ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД Российский патент 1995 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к пневмогидроавтоматике и может быть использовано в следящих системах дистанционного управления запорной и регулирующей арматуры газо- и нефтепродуктов.

Известен пневматический привод, содержащий распределитель, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора и соединены с осевыми подводами, а также редуктор, кинематически связанный с объектом регулирования [1]
Недостатками этого привода являются низкий КПД, связанный с большими утечками в подводах, и низкое качество переходных процессов из-за его несимметричности.

Известен также пневматический привод, содержащий распределитель с переключателем, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора и соединены радиальными и наклонными каналами с осевыми подводами, подключенными через распределитель к источнику рабочей среды, а также редуктор, соединенный одним валом с ротором струйного двигателя, а другим с винтом, гайка которого кинематически связана с объектом регулирования, а опора со стороны, противоположной редуктору, установлена в корпусе [2]
Недостатками данного привода являются низкий КПД, из-за использования реечной передачи, ограничивающей момент трогания, передаваемый объекту регулирования, и несимметричности струйного двигателя, а также низкое качество переходных процессов в связи с высоким значением аэродинамического сопротивления в струйном двигателе и большой длительностью его разгона.

Технической задачей изобретения является создание пневматического привода, обладающего высоким КПД и улучшенными переходными характеристиками в части сокращения длительности переходного процесса и уменьшения перерегулирования.

Эта техническая задача решается согласно изобретению в двух вариантах выполнения пневматического привода за счет технического результата, состоящего в увеличении момента трогания, передаваемого объекту регулирования, снижении аэродинамического сопротивления в струйном двигателе и снижении нагрузки на роторе последнего при разгоне.

Сущность изобретения по одному варианту изобретения заключается в том, что в пневматическом приводе, содержащем распределитель с переключателем, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора и соединены радиальными и наклонными каналами с осевыми подводами, подключенными через распределитель к источнику рабочей среды, а также редуктор, соединенный одним валом с ротором струйного двигателя, а другим с винтом, гайка которого кинематически связана с объектом регулирования, для получения указанного технического результата гайка связана с объектом регулирования с помощью дополнительно установленного кулисного механизма, поводок которого жестко или с возможностью свободного хода соединен с гайкой, а кулиса выполнена с направляющими, несимметрично расположенными относительно оси ее вращения, и установлена с образованием в крайнем положении острого угла между ее направляющими и осью винта, составляющего, например, 15-40^о, винт при этом может быть соединен с валом редуктора с возможностью свободного хода.

Сущность изобретения по второму варианту изобретения состоит в том, что в пневматическом приводе, содержащем распpеделитель с переключателем, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора и соединены радиальными и наклонными каналами с осевыми подводами, подключенными через распределитель к источнику рабочей среды, а также редуктор, соединенный одним валом с ротором струйного двигателя, а другим с винтом, гайка которого кинематически связана с объектом регулирования, а опора со стороны, противоположной редуктору, установлена в корпусе, для получения указанного технического результата винт соединен с валом редуктора с помощью дополнительно установленного механизма свободного хода, выполненного с направляющими для осевого смещения винта совместно с упомянутой опорой, подпружиненной с противоположных сторон относительно корпуса с возможностью сжатия пружин при торможении гайки. Кроме того, в частных случаях реализации обоих вариантов изобретения редуктор может быть выполнен с возможностью свободного хода по меньшей мере одной из шестерен, свободный ход между валом редуктора и винтом предпочтительно составляет 10-150^о, плечи ротора предпочтительно выполнены с попарно симметричными обтекаемыми боковыми поверхностями, каждый из наклонных каналов предпочтительно выполнен под углом 120-150^о к оси соответствующего подвода и диаметром, равным 0,6-1 диаметра последнего, сопла струйного двигателя могут быть направлены под углом к плоскости вращения ротора, который может быть снабжен перегородкой из двух пластин в форме сегментов круга, симметрично установленных между его плечами, и струйный двигатель может быть снабжен кольцевой пластиной, неподвижно закрепленной соосно ротору по внутреннему краю с образованием по ее внешнему краю радиального зазора шириной не менее диаметра среза сопла.

