Шахтная подъемная гидротранспортная установка

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц 4 В 66 B 9/04, В 65 G 53/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4Б„ч, .„r (21) 3600615/27-11 (22) 03.06.83 (46) 15.04.86. Бюл. № 14 (71) Центральное проектно-конструкторское и технологическое бюро (72) Е. В. Гуменников (53) 621.867 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 992360, кл. В 65 G 53/30, 1983. (54) (57) 1. ШАХТНАЯ ПОДЪЕМНАЯ

ГИДРОТРАНСПОРТНАЯ УСТАНОВКА, содержащая заполненный водой транспортный трубопровод с верхним и нижним загрузочными пунктами, сообщенный с ним подземный водосборник, плавучий контейнер, установленный с возможностью перемещения по направляющей транспортного трубопровода, механизмы фиксации контейнера в верхнем и нижнем загрузочных пунктах транспортного трубопровода, герметический клапан, размещенный на нижнем загрузочном пункте, и насосные установки, первая из которых смонтирована в подземном водосборнике, а вторая — на поверхности, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей путем обеспечения подъема-спуска крупногабаритных грузов и людей, она снабжена дополнительным транспортным трубопроводом с верхним и нижним загрузочными пунктами, установленным в дополнительном трубопроводе плавучим контейнером, аккумулирующей емкостью, расположенной в зоне загрузочных пунктов транспортных трубопроводов и сообщенной с ними сливными каналами, перекачным и рекуперативными двухштоковыми цилиндрами, а также коромыслом, ось качания которого установлена в корпусе с возможностью перемещения относительно основания установки вдоль коромысла посредством привода, причем штоки каждого из цилиндров кинематически связаны с одним из плеч коромысла, рабочие полости перекачного цилиндра связаны через первый распределитель с транспортными трубопроводами с возможностью поочередного сообщения кажÄÄSUÄÄ 1224236 A дой из них с одним из транспортных трубопроводов, а рабочие полости рекуперативного цилиндра связаны с подземным водосборником и аккумулирующей емкостью через второй распределитель с возможностью поочередного сообщения каждой из них с подземныM водосборником или с аккумулирующей емкостью, при этом первая насосная установка связана с подземным водосборником и с аккумулирующей емкостью, а вторая — с аккумулирующей емкостью и транспортными трубопроводами, а распределители снабжены механизмами привода.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что механизм привода распределителей перекачного и рекуперативного цилиндров включает в себя снабженные исполнительными гидроцилиндрами тяги, одна из которых связана с золотником распределителя перекачного цилиндра, а другая — с золотником распределительного рекуперативного цилиндра, причем каждая тяга соединена через пару поворотно установленных и подторможенных друг относительно друга рычагов со штангой, установленной с возможностью ограниченного перемещения относительно связанного со штоком перекачного цилиндра плеча коромысла, причем исполнительные гидроцилиндры снабжены гидрораспределителями, золотник первого из которых, связанный исполнительным гидроцилиндром золотника распределителя перекачного цилиндра, соединен с золотником гидрорасп редел и тел я испол нительн ого гид роцилиндра распределителя рекуперативного цилиндра через звено со свободным ходом, при этом золотник последнего соединен с распределителем привода перемещения оси качания коромысла и с рычагом ручного управления, установленным с возможностью взаимодействия с упором, который закреплен на корпусе оси коромысла с возможностью взаимодействия с концевым выключателем, выполненным в виде поворотного рычага, связанного своей тягой с рычагом ручного управления.

1224236

3. Установка по и. I, отличающаяся тем, что поршни перекачного и рекуперативного цилиндров выполнены из двух дисков, между которыми защемлены средней частью цилиндрические гофрированные поперечными ребрами оболочки, торцы которых защемлеИзобретение относится к трубопроводному гидротранспорту, а именно к шахтным гидроподъемным установкам, где роль трубопроводов могут играть вертикальные или наклонные шахтные стволы.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей путем обеспечения подъема-спуска крупногабаритных грузов и людей.

