Сегментный затвор с гидравлическим приводом Российский патент 2023 года по МПК E02B7/42 

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений, а именно к сегментным затворам, приводимые во вращение гидроприводом.

Известна электрогидравлическая система привода двухстворчатых ворот судоходного шлюза RU 2496940 C1, опубл. 27.10.2013, содержащая два поршневых силовых гидроцилиндра, каждый из которых кинематически через свой шток соединен с одной створкой ворот и подпоршневая полость которого подключена к нагнетательной линии насоса с приводом его от электродвигателя, причем насос подключен входом к баку питания, каждая створка ворот снабжена датчиком ее положения, а электродвигатель привода насоса подключен к электронному блоку управления, отличающаяся тем, что надпоршневая полость силового гидроцилиндра подключена к второй нагнетательной линии второго насоса с приводом его от второго электродвигателя, вход второго насоса подключен к баку питания, на первой и второй нагнетательных линиях установлены датчики давления, подключенные к электронному блоку управления, первый и второй электродвигатели подключены каждый к электронному блоку управления через свой частотный преобразователь, а датчик положения каждой створки ворот установлен на штоке поршня соответствующего силового гидроцилиндра и подключен к электронному блоку управления.

Недостатком данного технического решения является наличие дополнительных насоса, электродвигателя и частотного преобразователя, что усложняет конструкцию привода и управление им, а также снижает надежность работы системы. Для обеспечения безаварийной работы насоса в режиме гидромотора возникает необходимость установки обратимых насосов. Ухудшается отработка динамических возмущений от нагрузки из-за большой инерционной составляющей подвижных частей электропривода, что приводит к нестабильной скорости движения двухстворчатых ворот. Применение силового гидроцилиндра в качестве исполнительного гидродвигателя створки ворот ухудшает динамические характеристики привода из-за наличия повышенного объема рабочей жидкости в гидросистеме необходимого для работы гидроцилиндра, что в свою очередь увеличивает постоянную времени привода зависящую от сжимаемости рабочей жидкости.

Известен частотно-управляемый гидропривод для гидротехнического затвора RU 2435991 C1, опубл. 10.12.2011, содержащий асинхронный двигатель с подключенным к его входу частотным преобразователем, подключенный к двигателю объемный насос и напорный трубопровод с фильтром и запорной арматурой, подающий рабочую жидкость под поршень гидроцилиндра, а также подключенный к насосу бак питания насоса, к которому подведен сливной трубопровод с предохранительным клапаном, подключенный к напорному трубопроводу между запорной арматурой и гидроцилиндром, причем шток гидроцилиндра осуществляет перемещение гидротехнического затвора, а с целью повышения точности позиционирования затвора и контроля его скорости и положения, гидропривод снабжен инкрементальным энкодером, закрепленным на штоке гидроцилиндра, линейным абсолютным энкодером, также закрепленным на штоке гидроцилиндра, и промышленным программируемым контроллером, ко входам которого подключены выходы линейного абсолютного и инкрементального энкодеров и выход сенсорного терминала, а выход контроллера подключен ко входам частотного преобразователя и промышленного терминала.

Недостатком данного технического решения является применение силового гидроцилиндра в качестве исполнительного гидродвигателя затвора, ухудшает динамические характеристики привода из-за наличия повышенного объема рабочей жидкости в гидросистеме необходимого для работы гидроцилиндра, что в свою очередь увеличивает постоянную времени привода. Отсутствует возможность работать с попутными нагрузками, что ухудшает качество управления гидротехническим затвором, а именно снижает точность позиционирования, стабильность поддержания постоянной скорости и возможность работать на околонулевых скоростях. Наиболее близким аналогом, принятый за прототип, является сегментный затвор, авторское свидетельство №658211, опубл. 25.04.1979, включающий диски, связанные между собой пролетным строением, ось и гидроцилиндр, установленный на основании, отличающийся тем, что с целью упрощения эксплуатации, диски снабжены дополнительными осями, гидроцилиндр закреплен на основании шарнирно и соединен с одной из осей.

Недостатком данного технического решения является применение силового гидроцилиндра в качестве гидродвигателя сегментного затвора, что увеличивает количество рабочей жидкости в гидросистеме при выдвижении штока, тем самым ухудшается жесткость гидропривода и его динамика работы в целом, из-за увеличения постоянной времени, характеризующейся сжимаемостью рабочей жидкости. Ограниченный угол поворота сегментного затвора, обусловленный его кинематикой, существенно затрудняет его эксплуатацию и обслуживание.

Технической задачей изобретения является создание сегментного затвора с гидравлическим приводом, обладающим качественным управлением, способностью поддерживать заданную скорость вращения затвора, осуществлять его точное позиционирование в любом угловом положении, а также эксплуатацию сегментного затвора в рабочем и в технологическом режимах без проведения дополнительных монтажных работ.

Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи, заключается в реализации сегментного затвора с гидравлическим приводом, содержащего сегментный затвор, приводимый в движение гидромотором, скорость которого изменяет регулируемый насос с реверсивным потоком и электрогидравлическим механизмом управления, управляемый блоком управления регулируемым насосом по командам от прибора управления, при этом в управлении введены обратная связь по скорости вращения сегментного затвора, обратная связь по углу положения сегментного затвора, корректирующая связь по перепаду давления в гидролиниях высокого давления, а также корректирующая связь по перепаду уровня воды на сегментном затворе.

Сущность изобретения заключается в том, что сегментный затвор с гидравлическим приводом содержит сегментный затвор, приводной электродвигатель с аппаратурой пуска, регулируемый насос с реверсивным потоком оснащенный электрогидравлическим механизмом управления. Гидропривод сегментного затвора снабжен гидромотором, который приводит в движение сегментный затвор, прибором управления, блоком управления регулируемым насосом, датчиками скорости вращения и углового положения вала сегментного затвора, а также датчиком перепада давления, установленного в гидролиниях высокого давления.

Гидромотор и регулируемый насос с реверсивным потоком сообщены между собой гидролиниями высокого давления, а прибор управления, блок управления регулируемым насосом, электрогидравлический механизм управления, датчики перепада давления, скорости вращения и углового положения вала сегментного затвора соединены между собой аналоговыми и цифровыми электрическими линиями связи.

Для обеспечения движения с заданной скоростью введена обратная связь по скорости вращения сегментного затвора, последняя измеряется датчиком скорости вращения вала сегментного затвора, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом.

Для обеспечения приведения затвора в заданное положение введена обратная связь по углу положения сегментного затвора, последняя измеряется датчиком углового положения вала сегментного затвора, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом. Для обеспечения требуемых динамических характеристик введена корректирующая связь по перепаду давления в гидролиниях высокого давления, последний измеряется датчиком перепада давления, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом. Установлен датчик перепада уровня воды на сегментном затворе для стабилизации динамических характеристик при изменении нагрузки, сигнал с которого в качестве корректирующей связи по перепаду уровня воды на сегментном затворе поступает в блок управления регулируемым насосом. С целью уменьшения влияния инерционной составляющей нагрузки, гидромотор может быть соединен с сегментным затвором через редуктор. Изменение скорости и направления вращения затвора осуществляется регулируемым насосом с реверсивным потоком.

На фиг. 1 изображена схема электрогидравлическая функциональная сегментного затвора с гидравлическим приводом. Сегментный затвор с гидравлическим приводом, содержит сегментный затвор 1, приводной электродвигатель с аппаратурой пуска 2, регулируемый насос с реверсивным потоком 3 и электрогидравлическим механизмом управления 4, гидролинии высокого давления 5, гидромотор 6, который приводит во вращение сегментный затвор 1, прибор управления 7, блок управления регулируемым насосом 8, датчики скорости вращения 9 и углового положения 10 вала сегментного затвора 1, а также датчик перепада давления 11, установленного в гидролиниях высокого давления 5 и датчик перепада уровня воды на сегментном затворе 12.

Для обеспечения движения сегментного затвора 1 с заданной скоростью введена обратная связь по скорости вращения сегментного затвора 13, последняя измеряется датчиком скорости вращения вала сегментного затвора 9, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом 8.

Для обеспечения приведения сегментного затвора 1 в заданное положение введена обратная связь по углу положения сегментного затвора 14, последняя измеряется датчиком углового положения вала сегментного затвора 10, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом 8.

Для обеспечения требуемых динамических характеристик привода сегментного затвора 1 введена корректирующая связь по перепаду давления 15 в гидролиниях высокого давления 5, последний измеряется датчиком перепада давления 11, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом 8.

Для стабилизации динамических характеристик привода сегментного затвора 1 при изменении нагрузки введена корректирующая связь по перепаду уровня воды на сегментном затворе 16, последний измеряется датчиком перепада уровня воды 12, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом 8.

Для уменьшения влияния инерционной составляющей нагрузки, гидромотор 6 может быть соединен с сегментным затвором 1 через редуктор 17.

Сегментный затвор с гидравлическим приводом работает следующим образом.

Сегментный затвор с гидравлическим приводом имеет режимы работы:

- работа с заданной скоростью вращения затвора;

- отработка заданного угла положения затвора.