Причинно-следственная связь между достигаемым техническим результатом и совокупностью признаков состоит в том, что момент трогания объекта регулирования повышается как за счет несимметричного расположения направляющих кулисы под углом к оси винта, так и за счет сжатия пружин в опоре винта, уменьшается аэродинамическое сопротивление вращению благодаря обтекаемому контуру плеч ротора, оптимальным геометрическим параметрам и отклонение от плоскости вращения ротора вытекающих из сопл струй газа, снижаются нагрузки на роторе, препятствующие его разгону во время выбора свободных ходов в приводе, что создает также дополнительный момент трогания за счет кинематической энергии, набираемой ротором и подвижными частями привода при движении их до выбора свободного хода.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема пневматического привода; на фиг.2 разрез сопла ротора струйного двигателя; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 резьбовая пара винт-гайка; на фиг.6 разрез В-В на фиг.1; на фиг.7 ротор с перегородками; на фиг.8 вид Г на фиг. 7.

Пневматический привод содержит распределитель 1 с переключателем 2, струйный двигатель 3, сопла 4-7 которого размещены попарно на плечах 8, 9 ротора 10 и соединены радиальными (не показаны) и наклонными каналами, из которых изображены каналы 11, 12 с осевыми подводами 13, 14, подключенными через распределитель 1 к источнику рабочей среды (не показан). Редуктор 15 соединен валом 16 с ротором 10, а валом 17 с винтом 18, гайка 19 которого кинематически связана с объектом регулирования, например валом 20, с помощью кулисного механизма, поводок 21 которого жестко или с возможностью свободного хода соединен с гайкой 19, а кулиса 22 выполнена с направляющими 23, несимметрично расположенными относительно оси ее вращения, и установлена с образованием в крайнем положении острого угла, составляющего 15-40^о между направляющими 23 и осью винта 18. Вал 16 выполнен заодно с ротором 10.

Винт 18 соединен с валом 17 с помощью установленного в последнем механизма свободного хода, например, в виде ведущих кулачков 24, 25 с направляющими 26, 27 для осевого смещения винта 18 совместно с закрепленной на нем подшипниковой опорой 28, подпружиненной пружинами 29, 30, 31 (или иными упругими элементами) относительно корпуса 32 с возможностью их сжатия при торможении гайки 19. Редуктор 15 выполнен с возможностью свободного хода по меньшей мере одной из шестерен, например, 33, 34, а свободный ход между валом 17 и винтом 18 составляет 10-150^о. Плечи 8, 9 ротора 10 выполнены с попарно симметричными обтекаемыми боковыми поверхностями 35, 36 и 37, 38. Каждый из наклонных каналов выполнен под углом 120-150^о к оси подвода 13 или 14 и диаметром, равным 0,6-1 диаметра последнего. Сопла 4-7 направлены под углом к плоскости вращения ротора 10, а последний снабжен перегородкой из пластин 39, 40 в форме сегментов круга, установленных симметрично между плечами 8, 9. Кольцевая пластина 41 неподвижно закреплена соосно ротору 10 по внутреннему краю с образованием по ее внешнему краю радиального зазора шириной не менее диаметра среза сопла.

Пневматический привод работает следующим образом.

При отсутствии рассогласования распределитель 1 перекрывает доступ рабочей среды (сжатого газа) в струйный двигатель 3. После появления рассогласования распределитель 1 открывает доступ рабочей среды к одной из пар сопл 4, 7 или 5, 6, что создает пару сил на роторе 10, и он начинает вращаться. Вращение ротора по мере выбора имеющихся свободных ходов передается через редуктор 15 на винт 18 и далее через гайку 19, поводок 21 и кулису 22 на вал 20. Такой режим работы обеспечивает легкое трогание ротора 10 и увеличение передаваемого момента трогания на вал 20 за счет накопленной ротором 10 и шестернями 33, 34 кинетической энергии. Повышение момента трогания происходит также за счет несимметричного расположения направляющих кулисы 22. Благодаря обтекаемому контуру поверхностей 35, 36, 37, 38, а также за счет отклонения в сторону от плоскости вращения вытекающей струи при косом срезе сопла уменьшается аэродинамическое сопротивление рабочему вращению ротора. Пластиной 41 обеспечивается симметрия попарной работы сопл 4, 7 или 5, 6. Информация об угле поворота вала 20 передается на переключатель 2, и при ликвидации рассогласования распределитель 1 перекрывает подачу газа в струйный двигатель 3. При подходе вала 20 к крайнему положению кулиса 22 и гайка 19 тормозятся и останавливаются, но за счет накопленной кинематической энергии ротор 10, шестерни редуктора 15 и винт 18 продолжают вращаться. В результате винт 18 с опорой 28 смещаются совместно по направляющим 26, 27 и в резьбе гайки 19 и опора 28 сжимает, например, пружины 30, 31, за счет чего гасит имеющуюся кинематическую энергию. Пружины 30, 31 остаются сжатыми за счет самоторможения винта 18. При начале движения привода в противоположную сторону сила сжатия создает дополнительный момент трогания на валу 20.

