ПРИВОД ЗАПОРНОГО ОРГАНА ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ Российский патент 2003 года по МПК F16K31/04 F16K31/53 

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для управления запорными органами трубопроводной арматуры преимущественно с поворотной пробкой, имеющей поверхность тела вращения, для перекрытия трубопроводов диаметров 200-400 мм с давлением до 160 атм преимущественно в нефтегазодобывающей промышленности.

Известен планетарный зубчатый редуктор по авторскому свидетельству СССР 1384859, МПК4 F 16 H 1/48, 30.03.88 г. Данный привод содержит корпус, в котором размещен плюсовой планетарный редуктор с ведущим и ведомым валами. Два центральных колеса с внутренними зубьями, первое из которых связано с ведомым валом, а второе - с корпусом. На водиле планетарной передачи установлен двухвенцовый сателлит, венцы которого разнесены вдоль оси вала-водила.

К недостаткам данного привода следует отнести то, что такое конструктивное исполнение, кроме больших габаритов, не позволяет обеспечить высокий КПД передачи.

В качестве прототипа выбран плоский планетарный механизм с самоустанавливающимся сателлитом (см. Решетов Л.Н., Самоустанавливающиеся механизмы. Справочник. - М. Машиностроение, 1979 г., с. 258-259, рис. 5.25.). В данном источнике информации предложена кинематическая схема привода, содержащего размещенную в корпусе силовую трансмиссию на базе плюсового планетарного редуктора. Сам редуктор включает установленный на подшипниках в корпусе эксцентриковый входной вал-водило, закрепленное в корпусе входное центральное неподвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленное на подшипниках в корпусе и соединенное с выходным валом выходное центральное подвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленный на сферическом подшипнике на валу-водиле самоустанавливающийся двухвенцовый блок сателлита. Зубчатые венцы двухвенцового блока сателлита выполнены внешними и размещены по отношению друг к другу концентрично с зазором, причем больший зубчатый венец сателлита зацеплен с входным центральным неподвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями, а меньший зубчатый венец сателлита зацеплен с выходным центральным подвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями. В данном механизме зубья имеют линейчатый контакт, что позволяет повысить его КПД, а равно и его большую нагрузочную способность.

Однако конструктивное исполнении данной кинематической схемы механизма приводит к большим габаритам (по диаметру) привода и к его непропорциональности. А самое главное - конструктивное исполнение данного механизма обеспечивает передаточные числа менее 40, что ограничивает его область применения. Это обусловлено тем, что при изготовлении цельного двухвенцового блока сателлита расстояние между окружностью выступов меньшего зубчатого венца и внутренней поверхностью обода большего зубчатого венца должно быть больше диаметра инструмента, используемого для нарезания меньшего зубчатого венца блока сателлита. Это приведет к тому, что соотношение зубьев большего и меньшего зубчатых венцов блока сателлитов будет двухкратным или более. При ограничении числа зубьев входного центрального неподвижного зубчатого колеса с внутренним зацеплением, равным 100 и менее, число зубьев выходного подвижного зубчатого колеса с внутренним зацеплением в этом случае будет меньше 50. Таким образом, данный механизм реализует передаточные числа менее 40.

Настоящее изобретение решает задачу обеспечения высокой компактности и пропорциональности габаритов привода, и, сохраняя высокий КПД, обеспечивает коэффициент передачи в широком диапазоне, достигая больших значений: от 20 до 97. Это позволяет расширить область его применения. Кроме того, изобретение позволяет обеспечить высокую технологичность изготовления зубчатых венцов двухвенцового блока сателлита.