На фиг. 1 дана гидротранспортная установка, общий вид; на фиг. 2 — перекачной цилиндр с трубопроводной обвязкой с управлением, разрез (шток с присоединительной серьгой развернут «а 90 условно); на фиг. 3 — переменноплечевое коромысло с системой управления, вертикальный разрез; на фиг. 4 — сечение А — А на фиг. 3.

Подъемная гидротранспортная установка содержит два вертикальных или наклонных трубопровода (шахтных ствола 1 и 2). При этом если в стволе 2 плавучий контейнер

3 упирается своей грузовой платформой 4 в механизм фиксации контейнера 3 в верхнем 5 загрузочном пункте, то в стволе 1 аналогичной конструкции плавучий контейнер находится в механизме фиксации в нижнем 6 загрузочном пункте, а его грузовая платформа 4 находится на уровне почвы горизонтальной выработки 7. На сопряжении горизонтальных выработок 7 со стволами смонтированы герметичные откидные или смещающиеся люки 8.

Оба контейнера могут иметь защитные от случайного падения предметов ограждения 9 и проводниковые лапы 10, находящиеся в постоянном захвате с жесткими крепящимися к стенкам стволов проводниками

11. В нижней отметке стволов 1 и 2 имеется камерная выработка 12, в которой размещены два одинаковых по конструкции и объему поршневых цилиндра большого объема, а именно перекачной цилиндр 13 с двухдисковым поршнем 14, штоком !5 и эластичной гофпированной плавающей рубашкой 16, имеющей жесткие направляющие ребра 17 и защемленной в средней части герметично между дисками поршня 14, а торцами защемленной крышками 18 и 19 к фланцам цилиндра 13. В зазор между эластичной рубашкой 16 и стенками цилиндра

1О !

45 ны между торцовыми крышками и фланцами цилиндров с образованием герметичных полостей между оболочками и цилиндрами, заполненных смазывающим вязким веществом.

13 помещено вязкое смазывающее вещество.

Обе полости цилиндра 13 закольцованы двумя трубопроводами 20 и 21 с крановыми задвижками 22 и 23 соответственно. Трубопровод 20 имеет выход в ствол 2, а трубопровод 21 — в ствол 1.

Второй цилиндр-рекуператор 24 закольцован также двумя трубопроводами 25 и 26 с крановыми задвижками 27 и 28, причем трубопровод 25 сообщается с водосборником

29, оборудованным насосной установкой (станцией) 30, а трубопровод 26 проложен до верхней аккумулирующей емкости 31. Трубопровод 26 может быть проложен по одному из стволов 1 и 2 в зазоре между стенкой и движущимися контейнерами 3. Аккумулирующая емкость в верхней части соединена сливными каналами 32 с обоими стволами и оборудована насосной установкой 33 с всасом из емкости 31 и внешней подпиткой 34, а также с двумя нагнетательными трубопроводами 35 и 36.

Обе пары концов штоков 15 обоих цилиндров 13 и 24 оборудованы серьгами

37, предусматривающими присоединение, например, многоканатной кольцевой связи 38 попарно через верхние 39 и нижние 40 шкивы, причем ветви канатов между верхними и нижними шкивами разрываются и жестко крепятся на концах переменноплечего коромысла 41, установленного в станине 42.

Коромысло 41 имеет в правой части 43 осевую прорезь 44, а щеки 45, крепящиеся жесткс к телу 43, имеют также на оси против прорези 44 более узкую прорезь 46.

Во внутреннюю прорезь по нижней кромке вмонтирована зубчатая рейка 47, а между щеками 45 в прорези 46 введен вал 48 с шестерней 49. Вал опирается своими гладкими шейками в прорезях 46 и в таких же прорезях в станине 42. На концах вала 48 вмонтированы или выполнены заодно еще две шестерни 50 и 51, которые опираются на зубчатые рейки 52 и 53. Все шестерни и рейки имеют один типоразмер. Шестерня 49 имеет свободный зазор от зубьев до верхней кромки прорези 44.

