Гідроциліндр затвора греблі

Реферат: Гідроциліндр затвора греблі містить встановлений вертикально на опорну раму корпус гідроциліндра з верхньою глухою і нижньою прохідною торцевими кришками, встановлений усередині корпусу гідроциліндра поршень з штоком, причому шток проходить через отвір в нижній прохідній кришці і кінематично зв'язаний з силовим вушком. Корпус гідроциліндра виконаний з опорним фланцем, розташованим на зовнішній поверхні корпусу гідроциліндра, вище за центр ваги гідроциліндра, на відстані не менше двох зовнішніх діаметрів корпусу гідроциліндра, а поршень гідроциліндра забезпечений демпфуючим пристроєм у вигляді гільзи з крізними отворами на циліндричній поверхні, виконаній на торці поршня з боку штока і утворюючій з штоком рівномірний кільцевий проміжок, а в прохідній торцевій кришці додатково виконана внутрішня кільцева проточка рівної з гільзою гальмівного пристрою довжини, що взаємодіє з її зовнішньою поверхнею з утворенням рівномірного кільцевого проміжку, крім того, сполучення силового вушка і кінця штока гідроциліндра, що взаємодіє з нею, виконане за допомогою сполучної муфти. UA 92576 U (12) UA 92576 U UA 92576 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі гідротехнічних споруд і може бути використана при виготовленні гідроприводів затворів гребель гідротехнічних споруд, наприклад гідроелектростанцій. Для регулювання потоку, підтримки заданого рівня води і забезпечення аварійного перекриття подачі води, наприклад до гідротурбін електростанцій, широко використовують затвори різних конструкцій. Особливістю затворів є їх великі габаритні розміри і вага металоконструкції. Тому, як рушій затворів застосовують силові гідроциліндри, що забезпечені оливостанціями і системами керування. Гідроциліндри забезпечують підйом затвора на необхідну висоту, її утримання і опускання, а також аварійне "скидання" (опускання затвора в нижнє положення з максимально можливою швидкістю). Відомий гідроциліндр, що складається з корпусу, штока і поршня з дросельним отвором і клапаном. Відомий гідроциліндр забезпечує регулювання швидкості переміщення поршня з штоком і пов'язаного з ним робочого органу, наприклад, затвора з необхідною швидкістю (див. наприклад, патент України №60337, МПК 7F15D15/22, 2003, бюл. №10,2003). Недоліком відомого гідроциліндра є те, що у разі аварійного опускання ("скидання"), затвор, що має велику вагу і що переміщується досить швидко, набуває великої кінетичної енергії, і в крайньому нижньому положенні можливий удар нижньої кромки металоконструкції затвора об його корпус і їх механічне пошкодження. Відома ж конструкція гідроциліндра забезпечує регулювання швидкості переміщення затвора, але не усуває можливість удару металоконструкції затвора об корпус у момент аварійного закриття. Цей недолік усунений в іншому відомому силовому гідроциліндрі, який оснащений демпфером, і який містить корпус, кришку з каналом управління, шток зі встановленим на ньому поршнем, запобіжний клапан і сідло, що виконане у вигляді втулки з осьовими каналами і першим бічним каналом з дроселем, сполученими з каналом управління, у якого поршень забезпечений втулкою з отворами, всередині якої розміщений підпружинений затвор, а в сідлі додатково виконаний другий бічний канал, що сполучає поршневу порожнину і канал управління через запобіжний клапан. Відомий гідроциліндр забезпечує плавність ходу і зупинки робочого органу і усуває можливі удари в кінці робочого ходу, наприклад затвора об корпус в кінці опускання затвора (див. наприклад Патент України № 33162, МПК (2006) F16F5/00, бюлл.№11, 2008г.). До недоліків відомого гідроциліндра можна віднести складність конструкції демпфуючого пристрою, його високу вартість, складність його виготовлення і обслуговування. Відомий також гідроциліндр, що забезпечений демпфуючим пристроєм, у якого демпфуючий пристрій має вигляд додаткової камери, виконаної в торцевій кришці, що забезпечена бічними каналами малого перерізу. Поршень гідроциліндра забезпечений додатковим хвостовиком, що входить у вищезазначену камеру з мінімальними проміжками. Гасіння швидкості забезпечене за рахунок різкого зменшення перерізу зливних каналів і перетікання гідравлічної рідини, наприклад оливи, через проміжки між зовнішньою поверхнею хвостовика поршня і внутрішньою поверхнею додаткової камери, а також за рахунок перетікання гідравлічної рідини через бічні канали, що також мають малий прохідний переріз (Див. наприклад книгу Башта Т.