Использование: в следящих системах дистанционного управления запорной и регулирующей арматуры газо- и нефтепроводов. Сущность изобретения: повышение момента трогания происходит за счет несимметричного расположения направляющих кулисы относительно оси ее вращения, в результате чего уменьшается угол между направляющими и осью винта в крайнем положении. Наличие свободных ходов обеспечивает легкое трогание ротора струйного двигателя и дополнительный момент трогания на объекте регулирования за счет кинетической энергии, набираемой до выбора свободных ходов. Плавный контур плеч ротора и отклонение струи при косом срезе сопл уменьшают аэродинамическое сопротивление. Подпружиненной опорой обеспечивается поглощение кинетической энергии, набираемой вращающимися частями, для увеличения момента трогания в обратном направлении. 2 с. и 9 з. п. ф-лы, 8 ил.

1. ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД, содержащий распределитель с переключателем, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора и соединены радиальными и наклонными каналами с осевыми подводами, подключенными через распределитель к источнику рабочей среды, а также редуктор, соединенный одним валом с ротором струйного двигателя, а другим с винтом, гайка которого кинематически связана с объектом регулирования, отличающийся тем, что гайка связана с объектом регулирования с помощью дополнительно установленного кулисного механизма, поводок которого жестко или с возможностью свободного хода соединен с гайкой, а кулиса выполнена с направляющими, несимметрично расположенными относительно оси ее вращения и установлена с образованием в крайнем положении острого угла между ее направляющими и осью винта. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что острый угол между направляющими кулисы и осью винта составляет в крайнем положении 15 40^o. 3. Привод по п.1, отличающийся тем, что винт соединен с валом редуктора с возможностью свободного хода. 4. Пневматический привод, содержащий распределитель с переключателем, струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора и соединены радиальными и наклонными каналами с осевыми подводами, подключенными через распределитель к источнику рабочей среды, а также редуктор, соединенный одним валом с ротором струйного двигателя, а другим с винтом, гайка которого кинематически связана с объектом регулирования, а опора со стороны, противоположной редуктору, установлена в корпусе, отличающийся тем, что винт соединен с валом редуктора с помощью дополнительно установленного механизма свободного хода, выполненного с направляющими для осевого смещения винта совместно с упомянутой опорой, подпружиненной с противоположных сторон относительно корпуса с возможностью сжатия пружин при торможении гайки. 5. Привод по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что редуктор выполнен с возможностью свободного хода по меньшей мере одной из шестерен. 6. Привод по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что свободный ход между валом редуктора и винтом составляет 10 150^o. 7. Привод по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что плечи ротора выполнены с попарно симметричными обтекаемыми боковыми поверхностями. 8. Привод по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что каждый из наклонных каналов выполнен под углом 120 150^o к оси соответствующего подвода и с диаметром, равным 0,6 1,0 диаметра последнего. 9. Привод по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что сопла струйного двигателя направлены под углом к плоскости вращения ротора. 10. Привод по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что ротор струйного двигателя снабжен перегородкой из двух пластин в форме сегментов круга, симметрично установленных между его плечами. 11. Привод по п.9, отличающийся тем, что струйный двигатель снабжен кольцевой пластиной, неподвижно закрепленной соосно с ротором по внутреннему краю с образованием по ее внешнему краю радиального зазора шириной не менее диаметра среза сопла.