Гидравлическая система управления шлюзом Российский патент 2025 года по МПК G21F7/00 

Изобретение относится к области атомной энергетики, в частности к системам управления шлюзом, обеспечивающим перемещение обслуживающего персонала и грузов из негерметичной зоны в герметичную и обратно.

Известна гидравлическая система управления шлюзом, включающая средства блокировки противоположной двери, открытия клапана выравнивания давления, разгерметизации двери и открытия двери, отличающаяся тем, что каждое средство выполнено в виде гидроцилиндра, штоком механически связанного со шлюзом и со штоком концевого клапана, сообщенного с напорным трубопроводом, и гидравлически связанного через дроссель с концевым клапаном, сообщенным со сливным трубопроводом, при этом трубопроводы функционально взаимозаменяемы, сообщены с атмосферой и подключены к источнику подачи сжатого воздуха через соответствующие электромагнитные клапаны, электрогидрораспределитель и гидронасос с пневмоприводом, связанные с баком с рабочей жидкостью через электромагнитный клапан, причем гидроцилиндр блокировки противоположной двери механически связан с концевым клапаном, последовательно подключенным к гидроцилиндру открытия клапана выравнивания давления, механически связанному с концевым клапаном, последовательно подключенным к гидроцилиндру разгерметизации двери, механически связанному с концевым клапаном, последовательно подключенным к гидроцилиндру открытия двери, кроме того, система дополнительно снабжена двумя органами управления ручного режима для негерметичной и герметичной зон. (RU 2485613 C1, кл. МПК G21F 7/005 опубл.20.06.2013).

Также известна гидравлическая система управления шлюзом, включающая установленные для каждой двери шлюза механизм герметизации, систему открытия и закрытия двери, клапан выравнивания давления и их приводы, в которых в качестве силовых устройств используют гидроцилиндры, связанные с соответствующими источниками управления и посредством гидролиний с источником давления в виде гидростанции, органы управления ручного режима для негерметичной и герметичной зон, содержащих насосы ручные, соединенные с ручными гидрораспределителями, обеспечивающими возможность открытия одной двери в шлюз и блокировки открытия другой, отличающаяся тем, что в состав системы дополнительно входят электромагнитные гидрораспределители, соединенные с гидростанцией для подачи и слива рабочей жидкости, роликовые гидрораспределители, установленные в негерметичной и герметичной зонах, каждый из которых в этих зонах соединен с соответствующим гидроцилиндром для открытия двери, герметизации двери, открытия клапана выравнивания давления с возможностью их переключения в зависимости от исполнения, при этом параллельно к каждому роликовому гидрораспределителю со стороны негерметичной зоны подключен кран шаровой ручной с возможностью обеспечения направления потока рабочей жидкости в обход вышедшего из строя гидрораспределителя, при этом на роликовых гидрораспределителях, соединенных с гидроцилиндрами для открытия дверей шлюза со стороны негерметичной и герметичной зон, установлены обратные клапаны с возможностью слива масла во время открытия дверей (RU 2635376 C1, кл. МПК G21F 7/00 опубл.13.11.2017).

Недостатком указанных систем является избыточное количество используемых в системе элементов, применяемых как в автоматическом так и в ручном режимах, неисправность которых ведет к отсутствию работоспособности системы, что приводит к снижению надежности работы всей системы.

К настоящему изобретению наиболее близким техническим решением из известных (прототипом) является гидравлическая система управления шлюзом, включающая установленные для каждой двери шлюза средство блокировки противоположной двери, клапан выравнивания давления, приводы механизма герметизации двери и открытия двери, в которых в качестве силовых устройств используют гидроцилиндры, связанные с соответствующими клапанами концевыми посредством трубопроводов с источником давления в виде гидростанции, отличающаяся тем, что для каждой двери средство блокировки противоположной двери и клапан выравнивания давления механически связаны с гидроцилиндром привода механизма герметизации двери, гидравлически связанного с клапаном концевым управления данным гидроцилиндром, и механически связанного с клапаном концевым управления гидроцилиндром привода двери, гидравлически связанного с клапаном концевым блокировки гидроцилиндров и с гидроцилиндром привода двери, гидравлически связанного с источником давления и механически связанного с клапаном концевым управления гидроцилиндром привода механизма герметизации двери, при этом в качестве средства блокировки противоположной двери используют клапан концевой блокировки гидроцилиндров. (RU 168166 U1, кл. МПК G21F 7/005, опубл.23.01.2017).

