ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ШЛЮЗОМ

Полезная модель относится к области атомной энергетики, в частности к системам управления шлюзом, обеспечивающим перемещение обслуживающего персонала и грузов из негерметичной зоны в герметичную и обратно, и может быть использовано на АЭС, исследовательских реакторах, плавучих АЭС, морских судах с атомной энергетической установкой.
Известно техническое решение, содержащее средства блокировки противоположной двери, открытия клапана выравнивания давления, разгерметизации двери и открытия двери. (Заявка FR №2515854 А1, МПК G21F 7/00, от 04.11.1981, опубл. 06.05.1983).
Недостатком известного технического решения является управление механизмами дверей шлюза механическими средствами, что не позволяет управлять механизмами шлюза в автоматическом режиме, а в качестве силовых механизмов использованы гидроцилиндры с питанием от внешней сети, что делает невозможным управление шлюзом в ручном режиме при отсутствии энергоносителей, в результате чего снижается надежность работы системы управления шлюза в целом.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранному в качестве прототипа, 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 основной гидростанции при автоматическом режиме управления и гидростанции с ручным управлением при работе в ручном режиме при отсутствии энергоносителей, (Патент RU №2485613 С1, МПК G21F 7/005, от 21.12.2011, опубл. 20.06.2013).
Недостатком известной системы является сложность работы гидравлической системы управления шлюзом за счет большого количества используемых в системе гидроцилиндров. На каждую дверь в гидросистеме прототипа использовано четыре гидроцилиндра, каждый из которых служит для выполнения только одной операции (привод двери, привод герметизации двери, привод клапана выравнивания давления и блокировки противоположной двери) и каждый гидроцилиндр управляется одним-двумя концевыми клапанами, что значительно усложняет управление шлюзом. В случае выхода из строя одного из гидроцилиндров или клапана концевого система становится неработоспособной, т.е. при большом количестве элементов надежность работы системы снижается. В качестве энергоносителя основной гидростанции использован пневмопривод, для работы которого в автоматическом режиме необходимо наличие электроэнергии и сжатого воздуха.
Задачей, на решение которой направлено данная полезная модель, является повышение надежности работы системы управления шлюзом.
Поставленная задача достигается тем, что 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 основной гидростанции при автоматическом режиме управления и гидростанции с ручным управлением при работе в ручном режиме при отсутствии энергоносителей, согласно полезной модели, 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 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.
Механическое соединение клапана выравнивания давления с гидроцилиндром привода механизма герметизации двери позволяет отказаться от отдельного привода клапана и управляющей аппаратуры к нему. Клапан автоматически открывается в начале процесса разгерметизации и автоматически закрывается в конце процесса герметизации, как в автоматическом режиме управления, так и в ручном, обеспечивая выравнивание давления внутри и снаружи шлюза.
Выполнение средства блокировки гидроцилиндров противоположной двери в виде клапана концевого, механически связанного с гидроцилиндром привода механизма герметизации открываемой двери, обеспечивает автоматическое запирание клапаном трубопровода подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам приводов противоположной двери до начала процесса разгерметизации, в результате чего гарантируется невозможность открытия одновременно обеих дверей, что недопустимо с точки зрения безопасности, в результате чего повышается надежность работы системы управления шлюзом.
Механическое соединение клапана концевого управления гидроцилиндром привода двери с гидроцилиндром привода механизма герметизации двери, гидравлически связанного с клапаном концевым управления данным гидроцилиндром, механически связанного с гидроцилиндром привода двери, гидравлически связанного с источником давления, способствует исключению отдельных приводов для средств блокировки противоположной двери и клапана выравнивания давления, что приводит к уменьшению количества гидроцилиндров и управляющей ими аппаратуры и повышает надежность работы системы управления..
Источником давления служит основная гидростанция с электроприводом при автоматическом режиме управления и гидростанции с ручным управлением при работе в ручном режиме при отсутствии энергоносителей.
Силовыми элементами средств открывания дверей и механизмов средств герметизации дверей являются гидроцилиндры.
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 - гидростанция с ручным приводом ГЗ
3 - гидростанция с ручным приводом НГЗ;
4 - дверь ГЗ шлюза;
5 - дверь НГЗ шлюза
6 - гидроцилиндр привода двери ГЗ;
7 - гидроцилиндр привода двери НГЗ;
8 - гидроцилиндр привода механизма герметизации двери ГЗ;
9 - гидроцилиндр привода механизма герметизации двери НГЗ;
10 - клапан концевой блокировки гидроцилиндров ГЗ;
11 - клапан концевой блокировки гидроцилиндров НГЗ;
12 - клапан концевой управления гидроцилиндром (6) привода двери ГЗ;
13 - клапан концевой управления гидроцилиндром (8) привода механизма герметизации двери ГЗ;
14 - клапан концевой управления гидроцилиндром (7) привода двери НГЗ;
15 - клапан концевой управления гидроцилиндром (9) привода механизма герметизации двери НГЗ;
16 - клапан выравнивая давления между шлюзом и ГЗ;
17 - клапан выравнивая давления между шлюзом и НГЗ;
18,19 - гидрораспределители выбора объекта управления и смены направления потока рабочей жидкости.