М. Машинобудівна гідравліка. - М: Машинобудування, 1971. - С. 324-326, мал. 183 а). По сукупності істотних ознак, відомий гідроциліндр є найбільш близьким до заявленої корисної моделі і може бути прийнятий за найближчий аналог. До недоліків найближчого аналога слід віднести те, що у разі використання відомого гідроциліндра в приводі затвора гідроспоруди, при опусканні затвора, в кінці робочого ходу, відбувається різке гасіння швидкості опускання. Оскільки гідроциліндр має великий робочий хід, а затвор має велику швидкість опускання і вагу (як правило, довжина робочого ходу гідроциліндра може складати 11 метрів і більш, а швидкість опускання затвора - більше 5 м/с, при цьому, вага металоконструкції затвора складає більш 200 т), то під час різкого гасіння швидкості в елементах, що зв'язують шток гідроциліндра із затвором (вушках та шворнях), виникають великі динамічні навантаження, які зменшують термін служби вищезазначених елементів. Це підвищує вірогідність руйнування (обриву) вищезазначених вушок та шворнів, і це може призвести до аварійної ситуації. Крім того, можливі також нерівномірність переміщення і перекошування затвора при великому ході поршня гідроциліндра, що також може привести до заклинювання елементів гідроциліндра і виходу їх з ладу. У основу корисної моделі поставлено задачу створити гідроциліндр приводу затвора з демпфуючим пристроєм підвищеної надійності і ефективності, шляхом забезпечення рівномірного, без перекосів, переміщення затвора і плавності гасіння швидкості його опускання, і за рахунок технічного результату, що полягає в збільшенні часу гальмування поршня гідроциліндра. 1 UA 92576 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Поставлена задача вирішене за рахунок того, що в гідроциліндрі затвора дамби, що містить вертикально встановлений на опорну раму корпус гідроциліндра з верхньою глухою і нижньою прохідною торцевими кришками, і розташовані усередині корпусу гідроциліндра поршень з штоком, причому шток проходить через отвір в нижній прохідній кришці і кінематично зв'язаний з тяговим вушком, відповідно до заявленої корисної моделі, корпус гідроциліндра забезпечений опорним фланцем, розташованим на зовнішній поверхні корпусу гідроциліндра, вище за центр мас гідроциліндра, на відстані не менше двох зовнішніх діаметрів корпусу гідроциліндра, а поршень гідроциліндра забезпечений демпфуючим пристроєм у вигляді гільзи з крізними отворами на циліндровій поверхні, виконаній на торці поршня з боку штока і утворюючій з штоком рівномірний кільцевий проміжок, а в прохідній торцевій кришці додатково виконана внутрішня кільцева проточка рівної з гільзою гальмівного пристрою довжини, що взаємодіє з її зовнішньою поверхнею, крім того, сполучення силового вушка та кінця штока гідроциліндра, що взаємодіє з нею, виконане за допомогою сполучної муфти. Між заявленою корисною моделлю і досягнутим технічним результатом існує причиннонаслідковий зв'язок. Тільки завдяки тому, що в гідроциліндрі затвора дамби корпус гідроциліндра забезпечений опорним фланцем, розташованим на зовнішній поверхні корпусу гідроциліндра, вище за центр мас гідроциліндра, на відстані не менше двох зовнішніх діаметрів корпусу гідроциліндра, а поршень гідроциліндра забезпечений демпфуючим пристроєм у вигляді гільзи з крізними отворами на циліндровій поверхні, виконаній на торці поршня з боку штока і утворюючій з штоком рівномірний кільцевий проміжок, а в прохідній торцевій кришці додатково виконана внутрішня кільцева проточка рівної з гільзою гальмівного пристрою довжини, що взаємодіє з її зовнішньою поверхнею з утворенням рівномірного кільцевого проміжку, крім того, сполучення силового вушка і кінця штока гідроциліндра, що взаємодіє з нею, виконане за допомогою сполучної муфти, забезпечене рівномірне, без перекосів, переміщення затвора і плавність гасіння швидкості його опускання та поглинання кінетичної енергії і перетворення її в теплову, збільшений час гальмування гідроциліндра під час аварійного опускання затвора, динамічні навантаження на елементи підвіски затвора, підвищена надійність і безпека його роботи. Додатковий корисний результат, що полягає в забезпеченні самоцентрування гідроциліндра в опорній рамі і усуненні дії вигинаючих навантажень на деталі гідроциліндра, отриманий за рахунок того, що в гідроциліндрі затвора дамби, опорна поверхня опорного фланця виконана криволінійною, наприклад сферичною. У гідроприводі затвора дамби застосовують, як правило, два