Существенным недостатком прототипа является сложность работы гидравлической системы управления в ручном режиме за счет избыточно разветвленной сети трубопроводов для осуществления передачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам, избыточного количества элементов системы управления в ручном режиме.

В известной системе для управления процессом шлюзования в ручном режиме используются две независимые гидростанции, состоящие из ручных гидрораспределителей и насосов с ручным управлением в количестве четырех штук – по два ручных гидрораспределителя и насоса на каждую дверь (снаружи шлюза и внутри шлюза). В связи, с чем возникает необходимость постоянного визуального контроля положение рукояток ручных гидрораспределитей в конце каждого цикла открытия/закрытия двери, что усложняет процесс эксплуатации и технического обслуживания шлюза в ручном режиме. При этом, в случае выхода из строя одного из ручных гидрораспределителей система становится неработоспособной, т.е. надежность работы системы снижается.

Технической задачей изобретения является упрощение эксплуатации и технического обслуживания системы управления шлюзом в ручном режиме, а также повышение надежности работы системы управления шлюзом.

Поставленная задача достигается в гидравлической системе управления шлюзом, включающая установленные для каждой двери шлюза средство блокировки противоположной двери, клапан выравнивания давления, приводы механизма герметизации двери и открытия двери, в которых в качестве силовых устройств используют гидроцилиндры, которые связаны с соответствующими клапанами концевыми посредством трубопроводов с источником давления в виде основной гидростанции, через электромеханические гидрораспределители, насосы с ручным управлением при работе в ручном режиме, при этом средства блокировки противоположной двери и клапан выравнивания давления механически связаны с гидроцилиндром привода механизма герметизации двери, гидравлически связанного с клапаном концевым управления данным гидроцилиндром, и механически и гидравлически связанного с клапаном концевым управления гидроцилиндром привода двери, гидравлически связанного с клапаном концевым блокировки гидроцилиндров и с гидроцилиндром привода двери, гидравлически связанного с источником давления и механически связанного с клапаном концевым управления гидроцилиндром привода механизма герметизации двери, при этом в качестве средства блокировки противоположной двери используют клапан концевой блокировки гидроцилиндров, при этом насосы с ручным управлением гидравлически связаны с электромеханическими гидрораспределителями основной гидростанции

Гидравлическое соединение насосов с ручным управлением с электромеханическими гидрораспределителями и основной гидростанцией позволяет отказаться от отдельных гидростанций с ручными гидрораспределителями для работы в режиме ручного управления, что ведет к упрощению самой системы, ее эксплуатации, технического обслуживания, а также повышению надежности работы системы управления шлюзом.

Жестко запрограммированная последовательность включения средств управления с помощью клапанов концевых, связанных с исполнительными механизмами средств управления шлюзом позволяет выполнять операции по управлению шлюзом в строгом, заранее заданном алгоритме как в автоматическом, так и в ручном режиме.

На чертеже представлена структурная схема заявляемой гидравлической системы управления шлюзом, в состав которой входит:

1 – основная гидростанция;

2 - насос с ручным приводом ГЗ;

3 – насос с ручным приводом шлюзовой камеры;

4 – насос с ручным приводом НГЗ

5 – дверь ГЗ шлюза;

6 – дверь НГЗ шлюза

7 – гидроцилиндр привода двери ГЗ;

8 – гидроцилиндр привода двери НГЗ;

9 – гидроцилиндр привода механизма герметизации двери ГЗ;

10 – гидроцилиндр привода механизма герметизации двери НГЗ;

11 – клапан концевой блокировки гидроцилиндров ГЗ;

12 – клапан концевой блокировки гидроцилиндров НГЗ;

13 – клапан концевой управления гидроцилиндром (7) привода двери ГЗ;

14 – клапан концевой управления гидроцилиндром (9) привода механизма герметизации двери ГЗ;

15 – клапан концевой управления гидроцилиндром (8) привода двери НГЗ;

16 – клапан концевой управления гидроцилиндром (10) привода механизма герметизации двери НГЗ;

17 – клапан выравнивая давления между шлюзом и ГЗ;

18 – клапан выравнивая давления между шлюзом и НГЗ;

19, 20 – электромеханические гидрораспределители выбора объекта управления и смены направления потока рабочей жидкости.

Гидравлическая система управления шлюзом, работая в автоматическом и ручном режимах последовательно выполняет следующие операции: блокировку (защиту от открытия) противоположной двери, открытие клапана выравнивания давления между внутренней полостью шлюза и внешней средой, разгерметизацию двери и открытие двери. При закрывании двери, перечисленные выше операции, выполняются в обратной последовательности в противоположном направлении. Источником давления в системе служит основная гидростанция 1 с электроприводом для работы в автоматическом режиме управления, с которой гидравлически связаны насос с ручным управлением со стороны герметичной зоны (ГЗ) 2, насос с ручным управлением со стороны шлюза 3 и насос с ручным управлением со стороны негерметичной зоны (НГЗ) 4 при работе в ручном режиме при отсутствии энергоносителей в герметичной (ГЗ) и негерметичной (НГЗ) зонах. Основная гидростанция 1 предназначена для создания давления в напорном трубопроводе в автоматическом режиме. При отсутствии электропитания для создания давления в трубопроводе используется насосы с ручным управлением 2, 3, 4. Для шлюзования в автоматическом режиме имеются пульты управления, установленные на внешней стороне шлюза со стороны герметичной зоны (ГЗ) со стороны аппаратной, и негерметичной зоны (НГЗ) со стороны санитарного шлюза, а также пульт управления внутри шлюза (не показаны). Исполнительными механизмами средств управления шлюзом в гидравлической системе являются гидроцилиндры, которые выполняют свои операции путем воздействия на механические элементы шлюза. Последовательность выполнения операций (подача давления в ту или иную полость гидроцилиндров) обеспечивается клапанами концевыми, установленными на гидроцилиндрах, механически соединенных со штоками гидроцилиндров и сообщающихся с полостями гидроцилиндров посредством напорных и сливных трубопроводов. Гидроцилиндр 7 привода двери предназначен для открывания и закрывания двери 5 ГЗ, а гидроцилиндр 8 привода двери предназначен для открывания и закрывания двери 6 НГЗ. Гидроцилиндр 9 привода механизма герметизации двери предназначен для герметизации двери 5 ГЗ (дополнительному прижиму двери к уплотнениям дверного проема), а гидроцилиндр 10 привода механизма герметизации двери - для герметизации двери 6 НГЗ. Для каждой двери используют средство блокировки противоположной двери, выполненное в виде клапана концевого 11 и 12. Клапан концевой 12 механически связан со штоком гидроцилиндра 9 привода механизма герметизации двери и служит для блокирования гидроцилиндров 8 и 10 открытия противоположной двери 6 НГЗ. Клапан концевой 11 механически связан со штоком гидроцилиндра 10 привода механизма герметизации двери и служит для блокирования гидроцилиндров 9 и 7 открытия противоположной двери 5 ГЗ. После начала движения штока одного из гидроцилиндров, механически соединенный с ним клапан обеспечивает перекрытие напорного трубопровода к гидроцилиндрам противоположной двери, исключая тем самым, возможность одновременного открытия обеих дверей. Клапаны концевые 13 и 14 управления гидроцилиндрами 7 и 9, соответственно, предназначены для обеспечения строгой последовательности выполнения операций при открытии и закрытии двери 5 ГЗ. Клапаны концевые 15 и 16 управления гидроцилиндрами 8 и 10, соответственно, предназначены для обеспечения строгой последовательности выполнения операций при открытии и закрытии двери 6 НГЗ. Клапаны выравнивания давления 17 и 18 представляют собой механические устройства для выравнивания давления внутри шлюза и снаружи со стороны ГЗ (клапан 17) или со стороны НГЗ (клапан 18) перед открытием той или иной двери. Клапан выравнивания давления 17 механически связан с гидроцилиндром 9 привода механизма герметизации двери 5 ГЗ. Клапан выравнивания давления 18 механически связан с гидроцилиндром 10 привода механизма герметизации двери 6 НГЗ. Гидроцилиндр 9 привода механизма герметизации двери 5 ГЗ гидравлически связан с клапаном концевым 14, а также механически связан с клапаном концевым 13 управления гидроцилиндром 7 привода двери 5 ГЗ. Гидроцилиндр 10 привода механизма герметизации двери 6 НГЗ гидравлически связан с клапаном концевым 16, и механически связан с клапаном концевым 15 управления гидроцилиндром 8 привода двери 6 НГЗ. Клапан концевой 13 гидравлически связан с клапаном концевым 11 блокировки гидроцилиндров 7 и 9 и с гидроцилиндром 7 привода двери 5 ГЗ. Клапан концевой 15 гидравлически связан с клапаном концевым 12 блокировки гидроцилиндров 8 и 10 и с гидроцилиндром 8 привода двери 6 НГЗ. Гидроцилиндр 7 привода двери 5 ГЗ гидравлически связан с источником давления 1 и механически связан с клапаном концевым 14 управления гидроцилиндром 9 привода механизма герметизации двери 5 ГЗ. Гидроцилиндр 8 привода двери 6 НГЗ гидравлически связан с источником давления 1 и механически связан с клапаном концевым 16 управления гидроцилиндром 10 привода механизма герметизации двери 6 НГЗ. Электромеханические гидрораспределители 19 и 20 служат для выбора объекта управления и смены направления потока рабочей жидкости, управляются электрически в автоматическом режиме и механически в режиме ручного дублирования и имеют три положения: «нейтраль» (напорная и сливная магистрали основной гидростанции 1 перекрыты), «прямое» (напорная линия основной гидростанции 1 соединена с магистралью на открытие двери, сливная магистраль соединена с баком основной гидростанции 1) и «обратное» (напорная линия основной гидростанции 1 соединена с магистралью на закрывание двери, сливная магистраль соединена с баком основной гидростанции 1. Гидрораспределитель 19 предназначен для включения гидроцилиндров 7 и 9 ГЗ, а гидрораспределитель 20 для включения гидроцилиндров 8 и 10 НГЗ. Элементы и схема соединений аналогичны для обеих дверей шлюза как со стороны герметичной зоны (аппаратной), так и со стороны негерметичной зоны (санитарного шлюза). Все элементы гидросистемы соединены трубопроводами согласно схеме. Насос с ручным управлением со стороны ГЗ 2, насос с ручным управлением со стороны шлюза 3 и насос с ручным управлением со стороны НГЗ 4 гидравлически связаны с гидрораспределителями 19 и 20.

Система работает следующим образом.

В исходном положении основная гидростанция 1 выключена, гидрораспределители 19 и 20 в положении «нейтраль». Клапаны концевые 11, 12 блокировки соответствующих гидроцилиндров 10, 9 противоположной двери открыты. Клапаны концевые 13, 15 управления гидроцилиндрами 7 и 8 закрыты. Клапаны концевые 14 и 16 управления гидроцилиндрами 9 и 10 открыты. Клапаны выравнивания давления 17 и 18 закрыты, обе двери 5 и 6 шлюза закрыты и загерметизированы.

