ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ (ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ) ПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК F15B11/08 F03B3/00 

Изобретение относится к пневмогидромашиностроению и может быть использовано в следящих системах управления запорной и регулирующей аппаратуры магистральных трубопроводов.

Уровень техники в данной области характеризуется тем, что известен пневматический (гидравлический) привод, содержащий источник рабочей среды под давлением, распределительное устройство, струйный двига- тель, сопла которого размещены на плечах ротора, установленного в корпусе, и связаны каналами, выполненными в роторе, с подводящими патрубками, а также редуктор, кинематически связанный с объектом регулирования.

Техническими недостатками данного привода являются повышенные утечки из-за отсутствия разделительных элементов между каналами ротора и большая сложность редуктора, непосредственно связанного с объектом регулирования.

Известен также пневматический (гидравлический) привод, содержащий источник рабочей среды под давлением, распределительное устройство с переключателем, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора, установленного в корпусе, и связаны внутренними каналами, выполненными в роторе, с подводящими патрубками, подключенными через распределительное устройство к источнику рабочей среды, а также редуктор, соединенный с одной стороны с выходным валом ротора струйного двигателя, а с другой - с винтом винтовой передачи, гайка которой установлена с возможностью поступательного перемещения и кинематически связана узлом преобразования перемещения с объектом регулирования.

Недостатками данного привода являются сложность конструкции выходного вала, через который осуществляется как подвод рабочей среды в струйный двигатель, так и передача крутящего момента, тяжелые условия работы редуктора, обусловленные тем, что подводящие патрубки выполнены со стороны редуктора, который находится в результате под максимальным воздействием утечек подводимой рабочей среды (горячего газа или агрессивной жидкости), а также сложность компановки привода, связанная с размещением подводящих патрубков между струйным двигателем и редуктором и обусловленная рычажной конструкцией узла преобразования перемещения. Кроме того, использование струйной трубки в качестве распределительного устройства приводит к повышению потерь подводимой рабочей среды и, следовательно, к снижению КПД привода.

Данное техническое решение предназначено для получения технического результата, заключающегося в том, что упрощается конструкция выходного вала, облегчаются условия работы редуктора в части воздействия рабочей среды, т.е. повышается его срок службы, упрощается компановки привода и тем самым, расширяются возможности его применения в составе объектов с ограниченным объемом размещения, снижаются утечки рабочей среды, т.е. повышается КПД, повышается быстродействие и надежность переключения распределительного устройства в крайних положениях объекта регулирования.

Сущность изобретения заключается в том, что в пневматическом (гидравлическом) приводе, содержащем источник рабочей среды под давлением, распределительное устройство с переключателем, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора, установленного в корпусе, и связаны внутренними каналами, выполненными в роторе, с подводящими патрубками, подключенными через распределительное устройство к источнику рабочей среды, а также редуктор, соединенный с одной стороны с выходным валом ротора струйного двигателя, а с другой - с винтом винтовой передачи, гайка которой установлена с возможностью поступательного перемещения и кинематически связана узлом преобразования перемещения с объектом регулирования, для достижения указанного технического результата узел преобразования перемещения выполнен в виде реечной передачи, размещенной симметрично относительно продольной плоскости симметрично винтовой передачи, все сопла струйного двигателя направлены в одну сторону, а все подводящие патрубки последнего выполнены со стороны корпуса, противоположной редуктору, и разделены кольцевым пазом, в котором размещен дополнительно выполненный на роторе соосно с выходным валом кольцевой разделитель указанных внутренних каналов, кроме этой необходимой и достаточной во всех случаях совокупности признаков в частностных случаях каналы патрубков и сопл двигателя выполнены в соотношении А_с/А_п = 1,5-2,5, где А_с и А_п - площадь сечений каналов на срезах патрубков и сопл, реечная передача выполнена с двумя рейками, закрепленными параллельно по обе стороны гайки, и с двумя, установленными соосно зубчатыми секторами, а в корпусе выполнены направляющие упоры, размещенные вдоль реек, переключатель снабжен двумя концевыми выключателями в виде герконов и подвижного магнита, кинематически связанного с выходным валом, распределительное устройство выполнено в виде двух двухпозиционных и соосно установленных клапанных распределителей, а переключатель выполнен в виде двух параллельно установленных поворотных профилированных пластин, каждая из которых имеет нажимной выступ в плоскости поворота и перпендикулярный к ней упор, а также пружину растяжения, одним концом закрепленную в корпусе, а в последнем дополнительно установлены поворотный двуплечий рычаг для попеременного воздейст- вия одним плечом на клапаны распределителей, а другим - на выступы пластин, а также нажимной рычаг для попеременного взаимодействия с упорами пластин, кинематически связанный с реечной передачей, причем указанный двуплечий рычаг снабжен поводком ручного управления.

