- Tytuł:
-
Process characteristics of hydraulic legs equipped with safety valves at dynamic load caused by a mining tremor
Charakterystyki pracy stojaków hydraulicznych z zaworami bezpieczeństwa przy obciążeniu dynamicznym wywołanym wstrząsem górotworu - Autorzy:
- Pytlik, A.
- Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/219744.pdf
- Data publikacji:
- 2015
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
powered roof support
individual roof support
hydraulic legs
bypass valves
safety valves
capacity
obudowa zmechanizowana
obudowa indywidualna
stojaki hydrauliczne
zawory przelewowe
zawory bezpieczeństwa
dynamiczna przepustowość pasażerska portu lotniczego - Opis:
-
The article presents process characteristics of hydraulic legs, a powered roof support and an individual roof support that are equipped with pressure relief valves and additional safety valves protecting the legs against dynamic loads caused by mining tremors. A two-telescopic hydraulic leg 330 type was tested using dynamic pile testing, equipped with a valve bank with pressure relief valve and an additional safety valve. The tests included the following models of safety valves described in references (Gwiazda, 1997; Irresberger et al., 2008) : slide-piston with a roller spring, seat-cone with gas spring, slide-piston with a roller spring, two-stage valve (a control valve and a main valve connected in one support). Using pressure charts in time function it is possible to determine how fast the amplitudes of pressure increase with the h height of a ram increase, thereby, Ek kinetic energy of ram’s stroke and p momentum impacting the leg equipped with the valve. Maximum pressure in the leg with the slide-piston valve raised to 64 MPa (with impact mass drop at h = 0.25 m) up to 129 MPa (h = 0.3 m) i.e. by 100%. Pressure increase to pmax = 158 MPa was noted during a test of the slide-piston leg equipped with the valve and with a drop of h = 0.5 m This poses a great hazard that can destroy the valve and therefore cause a loss of load-bearing capacity. Conducted research of SHC hydraulic legs of an individual roof support showed that (Pytlik & Pacześniowski, 2012; Pytlik & Rabsztyn, 2011) quick relief valves had higher efficiency than standard valves mounted in SHC legs, which resulted in lower pressure in the leg by 7 MPa. It has an essential importance for stability of leg’s cylinder and its sealing. The test of the leg with a valve battery was based on its dynamic load impacted by a ram (impact mass) of m1 = 4,000 kg relieved at the leg placed between a cross-bar of m2 = 3,300 kg and post’s foundation. Recording of p pressure of the fluid in its space under piston was made with sampling frequency of 9.6 kHz, Moreover, the research also included test of the same type of SHC leg with BZG-2FS battery (equipped with gas spring) using ram’s mass of m1 = 2,0000 kg and the cross-bass of m2 = 6,600 kg. The leg transferred the load, stroke type, of Ek = 29,5 kJ kinetic energy without any damages. A time-lapse analysis of photos showing the opening moment of the safety valve indicated that its opening had taken place 8 ms after the moment when the leg was impacted and indicated propagation of the hydraulic fluid stream’s front with maximum velocity of about 60 m/s, and maximum momentary intensity of fluid flowing through a bypass valve amounted to Qcmax = 683 l/min. The tests of work characteristics of safety valves (Pytlik, 2013, 2014) included valves with M40×2 terminal thread of the following designs: slide-piston – with three rows of fluid outlets, slide-piston – with two rows of fluid outlets, seat-cone – with a single row of fluid outlets. The tests of valves were conducted on the basis of capacity research methodology based on fluid increase of fluid stream caused by mass stroke impacting the leg equipped with the valve, up to twice the working pressure adjusted value of the valve. Such test simulates dynamic load of the hydraulic leg with the valve during mining tremors. Tests results of capacity and valve opening time may be used to determine yielding of an individual powered roof support and to optimize valve construction in order to improve capacity and working time. On the basis of carried out research concerning momentary intensity of Qc flow of safety valves with M40×2 terminal, it may be stated that the valves are characterised by a high level of capacity, presented on charts, and short working time – 3 up to 5 ms. The best technical parameters had a prototype seat-cone valve.
