Затвор

Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения, конкретно гидротурбостроения, в частности, к устройству предтурбинных дисковых затворов (типа Биплан), а также может быть использовано в затворах гидротехнических сооружений (затворах, устанавливаемых перед напорными водоводами).
В процессе работы гидротурбин затвор выполняет функции запорного органа как при нормальных условиях эксплуатации турбины, ревизиях и ремонтах ее проточной части, так и при аварийных ситуациях. Затворы гидротехнических сооружений выполняют функцию запорного органа напорного водовода для обслуживания и ремонта как напорного водовода, так и предтурбинного затвора. Оперативное закрытие затвора производится при нормальных условиях эксплуатации турбины, при каждой остановке гидроагрегата и при закрытом направляющем аппарате.
В конструкцию затвора входит рабочее уплотнение и ремонтное уплотнение. На период проведения ревизии или ремонта проточной части турбины необходимо с помощью ремонтного уплотнения безопасно провести работы по перекрытию напорного трубопровода без его осушения и обеспечить доступ к рабочему уплотнению для его замены. Протечки через ремонтное уплотнение отводятся из корпуса затвора в дренаж.
Проблема обеспечения минимального зазора между диском и корпусом затвора при ремонте и обслуживании штатного (рабочего) уплотнения и, следовательно, минимальных протечек через ремонтное уплотнение в зону отбора и отвода протечек, решается конструктивным выполнением ремонтного уплотнения, обеспечивающим герметичность и эксплуатационную надежность.
Известно изобретение «Устройство для уплотнения затворов гидротурбин» (Авторское свидетельство СССР №213505; F06h, F03b; дата публикации 12.03.1968 г.).
Согласно изобретению, устройство для уплотнения затворов гидротурбин (ремонтное уплотнение) состоит из неподвижного уплотнительного кольца, установленного в корпусе затвора и имеющего возможность совершать возвратно-поступательное движение в осевом направлении под действием давления управляющей жидкости, подаваемой попеременно в полости между фланцами уплотнительного кольца и корпусом затвора. Полости для подачи управляющей жидкости снабжены эластичными, например, резиновыми камерами. Уплотнение происходит за счет перекрытия зазора между уплотнительным кольцом и диском затвора посредством перемещения и прижатия уплотнительного кольца к диску затвора за счет расширения резиновых камер под давлением воды.
Недостатком данного решения является то, что под воздействием давления воды на диск предтурбинного затвора со стороны напорного водовода происходит упругая деформация диска затвора, что приводит к появлению зазоров в зоне контакта уплотнительного кольца с диском затвора и, как следствие, возникновение протечек по уплотняемой поверхности.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является изобретение «Затвор» (Авторское свидетельство СССР №499377; Е02В 9/06; дата публикации 15.01.1976 г.). Согласно изобретению, затвор содержит корпус, установленный в корпусе диск, рабочее уплотнение и ремонтное уплотнение. Ремонтное уплотнение представляет собой гильзу, установленную в корпусе со стороны потока с возможностью осевого перемещения. Гильза соединена с корпусом затвора посредством силовых механизмов, например, винтовых приводов.
Перекрытие зазора между корпусом и диском затвора для осуществления ремонтных работ на рабочем уплотнении происходит за счет поджатая гильзы к диску затвора в осевом направлении.
Недостатком данного решения является то, что поджатие гильзы к диску затвора происходит в осевом направлении. При этом не учитывается неравномерная по уплотняемой поверхности деформация диска затвора в осевом направлении (неравномерный прогиб диска вследствие воздействия на него давления воды), следствием чего является появление зазора между уплотняемыми поверхностями, возникновение протечек, и, следовательно, не обеспечивается требуемая герметичность. Винтовые приводы перемещения гильзы расположены параллельно оси водовода по окружности корпуса затвора в осевом направлении и не обеспечивают необходимой герметичности ремонтного уплотнения, а, следовательно, конструкция имеет невысокую надежность.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в обеспечении герметичности и повышении эксплуатационной надежности работы затвора при осуществлении ремонтных работ на рабочем уплотнении.
Для достижения указанного выше технического результата затвор содержит корпус, установленный в корпусе диск и ремонтное уплотнение, соединенное с корпусом винтовыми механизмами.
При этом, согласно заявляемой полезной модели, ремонтное уплотнение содержит упругий уплотнительный элемент, установленный по всей окружности диска, и разрезное кольцо, концы которого образуют между собой сопрягаемое замковое соединение на стыке. Разрезное кольцо охватывает упругий уплотнительный элемент и соединено с винтовыми механизмами через кинематические пары. Винтовые механизмы установлены в радиальном направлении.
Упругий уплотнительный элемент, установленный по всей окружности диска, препятствует проникновению протечек воды в зазор между разрезным кольцом в корпусе затвора и обеспечивает высокую эксплуатационную надежность работы затвора.
Перекрытие зазора между корпусом и диском затвора происходит за счет обжатия разрезного кольца ремонтного уплотнения в радиальном направлении, где деформации диска минимальны и форма поверхности остается неизменной. За счет радиального перемещения компенсируется прогиб диска от воды, что препятствует образованию зазоров между уплотняемыми поверхностями и, следовательно, позволяет минимизировать протечки.
Сопрягаемое замковое соединение, образованное концами разрезного кольца на стыке, позволяет изменять (уменьшать) диаметр разрезного кольца при обжатии и уменьшать зазор между корпусом и диском затвора.
Винтовые механизмы, установленные в радиальном направлении и соединенные через кинематические пары с разрезным кольцом, осуществляют перемещение разрезного кольца.