Гидравлическая система управления шлюзом 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 и две гидростанции 2, 3 с ручным управлением при работе в ручном режиме при отсутствии энергоносителей в герметичной (ГЗ) и негерметичной (НГЗ) зонах, соответственно. Основная гидростанция 1 предназначена для создания давления в напорном трубопроводе при работе в автоматическом режиме. Гидростанция 2 создает давление в напорном трубопроводе управления дверью 4 ГЗ при работе в ручном режиме. Гидростанция 3 создает давление в напорном трубопроводе управления дверью 5 НГЗ при работе в ручном режиме. Ручное управление гидростанциями осуществляется с помощью гидрораспределителей и насосов с ручным управлением. 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 6 привода двери предназначен для открывания и закрывания двери 4 ГЗ, а гидроцилиндр 7 привода двери предназначен для открывания и закрывания двери 5 НГЗ. Гидроцилиндр 8 привода механизма герметизации двери предназначен для герметизации двери 4 ГЗ (дополнительному прижиму двери к уплотнениям дверного проема), а гидроцилиндр 9 привода механизма герметизации двери - для герметизации двери 5 НГЗ. Для каждой двери используют средство блокировки противоположной двери, выполненное в виде клапана концевого 10 и 11. Клапан концевой 11 механически связан со штоком гидроцилиндра 8 привода механизма герметизации двери и служит для блокирования открытия противоположной двери 5 НГЗ. Клапан концевой 10 механически связан со штоком гидроцилиндра 9 привода механизма герметизации двери и служит для блокирования открытия противоположной двери 4 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. Клапан концевой 10 предназначен также для дополнительной блокировки гидроцилиндров 6 и 8 двери 4 ГЗ, а клапан концевой 11 - предназначен для дополнительной блокировки гидроцилиндров 7 и 9 двери 5 НГЗ. Клапаны концевые 12 и 13 управления гидроцилиндрами 6 и 8, соответственно, предназначены для обеспечения строгой последовательности выполнения операций при открытии и закрытии двери 4 ГЗ. Клапаны концевые 14 и 15 управления гидроцилиндрами 7 и 9, соответственно, предназначены для обеспечения строгой последовательности выполнения операций при открытии и закрытии двери 5 НГЗ. Клапаны выравнивания давления 16 и 17 представляют собой механические устройства для выравнивания давления внутри шлюза и снаружи со стороны ГЗ (клапан 16) или со стороны НГЗ (клапан 17) перед открытием той или иной двери. Клапан выравнивания давления 16 механически связан с гидроцилиндром 8 привода механизма герметизации двери 4 ГЗ. Клапан выравнивания давления 17 механически связан с гидроцилиндром 9 привода механизма герметизации двери 5 НГЗ. Гидроцилиндр 8 привода механизма герметизации двери 4 ГЗ гидравлически связан с клапаном концевым 13, а также механически связан с клапаном концевым 12 управления гидроцилиндром 6 привода двери 4 ГЗ. Гидроцилиндр 9 привода механизма герметизации двери 5 НГЗ гидравлически связан с клапаном концевым 15, и механически связан с клапаном концевым 14 управления гидроцилиндром 7 привода двери 5 НГЗ. Клапан концевой 12 гидравлически связан с клапаном концевым 10 блокировки гидроцилиндров 6 и 8 и с гидроцилиндром 6 привода двери 4 ГЗ. Клапан концевой 14 гидравлически связан с клапаном концевым 11 блокировки гидроцилиндров 7 и 9 и с гидроцилиндром 7 привода двери 5 НГЗ. Гидроцилиндр 6 привода двери 4 ГЗ гидравлически связан с источником давления 1 и 2 и механически связан с клапаном концевым 13 управления гидроцилиндром 8 привода механизма герметизации двери 4 ГЗ. Гидроцилиндр 7 привода двери 5 НГЗ гидравлически связан с источником давления 1 и 3 и механически связан с клапаном концевым 15 управления гидроцилиндром 7 привода механизма герметизации двери 5 НГЗ. Гидрораспределители 18 и 19 служат для выбора объекта управления и смены направления потока рабочей жидкости, управляются электрически и имеют три положения: «закрыто» (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 18 предназначен для включения гидроцилиндров 6 и 8 ГЗ, а гидрораспределитель 19 для включения гидроцилиндров 7 и 9 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.
Система работает следующим образом.
