Щитовой затвор и прижимное устройство для него

Щитовой затвор и прижимное устройство для него.
Настоящее техническое решение относится к области гидротехнических устройств, а более конкретно, к щитовым затворам для перекрытия каналов водопроводной воды на станциях водоканала.
Особенностью устройства хозяйства водоснабжения в России является исторически сложившаяся унификация станций водоканала, оснащенных одинаковым оборудованием. Существовавший до настоящего времени в России уровень техники представлен конструкцией щитового затвора, производившегося как ранее, так и производимого в настоящее время в виде ряда типоразмеров по проекту, выполненному трестом Мосводопровод.
Этот щитовой затвор, изображенный на Фиг, 1, 2, содержит подъемный чугунный щит 1, чугунную раму 2 затвора с прямоугольным отверстием 3 канала и седлом 4, выполненным за одно целое с рамой 2 по периметру отверстия 3 (Фиг, 2), Рама 2 неразъемно смонтирована в бетонном ложе водопроводного канала (не показан), ЕИт 1 перекрывает отверстие 3 канала пpи опускании его по направляющим 5 рамы 2, По боковым краям щита 1 неподвижно закреплены клиновые упоры 6, а на раме 2 также неподвижно закреплены ответные им контрупоры 7, Количество пар клиновых упоров и соответствующих им контрупоров с каждого бокового края щита, распределенных по его высоте равно двум или более, в зависимости от размеров щита. Упоры 6 и контрупоры 7 имеют рабочие поверхности, наклонные к плоскости контактной поверхности седла 4 щита. Наклон рабочих поверхностей выбран таким образом, что когда при опускании щита 1 рабочие поверхности клиновых упоров 6 встречают рабочие поверхности контрупоров 7 и двигаются вдоль них, щит 1, помимо движения вниз, приобретает составляющую движения в сторону седла 4, В результате взаимодействия клиновых упоров 6 с контрупорами 7 щит 1, под действием своего веса, или в сумме с дополнительным усилием, сообщаемым устройством подъема и опускания щита (не
о,::; 9-;:- -
.-;
показано), через упоры б, 7, получает составляющую усилия, прижимающую его к седлу 4, и перекрывает водопроводный канал. Для снижения протечек через щели между седлом 4 и прижатым к нему в закрытом состоянии затвора щитом 1 использованы медные уплотнительные накладки (не показаны), которые закреплены, соответственно, на щите 1 и седле 4 так, что в закрытом состоянии затвора щит 1 контактирует с седлом 4 через уплотнительные накладки.
Однако ощибки установки упоров и контрупоров и различие наклона их рабочих поверхностей вследствие неточности изготовления приводят к неравномерности износа этих рабочих поверхностей, влекущей возрастание в процессе эксплуатации неравномерности распределения прижимающего щит усилия между отдельными упорами и, как следствие, к перекосу щита и неплотному его прилеганию к седлу щита.
В процессе эксплуатации щитового затвора происходит его износ. Изнашивается не только контактная поверхность подвижного щита, но также и контактная поверхность седла щита, к которой прижимается щит при перекрывании канала. Контактные поверхности щитового затвора подвержены не только механическому износу, но и коррозии. Со временем, износ контактных поверхностей затвора приводит к уровню протечек, недопустимому в системах водоканала, например, в системе очистки водопроводной воды там, где в соответствии с технологическим циклом, требуется периодически удалять воду из отдельных элементов системы. Кроме того, протечки затворов в водопроводных каналах приводят к потерям очищенной воды, равносильным значительным экономическим потерям.
Ремонт щитового затвора, изображенного на Фиг. 1, 2 представляет собой значительную техническую проблему, так как для этого требуется извлечение рамы 2 затвора из бетонного ложа водопроводного канала.
Указанный недостаток находящихся в эксплуатации щитовых затворов делает их ремонт практически невозможным без
значительных материальных затрат и нарушения нормальной работы водопроводной станции на длительный срок.