Предлагаемая конструкция затвора в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет производить ремонтные работы в проточной части гидротурбины на рабочем уплотнении и в напорных водоводах без осушения напорного водовода, благодаря высокой эксплуатационной надежности работы затвора и обеспечению требуемой герметичности за счет минимизировании протечек воды в проточную часть за затвор.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами. На фиг. 1 представлен затвор (при закрытом диске), главный вид; на фиг. 2 - сечение А-А затвора по ремонтному уплотнению, на фиг. 3 - представлен выносной элемент Б ремонтного уплотнения; на фиг. 4 - сечение В-В винтового механизма.
Представленные графические материалы содержат пример конкретного выполнения затвора.
Затвор содержит корпус 1, установленный в корпусе 1 диск 2 и ремонтное уплотнение 3, соединенное с корпусом 1 винтовыми механизмами 4. Ремонтное уплотнение 3 содержит упругий уплотнительный элемент 5, установленный по всей окружности диска 2 и разрезное кольцо 6. Разрезное кольцо 6 размещено в расточке корпуса 1 и закрыто крышкой 7 ремонтного уплотнения 3.
Упругий уплотнительный элемент 5 представляет собой профильный шнур, форма профиля которого должна обеспечивать его надежное крепление в посадочном гнезде на диске 2 затвора. Шнур выполняется, например, из резины тип II гр. В-С ТУ 2500-376-00152106-94 или резины аналогичных марок. Также допускается в качестве материала упругого уплотнительного элемента 5 использовать полиуретан.
Концы разрезного кольца 6 образуют между собой сопрягаемое замковое соединение 8 на стыке. Разрезное кольцо 6 имеет возможность изменять свой размер в сторону уменьшения, совершая при этом возвратно-поступательное движение в радиальном направлении. В конкретном примере выполнения концы разрезного кольца 6 имеют соответственно сопрягаемые пазы и выступы (на фиг. не показаны), плотно прилегающие друг к другу на стыке разрезного кольца 6, образуя замковое соединение 8, которое позволяет компенсировать изменение диаметра разрезного кольца 6 при его сжатии. Разрезное кольцо 6 выполняется из коррозионностойкой стали, например, стали 06Х12НЗД Гр А70 по ТУ 108.11.891-87 или сталей, аналогичным по свойствам.
Разрезное кольцо 6 охватывает упругий уплотнительный элемент 5 и соединено с винтовыми механизмами 4 через кинематические пары 9. Винтовые механизмы 4 установлены в корпусе 1 по периметру фланца 14 корпуса 1 затвора в радиальном направлении и выполнены в виде винтовых домкратов с комплектом уплотнительных и стопорных элементов. Разрезное кольцо 6 обжимает упругий уплотнительный элемент 5 в радиальном направлении посредством механического воздействия винтовых механизмов 4. Передача механического воздействия от винтовых приводов 4 к разрезному кольцу 6 осуществляется через кинематические пары 9, например, шарниры. Воздействие винтовых механизмов 4 изменяет размер разрезного кольца 6. Количество винтовых механизмов 4 определяется исходя из размеров затвора.
Уплотнение осуществляется за счет обжатия разрезного кольца 6 с упругим уплотнительным элементом 5 и перекрытия зазора между ремонтным уплотнением 3, установленным в корпусе 1 затвора и диском 2.
Ремонтное уплотнение 3 установлено в проточку в корпусе 1. Со стороны крышки 7 в зоне контакта с разрезным кольцом 6 выполнена наплавка из нержавеющей стали 10. Со стороны корпуса 1 затвора предусмотрена облицовка 11 из нержавеющей стали. Для исключения протечек воды между опорными поверхностями разрезного кольца 6, корпуса 1 затвора и крышки 7 предусмотрены уплотнения 12.
Предлагаемая конструкция работает следующим образом.
При закрытом затворе гайками 13 винтовых механизмов 4, которые расположены выше горизонтальной оси 15 затвора, выбирается свободный ход винтовых механизмов 4 и производится обжатие разрезного кольца 6 до касания упругого уплотнительного элемента 5. После этого производится обжатие разрезного кольца 6 с упругим уплотнительным элементом 5 на 0,5-3,0 оборота гайки (в зависимости от размеров ремонтного уплотнения 3).
Гайками 13 винтовых механизмов 4, которые расположены ниже горизонтальной оси 15 затвора, кроме винтового механизма 4, расположенного в самой нижней точке корпуса 1 затвора, выбирается свободный ход винтов винтовых механизмов 4 и производится обжатие разрезного кольца 6 до касания упругого уплотнительного элемента 5. После этого производится обжатие разрезного кольца 6 с упругим уплотнительным элементом 5 на 0,5-3,0 оборота гайки 13 (в зависимости от размеров ремонтного уплотнения 3).
Гайкой 13 винтового механизма 4, который расположен ниже горизонтальной оси 15 затвора в самой нижней точке корпуса 1 затвора, выбирается свободный ход винтовых механизмов 4.
Гайками 13 винтовых механизмов 4, поочередно с левой и с правой стороны производится обжатие разрезного кольца 6 по направлению от верха ремонтного уплотнения 3 до винтового механизма 4, расположенного в нижней части корпуса 1 затвора. Критерием обжатия ремонтного уплотнения является достижение величины момента поворота винтовых механизмов 4, равного 4-7 Н⋅м (0,4-0,7 кгс⋅м).
Порядок отжатия ремонтного уплотнения 3 производится в обратной последовательности.