МНОГООБОРОТНЫЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД, СТРУЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, УСТРОЙСТВО ПОГЛОЩЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОДВИЖНЫХ ЧАСТЕЙ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК F15B9/03 

Использование: в дистанционных системах управления запорно-регулирующей арматурой газо-, нефте- и продуктопроводов, в технологическом оборудовании химических производств и других областях техники.

Сущность изобретения: привод, содержащий пневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель, редуктор, ручной дублер, снабжен устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, устройством регулирования расхода рабочей среды, пневмомеханическим устройством стопорения струйного двигателя, устройством ограничения времени подачи рабочей среды; струйный двигатель снабжен сменными дросселями, а ротор струйного двигателя выполнен в виде изогнутых трубок и снабжен сменными соплами.

Изобретение относится к области пневмомашиностроения, в частности к механизмам, предназначенным для осуществления перестановки и следящего движения запорной и регулирующей арматуры газо-, нефте- и продуктопроводов.

Известен пневматический привод с ротационным двигателем.

Техническими недостатками такого привода являются: сложность конструкции и невысокая надежность и долговечность ротационного двигателя [1].

Известен пневматический привод со струйным двигателем, включающий в себя распределитель, струйный двигатель, редуктор, кулисный механизм с винтом, имеющим подпружиненные опоры [2].

Техническим недостатком этого привода является ограниченный угол поворота выходного вала и большой момент инерции ротора.

Технической задачей изобретения является создание многооборотного пневматического привода для запорно-регулирующей арматуры газо-, нефте- и продуктопроводов, обладающего повышенной надежностью и ресурсом, способным работать в расширенном диапазоне давлений рабочей среды от 0,6 до 15 МПа, улучшенными динамическими, эксплуатационными и экологическими характеристиками.

Эта техническая задача решается согласно изобретению за счет технического результата, состоящего в том, что привод снабжен устройством регулирования расхода рабочей среды, устройством ограничения времени подачи рабочей среды, пневмомеханическим устройством стопорения струйного двигателя, устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей, а также в том, что струйный двигатель снабжен сменными дросселями, а ротор струйного двигателя выполнен в виде трубок и снабжен сменными соплами.

Сущность изобретения заключается в том, что многооборотный пневматический привод, содержащий управляющее устройство, включающее в себя пневмораспределители, связанные с источником рабочей среды под давлением, реверсивный струйный двигатель, содержащий входные дроссели, ротор с установленными на нем соплами, вал которого связан через редуктор с выходным валом привода и объектом регулирования, снабжен устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, вход которого механически связан с ротором струйного двигателя, а выход - с выходным валом привода.

Сущность изобретения заключается также в том, что привод снабжен регулятором расхода рабочей среды, содержащим корпус, в котором выполнены входной и выходной каналы, связанные через цилиндрическое сопло, причем в корпусе выполнена цилиндрическая полость, соосная с соплом и имеющая равный с ним диаметр, при этом в полости размещен поршень со штоком, имеющим на конце цилиндрический буртик, равный диаметру сопла и направленный в сторону сопла, а второй конец поршня связан с пружиной и регулировочным винтом.

Причинно-следственная связь между достигаемым результатом и совокупностью признаков состоит в том, что
повышение надежности и ресурса привода достигается за счет того, что
привод снабжен струйным двигателем и устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей;
способность работать в расширенном диапазоне давлений рабочей среды достигается за счет того, что привод
снабжен регулятором расхода рабочей среды, а струйный двигатель снабжен сменными дросселями и соплами;
динамические возможности расширяются за счет того, что ротор струйного двигателя выполнен в виде трубок с уменьшенным моментом инерции;
улучшение эксплуатационных и экологических характеристик достигается за счет того, что
- привод снабжен устройством ограничения времени подачи рабочей среды,
- устройством стопорения струйного двигателя.

На фиг. 1 изображена схема многооборотного пневматического привода;
на фиг. 2 - схема регулятора расхода рабочей среды;
на фиг. 3 - схема пневмомеханического устройства стопорения струйного двигателя;
на фиг. 4 - схема струйного двигателя с двухсторонним подводом рабочей среды;
на фиг. 5 - вид по A фиг. 4;
на фиг. 6 - схема ротора струйного двигателя с двумя соплами;
на фиг. 7 - сечение по A-A фиг. 7;
на фиг. 8 - схема струйного двигателя с односторонним подводом рабочей среды;
на фиг. 9 - схема устройства поглощения кинетической энергии подвижных частей (УПКЭПЧ) с подвижной шестерней и пружинами на валу с двух сторон втулки;
на фиг. 10 - схема УПКЭПЧ с подвижной шестерней и с пружиной на валу внутри втулки;
на фиг. 11 - схема УПКЭПЧ с подвижной шестерней с двумя пружинами, установленными в корпусе;
на фиг. 12 - схема УПКЭПЧ с подвижной шестерней и одной пружиной, установленной в корпусе;
на фиг. 13 - схема УПКЭПЧ с подвижным винтом и одной пружиной, установленной в гайке;
на фиг. 14 - схема УПКЭПЧ с подвижным валом и двумя пружинами в корпусе.