Причинно-следственная связь между достигаемым техническим результатом и совокупностью признаков заключается в том, что конструкция выходного вала упрощается, так как он освобождается от функции подвода рабочей среды, условия работы редуктора облегчаются за счет исключения потоков утечек в направлении редуктора, поскольку подводящие патрубки размещены с противоположной стороны корпуса струйного двигателя, улучшаются компановочные возможности привода, поскольку рейки могут быть выполнены заодно с гайкой, а зубчатые секторы при этом частично вписываются в габариты гайки с одновременным увеличением диапазона возможных передаточных отношений узла преобразования перемещения, уменьшаются утечки, поскольку имеется несколько зазоров между подводящими патрубками, образованных кольцевым пазом и кольцевым разделителем, а также за счет использования клапанных, т.е. практически герметичных распределителей с электрическими (герконы) или механическими средствами переключения, эмпирически выявленное соотношение площадей сечений каналов на срезах является оптимальным в отношении КПД привода.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема предлагаемого привода; на фиг. 2 - поперечный разрез привода через реечную передачу; на фиг. 3 - переключатель; на фиг. 4 - то же, вид сверху; на фиг. 5 - клапанный распределитель; на фиг. 6 - струйный двигатель; на фиг. 7 - концевые выключатели.

Пневматический (гидравлический) привод содержит источник рабочей среды (горячего газа или жидкости) под давлением, распределительное устройство в виде двух двухпозиционных клапанных распределителей 1 и 2, струйный двигатель 3, сопла 4 и 5 которого направлены в одну сторону и размещены на плечах 6 и 7 ротора 8, установленного в корпусе 9 и связаны внутренними каналами 10-13, выполненными в роторе 8, с подводящими патрубками 14 и 15, подключенными через распределители 1 и 2 к источнику рабочей среды и выполненными в корпусе 9, например на фланцах, со стороны, противоположной редуктору 16, соединенному с одной стороны с выходным валом 17 ротора 8, а с другой - с винтом 18 шариковой винтовой передачи, гайка 19 которой установлена с возможностью поступательного перемещения и кинематически связана с объектом регулирования узлом преобразования перемещения в виде симметричной реечной передачи с рейками 20 и 21, закрепленными параллельно по обе стороны гайки 19 и с установленными соосно с зубчатыми секторами 22 и 23, а в корпусе 9 выполнены направляющие упоры 24 и 25, размещенные вдоль реек 20 и 21. Патрубки 14 и 15 разделены кольцевым пазом 26, в котором размещен выполненный на роторе 8 кольцевой разделитель 27 каналов 10 и 12. Каналы 28 и 29 патрубков 14 и 15 выполнены в соответствии с соотношением А_с/А_п = 1,5-2,5, где А_с и А_п - площади сечений каналов на срезах патрубков 14 и 15 и сопл 4 и 5.

Распределители 1 и 2 имеют переключатель, который может быть выполнен в виде электромагнитов и снабжен двумя концевыми выключателями в виде герконов 30 и 31 и подвижного магнита 32, кинематически связанного с валом 17 непосредственно или через редуктор 16, гайку 19, зубчатые секторы 22 и 23. Кроме того, переключатель может быть выполнен в виде параллельно установленных поворотных профилированных пластин 33 и 34, имеющих нажимные выступы 35 и 36 в плоскости поворота и перпендикулярные к ней упоры 37 и 38, а также пружины 39 и 40 растяжения, каждая из которых одним концом закреплена в корпуса 9, а в последнем дополнительно установлены поворотный двуплечий рычаг 41 для попеременного воздействия плечом 42 на клапаны 43 и 44 распределителей 1 и 2, а плечом 45 - на выступы 35 и 36, и нажимной рычаг 46 для попеременного взаимодействия с упорами 37 и 38, кинематически связанный с секторами 22 и 23. Рычаг 41 снабжен поводком 47 ручного управления.

Винт 18 имеет хвостовик 48 для ручного управления объектом регулирования без использования струйного двигателя. Пластины 33 и 34 имеют оси 49 и 50 поворота, и ограничители 51 и 52 поворота, установленные неподвижно в корпусе 9.

Распределители 1 и 2 имеют штуцеры 53, 54 и 55, 56 соответственно для подвода рабочей среды от источника и отвода ее к патрубкам 14 и 15.

Пневматический (гидравлический) привод работает следующим образом.