W artykule przedstawiono charakterystyki pracy stojaków hydraulicznych, obudowy zmechanizowanej i indywidualnej, wyposażonych w zawory przelewowe oraz dodatkowe zawory bezpieczeństwa chroniące stojaki przed przeciążeniami dynamicznymi spowodowanymi wstrząsami górotworu. Badaniom przy obciążeniu dynamicznym, w kafarowym stanowisku badawczym, poddano dwuteleskopowy stojak hydrauliczny 320, wyposażony w stojakowy blok zaworowy z zaworem przelewowym oraz dodatkowym zaworem bezpieczeństwa. W badaniach wykorzystano zawory bezpieczeństwa opisane w literaturze (Gwiazda, 1997; Irresberger i in., 2008) o konstrukcji: suwakowo-tłokowej ze sprężyną walcową, gniazdowo-stożkowej ze sprężyną gazową, suwakowo-tłokowej ze sprężyną walcową, zaworu dwustopniowego (zawór sterujący oraz zawór główny połączone w jednej obudowie). Na podstawie wykresów ciśnienia w funkcji czasu można określić jak szybko rosną amplitudy pików ciśnienia ze wzrostem wysokości h spadku bijaka, a tym samym energii kinetycznej Ek udaru bijaka i pędu p w stojak z zaworem. Maksymalne ciśnienie w stojaku z zaworem o konstrukcji suwakowo-tłokowej wzrosło z ciśnienia o wartości 64 MPa (przy wysokości spadku masy udarowej h = 0,25 m) do 129 MPa (przy h = 0,3 m) – tj. o 100%. Podczas badanie stojaka z zaworem o konstrukcji suwakowo-tłokowej, przy wysokości spadku h = 0,5 m stwierdzono wzrost ciśnienia do wartości pmax = 158 MPa. Stanowi to poważne zagrożenie zniszczenia konstrukcji zaworu, a tym samym utraty podporności przez stojak obudowy. Na podstawie analizy charakterystyk pracy p = f(t) zaworów bezpieczeństwa, obrazujących zmiany wartości ciśnienia w podtłokowej przestrzeni dwuteleskopowego stojaka hydraulicznego 320 podczas obciążania dynamicznego można stwierdzić, że jedynie zawory o konstrukcji suwakowo-tłokowej (z dwoma rzędami otworów wylotowych) oraz gniazdowo-stożkowej, pracowały prawidłowo podczas wszystkich prób i nie wykazywały pulsacji ciśnienia. W przypadku zaworów o konstrukcji suwakowo-tłokowej (z jednym rzędami otworów wylotowych) oraz dwustopniowej, stwierdzono znaczne pulsacje ciśnienia, których skutkiem może być cykliczne przerywanie strugi cieczy w wyniku drgań tłoczka podlegającego z jednej strony naciskowi sprężyny, a z drugiej strony naciskowi wywołanemu ciśnieniem cieczy na wlocie strugi cieczy do zaworu. W przypadku zaworu dwustopniowego, przyczyna pulsacji może być związana z różnymi stałymi czasowymi dwóch zaworów – sterującego i głównego – umieszczonych w jednej obudowie. Prowadzi to do opóźnienia otwarcia zaworu (Sosnica, 2008), co jest główną przyczyną tego, że zawory dwustopniowe wykazują w badaniach dynamicznych dłuższe czasy otwarcia od zaworów konstrukcji jednostopniowej. Stwierdzone zjawisko powstawania pulsacji ciśnienia może w znacznym stopniu przyczyniać się do obniżenia trwałości stojaka oraz hydraulicznych elementów sterowania sekcji obudowy zmechanizowanej, podczas jej pracy w wyrobisku ścianowym, gdzie obciążenie dynamiczne sekcji wynika nie tylko ze wstrząsów górotworu, ale i z technologii wydobycia. Przeprowadzone badania stojaków hydraulicznych typu SHC obudowy indywidualnej wykazały (Pytlik i Pacześniowski, 2012; Pytlik i Rabsztyn, 2011), że szybkoupustowe baterie