В исходном положении основная гидростанция 1 выключена, гидрораспределители 18 и 19 в положении «закрыто». Клапаны концевые 10, 11 блокировки соответствующих гидроцилиндров 9, 8 противоположной двери открыты. Клапаны концевые 12, 14 управления гидроцилиндрами 6 и 7 закрыты. Клапаны концевые 13 и 15 управления гидроцилиндрами 8 и 9 открыты. Клапаны выравнивания давления 16 и 17 закрыты, обе двери 4 и 5 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 19 переключается в положение «открыто», включается гидронасос основной гидростанции 1 и рабочая жидкость под давлением через клапан концевой 11 поступает в гидроцилиндр 9 для разгерметизации двери 5 и в клапан концевой 14. Из гидроцилиндра 9 рабочая жидкость через клапан концевой 15 и гидрораспределитель 19 сливается в бак основной гидростанции 1. Шток гидроцилиндра 9 за счет механических связей в начале хода открывает клапан 17 выравнивания давления между шлюзом и НГЗ (санитарным шлюзом) и закрывает клапан концевой 10, тем самым блокируя возможность открывания противоположной двери 4 ГЗ, а в конце хода открывает клапан концевой 14 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 7 привода двери 5 для ее открывания. Из гидроцилиндра 7 рабочая жидкость через гидрораспределитель 19 сливается в бак основной гидростанции 1. Шток гидроцилиндра 7 за счет механических связей в начале хода закрывает клапан концевой 15, блокируя тем самым гидроцилиндр 9. В конце хода гидроцилиндра 7 отключается гидронасос основной гидростанции 1 и гидрораспределитель 19 переходит в положение «закрыто». Дверь 5 из НГЗ в шлюз открыта, рабочий персонал проходит внутрь шлюза и на пульте управления внутри шлюза нажимают кнопку «закрыть». После этого гидрораспределитель 19 переключается в режим закрывания двери 5, включается гидронасос основной гидростанции 1 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 7 привода двери на закрывание и в клапан концевой 15. Через клапаны концевые 14, 11 и гидрораспределитель 19 рабочая жидкость из гидроцилиндра 7 сливается в бак основной гидростанции 1. В конце хода штока гидроцилиндра 7 за счет механической связи открывается клапан концевой 15 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 9 герметизации двери 5. Шток гидроцилиндра 9 за счет механических связей в начале хода закрывает клапан концевой 14, блокируя тем самым гидроцилиндр 7, а в конце хода закрывает клапан выравнивания давления 17 и открывает клапан концевой 10. В конце хода штока гидроцилиндра 9 отключается гидронасос основной гидростанции 1 и гидрораспределитель 19 переходит в положение «выключено». Обе двери 5 и 4 шлюза закрыты и загерметизированы.
Дверью 4 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 18 переключается в положение «открыто», включается гидронасос основной гидростанции 1 и рабочая жидкость под давлением через клапан концевой 10 поступает в гидроцилиндр 8 привода механизма герметизации и клапан концевой 12 управления гидроцилиндром 6. Из гидроцилиндра 8 рабочая жидкость через клапан концевой 13 и гидрораспределитель 18 сливается в бак гидростанции 1. Шток гидроцилиндра 8 за счет механических связей в начале хода открывает клапан 16 выравнивания давления между шлюзом и ГЗ (аппаратной) и закрывает клапан концевой 11, тем самым блокируя возможность открывания противоположной двери 5 НГЗ, а в конце хода открывает клапан концевой 12 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 6 привода двери 4. Шток гидроцилиндра 6 за счет механических связей в начале хода закрывает клапан концевой 13, блокируя тем самым гидроцилиндр 8. В конце хода гидроцилиндра 6 отключается гидронасос основной гидростанции 1 и гидрораспределитель 18 переходит в положение «выключено». Дверь 4 из шлюза в ГЗ открыта, рабочий персонал проходит из шлюза в ГЗ. На пульте управления снаружи шлюза со стороны ГЗ нажимают кнопку «закрыть». Гидрораспределитель 18 переключается в режим закрывания двери 4, включается гидронасос основной гидростанции 1 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 6 закрывания двери 4 и в клапан концевой 13. Через клапаны концевые 12, 10 и гидрораспределитель 18 рабочая жидкость из гидроцилиндра 6 сливается в бак гидростанции 1. В конце хода штока гидроцилиндра 6 за счет механической связи открывается клапан 13 и рабочая жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр 8 привода герметизации двери 4. Из гидроцилиндра 8 рабочая жидкость через клапан концевой 10 и гидрораспределитель 18 сливается в бак гидростанции 1. Шток гидроцилиндра 8 за счет механических связей в начале хода закрывает клапан концевой 12, блокируя тем самым гидроцилиндр 6, а в конце хода закрывает клапан выравнивания давления 16 и открывает клапан концевой 11. В конце хода штока гидроцилиндра 8 отключается гидронасос основной гидростанции 1 и гидрораспределитель 18 переходит в положение «выключено». Цикл прохода персонала из НГЗ в ГЗ закончен. При проходе рабочего персонала из ГЗ в НГЗ цикл повторяется, начиная с открытия двери 4 шлюза со стороны ГЗ и заканчивая закрытием двери 5 шлюза со стороны НГЗ. При отсутствии электропитания работа гидросистемы обеспечивается в ручном режиме гидрораспределителями и ручными насосами одной из насосных станций 2 или 3 с ручным приводом и гидравлическая схема работает по тому же алгоритму, что и от основной гидростанции 1.
Таким образом, благодаря особенностям исполнения предлагаемой гидравлической системы управления шлюзом за счет уменьшения количества гидроцилиндров и управляющей ими аппаратуры, обеспечивается надежность работы данной системы.