гідроциліндри. Виконання сполучення кінця штока гідроциліндра і силового вушка, що взаємодіє з ним, за допомогою сполучної муфти, а також виконання кожної сполучної муфти складеною циліндричною з подовжніми фланцями і болтами і центральним отвором з кільцевими канавками, що взаємодіють з відповідними канавками, виконаними в хвостовику силового вушка і на кінці штока гідроциліндра, забезпечило додатковий корисний результат, що полягає в компенсації неточностей монтажу елементів гідроприводу і забезпеченні рівномірного навантаження кожного гідроциліндра та підвищило надійність і ефективність роботи затвора. Заявлене рішення є промислово застосовним, оскільки його реалізація не представляє складності. Крім того, на ПАТ НКМЗ розроблений робочий проект і виготовлені гідроциліндри з використанням заявленого технічного рішення. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на: - фіг. 1 показаний загальний вид гідроциліндра затвора; - фіг. 2 - переріз А - А (на фіг. 1); - фіг. 3 - місце Б - (на фіг. 2) поршень гідроциліндра в нижньому положенні; - фіг. 4 - переріз А - А (на фіг. 1); - фіг. 5 - показано положення поршня в момент зупинки (демпфування). Гідроциліндр затвора греблі (див. фіг. 1) містить вертикальний циліндричний корпус 1, що змонтований в рамі опорній 2, закріпленій на бетонній основі греблі гідротехнічної споруди, наприклад гідроелектростанції. Шток гідроциліндра 3 жорстко сполучений з силовим вушком 4. Силове вушко 4 сполучена з підйомним вушком затвора 5 за допомогою шворня 6. Шворінь 6 забезпечений засобом фіксації від випадання. Як правило для підйому затвора 5 встановлюють два гідроциліндри. Гідроциліндри також комплектуються гідростанцією і системою управління (Другий циліндр, гідростанція і система управління на фіг. 1 умовно не показані). Корпус гідроциліндра 1 (див. фіг.2) забезпечений двома бічними кришками: - глухою торцевою кришкою 7 і прохідною торцевою кришкою 8. Глуха торцева кришка 7 має крізний отвір і вільно сполучається з атмосферою. Всередині корпусу гідроциліндра 1 встановлений поршень 9, що жорстко закріплений на штоку 3. Шток 3 проходить через центральний отвір 2 UA 92576 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 прохідної торцевої кришки 8. Корпус гідроциліндра 1, глуха торцева кришка 7 і поршень 9 утворюють поршневу порожнину 10, що вільно сполучається з атмосферою. Корпус гідроциліндра 1, прохідна торцева кришка 8, поршень 9 і шток 3 утворюють штокову порожнину 11. Штокова порожнина 11 підключена до гідросистеми приводу затвора за допомогою трубопроводів 12 і 13 (на фіг. 2 гідросистема приводу затвора умовно не показана). Гідроциліндр також забезпечений засобами герметизації штокової порожнини 11, що попереджають витікання гідравлічної робочої рідини, що знаходиться під високим тиском, наприклад оливи. Відмітними особливостями заявленої корисної моделі є: - опорний фланець 14 (див. фіг. 1 і 2), що розміщений на зовнішній поверхні корпусу гідроциліндра 1, вище за центр ваги гідроциліндра, на відстані не менше двох зовнішніх діаметрів корпусу гідроциліндра. Опорна поверхня 15 фланця 14, що взаємодіє з опорною поверхнею рами опорної, виконана криволінійною, наприклад сферичною. Таке виконання опорної поверхні 15 фланця 14 забезпечило самоцентрування кожного гідроциліндра в процесі роботи; - гідроциліндр забезпечений демпфуючим пристроєм гідроциліндра (див. фіг. 3), який містить циліндричну гільзу 16 з крізними отворами 17. Циліндрична гільза 16 жорстко зв'язана з торцевою поверхнею поршня 9 і утворює із штоком 3 рівномірний кільцевий проміжок 18; - у прохідній торцевій кришці 3 (див. фіг. 2, 5) виконана кільцева проточка 19. Довжина кільцевої проточки 19 дорівнює довжині циліндричної гільзи 16; - з'єднання силового вушка 4 і штока 3 силового циліндра виконано за допомогою сполучної муфти 20. У муфті 20 (див. фіг. 4) виконаний центральний крізний отвір 21. На внутрішній поверхні отвору 21 виконані кільцеві канавки 22, що взаємодіють з відповідними виступами 23 і 24, що виконані на кінці штока 3 і хвостовику силового вушка 4. Як правило, до складу гідравлічного приводу підйому затвора греблі входять два вертикально встановлених гідроциліндри. Силові вушка гідроциліндрів за допомогою шкворнів сполучені з відповідними вушками металоконструкції затвора. Роботу гідроциліндрів затвора греблі розглянемо на прикладі будь якого з них. Працює заявлений гідроциліндр таким чином. Для підйому затвора 5 подають