ГИДРОЗАТВОР
HYDROSEAL

Изобретение относится к гидротехническим устройствам, предназначенным к использованию на атомных электростанциях для перекрытия водных каналов, соединяющих зону реакторной установки с бассейном выдержки.
Известен гидрозатвор, включающий закладную раму с пазами, полотнище, полый уплотнительный элемент, заполненный воздухом под избыточным давлением, при этом полый уплотнительный элемент соединен с дополнительным резервуаром увеличения объема, к которому присоединен источник сжатого воздуха высокого давления в виде баллона, причем присоединение выполнено через предохранительное устройство (1).
Недостатком известного устройства является снижение надежности герметизации перекрываемого водного канала, осуществляемой только за счет поджатия полотнища гидрозатвора уплотнительным элементом. При повреждении (при перемещениях гидрозатвора) уплотнительного элемента из эластичного профилированного материала и/или линий связи с резервуаром увеличения объема и источником сжатого воздуха и из-за существующей разницы давлений между верхним и нижним уровнями жидкости в условиях больших глубин возникают сложности в процессе поддержания равномерности давления в полом уплотнительном элементе, чем обуславливается разгерметизация водного канала.
Известен также гидрозатвор, включающий полотнище, полый уплотняющий элемент, выполненный из эластичного профилированного материала с внутренней полостью, заполненной жидкостью, который соединен с расположенным выше уровня воды в герметизируемом бассейне резервуаром, содержащим дополнительный объем упомянутой жидкости (2). Устройство содержит второй резервуар с дополнительным объемом упомянутой жидкости, закладную раму с пазами, заделанную в бетон сооружения, в пазах которой установлено полотнище. Полый уплотняющий элемент расположен по контуру полотнища, и каждый из его концов соединен с соответствующим резервуаром, причем жидкость, заполняющая внутреннюю полость уплотняющего элемента и резервуары, имеет удельный вес больший, чем удельный вес жидкости в герметизируемом бассейне. Воздушные полости резервуаров соединены с окружающей средой через обратные клапаны, пропускающие воздух из окружающей среды, но препятствующие проходу воздуха и жидкости обратно в окружающую среду.
Недостатком данного известного устройства является снижение надежности герметизации перекрываемого водного канала, осуществляемой только за счет поджатия полотнища гидрозатвора уплотнительным элементом. Кроме того, из-за возможности повреждения (при перемещениях гидрозатвора) уплотнительного элемента, а также возможности рассогласования давлений в уплотняющем элементе полотнища и в уплотняющем элементе, расположенном в бетонных пазах сооружения, существует опасность разгерметизации сооружения.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату является гидрозатвор, выполненный в шахтном сооружении, сформированном закладными частями с неподвижными упорами, перемещаемый опорными колесами по направляющим, встроенным в бетонное сооружение, и содержащий опорные стойки с уплотнением, между которыми закреплено полотнище, при этом по периметру полотнища размещены дожимные устройства, содержащие приводные механизмы, поворотные штанги которых соединены с подвижными элементами, выполненными в виде ползунов с криволинейными боковыми поверхностями, размещенными в прямоугольных пазах направляющих элементов, закрепленных на боковой поверхности опорных стоек. Криволинейные боковые поверхности ползунов очерчены по эвольвенте и взаимодействуют с неподвижными упорами на закладных частях шахты (3).
Недостатком гидрозатвора является сложность кинематической схемы дожимного устройства, в котором перемещения практически всех элементов, совершающих прямолинейные или криволинейные поступательные движения, осуществляются с трением «металл по металлу», что обуславливает повышенную энергоемкость и сложность в регулировке дожимного устройства по длине (высоте) гидрозатвора из-за повышенного трения. Суммирование сил трения от начального звена к конечному по длине (высоте) гидрозатвора обуславливает неравномерную деформацию (скручивание) поворотных штанг. Наличие продольных стоек в механизмах дожимного устройства создает значительную дополнительную продольную жесткость конструкции полотнищ, что в совокупности не обеспечивает равномерность прижатия уплотнения к поверхностям закладных частей, особенно в случае деформации последних при заделке их в бетонное сооружение.
Кроме того, жесткое соединение поворотных штанг дожимного устройства, расположенных вдоль всей длины (высоты) полотен гидрозатвора, с подвижными элементами для работы без перекосов и затираний дожимных механизмов гидрозатвора требует от конструкции полотнища повышенной продольной жесткости, что также усложняет поджатие последнего и, с учетом неровностей на поверхности бетонного сооружения и закладных, не позволяет обеспечить равномерность прижатия уплотнения к поверхностям закладных и, соответственно, обеспечить требуемую герметичность гидрозатвора.
Техническим результатом использования заявляемого гидрозатвора является повышение надежности работы механизмов гидрозатвора и надежности обеспечения герметичности перекрытия водных каналов при упрощении его конструкции.
Указанный результат достигается тем, что в гидрозатворе, выполненном в шахтном сооружении, сформированном закладными частями, и содержащем снабженное уплотнением полотнище, закрепленное на раме, перемещаемой на опорных колесах по направляющим, размещенным на поверхности шахтного сооружения, и дожимные устройства, содержащие приводные механизмы, штанги которых соединены с подвижными элементами, согласно изобретению подвижные элементы дожимного устройства представлены рычажной системой, содержащей снабженные роликами дожимные рычаги, установленные на опорных фланцах с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной полотнищу, соединенные шарнирно со штангой и равномерно разнесенные по длине полотнища, при этом дожимные рычаги снабжены боковыми направляющими, выполненными также в виде рычагов с роликами, жестко закрепленными на дожимных рычагах перпендикулярно последним, а опорные фланцы установлены с возможностью регулирования их высоты, например, подбором подкладных пластин. Кроме того, полотнище в продольном направлении выполнено максимально гибким и снабжено дискретными поперечными элементами, гибко или шарнирно соединенными между собой. Гибкость полотнища в продольном направлении может быть обеспечена, в частности, или за счет локальных уменьшений толщины полотнища с формированием дискретных поперечных элементов или за счет уменьшения общей толщины полотнища при условии сохранения достаточной поперечной его жесткости. При этом жесткость в продольном направлении может стремиться к нулю и переходить в конструкцию с дискретными поперечными элементами, шарнирно соединенными между собой, при обеспечении достаточной поперечной жесткости полотнища, обеспечиваемой толщиной, или выполнением на его поверхности дискретных поперечных элементов жесткости в виде ребер или других, профилированных в поперечном сечении, элементов, например Т-образных или Г-образных профилей, при этом гибкость полотнища в продольном направлении и в поперечном направлении определяется зависимостью
4
4
w≅p×b/E×δ,
где w - величина прогиба полотнища (для определения продольной жесткости - соответствует кривизне уплотняемой поверхности, в поперечном направлении - допускаемому прогибу по условиям прочности),
b - минимальный шаг вогнутостей (кривизны) уплотняемой поверхности (для определения продольной жесткости) или ширина уплотняемого проема (для определения поперечной жесткости),
р - величина распределенной нагрузки (давления жидкости),
Е - модуль упругости материала,
δ - работающая толщина полотнища в продольном и поперечном направлениях.
Предлагаемое выполнение дожимного механизма с подвижными элементами в виде дожимных, снабженных роликами рычагов, приводимых в действие поступательно движущейся штангой приводного механизма, обеспечивает равномерную передачу усилия приводного механизма по всей длине (высоте) гидрозатвора, а наличие роликов снижает трение при поджатии полотна, что позволяет с меньшими энергетическими затратами и более равномерно осуществить прижатие полотнища гидрозатвора при герметизации перекрываемого проема. Благодаря шарнирным сочленениям дожимных рычагов со штангой, возможности их поворота в перпендикулярной полотнищу плоскости относительно опорных фланцев и наличию роликов на концах рычагов, относительные перемещения (со скольжением) элементов кинематической цепи приводятся к вращательным движениям, в результате чего снижается нагрузка на приводные механизмы дожимного устройства, что позволяет с меньшими усилиями осуществить установку рычажных элементов в положение, обеспечивающее герметичность прижатия полотнища гидрозатвора по всей высоте перекрываемого шахтного сооружения.
Наличие в дожимном механизме боковых направляющих, выполненных в виде рычагов с роликами, равномерно разнесенных по длине полотнища и жестко закрепленных на дожимных рычагах под углом к последним, позволяет предотвратить отклонение гидрозатвора и предохранить уплотнение от повреждений при установке полотнища в направляющие поверхности шахтного сооружения.
Выполнение полотнища в продольном направлении максимально податливым и возможность изменения высоты опорных фланцев крепления дожимных рычагов рычажного механизма (например, подбором подкладных пластин при монтаже гидрозатвора), позволяет при наладке работы всей конструкции учесть кривизну уплотняемых поверхностей закладных конструкций и исключить ее влияние на работу гидрозатвора, что также повышает герметичность и надежность гидрозатвора.
Гибкость полотнища в продольном направлении может быть обеспечена или за счет локальных уменьшений толщины полотнища (выполнением местных утонений, канавок) с формированием дискретных поперечных элементов, или за счет уменьшения общей толщины полотнища, или соединением дискретных поперечных элементов шарнирно при условии сохранения достаточной поперечной его жесткости.
При жесткости в продольном направлении близкой к нулю (шарнирное соединение), жесткость в поперечном направлении определяется как сумма жесткостей дискретных поперечных элементов, оцениваемых для каждого из них, как для свободно опертой балки, нагружаемой распределенной нагрузкой от статического давления столба уплотняемой жидкости.