Один из концов вала связан кинематически с гидродвигателем 54, например, посредством червячной передачи 55, смонтиро1224236 средствами многократно превосходит вес поднимаемого полезного груза. Существующие средства, например, электрогенераторной рекуперации, которая бы могла использоваться в комплексе с существующими перекачными средствами, в знакопеременных режимах малоэффективны. Учитывая большую массу перекачиваемой воды за один рейс контейнеров, эффективность перекачки, зависящая от КПД рекуперационных средств в переменных режимах, является основным фактором работоспособности схемы. В целях снижения потерь энергии на перекачке, кроме эффективных средств рекуперации следует добиться наименьшей величины мест45

55 з ванной в подвижном возвратно-поступательном корпусе 56 на скользящих зацепах 57.

Крановые задвижки 22 и 23 перекачного цилиндра 13 объединены тягой 58, которая соединена с двуплечим рычагом 59 последовательно с перекидочным приводом обратного хода, например, в виде гидроцилиндра 60. Двуплечий рычаг поджат подпружиненной тормозной колодкой 61. Второе плечо рычага 59 шарнирно связано с толкателем 62, у которого упорно-скользящий палец 63 помещен в прорезь хомута 64, жестко смонтированного на равноамплитудном плече коромысла 41. Противоположный конец толкателя 62 связан с вторым комплектом аналогичной механизации управления крановыми задвижками 27 и 28 цилинд- 15 ра-рекуператора, т.е. соединен шарнирно с двуплечим рычагом 59.1, оборудованным подпружиненной колодкой 61.1. Второе плечо рычага 59.1 соединено с перекидным приводом обратного хода 65, который последовательно соединен с тягой 66, соединяющей рычаги крановых задвижек 27 и 28.

Станина 42 оборудована гидрораспределительным краном 67, имеющим поворотный двуплечий рычаг 68 управления. Верхнее плечо 69 может входить периодически во взаимодействие с зацепом 70, смонтиpoBBHHbIM на корпусе редуктора 56, а нижнее плечо переходит в рукоять 71 для ручного управления и одновременно соединено тягой 72 с концевым переключателем

73, взаимодействующим с зацепом 70. Кроме того, плечо 69 гидрораспределителя имеет возможность взаимодействовать в некоторых граничных пределах отклонения ручным способом посредством хомута 74 с двухходовым краном 75, управляющим перекидочным приводом обратного хода 60.

Условием работоспособности предлагаемой схемы транспортирования грузов уровнями воды двух сообщающихся стволов является равномерное перемещение с разрешаемой правилами безопасности скоростью 40 столба жидкости из одного ствола в другой без таких потерь энергии, которые бы сделали настоящую схему нерентабельной, поскольку вес перекачиваемой воды в глубоких стволах существующими насосными ных сопротивлений по трубопроводному тракту. Для этого следует предусматривать трубопроводы, задвижки и главные цилиндры диаметрами и объемами, обеспечивающими процесс перекачки с приемлемыми скоростями движения жидкости, а также нужную обраоотку их поверхностей и местных профилей.

Установка работает по зависимой схеме между двумя стволами с противофазовыми уровнями воды и транспортными плавающими контейнерами 3. С помощью этих контейнеров можно одновременно опускать груз (людей, оборудование, материалы) по одному стволу и выдавать с горизонтов 7 самый разнообразный груз другим контейнером.

В верхнем положении контейнер 3 поджат со стороны понтонной части водой, а высота ватерлинии соответствует максималь ному его весу (груженному контейнеру) . При этом количество вытесненной воды контейнером в зазор между стенками ствола и понтона может быть во много раз меньше по объему, чем объем погруженной части понтона, поскольку в тонком зазоре весьма малый объем воды, вытесняемый погружаемым телом, поднявшись на некоторую высоту, создает соответствующие гидростатические условия для удерживания тела на плаву, вес которого равен или меньше веса вытесненного объема воды (в описанных условиях формулировка закона Архимеда не отражает действительной закономерности) .

Положение уровней воды и контейнеров в стволах 1 и 2 (фиг. 1) соответствует максимальному запасу потенциальной энергии воды в стволе 2 и нулевому в стволе 1. 3апас воды для рекуперации, который по объему должеч быть не меньше 1/4 от всего объема перекачиваемой воды по стволам, в это время находится в нижнем водосборнике 29, а в верхней аккумулирующей емкости 31 может находиться некоторый технологический резерв воды. Подвижная ось 48 качания коромысла 41 расположена строго по его середине.