С прибора управления 7 подается сигнал запуска на приводной электродвигатель с аппаратурой пуска 2, который приводит во вращение регулируемый насос с реверсивным потоком 3, при этом электрогидравлический механизм управления 4 настроен на нулевую подачу, что соответствует разгруженному состоянию привода. Для работы в режиме заданной скорости вращения затвора прибор управления 7 задает требуемую скорость вращения сегментного затвора 1, сигнал которой поступает в блок управления регулируемым насосом 8, где совместно с сигналом обратной связи по скорости вращения сегментного затвора 13, сигналами корректирующих связей по перепаду давления в гидролиниях высокого давления 15 и по перепаду уровня воды на сегментном затворе 16 формируется сигнал управления электрогидравлическим механизмом управления 4, который соответственно устанавливает подачу регулируемого насоса с реверсивным потоком 3. При этом обратная связь по углу положения сегментного затвора 10 не используется. Регулируемый насос с реверсивным потоком 3 подает по гидролиниям высокого давления 5 рабочую жидкость в соответствующую заданному направлению вращению полость гидромотора 6, приводя его во вращение. Далее рабочая жидкость от гидромотора 6 по гидролиниям высокого давления 5 поступает во всасывание регулируемого насоса с реверсивным потоком 3.

Для работы в режиме отработки заданного угла положения затвора прибор управления 7 задает требуемый угол положения сегментного затвора 1, сигнал которого поступает в блок управления регулируемым насосом 8, где совместно с сигналами обратной связи по углу положения сегментного затвора 14 и в качестве корректирующей обратной связи по скорости вращения сегментного затвора 13 формируется сигнал управления электрогидравлическим механизмом управления 4, который соответственно устанавливает подачу регулируемого насоса с реверсивным потоком 3, который в свою очередь приводит во вращение гидромотор 6. Настоящее изобретение обеспечивает качественное позиционирование и удержание сегментного затвора в любом угловом положении с заданной точностью. Обладает управляемостью сегментным затвором с учетом перепада уровня воды на нем.

Изобретение относится к области гидротехнических сооружений, а именно к сегментным затворам, приводимым во вращение гидроприводом. Сегментный затвор с гидравлическим приводом содержит сегментный затвор, приводной электродвигатель с аппаратурой пуска, регулируемый насос с реверсивным потоком, гидролинии высокого давления. Сегментный затвор приводится во вращение гидромотором, скорость и направление которого обеспечивается расходом рабочей жидкости насоса. Регулируемый насос снабжен электрогидравлическим механизмом управления и управляется блоком управления регулируемым насосом. Управление затвором осуществляется прибором управления, который задает угол положения и скорость вращения сегментного затвора блоку управления регулируемым насосом. В блок управления регулируемым насосом введены обратные связи по скорости вращения и углу положения сегментного затвора, а также корректирующие связи по перепаду давления в гидролиниях высокого давления и перепаду уровня воды на сегментном затворе. Сигналы обратных связей поступают соответственно с датчиков скорости вращения и углового положения вала сегментного затвора, а также корректирующие связи соответственно с датчика перепада давления, установленного в гидролиниях высокого давления и датчика перепада уровня воды на сегментном затворе. Изобретение обеспечивает качественное позиционирование и удержание сегментного затвора в любом угловом положении с заданной точностью. Обладает управляемостью сегментным затвором с учетом перепада уровня воды на нем. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Сегментный затвор с гидравлическим приводом, содержащий сегментный затвор, приводной электродвигатель с аппаратурой пуска, регулируемый насос с реверсивным потоком и электрогидравлическим механизмом управления, отличающийся тем, что гидропривод сегментного затвора снабжен гидромотором, который приводит во вращение сегментный затвор, прибором управления, блоком управления регулируемым насосом, датчиками скорости вращения и углового положения вала сегментного затвора, а также датчиком перепада давления, установленного в гидролиниях высокого давления, при этом гидромотор и регулируемый насос с реверсивным потоком сообщены между собой гидролиниями высокого давления, а прибор управления, блок управления регулируемым насосом, электрогидравлический механизм управления, датчики перепада давления, скорости вращения и углового положения вала сегментного затвора соединены между собой аналоговыми и цифровыми электрическими линиями связи.

2. Сегментный затвор по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения движения с заданной скоростью введена обратная связь по скорости вращения сегментного затвора, последняя измеряется датчиком скорости вращения вала сегментного затвора, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом.

3. Сегментный затвор по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения приведения затвора в заданное положение введена обратная связь по углу положения сегментного затвора, последняя измеряется датчиком углового положения вала сегментного затвора, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом.

4. Сегментный затвор по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения требуемых динамических характеристик введена корректирующая связь по перепаду давления в гидролиниях высокого давления, последний измеряется датчиком перепада давления, сигнал с которого поступает в блок управления регулируемым насосом.

5. Сегментный затвор по п. 1, отличающийся тем, что установлен датчик перепада уровня воды на сегментном затворе для стабилизации динамических характеристик при изменении нагрузки, сигнал с которого в качестве корректирующей связи по перепаду уровня воды на сегментном затворе поступает в блок управления регулируемым насосом.

6. Сегментный затвор по п. 1, отличающийся тем, что с целью уменьшения влияния инерционной составляющей нагрузки, гидромотор может быть соединен с сегментным затвором через редуктор.