zaworowe miały większą skuteczność działania od standardowych baterii montowanych w stojakach SHC, co skutkowało zmniejszeniem ciśnienia w stojaku o 7 MPa. Ma to istotne znaczenie dla wytrzymałości cylindra stojaka oraz jego uszczelnień. Badanie stojaka z baterią zaworową polegało na jego dynamicznym obciążeniu poprzez opuszczenie bijaka (masy udarowej) o masie m1 = 4000 kg na stojak rozparty w stanowisku pomiędzy trawersą o masie m2 = 3300 kg, a podstawą stanowiska. Rejestrację ciśnienia p cieczy w jego przestrzeni podtłokowej wykonywano z częstotliwością próbkowania 9,6 kHz, Przeprowadzono również badanie tego samego typu stojaka SHC z baterią typu BZG-2FS (ze sprężyną gazową) przy użyciu masy bijaka m1 = 20000 kg i trawersy o masie m2 = 6600 kg. Stojak przeniósł bez zniszczenia obciążenie o charakterze udarowym o wartości energii kinetycznej równej Ek = 29,5 kJ. Analiza poklatkowa zdjęć obrazujących moment otwarcia zaworu bezpieczeństwa wykazała, że jego otwarcie nastąpiło po czasie 8 ms od momentu obciążania stojaka oraz propagację czoła wypływającej strugi cieczy hydraulicznej z prędkością maksymalną ok. 60 m/s, a maksymalne chwilowe natężenie przepływu cieczy przepływającej przez zawór przelewowy wyniosło Qcmax = 683 l/min. Podstawowym środkiem zabezpieczającym sekcję obudowy zmechanizowanej podczas zjawisk sejsmicznych, indukowanych działalnością górniczą, jest zawór bezpieczeństwa ograniczający ciśnienie w stojakach i podporach hydraulicznych (Gwiazda, 1997; Jacobi, 1981; Klishin i Tarasik, 2002; Stoiński, 1998;). Głównymi parametrami zaworów bezpieczeństwa są czas jego otwarcia oraz przepustowość, która rozumiana jest jako objętościowe natężenie przepływu (Pospolita, 204) cieczy przepływającej przez zawór. Do badań charakterystyk pracy zaworów bezpieczeństwa (Pytlik, 2013; Pytlik, 2014), wytypowano zawory z przyłączem gwintowym M40×2 o następujących konstrukcjach: suwakowo-tłokowej – z trzema rzędami otworów wylotowych cieczy, suwakowo-tłokowej – z dwoma rzędami otworów wylotowych cieczy, gniazdowo-stożkowej – z jednym rzędem otworów wylotowych cieczy. Badania zaworów przeprowadzono na podstawie metodyki badań przepustowości, która polega na impulsowym wzroście ciśnienia strumienia cieczy, wywołanym udarem masy w stojak z zaworem, do wartości 2 krotności ciśnienia roboczego na które nastawiony jest zawór. Taki rodzaj badania symuluje obciążenie dynamiczne stojaka hydraulicznego z zaworem podczas zjawiska tąpnięcia. Wyniki badań przepustowości i czasu otwarcia zaworów mogą być wykorzystane do wyznaczania upodatnienia sekcji obudowy zmechanizowanej oraz do optymalizacji konstrukcji zaworów w celu poprawy przepustowości i szybkości działania. Na podstawie przeprowadzonych badań chwilowego natężenia przepływu Qc zaworów bezpieczeństwa z przyłączem M40×2 można stwierdzić, że zawory te posiadają dużą przepustowość, którą zobrazowano na wykresach oraz krótki czas działania – od 3 do 5 ms. Najlepszymi parametrami technicznymi wykazał się prototypowy zawór konstrukcji gniazdowo-stożkowej. - Źródło:
-
Archives of Mining Sciences; 2015, 60, 2; 595-612
0860-7001 - Pojawia się w:
- Archives of Mining Sciences
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł