ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1998 года по МПК F16K3/08 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в различных отраслях промышленности при транспортировании разнообразных сред, в том числе и опасных, для регулирования расхода и давления транспортируемой среды.

Известно запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус, установленное в нем перпендикулярно потоку среды неподвижное седло с проходными окнами, постоянно взаимодействующий с седлом поворотный дисковый запорно-регулирующий орган и узел передачи на последний перестановочных усилий [1] Устройство вследствие используемой управляемой фрикционной передачи не обеспечивает точного, гарантируемого шага поворота, что сказывается на качестве регулирования, и недостаточно надежно.

Известно запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус, установленное в корпусе седло с проходными окнами, запорно-регулирующий дисковый орган, взаимодействующий с седлом и с механизмом шагового поворота [2] Недостатком этой конструкции являются сложность механической передачи вращающего момента, обуславливающая недостаточные надежность и быстродействие. Снижение надежности усугубляется еще и тем, что узлы механической передачи контактируют с транспортируемой средой.

Задачей изобретения является упрощение кинематики устройства, повышение его надежности и быстродействия.

Технический результат достигается тем, что в запорно-регулирующем устройстве, содержащем корпус, установленное в нем перпендикулярно потоку среды неподвижное седло с проходными окнами, взаимодействующий с седлом и имеющий такие же окна запорно-регулирующий диск с механизмом шагового поворота. Корпус выполнен в виде отрезка цилиндрической трубы из немагнитного материала, а механизм шагового поворота в виде шагового электрического двигателя, статор которого установлен на поверхности корпуса, а диск снабжен постоянными разнополюсными магнитами, равномерно размещенными с чередованием полюсов по периферии диска, с образованием ротора электрического двигателя.

В устройстве отсутствуют механические узлы для передачи вращающего и фиксирующего диск моментов, усилия на этот диск для его перемещения передаются бесконтактно с помощью электромагнитного поля, а обычная для шаговых двигателей частота шаговых перемещений в десятки и сотни герц недостижима для механических устройств, подобных примененному в [2] что свидетельствует о существенном повышении быстродействия.

В качестве шагового двигателя могут быть использованы различные типы электрических машин, например синхронные двигатели с активным или реактивным ротором, с однофазной или многофазной обмоткой статора.

На фиг. 1 изображено запорно-регулирующее устройство, содержащее синхронный шаговый двигатель с активным ротором;на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1.

На внешней боковой поверхности корпуса 1 размещен статор 2 двигателя с уложенными в его пазах полюсными катушками 3. К корпусу 1 прикреплено неподвижное седло 4 с проходными окнами, взаимодействующее с запорно-регулирующим диском 5 (на фигурах в положении "Закрыто"), по окружности которого размещены постоянные магниты 6, чередующиеся полюсами.

Передвижение диска на один фиксированный шаг производится подключением напряжения на обмотки статора с помощью электронного коммутатора (ЭК). В случае двухфазной обмотки, т.е. последовательном соединении полюсных катушек через одну и получении таким образом двух независимых обмоток A и B, перемещения диска осуществляют последовательным подключением обмоток к напряжению определенной полярности, например, (+A), (+B), (-A), (-B), (+A) и т.д. где знак в скобках указывает полярность подаваемого на обмотки напряжения. Для того чтобы реверсировать направление перемещения, полярности напряжения в этой последовательности меняют на противоположные. Управление ЭК может быть потенциальным или импульсным. При потенциальном управлении напряжение на обмотках изменяется только в момент поступления на ЭК управляющего импульса при необходимости перемещения. В отсутствие сигнала на входе ЭК обмотка или группа катушек находятся под напряжением и положение диска фиксируется полем возбужденных катушек. При импульсном управлении напряжение на обмотку подается только во время подачи команды; по истечении определенного времени, необходимого на перемещение, обмотка обесточивается и диск удерживается в заданном положении статическим и реактивным моментами.

В общем случае единичный шаг диска α угол между двумя соседними устойчивыми состояниями ротора зависит от числа пар полюсов p, количества обмоток статора W и способа их коммутации.

a = 2π/n•p,
где n=w при однополярной коммутации (на обмотку подается напряжение только одной полярности) и симметричном способе управления, при котором в каждый момент времени подключена только одна обмотка;
n= 2w при разнополярной коммутации с симметричным управлением и при однополярной коммутации для несимметричного управления;
n=4w для несимметричной разнополярной коммутации.

Для изображенного на фигурах устройства с P=8 и, например, с двумя обмотками статора, каждая из которых образована последовательным соединением восьми полюсных катушек, при симметричной разнополярной коммутации обмоток единичный шаг перемещения диска равен 10,2 градуса. Каждое перемещение диска вызывает в зависимости от направления его вращения увеличение или уменьшение площади общего для диска и седла проходного окна, осуществляя таким образом регулирование подачи транспортируемой среды.

Источники информации:
1. SU, авторское свидетельство 1104335, кл. F 16 K 3/08, 1984.

2. SU, авторское свидетельство 1562573, кл. F 16 K 3/08, 1990.

Использование: в арматуростроении, может найти применение в различных отраслях промышленности для регулирования расхода и давления транспортируемых сред. Сущность изобретения: корпус запорно-регулирующего устройства выполнен в виде отрезка цилиндрической трубы из немагнитного материала. В корпусе установлены неподвижное седло и запорно-регулирующий диск с проходными окнами. На поверхности корпуса размещен статор шагового электрического двигателя. По периферии диска равномерно размещены постоянные разнополюсные магниты с чередованием полюсов и с образованием ротора электрического двигателя. 2 ил.

Запорно-регулирующее устройство, содержащее корпус, установленное в нем перпендикулярно потоку среды неподвижное седло с проходными окнами, взаимодействующий с седлом и имеющий такие же окна запорно-регулирующий диск с механизмом шагового поворота, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде отрезка цилиндрической трубы из немагнитного материала, механизм шагового поворота в виде шагового электрического двигателя, статор которого установлен на поверхности корпуса, а диск снабжен постоянными разнополюсными магнитами, равномерно размещенными с чередованием полюсов по периферии диска с образованием ротора электрического двигателя.