Поставленная задача решается тем, что в приводе запорного органа трубопроводной арматуры, содержащем размещенную в корпусе силовую трансмиссию на базе плюсового планетарного редуктора, включающую установленный на подшипниках в корпусе эксцентриковый входной вал-водило, закрепленное в корпусе входное центральное неподвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленное на подшипниках в корпусе и соединенное с выходным валом выходное центральное подвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленный на сферическом подшипнике на валу-водиле двухвенцовый блок сателлита, зубчатые венцы которого выполнены внешними и размещены по отношению друг к другу концентрично с зазором, при этом больший зубчатый венец сателлита зацеплен с входным центральным неподвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями, а меньший зубчатый венец сателлита зацеплен с выходным центральным подвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями, двухвенцовый блок сателлита выполнен сборным. Причем тело меньшего зубчатого венца блока сателлита выполнено в виде цилиндра, установленного посредством центрального отверстия на сферическом подшипнике, на боковой поверхности которого выполнены внешние зубья, а тело большего зубчатого венца блока сателлита выполнено в виде стакана, дно которого посредством болтов и штифтов закреплено на торце тела меньшего зубчатого венца со стороны, противоположной стороне размещения выходного центрального подвижного зубчатого колеса с внутренними зубьями. Внутренняя боковая поверхность стакана охватывает меньший зубчатый венец, а на его внешней боковой поверхности выполнены зубья таким образом, что средние поперечные сечения по длине контактных линий зацеплений: больший зубчатый венец - входное центральное неподвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями; меньший зубчатый венец - выходное центральное подвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями и среднее по ширине поперечное сечение сопряжения сферический подшипник - эксцентриковый входной вал-водило, лежат в одной плоскости. Зазор между обоими зубчатыми венцами сборного блока сателлита выполнен минимально необходимым для размещения обода выходного центрального подвижного колеса с внутренними зубьями.

Для обеспечения минимального зазора между зубчатыми венцами, а также для обеспечения большого диапазона коэффициента редуцирования, равного 20÷97, при минимальных габаритах и высоком КПД его основные параметры имеют следующие характеристики.

В силовой трансмиссии число зубьев выходного подвижного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями выбирают из ряда 45, 46,...75, а число зубьев входного неподвижного зубчатого колеса с внутренними зубьями больше числа зубьев выходного подвижного центрального колеса с внутренними зубьями на 24 или 25 зубьев. При этом числа зубьев зубчатых венцов сборного блока сателлита меньше чисел зубьев соответствующих центральных зубчатых колес, находящихся с ними в зацеплении, на одну и ту же величину, равную 3 или 4 зубьям.

В случае применения привода для поворота поворотного запорного органа трубопроводной арматуры он снабжен ограничителем поворота выходного вала, выполненным в виде двух регулируемых упоров, диаметрально закрепленных в корпусе и размещенных в ответных секторных пазах, выполненных в выходном валу.

На фиг.1 представлена кинематическая схема привода; на фиг.2 представлен продольный разрез конструкции привода; на фиг.3 представлен разрез А-А фиг.2 в зоне ограничителя поворота выходного неполноповоротного вала.

Привод запорного органа трубопроводной арматуры содержит размещенную в корпусе 1 силовую трансмиссию на базе плюсового планетарного редуктора. Силовая трансмиссия включает установленный на подшипниках в корпусе эксцентриковый входной вал-водило 2, которой соединен с выходным валом управляемого электропривода (электродвигателя) 3. В корпусе 1 закреплено входное центральное неподвижное зубчатое колесо 4 с внутренними зубьями. Также в корпусе 1 на подшипниках установлено выходное центральное подвижное зубчатое колесо 5 с внутренними зубьями, которое соединено с выходным неполноповоротным валом 6. На валу-водиле 2 на сферическом подшипнике 7 установлен двухвенцовый сборный блок сателлита 8, зубчатые венцы которого выполнены внешними и размещены по отношению друг к другу концентрично с зазором.

Тело меньшего зубчатого венца 9 блока сателлита 8 выполнено в виде цилиндра, установленного посредством центрального отверстия на сферическом подшипнике 7. На боковой поверхности меньшего зубчатого венца 9 выполнены внешние зубья. Меньший зубчатый венец 9 блока сателлита 8 зацеплен с выходным центральным подвижным зубчатым колесом 5 с внутренними зубьями.

