Hасосна станція

Изобретение относится к насосостроению, в частности к насосным станциям механизированных крепей, используемых преимущественно в угольной промышленности. Известны насосные станции механизированных крепей отечественных и зарубежных фирм, включающие поршневые насосы с кривошмпно-ша-тунпым приводом /I/. Общими недостатками этих насосных станций являются: 1. Конструктивная сложность привода насосов; 2. Сложность устройств регулирования режима работы станции; 3. Значительная металлоемкость и трудоемкость изготовления. Известны насосы, выполненные в виде гидропреобразователей давлении (мультипликаторов) двойного (непрерывного) действия. Приводной гидроцилиндр этих насосов реверсируется гидрораспределителем, управление которым осуществляется механическим, электрическим или гидравлическим приводом питающимся от гидролинии, соединенной с входом в гидрораспределитель. Известные конструкции насосных станций, выполненных с такими насосами не обеспечивают получение показателей, необходимых дли работы в составе механизированных крепей/2/. Известны насосы с клапанным распределением, в которых используются гидравлические цилиндры для воздействия на клапан всаса с целью изменения режима работы насоса /3/. Недостатком этих насосов является наличие пружины, которая в насосах, работающих с подачей и давлением насосной станции механизированной крепи, должна воспринимать усилия порядка 15 000 - 20 000 Н. -Такая пружина требует значительных затрат при ее изготовлении, а также существенно усложняет и увеличивает весь узел гидроцилиндра. Известны устройства для подачи смазки в зону работы уплотнения, выполненные в виде гидравлического цилиндра, встроенного в поршень гидропневмоаккумугулятора /I, с. 139/, Одна поршневая полость этого гидроцилиндра сообщается с полостью, в которой находится сжатый газ, а противоположная поршневая полость заполнена смазкой й соединена с полостью, в которой установлены уплотнения рабочего поршня гидропневмоаккумулятора. Недостатком известного устройства для подачи сказки является невозможность создать в полости уплотнений давления выше давления в рабочей камере гидропневмоаккумулятора. Наиболее близкой к предлагаемой насосной станции по технической сущности и достигаемому результату является насосная станция СНТ32, включающая поршневой насос клапанного распределения с кривошипно-шатунным приводом, центробежный насос, выход которого соединен с входом поршневого насоса, бак с рабочей жидкостью электродвигатели поршневого и центробежного насосов, аппаратуру управления и гидро-пневмоаккумуляторы /5/. Ледостатками насосной станции типа СНТ32 являются: 1. Характеристика насосной станции определяется характеристикой поршневого насоса, производительность насосной станции практически постоянна при различном давлении в сети, вплоть до достижения значений, когда в работу вступает защитная аппаратура. Как известно /I/, при работе механизированной крепи большую часть времени гидравлическая система крепи потребляет незначительную часть номинальной додачи насоса при относительно высоком давлении. Такое сочетание свойств насосной станции и крепи приводит к нерациональному использованию установленной мощности привода, а также к необходимости использования сложной регулирующей аппаратуры. 2. Конструктивная сложность привода поршневого насоса приводит к большому количеству сложных, высокоточных деталей (подшипники, зубчатые колеса, смазочный насос и привод к нему, шатуны, корпус редуктора и т.д.), высокой трудоемкости изготовления, большой металлоемкости, снижает надежность станции. 3. Неравномерность движения звеньев кривошипно-шатунного механизма вызывает инерционные нагрузки, пульсацию давления и подачи насосной станции, для сглаживания которых необходимо устанавливать гидропневмоаккумуляторы значительной емкости. 4. При отказе предохранительных устройств станции в приводе могут возникать существенно большие нагрузки. Теоретически, если не учитывать реальную жесткость деталей, при прохождении кривошипношатунным механизмом "мертвых" положений нагрузки в приводе могут достигать бесконечно больших величин, что снижает надежность насосной станции. 5. Ограниченные ход и диаметр плунжеров, которые может обеспечить кривошипно-шатунный механизм в шахтном исполнении привода, когда габаритные размеры привода жестко ограничены, не позволяют существенно снизить частоту циклов работы поршневого насоса и увеличить диаметр плунжеров, что могло бы увеличить надежность, станции. 