Пример выполнения предлагаемого гидрозатвора приведен на чертежах.
На фиг.1 представлен общий вид гидрозатвора,
на фиг.2 - вид сбоку,
на фиг.3 приведен рычажный узел дожимного механизма.
Гидрозатвор содержит полотнище 1, на котором закреплены приводной механизм 2 и равномерно распределенные по длине дожимные рычаги 3, установленные на опорных фланцах 4. Дожимной рычаг 3 включает звено 5, один конец которого закреплен с возможностью поворота в плоскости, перпендикулярной полотнищу на опорном фланце 4 (шарнирно) посредством оси вращения 6, а на другом конце установлен ролик 7. Звенья 5 каждого дожимного рычага 3 через шарниры 8 соединены со штангой 9 и, соответственно, с звеньями штанги 10 приводного механизма 2. Равномерно по длине полотнища на звеньях 5 дожимных рычагов 3 под углом к ним (например, перпендикулярно) закреплены боковые направляющие в виде рычагов 11 с роликами 12. Для регулировки высоты дожимных рычагов 3 под опорные фланцы 4 установлены прокладки 13. По контуру полотнища 1 устанавливается резиновое уплотнение 14, которое крепится к полотнищу планками 15. Приводной механизм 2 содержит маховики 16 и известным способом (например, за счет кинематической пары винт-гайка (на фиг.1…3 не показаны) обеспечивает превращение вращательного движения маховиков 16 в поступательное движение штанг 9 и соответственно звеньев штанг 10. Приводной механизм 2 закреплен на раме 17, установленной опорными колесами 18 на поверхности шахтного сооружения. Шахтное сооружение 19 содержит уплотняемый проем 20, образованный закладными деталями 21 с направляющими поверхностями 22, расположенными в вертикальной плоскости, и опорные направляющие 23, расположенные в горизонтальной плоскости.
Работа гидрозатвора происходит следующим образом. Для уплотнения проема 20 полотнище 1 вводится в направляющие поверхности 21 шахтного сооружения 19, при этом опорные колеса 18 устанавливаются на опорные направляющие 22. При вводе полотнища 1 в направляющие поверхности 21 звенья 5 дожимных рычагов 3 находятся в отклоненном положении, а рычаги 11 с роликами 12 - в выдвинутом положении роликов 12, препятствующем касанию уплотнения 14 о направляющие поверхности 21 при опускании в них полотнища 1.
Для приведения гидрозатвора в уплотненное состояние вращением маховиков 16 приводного механизма 2 перемещаемые штанги 9 и звенья штанги 10 через шарнир 8, приводят в движение звенья 5 дожимных рычагов, которые поворачиваются вокруг оси вращения 6 относительно опорных фланцев 4. Ролики 7 перекатываются по одной из направляющих поверхностей 21 шахтного сооружения, прижимая уплотнение 14 к противоположной направляющей поверхности. Наибольшее поджатие уплотнения 14 достигается при положении звеньев 5, перпендикулярном полотнищу 1, когда расстояние от полотнища 1 до ролика 7 максимальное. Это расстояние может регулироваться путем установки или съема (при монтаже гидрозатвора) прокладок 13 из-под опорных фланцев 4. Таким же образом посредством подбора высоты прокладок 13 (при монтаже гидрозатвора) компенсируются кривизна направляющих поверхностей 21. Повышенная податливость полотнища 1 в продольном направлении обуславливает компенсирующие свойства конструкции, так как полотнище 1 под действием дожимных рычагов 3 прижимается к направляющей поверхности 21, повторяя ее кривизну, чем обеспечивается равномерное поджатие уплотнения 14 и надежная герметизация проема 20 шахтного сооружения 19.
Для рассматриваемого в заявляемом техническом решении гидрозатвора жесткость полотнища в продольном и поперечном направлении обеспечивается толщиной последнего, при этом жесткость в продольном направлении определяется из условий обеспечения компенсирующего прогиба полотнища при заданных минимальном шаге b вогнутостей (кривизны) уплотняемой поверхности и величиной прогиба полотнища w, соответствующего кривизне уплотняемой поверхности.
Для рассматриваемого случая, при шаге вогнутостей до 2 м, требуемом прогибе 10 мм, ширине проема 0,7 м и с учетом технологических особенностей изготовления, толщина полотнища принята равной 14 мм.
Источники информации
1. Описание к патенту RU №2196862, кл. МКИ 7 Е02В 7/26, дата публикации 20.01.2003.
2. Описание к патенту RU №2240399, кл. МКИ 7 Е02В 7/26, дата публикации 20.11.2004 г.
3. Описание к авторскому свидетельству СССР №757631, кл. МКИ 3 Е02В 7/26, дата публикации 23.08.80 г. (прототип).