Тело большего зубчатого венца 10 блока сателлита 8 выполнено в виде стакана, дно которого посредством болтов 11 и штифтов 12 закреплено на торце тела меньшего зубчатого венца 9 со стороны, противоположной стороне размещения выходного центрального подвижного зубчатого колеса 5 с внутренними зубьями. Внутренняя боковая поверхность стакана 10 концентрично охватывает меньший зубчатый венец 9, а на его внешней боковой поверхности выполнены зубья. Больший зубчатый венец 10 блока сателлита 8 зацеплен с входным центральным неподвижным зубчатым колесом 4 с внутренними зубьями.

Размещение сборного блока сателлита 8 на эксцентриковом входном валу-водиле 2 и положение зубчатых венцов 9 и 10 относительно друг друга обеспечивает положение средних поперечных сечений по длине контактных линий зацеплений: больший зубчатый венец 10 - входное центральное неподвижное зубчатое колесо 4 с внутренними зубьями; меньший зубчатый венец 9 - выходное центральное подвижное зубчатое колесо 5 с внутренними зубьями и среднее по ширине поперечное сечение сопряжения сферический подшипник 7 - входной эксцентриковый вал-водило 2 лежат в одной плоскости. Зазор между обоими зубчатыми венцами 9 и 10 выполнен минимально необходимым для размещения обода выходного центрального подвижного колеса 5 с внутренними зубьями.

Для обеспечения минимального зазора между зубчатыми венцами в силовой трансмиссии число зубьев выходного подвижного центрального зубчатого колеса 5 с внутренними зубьями выбирают из ряда 45, 46,...75, а число зубьев входного неподвижного зубчатого колеса 4 с внутренними зубьями больше числа зубьев выходного подвижного центрального колеса с внутренними зубьями на 24 или 25 зубьев. При этом числа зубьев зубчатых венцов 9 и 10 сборного блока сателлита 2 меньше чисел зубьев соответствующих центральных зубчатых колес, находящихся с ними в зацеплении, на одну и ту же величину, равную 3 или 4 зубьям.

В исполнении привода для поворота поворотного запорного органа трубопроводной арматуры он снабжен ограничителем поворота выходного вала, выполненным в виде двух регулируемых упоров 13, диаметрально закрепленных в корпусе 1 и размещенных в ответных секторных пазах 14, выполненных в выходном валу 6.

Заявленный привод реализует коэффициенты передачи, определяемые по формуле

где
Z_a - число зубьев выходного подвижного зубчатого колеса с внутренним зацеплением, Z_a=45, 46, 47...75;
Z_в - число зубьев входного неподвижного зубчатого колеса с внутренним зацеплением, Z_в=Z_a+(24 или 25)≤100;
Z_g - число зубьев меньшего зубчатого венца сборного блока сателлита, Z_g= Z_a-(3 или 4);
Z_f - число зубьев большего зубчатого венца сборного блока сателлита, Z_f= Z_в-(3 или 4).

При выборе максимальных значений чисел зубьев центральных колес Z_в=100 и Z_a=75 можно обеспечить коэффициент передачи, равный 97.

Привод устанавливают на поворотном запорном органе запорной арматуры 15. Компенсационной зубчатой муфтой 16 соединяют вал-поводок запорного органа 15 с выходным неполноповоротным валом 6.

Привод работает следующим образом.

Вращение от управляемого электродвигателя 3 поступает на входной эксцентриковый вал-водило 2. При неподвижном входном центральном зубчатом колесе 4 с внутренними зубьями вращение от входного эксцентрикового вала-водила 2, больший зубчатый венец 10 передается сборному блоку сателлита 8. Вращение от меньшего зубчатого венца сборного блока сателлита 8 передается выходному подвижному центральному зубчатому колесу 5 с внутренними зубьями и далее на выходной неполноповоротный вал 6, угол поворота которого ограничивается в пределах 90^o±10^o.

Заявленный привод найдет широкое применение в нефтяной и газовой отраслях в трубопроводах диаметром 200-400 мм и давлении до 160 атм.