При отсутствии потоков рабочей среды, например горячего газа, в патрубках 18 и 19 реактивные силы не формируются и крутящий момент на валу 17 отсутствует. После переключения одного из распределителей 1(12) появляется поток газа через одно из сопл 4(5), возникает реактивный момент на валу 17, передаваемый редуктором 28 винту 29. Газ к соплам 4 и 5 поступает через патрубки 14 и 15 и каналы 10-13 с минимальными объемными потерями. Гайка 30 поступательно перемещается, так как упоры 24 и 25 удерживают ее от поворота, и рейки 20 и 21 приводят во вращение секторы 22 и 23, а вместе с ним объект регулирования.

По достижении объектом регулирования крайнего положения происходит переключение соответствующего распреде- лителя 1(2) в исходное положение либо с помощью электромагнита по сигналу, формируемому герконом 30(31) при взаимодействии с магнитом 32, либо с помощью рычагов 46 и 41. В последнем случае плечо 42 рычага 41 воздействует на клапан 43 (или 44) при воздействии на его плечо 45 выступа 35(36) с одновременным поворотом обеих пластин 33 и 34 в противоположные крайние положения (определяемые ограничителями 51 и 52 и пружинами 39 и 40) в результате перемещения рычага 46 от одного из упоров 37 и 38 к другому. Поводком 47, связанным с секторами 22 и 23, рычаг 41 поворачивается вручную для открытия одного из распределителей 1 и 2 и отработки приводом следующего цикла перемещения объекта регулирования.

Использование: в следящих системах управления запорной и регулирующей арматурой. Сущность изобретения: сопла струйного двигателя размещены на плечах ротора, установленного в корпусе, и связаны внутренними каналами, выполненными в роторе, с подводящими патрубками, подключенными через распределительное устройство к источнику рабочей среды. Редуктор соединен с одной стороны с выходным валом ротора струйного двигателя, с другой - с винтом винтовой передачи. Гайка передачи установлена с возможностью поступательного перемещения и кинематически связана узлом преобразования перемещения с объектом регулирования. Узел преобразования перемещения выполнен в виде реечной передачи, размещенной симметрично относительно продольной плоскости симметрии винтовой передачи. Все сопла двигателя направлены в одну сторону. Все подающие патрубки выполнены со стороны корпуса, противоположной редуктору, и разделены кольцевым пазом. В пазу размещен выполненный на роторе соосно с выходным валом кольцевой разделитель каналов. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ (ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ) ПРИВОД, содержащий источник рабочей среды под давлением, распределительное устройство с переключателем, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора, установленного в корпусе, и связаны внутренними каналами, выполненными в роторе, с подводящими патрубками, подключенными через распределительное устройство к источнику рабочей среды, а также редуктор, соединенный с одной стороны с выходным валом ротора струйного двигателя, а с другой - с винтом винтовой передачи, гайка которой установлена с возможностью поступательного перемещения и кинематически связана узлом преобразования перемещения с объектом регулирования, отличающийся тем, что узел преобразования перемещения выполнен в виде реечной передачи, размещенной симметрично относительно продольной плоскости симметрии винтовой передачи, все сопла струйного двигателя направлены в одну сторону, а все подводящие патрубки последнего выполнены со стороны корпуса, противоположной редуктору, и разделены кольцевым пазом, в котором размещен дополнительно выполненный на роторе соосно с выходным валом кольцевой разделитель внутренних каналов. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что каналы патрубков и сопл струйного двигателя выполнены в соответствии с соотношением A_с/A_п = 1,5 - 2,5, где A_с и A_п - площади сечений каналов на срезах сопл и патрубков. 3. Привод по п. 1, отличающийся тем, что реечная передача выполнена с двумя рейками, закрепленными параллельно по обе стороны гайки, и с двумя соосными зубчатыми секторами, а в корпусе выполнены направляющие упоры, размещенные вдоль реек. 4. Привод по пп.1 - 3, отличающийся тем, что переключатель снабжен двумя конечными выключателями в виде герконов и подвижного магнита, кинематически связанного с выходным валом. 5. Привод по пп.1 - 4, отличающийся тем, что распределительное устройство выполнено в виде двух двухпозиционных и соосных клапанных распределителей, а переключатель - виде двух параллельных поворотных профилированных пластин, каждая из которых имеет нажимной выступ в плоскости поворота и перпендикулярный ей упор, а также пружину растяжения, одним концом закрепленную в корпусе, а в последнем дополнительно установлены поворотный двуплечий рычаг для попеременного воздействия одним плечом на клапаны распределителей, а другим - на выступы пластин, а также рычаг для попеременного взаимодействия с упорами пластин, кинематически связанный с реечной передачей. 6. Привод по п.5, отличающийся тем, что двуплечий рычаг снабжен поводком ручного управления.