6. Наличие в приводе поршневого насоса редуктора и кривошипно-шатунного механизма отрицательно влияет на шумовые характеристики насосной станции. В основу изобретения поставлена задача: насосную станцию механизированной крепи, путем выполнения поршневого насоса в виде гидропреобразователя давления с приводом от центробежного насоса, обеспечить характеристикой (зависимостью подачи от давления), соответствующей режиму работы механизированной крепи, уменьшением коэффициента трения в уплотнениях и упрощением конструкции системы регулирования. Сущность изобретения заключается в том, что в известной насосной станции, включающей поршневой насос с клапанным распределением и центробежный насос, выход которого соединен с поршневым насосом, поршневой насос выполнен в виде гидропреобразователя давления двойного (непрерывного) действия, у которого приводной гидроцилиндр запитая от центробежного насоса. Рабочая жидкость от центробежного насоса подается в приводной гидроцилиндр гидропреобразователя давления через гидрораспределитель, управление которым осуществляется от напорной магистрали гидропреобразователя давления через гидрораспределитель, управляемый воздействием поршня приводного гидроцилиндра. Такое исполнение насосной станции обеспечивает достижение следующих технических результатов: 1. Характеристика насосной станций определяется характеристикой центробежного насоса, в отличие от прототипа, имеющего жесткую характеристику, определяемую характеристикой поршневого насоса. Это позволяет получить большие подачи насосной станции при малых давлениях и наоборот (малые подачи при больших давлениях) без использования сложной регулирующей аппаратуры. При такой характеристике насосной станции существенно повышается, по сравнению с прототипом, скорость крепления лавы и более рационально используется установленная мощность электропривода. 2. Защита от поломок деталей насосной станции обеспечивается тем, что центробежный насос не способен создавать давление больше давления, определяемого его характеристикой, даже при полной остановке приводного гидроцилиндра гидропреобразователя (режим работы центробежного насоса на закрытую задвижку). Поэтому отпадает необходимость устанавливать сложные устройства (предохранительные клапаны и т.д,), как это делается в прототипе для защиты от поломок деталей. 3. Привод поршней насоса от гидроцилиндра, в отличие от криво-шипно-шатунного привода, позволяет обеспечить значительно большие величины хода и диаметра плунжеров. При этом достигается существенное снижение частоты циклов работы поршневого насоса и соответственно частоты циклов срабатывания клапанов всаса и нагнетания. Существенно снижается линейная скорость в сопряжениях уплотнений с плунжерами, 1ак, например, увеличение хода плунжера до 800мм и его диаметра до 100мм снижает, по сравнению с прототипом, частоту циклов приблизительно в 100 раз. При этом обеспечиваются габаритные размеры насосной станции, приемлемые для работы в шахтных условиях. Уменьшение частоты циклов и линейной скорости позволяет значительно увеличить ресурс и показатели безотказности насосной станции, уменьшить пульсацию подачи и давления. 4. Достаточен один приводной электродвигатель вместо двух в прототипе. 5. Значительно уменьшаются инерционные нагрузки в приводе поршневого насоса, отсутствует возможность возникновения существенно больших нагрузок, которые могут возникнуть в прототипе при прохождении кривошипно-шатунным механизмом “мертвых” положений. Соединение полостей управления гидрораспределителя, реверсирующего приводной гидроцилиндр гидропреобразователя двойного действия, с выходом (напорной магистралью) гидропреобразователя позволяет существенно, по сравнению с известными конструкциями, повысить четкость, надежность работы реверсирующего гидрораспределителя. В частном случае насосная станция оснащена гидроцилиндром, штоковая полость которого заполнена жидкой или консистентной смазкой, поршневая полость этого гидроцилиндра соединена с рабочей камерой преобразователя давления (мультипликатора), а штоковая - с полостями, в которых установлены уплотнения подвижных частей преобразователя давления (мультипликатора). При работе насосной станции, как правило, используется в качестве рабочей жидкости водная эмульсия и наличие в полостях уплотнений смазки под давлением, превышающим давление эмульсии, вязкость которой существенно меньше вязкости смазки, уменьшает вероятность утечки эмульсии. Кроме того, наличие смазки значительно снижает, по сравнению с водной эмульсией, коэффициент трения. По данным, приведенным в /4/, сила трения манжет в масляной среде в 2 - 4 раза меньше, чем в присутствии водной эмульсии. Это повышает механический КЦД преобразователя давления (мультипликатора) и ресурс трущихся деталей. Во втором частном случае исполнения насосной станции, она выполнена с гидроцилиндром, установленным под клапаном всаса соосно с клапаном. Гидроцилиндр снабжен поршнем-толкателем, который взаимодействует с торцом клапана всаса при выдвижений поршня-толкателя. Одна полость гидроцилиндра соединена с под клапанной полостью клапана всаса. Отличительным признаком является то, что насосная станция снабжена гидроаппаратом, переключаемым давлением в напорной магистрали насосной станции и связывающим вторую полость гидроцилиндра с напорной магистралью преобразователя давления (мультипликатора) и Ливией слива, при этом поршень-толкатель установлен относительно клапана всаса на расстоянии, обеспечивающем при выдвижении поршня-толкателя его взаимодействие с клапаном всаса и образование зазора между клапаном всаса й его седлом, Гидроцилиндр установлен с возможностью регулирования зазора между клапаном всаса и его седлом. Технический результат, достигаемый таким исполнением станции, заключается в том, что при достижении в напорной