При запуске установки с помощью рукояти 71 перекидочные привода обратного хода 65 и 60 выводят задвижки 22, 23, 27 и 28 из нейтрального (закрыты все каналы) положения. Причем при ручном перемещении рукояти 71 до отказа в одну сторону вода может поступать в ствол 2 и переливаться через сливной канал 32 в емкость 31, при этом привод перекачного цилиндра 13 почти целиком осуществляется рекуперационным цилиндром 24, который расходует резервную воду в емкости 31 и далее переливающуюся воду из ствола 2. Процесс может идти до понижения уровня воды в стволе 1 до всасывающего трубопровода 21.

Поворот рукояти 71 в обратную сторону переключает гидроцилиндры 60 и 65 на обратное стационарное положение, перекидывающее рычаги всех задвижек в обратную

1224236

5 сторону. Вода поступает через трубопровод 20 в одну из полостей цилиндра 13, а из второй полости отработанная вода с минимальной энергией, превышающей статическое противодавление поднимающегося уровня, поступает через трубопровод 21 в ствол 1. Цилиндр 13 развивает максимальную мощность в начальный момент, которая передается через коромысло 41 на штоки цилиндра-рекуператора 24. Г1оскольку на глубоких стволах на штоках 15 могут развиваться весьма большие усилия, предусматривается их работа только на растяжение в строго отвесном положении с помощью кольцевой гибкой (многоканатной) связи 38 через шкивы 39 и 40. Кроме того, эти связи надежно удерживают коромысло

41 от линейных смещений при подвижке оси 48 качания.

Большие объемы перекачиваемой воды при ограничении скорости потоков требуют выполнения цилиндров 13 и 24 большими диаметрами и объемами. Это в свою очередь создает проблему надежности уплотнения между поршнями и стенками цилиндров.

Проблема решена с помощью цилиндрической эластичной плавающей рубашки 16, которая обеспечивает нужную степень герметизации без износа поршня и стенок. Одновременно сама рубашка с минимальным трением плавает в гидростатически уравновешенной при любых напорах среде на вязком масле, а перетекание некоторого количества масла через зазор в районе обода поршня из полости высокого давления в полости низкого давления должно рассчитываться таким образом, чтобы создавалась постоянная масляная подушка на контакте поршня с цилиндром, что весьма благоприятно сказывается на износостойкости самой эластичной рубашки в зоне обода поршня.

Второй цилиндр-рекуператор 24 при равных плечах коромысла завлекается последним в работу с одинаковой амплитудой, как и перекачной цилиндр 13.

При определенном положении задвижек

27 и 28 вода всасывается из водосборника 29 по трубопроводу 25 и поднимается на IIoверхность в емкость 31, т.е. энергия столба жидкости в стволе 2 переходит в потенциальную энергию воды, поднятую на определенную высоту. С понижением уровня воды в стволе 2 мощность цилиндра 13 уменьшается, и чтобы подать воду реку ператором на ту же высоту постепенно меняется соотношение плеч коромысла 41, причем амплитуда левого конца его (по чертежу) постоянная, а правого может уменьшаться до нуля Это выполняется с помощью гидропривода и шестеренно-реечной системы подвижной опоры коромысла. Шестерни 50 и 51 перемещаются поступательно с шестерней 49 по рейкам 52 и 53, смонтированным на стенках станины 42, а

Г

iQ

Зо

40 шестерня 49 при этм фиксирует с помощью зубьев рейки 47 ось качания коромысла

41 с нужным в каждый период времени соотношением его плеч. По правилу разноплечего рычага цилиндр 24 обеспечивает нужный напор, но с меньшим линейным перемещением поршня, т.е. с меньшей производительностью.