Многооборотный пневматический привод содержит управляющее устройство 1, содержащее устройство ограничения времени подачи рабочей среды 2 (например, реле времени), пневмораспределители 3, 4, связанные с источником рабочей среды под давлением (например, промышленной пневмосетью, на фиг. 1 не показан), регуляторы расхода рабочей среды 5, 6, струйный двигатель 7, содержащий входные патрубки 8, 9, вал 10 с осевыми каналами, на котором установлены "плечи" 11, 12 с радиальными каналами, наружные концы которых снабжены соплами 13, 14. Струйный двигатель через зубчатый венец 15 связан с редуктором 16, включающим в себя устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей 18, причем выходной вал привода 19 связан с устройством обратной связи 20 и объектом управления 21. Привод снабжен ручным дублером 23, связанным с редуктором 16 и пневмомеханическим устройством стопорения 24, связанными с редуктором 16.

Регулятор расхода рабочей среды 5 содержит корпус 28 с входным 29 и выходным 30 каналами и входной 32 и выходной 33 камерами, в котором размещен поршень 34 со штоком 35 и буртиком 36, а также пружина 37 и регулировочный винт 38.

Пневмомеханическое устройство стопорения струйного двигателя содержит пневмоцилиндр 41, поршень 42 со штоком 43, подпружиненный пружиной 44 и связанный с рукояткой 45. Шток 43 своим конусным концом входит в углубление 46, выполненное на одной из подвижных частей, например шестерне 47, связанной через шестерню 48 с валом струйного двигателя.

Струйный двигатель с двухсторонним подводом рабочей среды содержит корпус 50, входные патрубки 8, 9, ротор с валом 10, имеющим зубчатый венец 15 и осевые каналы, связанные с входными патрубками и с помощью радиальных каналов, расположенных в плечах 11, 12 ротора, связанные с соответствующими соплами 13, 14. При этом каждое плечо ротора выполнено в виде трубки, один конец которой закреплен на валу ротора, а второй конец снабжен соплом и отогнут так, что ось сопла расположена в плоскости вращения ротора и направлена по касательной к окружности вращения сопла относительно оси вращения ротора.

Ротор струйного двигателя с двумя соплами содержит два плеча с радиальными каналами 70, 71, укрепленные на валу и соединенные с одной стороны каждая с одним из осевых каналов вала, а с другой снабженные соплами 13, 14, выходы которых направлены в одну сторону.

Струйный двигатель с односторонним подводом рабочей среды содержит корпус 50, входные патрубки 8, 9, подводящее устройство, которое выполнено в виде двух концентрически расположенных трубок, образующих два концентрически расположенных канала, внешний и внутренний, каждый из которых связан с одним из подводящих патрубков, причем внутренняя трубка удлинена и имеет внешний буртик, при этом трубки размещены с зазором соосно в осевом канале ротора с образованием двух полостей 66, 67, одна из которых связана с внутренним каналом и соплами, создающими движущий момент в одну сторону, а другая связана с внешним каналом и соплами, создающими момент в другую сторону.

Ротор струйного двигателя может быть выполнен с двумя соплами, по одному на каждом плече, при этом сопла направлены в одну и ту же сторону.

Устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей (УПКЭПЧ) содержит корпус 80, шестерню 81 со втулкой 82, установленную на резьбе на валу 83 с возможностью осевого перемещения по резьбе и подпружиненную с двух сторон пружинами 84, 85, опирающимися на буртики 86, 87 вала 83 и связанную с ведущей шестерней 88.

Во втором варианте устройство содержит одну пружину 90, установленную на валу 83 и опирающуюся на торцевые поверхности внутренней проточки втулки 82 через подвижные упоры 91, 92.

В третьем варианте устройство содержит две пружины, которые одним своим концом опираются на корпус 80, а вторым - на подвижные подшипники 96, 97 втулки 82.

В четвертом варианте устройство содержит шестерню 81 со втулкой 82, пружину 99, установленную между подвижными подшипниками 101, 102 втулки 82, установленными в корпусе 80.