При шлюзовании в автоматическом режиме из НГЗ в ГЗ необходимо нажать кнопку «открыть дверь НГЗ» на пульте управления, установленном на внешней стороне шлюза со стороны НГЗ. В результате гидрораспределитель 20 переключается в положение «прямое» в режим открытия двери, включается гидронасос основной гидростанции 1 и рабочая жидкость под давлением через клапан концевой 12 поступает в гидроцилиндр 10 для разгерметизации двери 6 и в клапан концевой 15. Из гидроцилиндра 10 рабочая жидкость через клапан концевой 16 и гидрораспределитель 20 сливается в бак основной гидростанции 1. Шток гидроцилиндра 10 за счет механических связей в начале хода открывает клапан 18 выравнивания давления между шлюзом и НГЗ (санитарным шлюзом) и закрывает клапан концевой 11, тем самым блокируя возможность открывания противоположной двери 5 ГЗ, а в конце хода открывает клапан концевой 15 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 8 привода двери 6 для ее открывания. Из гидроцилиндра 8 рабочая жидкость через гидрораспределитель 20 сливается в бак основной гидростанции 1. Шток гидроцилиндра 8 за счет механических связей в начале хода закрывает клапан концевой 16, блокируя тем самым гидроцилиндр 10. В конце хода гидроцилиндра 8 отключается гидронасос основной гидростанции 1 и гидрораспределитель 20 переходит в положение «нейтраль». Дверь 6 из НГЗ в шлюз открыта, рабочий персонал проходит внутрь шлюза и на пульте управления внутри шлюза нажимают кнопку «закрыть». После этого гидрораспределитель 20 переключается в положение «обратное» в режим закрывания двери 6, включается гидронасос основной гидростанции 1 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 8 привода двери на закрывание и в клапан концевой 16. Через клапаны концевые 15, 12 и гидрораспределитель 20 рабочая жидкость из гидроцилиндра 8 сливается в бак основной гидростанции 1. В конце хода штока гидроцилиндра 8 за счет механической связи открывается клапан концевой 16 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 10 герметизации двери 6. Шток гидроцилиндра 10 за счет механических связей в начале хода закрывает клапан концевой 15, блокируя тем самым гидроцилиндр 8, а в конце хода закрывает клапан выравнивания давления 18 и открывает клапан концевой 11. В конце хода штока гидроцилиндра 10 отключается гидронасос основной гидростанции 1 и гидрораспределитель 20 переходит в положение «нейтраль». Обе двери 6 и 5 шлюза закрыты и загерметизированы.