линии преобразователя предельного давления, образующийся зазор между клапаном всаса и его седлом обеспечивает истечение рабочей жидкости из рабочей камеры плунжера преобразователя давления (мультипликатора) при предельном давлении. При этом производительность центробежного насоса, в соответствии с характеристикой центробежного насоса, падает в 3 - 4 раза, значительно уменьшается (в несколько раз) потребляемая центробежным насосом электроэнергия и преобразователь давления (мультипликатор) переходит в "дежурный" режим работы с малой производительностью при предельном давлении. Такой режим позволяет восполнить утечки в гидросистеме крепи й предотвратить перегрев рабочей жидкости в центробежном насосе благодаря непрерывной ее циркуляции в гидросистеме станции. Наличие управляющего гидроаппарата позволяет существенно упростить конструкцию гидропреобразователя двойного действия (не нужна мощная пружина). На фигуре показана насосная станция механизированной крепи. Приводной гидроцилиндр I своим поршнем 2 связан с плунжерами 3 и 4, расположенными з корпусах 5 и 6 рабочих камер 7 и 8. Рабочие камеры 7 и 8 отделены от полостей приводного гидроцилиндра I уплотнениями 9 и 10. Рабочие камеры 7 и 8 соединены с блоками клапанов 11 й 12, в которых размещены клапаны всаса 13 и 14 и клапаны нагнетания 15 и 16. Под клапанами всаса 13 и 14 размещены гидроцилиндры 17 и 18 с поршнямитолкателями 19 и 20. Гидроцилиндры 17 и 18 установлены в блоках клапанов 11 и 12 с возможностью регулирования их положения относительно клапанов всаса 13 и 14. Полости гидроцилиндров 17 и 18 расположенные со стороны клапанов всаса 13 и 14, соединены с подклапанными полостями этих клапанов. Противоположные полости гидроцилиндров 17 у 18 связаны через гидроуправляемый аппарат 21 с напорной линией насосной станции 22 и баком с рабочей жидкостью 23. Центробежный насос 24 своей напорной линией 25 соединен через гидроуправляемый гидрораспределитель 26 с полостями приводного гидроцилиндра І. Полости управления гидрораспределителя 26 соединены с гидрораспределителями 27 и 28, закрепленными на торцевых крышках приводного гидроцилиндра I. К гидрораспределителям 27 и 28 подведены напорная линия насосной станции 22 и линии слива рабочей жидкости в бак 23. На напорной линии насосной станции 22 установлен гидропневмоаккумулятор 26. Рабочие камеры 7 и 8 соединены с поршневыми полостями гидроцилиндров 30 и 31. Штоковые полости гидроцилиндров 30 и 31 заполнены жидкой или консистентной смазкой и соединены с полостями уплотнений 9 и 10. При включении центробежного насоса 24 рабочая жидкость через гидрораспределитель 26 нагнетается в одну из полостей приводного гидроцилиндра I, а из противоположной полости этого гидроцилиндра сдувается в бак 23. При этом поршень 2 перемещает плунжеры 3 и 4, один из которых вытесняет жидкость из рабочей камеры через нагнетательный клапан в напорную линию насосной станции 22. В это время в рабочую камеру противоположного плунжера рабочая жидкость нагнетается из напорной линии 25 центробежного насоса 24. В конце хода поршень 2, воздействуя на один из гидрораспределителей 27 или 28, переключает его. При этом соответствующая полость управления гидрораспределителя 26 соединяется с линией слива и гидрораспределитель 2Ь переключается. После этого цикл повторяется. В момент реверса приводного гидроцилиндра I давление в напорной линии насосной станции 22 поддерживается гидропневмоаккумулятором 29. При работе плунжеров 3 и 4 давление в рабочих камерах 7 и 8 создает в штоковых полостях гидроцилиндров 30 и 31 давление, пропорциональное соотношению площадей поршневых и штоковых полостей этих гидроцилиндров. Смазка из штоковых полостей гидроцилиндров 30 и 31 нагнетается в полости уплотнений 9 и 10, обеспечивая уменьшение сил трения уплотнений и защиту от утечек водной эмульсии. Так как давление смазки в полостях уплотнений 9 и 10 выше давления эмульсии в рабочих камерах 7 и 8, обеспечивается эффективное проникновение смазки в зоны контакта уплотнений 9 и 10 с плунжерами 3 и 4 и существенное уменьшение сил трения в этих зонах. При этом уменьшаются механические потери энергий и существенно увеличивается ресурс трущихся деталей, ари достижении в напорной линии 22. предельного значения срабатывает гидроуправляемый аппарат 21 и рабочая жидкость из напорной магистрали 22 попадает под поршни-толкатели 19 и 20 гидроцилиндров 17 и 18. Поршни-толкатели 19 и 20 приподнимают клапаны всаса 13 и 14 над седлом образуя щели, через которые жидкость вытесняется из соответствующей рабочей камеры при предельном давлении, а через вторую щель жидкость нагнетается в рабочую камеру центробежным насосом 24. При этом напор центробежного насоса 24 возрастает до предельного значения и в соответствии с характеристикой центробежного насоса в 3 - 4 раза уменьшается его подача и в несколько раз уменьшается потребляемая электродвигателем насоса электроэнергия. Насосная станция переходит в "дежурный" режим работы с малой производительностью, достаточной для восполнения утечек в гидросистеме крепи. Это качество насосной станции позволяет существенно уменьшить емкость гидропневмоаккумулятора.