В пятом варианте устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей содержит корпус 80, шестерню 81 со втулкой 82, вал 104. Втулка шестерни установлена в подшипниках корпуса без возможности осевого перемещения и снабжена внутренней резьбой, а вал имеет ответную наружную резьбу, установлен с возможностью осевого перемещения по резьбе и подпружинен в обе стороны через подвижные упоры 91, 92.

В шестом варианте устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей содержит корпус 80, шестерню 81 со втулкой 82, вал 104. Втулка шестерни установлена в подшипниках корпуса без возможности осевого перемещения и снабжена внутренней резьбой, а вал имеет ответную наружную резьбу, установлен с возможностью осевого перемещения по резьбе и подпружинен в обе стороны пружинами 84, 85 через подвижные подшипники 106, 107.

Многооборотный пневматический привод, струйный двигатель, устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей работают совместно следующим образом.

При поступлении на управляющее устройство 2 сигнала управления, например на пневмораспределитель 3, последний открывается и рабочая среда под давлением P поступает на вход регулятора расхода рабочей среды 5 и через канал 29 и сопло 13 поступает во входной патрубок 8 струйного двигателя 7 и далее по осевому и радиальному каналу в сопло 13 и, вытекая из него, создает реактивную силу и движущий момент на валу ротора 10.

В случае ротора с четырьмя соплами рабочая среда из входного патрубка, например 8, поступает в два сопла, например 13-13, а из патрубка 9 - в сопла 14-14.

В случае ротора с двумя соплами рабочая среда подводится из патрубка 8 в одно сопло 13, а из патрубка 9 в сопло 14, причем сопла направлены в одну сторону. В случае струйного двигателя с ротором с односторонним подводом рабочей среды рабочая среда из патрубка 8 поступает через центральный осевой канал и камеру 66 в сопло 13, а из патрубка 9 - через кольцевой канал в сопло 14.

Одновременно с поступлением в струйный двигатель, рабочая среда поступает в пневмоцилиндр 41 пневмомеханического устройства стопорения и выводит шток 43 из углубления 46 на одной из подвижных частей редуктора, давая ротору струйного двигателя возможность вращения. Под действием движущего момента ротор начинает вращаться, вращение его через зубчатый сектор 15 и редуктор 16 передается выходному валу привода 19 и далее управляемому объекту 21 и устройству обратной связи 20 до тех пор, пока устройство обратной связи 20 не даст сигнал об отключении пневмораспределителя 3.

Для движения привода в обратную сторону подается сигнал управления на пневмораспределитель 4, остальное происходит аналогично предыдущему случаю.

В случае, если устройство обратной связи 20 не подает сигнала на отключение пневмораспределителей, устройство ограничения времени подачи рабочей среды отключает пневмораспределители через заданное время t сек.

При резкой остановке выходного вала привода 19, например на упоре, вал 83 устройства поглощения кинетической энергии подвижных частей останавливается, в то время как шестерня 88 и шестерня 81 продолжают вращаться за счет кинетической энергии ротора струйного двигателя и других подвижных частей. В результате шестерня 81 начнет проворачиваться по резьбе вала и, перемещаясь вдоль его оси сжимать одну из пружин, например 84, до тех пор, пока на сжатие пружины не будет израсходована вся кинетическая энергия. Для предотвращения возвратного движения шестерни 81 резьба на валу 83 выполняется самотормозящейся. В варианте устройства поглощения кинетической энергии подвижных частей с подвижным валом при резкой остановке выходного вала 19 привода вал 104 останавливается, но шестерня 81 со втулкой 82 продолжает вращаться за счет кинетической энергии ротора струйного двигателя 7 и других подвижных частей привода и, проворачиваясь на резьбе вала, переместит его вдоль оси, например влево, что приведет к сжатию пружины 90 и к поглощению кинетической энергии подвижных частей. Для предотвращения возвратного вращения шестерни 81 резьба, как и в предыдущем случае выполняется самотормозящейся.

Работа устройства при других вариантах исполнения происходит аналогичным образом.

Источники информации
1. С.Б. Зеленецкий, Е.Д. Рябков, А.Г. Микеров. Ротационные пневматические двигатели. - Л.: Машиностроение, 1978, с. 162.

2. Патент Российской Федерации N 2050478, кл. F 15 B 9/03, 1994.