гідравлічну рідину (оливу) під високим тиском в штокову порожнину 11 гідроциліндра. Під дією високого тиску робочої рідини, поршень 9 з штоком 3 і відповідно з силовим вушком 4 і затвором 5 переміщаються вгору. Поршнева порожнина 10 кожного гідроциліндра зв'язана з атмосферою за допомогою каналу, що виконаний в глухій торцевій кришці 7. Кожен гідроциліндр забезпечений індикатором переміщення поршня (на фіг. 1-5 умовно не показаний). При досягненні затвором 5 заданої висоти підйому, подача робочої рідини під високим тиском в штокову порожнину 11 припиняється. Далі, за допомогою золотникових клапанів системи управління гідроциліндрами, забезпечено утримання і фіксацію затвора 5 на заданій висоті. Це забезпечило подачу необхідного потоку води, що потрапляє на гідравлічну турбіну. Міняючи положення затвора 5 по висоті, виконують регулювання витрать води і відповідно швидкість обертання вала гідротурбіни. При аварійному опусканні (закритті) затвора 5, опускання затвора вниз відбувається під дією власної ваги. Але у разі необхідності, для забезпечення заданої швидкості опускання, додатково виконують відкачування робочої рідини з штокової порожнини 11. Швидкість опускання затвора при цьому може досягти до 5,5 м/с. В кінці робочого ходу, при опусканні відбувається плавне гальмування (демпфування) і зупинка затвора 5 в нижньому положенні. Гасіння швидкості руху затвора 5 забезпечено таким чином (див. фіг. 5). В кінці робочого ходу гальмівна гільза 9 заходить в кільцеву проточку 19 прохідної кришки 8. При цьому відбувається замикання частини робочої рідини штокової порожнини 11. Робоча рідина стискається і під дією високого тиску починає перетікати крізь всі отвори 17, кільцевий проміжок 18, та між внутрішньою поверхнею гальмівної гільзи 16 і зовнішньою поверхнею штока 3 в кільцеву проточку 19 торцевої кришки 8 і далі, по трубопроводу 12, зливається в бак. При цьому різко зростає опір переміщенню поршня 9. Внаслідок опускання затвора 5, силового вушка 4, штока 3 з поршнем 9 і занурення гальмівної гільзи 16 в кільцеву проточку 19 торцевої кришки 8, відбувається поступове зменшення числа відкритих отворів 17, і відповідно відбувається поступове збільшення опору перетіканню робочої рідини з штокової порожнини 11 в кільцеву проточку 19 і далі на злив. Цим забезпечено плавне гальмування і зупинка затвора 5 при аварійному опусканні. Виконання гідроциліндра затвора у відповідності до заявленої корисної моделі забезпечило гасіння кінетичної енергії руху затвора при аварійному скиданні, його плавне гальмування і 3 UA 92576 U зупинку в нижньому положенні. Підвищені також безпека, надійність і ефективність роботи силових циліндрів затвора дамби. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Гідроциліндр затвора греблі, що містить встановлений вертикально на опорну раму корпус гідроциліндра з верхньою глухою і нижньою прохідною торцевими кришками, встановлений усередині корпусу гідроциліндра поршень з штоком, причому шток проходить через отвір в нижній прохідній кришці і кінематично зв'язаний з силовим вушком, який відрізняється тим, що корпус гідроциліндра виконаний з опорним фланцем, розташованим на зовнішній поверхні корпусу гідроциліндра, вище за центр ваги гідроциліндра, на відстані не менше двох зовнішніх діаметрів корпусу гідроциліндра, а поршень гідроциліндра забезпечений демпфуючим пристроєм у вигляді гільзи з крізними отворами на циліндричній поверхні, виконаній на торці поршня з боку штока і утворюючій з штоком рівномірний кільцевий проміжок, а в прохідній торцевій кришці додатково виконана внутрішня кільцева проточка рівної з гільзою гальмівного пристрою довжини, що взаємодіє з її зовнішньою поверхнею з утворенням рівномірного кільцевого проміжку, крім того, сполучення силового вушка і кінця штока гідроциліндра, що взаємодіє з нею, виконане за допомогою сполучної муфти. 2. Гідроциліндр затвора греблі за п. 1, який відрізняється тим, що торцева поверхня опорного фланця з боку прохідної кришки гідроциліндра виконана криволінійною, наприклад сферичною. 3. Гідроциліндр затвора греблі за п. 1, який відрізняється тим, що сполучна муфта виконана складеною циліндричною з подовжніми фланцями і болтами та центральним отвором з кільцевими канавками, що взаємодіють з відповідними канавками, виконаними в хвостовику силового вушка і на кінці штока гідроциліндра. 4 UA 92576 U 5 UA 92576 U 6 UA 92576 U 7 UA 92576 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8