаном 5 и связан со входом блока ограничения 10, выход которого соединен со вторым входом блока перемножения 9. Выход блока перемножения 9 и выход блока задания 11 соединены со входами блока сравнения 12, выход которого связан со входом преобразователя частоты 13, выход которого соединен с асинхронным электродвигателем 14, связанным с гидронасосом 1.

Насосная станция механизированной крепи работает следующим образом. Гидронасос 1 с постоянным рабочим объемом и приводом от асинхронного электродвигателя 14 подает рабочую жидкость в напорную гидролинию 2 через расходомер 3 и обратный гидроклапан 7. Предохранительный гидроклапан 5 предназначен для защиты гидронасоса 1 от перегрузок. Автомат разгрузки 6 служит для автоматического переключения гидронасоса 1 при достижении определенного давления с работы в гидросистему через напорную гидролинию 2 на работу на слив через сливную гидролинию 4 и наоборот. При срабатывании автомата разгрузки 6 давление у гидронасоса 1 понижается до минимального значения. Давление срабатывания автомата разгрузки 6 несколько ниже давления срабатывания предохранительного гидроклапана 5.

При изменении давления рабочей жидкости в напорной гидролинии 2 в некотором диапазоне ниже давления срабатывания автомата разгрузки 6 пропорциональный сигнал с выхода датчика давления 8 поступает на вход блока перемножения 9. Одновременно с выхода расходомера 3 сигнал, пропорциональный действительной подаче гидронасоса 1, поступает на вход блока ограничения 10, с выхода которого сигнал поступает на второй вход блока перемножения 9. С выхода блока перемножения 9 сигнал, пропорциональный действительной полезный мощности гидронасоса 1, поступает на вход блока сравнения 12, на другой вход которого с блока задания 11 поступает сигнал, пропорциональный заданной полезной мощности гидронасоса 1. Сигнал с выхода блока сравнения 12 поступает на преобразователь частоты 13, который изменяет частоту вращения асинхронного электродвигателя 14 в большую или меньшую сторону. В результате увеличивается или уменьшается действительная подача гидронасоса 1, а его полезная мощность остается постоянной. Блок ограничения 10 с нелинейной характеристикой ограничивает максимальное значение сигнала, пропорционального действительной подаче рабочей жидкости гидронасосом 1 исходя из допускаемой максимальной скорости выполнения рабочих операций по передвижке секций механизированной крепи и забойного конвейера. Поэтому при уменьшении нагрузки и давления рабочей жидкости ниже допускаемого уровня подача гидронасоса 1 и скорость выполнения рабочих операций практически не изменяются.

За счет включения расходомера 3 в напорную гидролинию 2 между гидронасосом 1 и предохранительным гидроклапаном 5 также ограничивается подача гидронасоса 1 при срабатывании предохранительного гидроклапана 5 или автомата разгрузки 6.

При выполнении операций по опусканию и распору перекрытий секций механизированной крепи, их передвижке, а также передвижке забойного конвейера нагрузки и давление рабочей жидкости носят случайный характер и изменяются в широком диапазоне. Работа гидронасоса с постоянным рабочим объемом и приводом от нерегулируемого асинхронного электродвигателя с параметрами, отличающимися от номинальных, приводит к снижению КПД гидронасоса и электродвигателя и увеличению потерь энергии. Вместе с тем, хотя насосная станция зачастую недогружена по мощности, ее подача остается практически неизменной, как и скорость выполнения операций по передвижке секций крепи и конвейера, т.е. скорость крепления очистного забоя.

Снижение потерь энергии в гидронасосе и электродвигателе обеспечивается за счет расширения области работы насосной станции с постоянной мощностью при высоком КПД при одновременном повышении скорости крепления очистного забоя при пониженных нагрузках и давлениях рабочей жидкости, что в целом приводит к снижению удельных затрат энергии на крепление 1 м² площади очистного забой.

Это достигается регулированием частоты вращения асинхронного электродвигателя и гидронасоса с постоянным рабочим объемом так, чтобы полезная мощность гидронасоса, равная произведению значений подачи и рабочего давления жидкости, оставалась постоянной в определенном диапазоне изменения давлений. При этом подача гидронасоса изменяется от минимального значения при срабатывании автомата разгрузки насоса до максимального значения, определяемого допускаемой скоростью выполнения рабочих операций по передвижке крепи и забойного конвейера.

Регулирование частоты вращения электродвигателя и связанного с ним гидронасоса достигается с помощью преобразователя частоты переменного тока, подводимого к асинхронному электродвигателю, частота вращения которого изменяется таким образом, чтобы в определенном диапазоне давлений рабочей жидкости действительная полезная мощность гидронасоса оставалась постоянной за счет изменения действительной подачи рабочей жидкости.

Предлагаемое введение в насосную станцию механизированной крепи дополнительных элементов позволяет повысить ее КПД за счет уменьшения потерь энергии при работе гидронасоса и электродвигателя в режиме постоянной мощности, а также снизить удельные затраты энергии на крепление 1 м² площади очистного забоя.

Список литературы
1. Пономаренко Ю.Ф. Насосы и насосные станции механизированных крепей. - М.: Недра, 1983, с 120-126.

2. Хорин В. Н. Расчет и конструирование механизированных крепей. - М.: Недра, 1988, с. 138-147.

Изобретение относится к горному делу и может использоваться в очистных комплексах и агрегатах. Оно направлено на повышение КПД за счет снижения потерь энергии, а также уменьшение удельных затрат энергии на крепление 1 м² площади очистного забоя. Насосная станция содержит главный объемный гидронасос с постоянным рабочим объемом и приводом от асинхронного электродвигателя, расходомер, обратный гидроклапан, включенный в напорную гидролинию, автомат разгрузки и предохранительный гидроклапан, подключенные к напорной и сливной гидролиниям перед обратным гидроклапаном, датчик давления, соединенный с напорной гидролинией, блок ограничения, блок перемножения, блок сравнения, блок задания и преобразователь частоты. Расходомер включен в напорную гидролинию между гидронасосом и предохранительным гидроклапаном и связан со входом блока ограничения. Выходы датчика давления и блока ограничения соединены со входами блока перемножения, выход которого соединен со входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока задания, а выход блока сравнения соединен со входом преобразователя частоты, выход которого связан с асинхронным электродвигателем привода главного гидронасоса. 1 ил.

Насосная станция механизированной крепи, содержащая главный объемный гидронасос с постоянным рабочим объемом и приводом от асинхронного электродвигателя, расходомер, обратный гидроклапан, включенный в напорную гидролинию, автомат разгрузки и предохранительный гидроклапан, подключенные к напорной и сливной гидролиниям перед обратным гидроклапаном, датчик давления, соединенный с напорной гидролинией, отличающаяся тем, что она снабжена блоком ограничения, блоком перемножения, блоком сравнения, блоком задания и преобразователем частоты, причем расходомер включен в напорную гидролинию между гидронасосом и предохранительным гидроклапаном и связан со входом блока ограничения, выходы датчика давления и блока ограничения соединены со входами блока перемножения, выход которого соединен со входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока задания, а выход блока сравнения соединен со входом преобразователя частоты, выход которого связан с асинхронным электродвигателем привода главного гидронасоса.