Привод, двигатель и устройства предназначены для осуществления перестановки и следящего движения запорной и регулирующей арматуры газо-, нефте- и продуктопроводов. Привод, содержащий пневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель, редуктор, ручной дублер, снабжен устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, устройством регулирования расхода рабочей среды, пневмомеханическим устройством стопорения струйного двигателя, устройством ограничения времени подачи рабочей среды; струйный двигатель снабжен сменными дросселями, а ротор струйного двигателя выполнен в виде изогнутых трубок и снабжен сменными соплами; ручной дублер, содержащий двустороннюю кулачковую муфту, связанную с подпружиненной защелкой, подвижно связанной с выполненным в корпусе упором, одним из зубчатых колес редуктора и вытяжной кнопкой включения ручного дублера. Технический результат - повышение надежности. 4 с. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Многооборотный пневматический привод, содержащий управляющее устройство, включающее в себя пневмораспределители, связанные с источником рабочей среды под давлением, реверсивный струйный двигатель, содержащий входные дроссели, ротор с установленными на нем соплами, вал которого связан через редуктор с выходным валом привода и с объектом регулирования, отличающийся тем, что он снабжен устройством поглощения кинематической энергии подвижных частей привода, вход которого механически связан с ротором струйного двигателя, а выход - с выходным валом привода. 2. Привод по п.1, отличающийся тем, что он снабжен регулятором расхода рабочей среды, содержащим корпус, в котором выполнены входной и выходной каналы, связанные через цилиндрическое сопло, причем в корпусе выполнена цилиндрическая полость, соосная с соплом и имеющая равный с ним диаметр, при этом в полости размещен поршень с штоком, имеющим на конце цилиндрический буртик, равный диаметру сопла и направленный в сторону сопла, а второй конец поршня связан с пружиной и регулировочным винтом. 3. Привод по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством стопорения струйного двигателя, содержащим пневмоцилиндр, размещенный в цилиндре, подпружиненный поршень с штоком, подвижно соединенный с одной из шестерен редуктора, в которой выполнены углубления, а пневмоцилиндр связан пневмомагистралями с выходами пневмораспределителей. 4. Привод по п.1, отличающийся тем, что он снабжен устройством ограничения времени подачи рабочей среды. 5. Струйный двигатель, содержащий корпус, подводящие патрубки, ротор с валом, имеющим зубчатый венец и осевые каналы, связанные с входными патрубками, и с помощью радиальных каналов, расположенных в плечах ротора, связанный с соответствующими соплами, размещенными на противоположных плечах ротора, отличающийся тем, что каждое плечо ротора выполнено в виде трубки, один конец которой закреплен на валу ротора и соединен наклонным каналом с соответствующим осевым каналом, а второй конец снабжен соплом и отогнут так, что ось сопла расположена в плоскости вращения ротора и направлена по касательной к окружности вращения сопла относительно оси вращения ротора. 6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что его ротор содержит вал с осевыми каналами и две радиально расположенные трубки с противоположных сторон вала с установленными на их внешних концах соплами, направленными в одну сторону, причем каждое сопло соединено с одним из осевых каналов вала ротора. 7. Струйный двигатель по п.5, отличающийся тем, что он выполнен с односторонним подводом рабочей среды в ротор, причем подводящее устройство в корпусе двигателя выполнено в виде двух концентрически расположенных трубок, образующих два концентрически расположенных канала, внешний и внутренний, каждый из которых связан с одним из подводящих патрубков, причем внутренняя трубка удлинена и имеет внешний буртик, при этом трубки размещены с зазором соосно в осевом канале ротора с образованием двух полостей, одна из которых связана с внутренним каналом и соплами, создающими движущий момент в одну сторону, а другая связана с внешним каналом и соплами, создающими движущий момент в другую сторону. 8. Устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей, содержащее корпус, вал, шестерню, отличающееся тем, что вал установлен в подшипниках корпуса и имеет наружную резьбу, а шестерня имеет втулку с внутренней ответной резьбой и установлена на валу с возможностью взаимного осевого перемещения с валом по резьбе и подпружинена в осевом направлении в обе стороны. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено пружиной, установленной на валу и опирающейся через подвижные в осевом направлении упоры на буртики вала, при этом упоры размещены во внутренней проточке во втулке шестерни. 10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно снабжено двумя пружинами, один конец каждой из которых опирается на корпус, второй через подшипник - на втулку шестерни. 11. Устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей, содержащее корпус, шестерню с втулкой, отличающееся тем, что втулка шестерни установлена в подшипниках корпуса без возможности осевого перемещения и снабжена внутренней резьбой, а вал имеет ответную наружную резьбу, установлен с возможностью осевого перемещения по резьбе и подпружинен в осевом направлении в обе стороны через подвижные упоры. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что вал подпружинен в обе стороны через подвижные подшипники.