Задачей настоящего технического решения является создание такого щитового затвора, который при хорошей ремонтопригодности, и обладал бы возможность включения в его конструкцию стационарной рамы затвора, установленной в водопроводном канале, чтобы обеспечить малые затраты на внедрение щитового затвора на российских водопроводных станциях. Задачей настоящего технического решения является также создание прижимного устройства щитового затвора, которое обеспечило бы незначительную величину протечек щитового затвора в течение длительного срока эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в одном аспекте настоящего технического решения щитовой затвор водопроводного канала выполнен согласно п. 1 формулы полезной модели, а именно, в щитовом затворе, содержащем подъемный щит, средство подъема и опускания щита, раму затвора, неразъемно смонтированную в просвете водопроводного канала, рама затвора содержит отверстие канала для пропускания воды по водопроводному каналу, и седло щита, охватывающее отверстие канала, согласно настоящему техническому решению, седло щита выполнено в виде съемной накладки, закрепленной на раме затвора.
Съемное седло щита обеспечивает возможность его ремонта или замены.
Предпочтительно, чтобы седло щита было наклеено на раму затвора клеящим составом, размягчающимся достаточно для отделения седла щита от рамы затвора при нагреве, не наносящем ущерба элементам щитового затвора. Наклеивание седла щита на раму затвора предоставляет преимущества герметичности такого соединения и простоты его точной установки в сравнении с традиционным разъемным соединением с помощью болтов.
Предпочтительно, чтобы клеящий состав содержал в качестве основы эпоксидные смолы. Эпоксидные клеи размягчаются при
умеренном нагреве, что позволяет без затруднений отделять седло щита от рамы в случае необходимости.
Далее, предпочтительно, чтобы седло щита содержало гребневидный контактный выступ седла, выполненный по замкнутому контуру вокруг отверстия канала, а щит - ответный контактный выступ щита, выполненный с возможностью совмещения с контактным выступом седла так, что водопроводный канал перекрыт, когда указанные контактные выступы совмещены и прижаты друг к другу своими контактными поверхностями на вершинах гребней контактных выступов, щит и седло щита выполнены из стали, а контактные выступы щита и седла щита выполнены из нержавеющей стали.
Предпочтительно также, чтобы контактные поверхности контактного выступа щита и контактного выступа седла, соответственно, были выполнены плоскими с шириной в пределах от 15 до 25 миллиметров.
Поставленная задача решается также тем, что в другом аспекте настоящего технического решения прижимное устройство щитового затвора выполнено согласно п. б формулы настоящей полезной модели, а именно, прижимное устройство, содержащее по меньшей мере один прижимной узел, для прижимания щита к седлу щита с усилием необходимым для закрывания щитового затвора, прижимной узел содержит клин, установленный на щите со стороны, противоположной седлу щита, и контрупор, закрепленный относительно седла щита, клин и контрупор содержат, соответственно, наклонные к оси седла, рабочие поверхности, которыми они контактируют друг с другом при закрывании щитового затвора, причем в прижимном устройстве клин установлен на щите с возможностью качания в пределах, достаточных для точного установления его рабочей поверхности вдоль рабочей поверхности контрупора, когда указанные поверхности входят в контакт друг с другом.
Точное установление рабочей поверхности клина параллельно рабочей поверхности контрупора обеспечивает контакт этих
поверхностей по всей площади, способствуя, таким образом, меньшему износу этих поверхностей при закрывании затвора.
Прижимной узел предпочтительно  содержит закрепленную на щите обечайку, свободно охватывающую клин, а клин, со стороны обращенной к щиту, содержит опорную поверхность, выполненную цилиндрической.
Далее, предпочтительно, прижимной узел содержит установленную в обечайке между клином и щитом прокладку, выполненную с возможностью ее неупругой деформации при вдавливании в нее клина под действием усилия, превосходящего усилие, прикладываемое к клину при закрывании щитового затвора.
Предпочтительно также, чтобы поверхность прокладки клина со стороны, обращенной к клину, была выполнена рифленой.
Предпочтительная форма поверхности прокладки клина имеет вид чередующихся гребней и канавок треугольного профиля.
Прокладка выполнена, предпочтительно, из меди.