Дверью 5 из шлюза в ГЗ управляют с пульта управления внутри шлюза и с пульта с внешней стороны шлюза со стороны ГЗ, при этом вступает в работу левая часть гидросхемы, состав и устройство которой аналогичны правой части. Нажимают кнопку «открыть дверь ГЗ» на пульте управления внутри шлюза, при этом гидрораспределитель 19 переключается в положение «прямое» в режим открытия двери, включается гидронасос основной гидростанции 1 и рабочая жидкость под давлением через клапан концевой 11 поступает в гидроцилиндр 9 привода механизма герметизации и клапан концевой 13 управления гидроцилиндром 7. Из гидроцилиндра 9 рабочая жидкость через клапан концевой 14 и гидрораспределитель 19 сливается в бак гидростанции 1. Шток гидроцилиндра 9 за счет механических связей в начале хода открывает клапан 17 выравнивания давления между шлюзом и ГЗ (аппаратной) и закрывает клапан концевой 12, тем самым блокируя возможность открывания противоположной двери 6 НГЗ, а в конце хода открывает клапан концевой 13 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 7 привода двери 5. Шток гидроцилиндра 7 за счет механических связей в начале хода закрывает клапан концевой 14, блокируя тем самым гидроцилиндр 9. В конце хода гидроцилиндра 7 отключается гидронасос основной гидростанции 1 и гидрораспределитель 19 переходит в положение «нейтраль». Дверь 5 из шлюза в ГЗ открыта, рабочий персонал проходит из шлюза в ГЗ. На пульте управления снаружи шлюза со стороны ГЗ нажимают кнопку «закрыть». Гидрораспределитель 19 переключается в положение «обратное» в режим закрывания двери 5, включается гидронасос основной гидростанции 1 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 7 закрывания двери 5 и в клапан концевой 14. Через клапаны концевые 13, 11 и гидрораспределитель 19 рабочая жидкость из гидроцилиндра 7 сливается в бак гидростанции 1. В конце хода штока гидроцилиндра 7 за счет механической связи открывается клапан 14 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 9 привода герметизации двери 5. Из гидроцилиндра 9 рабочая жидкость через клапан концевой 11 и гидрораспределитель 19 сливается в бак гидростанции 1. Шток гидроцилиндра 9 за счет механических связей в начале хода закрывает клапан концевой 13, блокируя тем самым гидроцилиндр 7, а в конце хода закрывает клапан выравнивания давления 17 и открывает клапан концевой 12. В конце хода штока гидроцилиндра 9 отключается гидронасос основной гидростанции 1 и гидрораспределитель 19 переходит в положение «нейтраль». Цикл прохода персонала из НГЗ в ГЗ закончен. При проходе рабочего персонала из ГЗ в НГЗ цикл повторяется, начиная с открытия двери 5 шлюза со стороны ГЗ и заканчивая закрытием двери 6 шлюза со стороны НГЗ. При отсутствии электропитания давление в гидравлической системе создается в ручном режиме насосом с ручным управлением со стороны ГЗ 2, насосом с ручным управлением в шлюзе 3 и насосом с ручным управлением со стороны НГЗ 4, гидравлически связанных с основной гидростанцей 1. При этом управление положением гидрораспределителей 19 и 20 происходит в ручном режиме, далее гидравлическая схема работает по тому же алгоритму, что и в автоматическом режиме.

Таким образом, благодаря особенностям исполнения предлагаемой гидравлической системы управления шлюзом за счет исключения ручных гидрораспределителей, соединяющего трубопровода, а также уменьшения количества насосов с ручным управлением в шлюзе, обеспечивается надежность работы данной системы.

Изобретение относится к гидравлической системе управления шлюзом и может использоваться в области атомной энергетики для перемещения обслуживающего персонала и грузов из негерметичной зоны в герметичную и обратно. Техническим результатом является упрощение эксплуатации и технического обслуживания системы управления шлюзом в ручном режиме, а также повышение надежности работы системы управления шлюзом. Технический результат обеспечивается тем, что трубопроводы гидравлически связаны с гидростанцией через электромеханические гидрораспределители и насосы с ручным управлением при работе в ручном режиме, причем насосы с ручным управлением при работе в ручном режиме гидравлически связаны с электромеханическими гидрораспределителями основной гидростанции. 1 ил.

Гидравлическая система управления шлюзом, включающая установленные для каждой двери шлюза средство блокировки противоположной двери, клапан выравнивания давления, приводы механизма герметизации двери и открытия двери, в которых в качестве силовых устройств используют гидроцилиндры, связанные с соответствующими клапанами концевыми посредством трубопроводов с источником давления в виде гидростанции, причем для каждой двери средство блокировки противоположной двери и клапан выравнивания давления механически связаны с гидроцилиндром привода механизма герметизации двери, гидравлически связанного с клапаном концевым управления данным гидроцилиндром, и механически связанного с клапаном концевым управления гидроцилиндром привода двери, гидравлически связанного с клапаном концевым блокировки гидроцилиндров и с гидроцилиндром привода двери, гидравлически связанного с источником давления и механически связанного с клапаном концевым управления гидроцилиндром привода механизма герметизации двери, при этом в качестве средства блокировки противоположной двери используют клапан концевой блокировки гидроцилиндров, отличающаяся тем, что трубопроводы гидравлически связаны с гидростанцией через электромеханические гидрораспределители и насосы с ручным управлением при работе в ручном режиме, причем насосы с ручным управлением при работе в ручном режиме гидравлически связаны с электромеханическими гидрораспределителями основной гидростанции.