На подходе контейнеров к срединной отметке в стволах амплитуда правого конца коромысла приближается к нулю. В этот момент зацеп 70 достигает концевого переключателя 73, который воздействует на гидрораспределитель 67, меняющий направление потока в цепи управления гидродвигателя

54 и привода обратного хода 65 одновременно. При этом хомут 74 имеет достаточный зазор, чтобы это переключение не воздействовало на двухходовой кран 75. В результате задвижки 27 и 28 оказываются переключенными на обратный поток воды, а открывание и закрывание каналов, связанHbIx с полостями в новой обратной последовательности, выполняет стационарная система из тяги 60, в которой сработавший привод, например гидроцилиндр 65, является последовательным продолжением тяги 66 до двухп.лечего рычага 59.1, рычага 59.1, толкателя 62 с ограничительным упорным пальцем 63 в прорези хомута 64, который смонтирован на левой равноамплитудной части коромысла 41. Для того, чтобы перекидка задвижек не могла изменять положение стационарной системы управления цилиндрами, двуплечий рычаг 59.1 имеет дополнительное сопротивление повороту, значительно превышающее сопротивление повороту спаренных задвижек 27 и 28. Этим сопротивлением может быть, например, тормозная подпружиненная колодка 61.1. Г1ереключение каналов полостей как прямого, так и обратного ходов, выполняется с помощью торцов прорези хомута 64, которые при качании коромысла в граничных положениях воздействуют через палец 63 на задвижки, Аналогичной по конструкции и работе и связанной жестко с предлагаемой системой является стационарная система управления перекачным цилиндром 13. Однако импульс для герекидки задвижек 22 и 23 для обратного хода здесь можно подать только отклонением рукояти 71 ручного управления на больший угол, чем это выполняется в автоматическом режиме зацепом 70 и концевым переключателем 79. Блокировка двухходового крана 75 и гидрораспределителя 67 с помощью, например, хомута с зазорами целесообразна для оперативного вмешательства машиниста в ходе подъема, чтобы одновременной перекидкой всех четырех задвижек (22, 23, 27 и 28) либо остановить подьем, либо при необходимости вернуть сосуды в исходное положение.

1224236

Расход энергии на преодоление гидравлических местных сопротивлений и подъем груза с горизонта на поверхность, который может превышать спускаемый вторым контейнером груз, осуществляет постоянно действующая насосная станция 30, которая во время работы гидроустановки перекачивает воду из водосборника 29 на верхний энергетический уровень в емкость 31.

Станция 30 работает в паузах между подъемами, может работать при подъеме-спуске равного груза или когда спускаемый груз тяжелее поднимаемого для создания резерва привода перекачки, который практически зависит только от емкости водосборника 29.

Этим достигается снижение установленной мощности станции по сравнению с известной установкой, в которой мощность станции постоянна и связана со строго порционной откачкой воды во время работы гидротранспортной установки.

Сливы 32 в комплексе с насосной системой 33, 34 и 35 работают при работе контейнеров разной загрузки. Для того, чтобы порожний или легкогруженный контейнер мог быть установлен на нижний пункт

6, а груженный контейнер во втором стволе одновременно прижат к верхнему пункту 5, необходимо дополнительно перекачать некоторый объем воды со сливом его в емкость

31. Возврат этого об ьема воды в кругооборот подъема стволов осуществляет насосная система 33, 34 и 35 при подходе бывшего порожнего контейнера к пункту 5.

Предлагаемая система гидротранспорта одновременно позволяет рекуперировать энергию при спуске более тяжелых грузов, чем при подъеме, что имеет место на вспомогательных подъемах. Поэтому наиболее эффективно применение установки в качестве вспомогательного шахтного подъема.

В комплексе с известной рудовыдачной гидротранспортной установкой, предлагаемая установка полностью обеспечивает жизнедеятельность глубокого подземного рудника по шахтоподъемному транспорту.

Установка не ограничивает спускаемый груз по габаритам и весу, безопасна для спуска-подъема людей, более безопасна, чем прототип по условиям аварийного прорыва воды на горизонт, снабжена более надежными и легкими контейнерами, у которых понтоны не испытывают давления воды более 2 — 3 кгс/см- .

1224236

Фиг Г

6У 7, А фуа 5

ФУ2 4

75 И й

Я 67

Со с та в и тел ь Е. Гу ч ко ва

Редактор Т. Митейко Техред И. Верес Корректор Е. Рошко

Заказ 1883/20 Тираж 799 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП .«Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

$/