В дальнейшем, настоящее техническое решение подробно рассмотрено на примере его предпочтительной реализации со ссылками на чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает щитовой затвор предшествующего уровня техники, вид с наружной стороны щита;
Фиг. 2 - вид 2-2 щитового затвора, изображенного на Фиг. 1; Фиг. 3 - щитовой затвор, выполненный согласно настоящему техническому решению, вид с наружной стороны щита; Фиг. 4 - щитовой затвор, вид в сечении 4 - 4 на Фиг. 3; Фиг. 5 - седло щита щитового затвора, вид 5 - 5 на Фиг. 4. Фиг. б - увеличенный фрагмент щитового затвора. Фиг. 4. Фиг. 7 - прижимной узел прижимного устройства щитового затвора, вид в сечении 7-7 на Фиг. 3;
Фиг. 8 - прокладка, вид сверху, прижимного узла. Фиг. 7. Фиг. 9 - прокладка, прижимного узла на Фиг.7, вид сбоку.
Фиг. 3, 4 изображают щитовой затвор, выполненный согласно настоящему техническому решению, преимущества которого наиболее полно реализуются при модернизации щитовых затворов
предшествующего уровня техники, установленных в действующих водопроводных каналах. Поэтому, в данной реализации, в качестве рамы затвора используется вмурованная в бетонное ложе водопроводного канала чугунная рама 2 изображенного на Фиг. 1, 2 щитового затвора предшествующего уровня техники. Рама 2 имеет прямоугольную форму отверстия канала, однако, в другой реализации, когда щитовой затвор включает вновь устанавливаемую раму затвора, такая рама может иметь другую, например, круглую форму отверстия канала.
Щитовой затвор. Фиг. 3, содержит щит 30, выполненный из стали, например, марки Ст 20. Щит включает пластину 31, изготовленную из стального листа, толщина которого выбирается в зависимости от поперечных размеров щита. Для щита с размерами 1300 X 1300 мм предпочтительное значение толщины листа равно 20 - 30 мм. Щит 30 имеет ребра 32 жесткости из листовой стали той же толщины, что и пластина 31, соединенные с пластиной 31 сваркой. Ребра 32 могут быть выполнены также из листовой стали меньшей толщины, чем пластина 31. Щит 30, изготовленный из стали, имеет преимущество большей надежности по сравнению с чугунным щитом предшествующего уровня техники, который, вследствие хрупкости чугуна, обычно приходит в негодность если подвергается ударам при возникновении нештатных ситуаций в процессе эксплуатации.
Щитовой затвор содержит средство (не показано) подъема и опускания щита, выполненное с возможностью поднимать и опускать щит 30 с помощью штока 33, шарнирно соединенного со щитом 30. В качестве средства подъема и опускания щита может быть использовано устройство включающее винтовую пару, такое как в щитовом затворе предшествующего уровня техники. В верхнем положении щита 30 щитовой затвор открыт, когда щит 30 опущен в нижнее положение - щитовой затвор закрыт. Щит 30 перемещается по направляющим 34, закрепленным на раме 2 болтами (не показаны).
Щитовой затвор содержит прижимное устройство для запирания водопроводного канала при нижнем положении щита 30. Прижимное устройство включает прижимные узлы 35, 36,
В данной реализации, соответствующей размерам щита 1300 X 1300 мм, прижимное устройство содержит две пары прижимных узлов, размещенных по краям затвора, однако при больших размерах щита количество прижимных узлов может быть большим. Кроме того, дополнительно, прижимные узлы могут быть расположены со стороны нижнего края затвора.
Показанное на Фиг. 4 седло 40 щита выполнено в виде отдельного элемента затвора, который съемно закреплен на раме 2. Седло 40 выполнено из стали, например, марки Ст 20. Седло 40 содержит плоский воротник 41, выполненный прямоугольным по форме рамы 2. Воротник 41 имеет отверстие 42 для канала, которое, по технологическим соображениям, выполнено круглым, как показано на Фиг. 5. Материалом для воротника 41 может служить лист толщиной 20 - 30 мм. Седло 40 содержит соединенный с воротником 41 сваркой хвостовик 43 из сваренных между собой колец, обеспечивающий необходимую жесткость седла 40.
Седло 40, согласно предпочтительной реализации настоящего технического решения, соединено с рамой 2 клеящим составом 44, размягчающимся при нагреве. В настоящем примере клеящий состав 44 содержит в качестве основы эпоксидные смолы. Такие клеи обеспечивают требуемую прочность фиксации седла на раме при рабочих температурах в водопроводном канале, но размягчаются при нагреве до температуры 100 - 150°С. Это позволяет без затруднений отделять седло 40 от рамы 2, когда оно нуждается в ремонте, или замене. Необходимый нагрев может быть получен с помощью сварочных горелок. Для наклейки седла 40 на раму 2 может быть использован, например, клей «ДЕВКОН, производства компании «Девкон США, или другой аналогичный эпоксидный клей. Если щитовой затвор используется в системе снабжения питьевой водой, должен использоваться клей разрешенный санитарными нормами к применению в таких системах.
Пластина 31 щита 30, со стороны, обращенной к седлу 40 имеет кольцевой контактный выступ 45 щита, а воротник 41 седла ответный кольцевой контактный выступ 46 седла. Контактные выступы 45, 46 имеют одинаковые диаметры, обеспечивающее возможность их совмещения.
Фиг. 6 иллюстрирует контактные выступы 45, 46, при их совмещении в нижнем положении щита 30. Контактные выступы 45, 46 представляют собой наплавки из нержавеющей стали, соответственно, на пластине 31 и воротнике 41. Контактные выступы 45, 46 имеют, соответственно, плоские контактные поверхности 61, 62, обработанные шлифованием. Выбранный материал контактных выступов 45, 46 обеспечивает значительно больший срок службы без ремонта щитового затвора, выполненного согласно настоящему техническому рещению, по сравнению со щитовым затвором предшествующего уровня техники, так как нержавеющая сталь практически не подвержена коррозии и в значительно меньшей степени механическому износу, чем медь, используемая как материал уплотнительных накладок в щитовом затворе предшествующего уровня техники.
Ширина контактных поверхностей 61, 62 выбирается в пределах от 15 до 25 миллиметров, предпочтительное значение равно 20 миллиметров. Значение ширины контактных поверхностей 61, 62 выбирается как компромисс, при котором, с одной стороны, обеспечивается требуемое по расчету взаимное давление этих поверхностей при закрытом затворе, а с другой - требования к точности их совмещения, которую должно обеспечить прижимное устройство затвора, задающее нижнее положение щита 30.
Фиг. 7 иллюстрирует устройство прижимного узла 35. Узел 35 содержит контрупор 70, клин 71 и обечайку 72 для крепления клина 71 к щиту 30. Контрупор 70 крепится к направляющей 34 болтами 73. Контрупор 70 содержит плоскую рабочую поверхность 74, наклонную к оси седла 40. Клин 71, имеет, с одной стороны, плоскую рабочую поверхность 75, а с противоположной стороны, обращенной к щиту, - цилиндрическую поверхность 76. Размеры
обечайки 72 позволяют клину 71 свободно качаться внутри нее, опираясь на цилиндрическую поверхность 76. Обечайка 72 содержит штифт 77 для предотвращения выпадения из нее клина 71.
Такая конструкция прижимного узла обеспечивает точное совпадение наклона рабочих поверхностей 74, 75, когда клин 71 входит в контакт с контрупором 70. Расстояние рабочей поверхности 75 клина от контактной поверхности 61 щита согласуется с расстоянием рабочей поверхности 74 контрупора от контактной поверхности 62 седла таким образом, чтобы совмещение контактных поверхностей 61 и 62 щита и седла достигалось при совмещении контактирующих рабочих поверхностей 74 и 75 контрупора 70 и клина 71, соответственно.
Прижимные узлы 36 отличаются от прижимных узлов 35 только большими расстояниями между контактными поверхностями щита и седла и рабочими поверхностями клина и контрупора, обеспечивающими свободное прохождение клиньев прижимных узлов 35 под контрупорами прижимных узлов 36 при опускании щита 30 в нижнее положение, в котором щитовой затвор закрыт.
Таким образом, в прижимном устройстве, выполненном согласно настоящему техническому решению, рабочие поверхности клиньев устанавливаются точно вдоль рабочих поверхностей контрупоров совместно во всех прижимных узлах. Взаимодействие клиньев с контрупорами всей площадью рабочей поверхности обеспечивает минимальный износ рабочих поверхностей клиньев и контрупоров, а следовательно продолжительную работу щитового затвора с малыми протечками.
В предпочтительной реализации прижимной узел содержит установленную на дне обечайки 72 прокладку 79 для подгонки расстояния рабочей поверхности 75 клина от контактной поверхности 61 щита.
Фигуры 8, 9 иллюстрируют детали конструкции прокладки 7 9. Поверхность 80 прокладки 79 выполнена рифленой, покрытой чередующимися гребнями и канавками, которые выполнены с таким расчетом, чтобы обеспечить возможность неупругой деформации
прокладки в клиновом упоре в результате сминания гребней на требуемую глубину клином 71. В предпочтительной реализации поверхность 80 содержит гребни 90 треугольного профиля, как показано на Фиг 9. Прокладка 79 изготовлена предпочтительно из меди. Использование таких прокладок позволяет после установки щитового затвора в водопроводном канале просто и эффективно выполнить процедуру его окончательной регулировки так как описано далее.
В другой реализации, согласная работа прижимных узлов может обеспечиваться регулировкой положений рабочих поверхностей контрупоров. Для этого вместо прокладок, устанавливаемых между клиньями и щитом, могут быть использованы подбираемые по толщине прокладки, устанавливаемые под контрупоры.
Сборка щитового затвора, в котором используется рама от ранее смонтированного затвора, вмурованная в водопроводном канале, осуществляется следующим образом. На раме 2 закрепляют направляющие 34, устанавливают в направляющих щит 30, соединяют его со штоком 33 и устанавливают прижимные узлы 35, 36. На седло 40 наносят клеящий состав (клеящий состав может также наноситься на раму 2) и помещают седло 40 на его посадочное место на раме 2. Затем, до затвердевания клеящего состава, опускают щит 30 до совмещения контактных поверхностей 61 щита и 62 седла в нижнем положении щита 30, в котором прижимное устройство сообщает щиту 30 и через него седлу 40, усилие направленное в сторону рамы 2, заставляющее эластичный клеящий состав распределиться между рамой 2 и седлом 40 в соответствии с положением седла 40 прижатого к щиту 30. Щитовой затвор оставляют в этом положении до затвердевания клеящего состава. Таким образом может быть обеспечена параллельность щита 30 и седла 40 щита независимо от изъянов посадочного места седла щита на раме 2.
Альтернативно, при иной последовательности сборки щитового затвора, седло 40 с нанесенным на него клеящим составом может, для наклеивания его на раму 2, притягиваться к ней болтами.
На заключительном этапе сборки выполняется подгонка прижимных узлов, состоящая в подгонке положений рабочих поверхностей клиньев для обеспечения равномерности распределения усилия прижима щита 30 к седлу 40 между прижимными узлами 35, 36. Такая подгонка выполняется в один прием благодаря использованию в клиновых упорах рифленых прокладок 79. Равномерное распределение усилия прижима, щита обеспечивает продолжительную работу щитового затвора с малой величиной протечек.
Для выполнения одновременной подгонки прижимных узлов контрупоры прижимных узлов 35, 36 на начальном этапе сборки закрепляются на направляющих 34 болтами 73 неплотно, с оставлением зазора между контрупорами и направляющими 34. Затем, после затвердевания клеящего состава, при том, что щит 30 устанавливают в нижнем положении, в котором контактные поверхности 61, 62 совмещены, контрупоры притягиваются болтами 73 к направляющим 34. При этом контрупоры оказывают давление на клинья, приводящее к неупругой деформации прокладок 79, выраженной в сминании вершин выступов 80. Деформация каждой из прокладок 79 происходит индивидуально, на соответствующую глубину, поэтому, расхождения в положениях срабатывания прижимных узлов 35, 36, обусловленные неточностью изготовления, оказываются скомпенсированы.
Усилия, прикладываемые к прокладкам 79 при этой процедуре, значительно превосходят величины рабочих усилий, развиваемых при закрывании затвора. При последующих закрываниях затвора дальнейщей деформации прокладок 79 не происходит, поэтому положения клиньев по отнощению к щиту в дальнейшем остаются неизменными. Таким образом, описанная процедура подгонки положений клиньев прижимного устройства, выполненного согласно настоящему техническому решению, обеспечивает равномерность распределения усилия прижима щита 30 к седлу 40 между прижимными узлами при закрывании щитового затвора.