Кинематическая схема привода и его конструктивное исполнение позволяет обеспечить КПД приводу более 0,85 и развить на выходном валу моменты в широком диапазоне.

Заявленный привод конструктивно прост, имеет простую компоновку, что практически не требует технического обслуживания, обеспечивая ему срок службы до 35 лет.

Данный привод может найти широкое применение при эксплуатации нефтегазопроводов среднего диаметра.

Изобретение предназначено для управления запорными органами трубопроводной арматуры для перекрытия трубопроводов диаметров 200-400 мм с давлением до 160 атм преимущественно в нефтегазодобывающей промышленности. Привод содержит размещенную в корпусе силовую трансмиссию на базе плюсового планетарного редуктора. Силовая трансмиссия включает установленный на подшипниках в корпусе эксцентриковый входной вал-водило, закрепленное в корпусе входное центральное неподвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленное на подшипниках в корпусе и соединенное с выходным валом выходное центральное подвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленный на сферическом подшипнике на валу-водиле двухвенцовый блок сателлита. Зубчатые венцы последнего выполнены внешними и размещены по отношению друг к другу концентрично с зазором. Больший зубчатый венец сателлита зацеплен с входным центральным неподвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями. Меньший зубчатый венец сателлита зацеплен с выходным центральным подвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями. Двухвенцовый блок сателлита выполнен сборным. Тело меньшего зубчатого венца блока сателлита выполнено в виде цилиндра, установленного посредством центрального отверстия на сферическом подшипнике, на боковой поверхности которого выполнены внешние зубья. Тело большего зубчатого венца блока сателлита выполнено в виде стакана. Дно стакана посредством болтов и штифтов закреплено на торце тела меньшего зубчатого венца со стороны, противоположной стороне размещения выходного центрального подвижного зубчатого колеса с внутренними зубьями. Внутренняя боковая поверхность стакана охватывает меньший зубчатый венец. На его внешней боковой поверхности выполнены зубья таким образом, что средние поперечные сечения по длине контактных линий зацеплений большого зубчатого венца входным центральным неподвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями и меньшего зубчатого венца с выходным центральным подвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями и среднее по ширине поперечное сечение сопряжения сферического подшипника с эксцентриковым входным валом-водилом лежат в одной плоскости. Зазор между обоими зубчатыми венцами сборного блока сателлита выполнен минимально необходимым для размещения обода выходного центрального подвижного колеса с внутренними зубьями. В силовой трансмиссии число зубьев выходного подвижного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями выбирают из ряда 45, 46, . . .75, а число зубьев входного неподвижного зубчатого колеса с внутренними зубьями больше числа зубьев выходного подвижного центрального колеса с внутренними зубьями на 24 или 25 зубьев. Числа зубьев зубчатых венцов сборного блока сателлита меньше чисел зубьев соответствующих центральных зубчатых колес, находящихся с ними в зацеплении, на одну и ту же величину, равную 3 или 4 зубьям. Изобретение обеспечивает высокую компактность и пропорциональность габаритов привода, обеспечивает получение коэффициента передачи в широком диапазоне, достигая значений от 20 до 97. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Привод запорного органа трубопроводной арматуры, содержащий размещенную в корпусе силовую трансмиссию на базе плюсового планетарного редуктора, включающую установленный на подшипниках в корпусе эксцентриковый входной вал-водило, закрепленное в корпусе входное центральное неподвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленное на подшипниках в корпусе и соединенное с выходным валом выходное центральное подвижное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленный на сферическом подшипнике на вале-водиле двухцветный блок сателлита, зубчатые венцы которого выполнены внешними и размещены по отношению друг к другу концентрично с зазором, при этом больший зубчатый венец сателлита зацеплен с входным центральным неподвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями, а меньший зубчатый венец сателлита зацеплен с выходным центральным подвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями, отличающийся тем, что двухвенцовый блок сателлита выполнен сборным, причем тело меньшего зубчатого венца блока сателлита выполнено в виде цилиндра, установленного посредством центрального отверстия на сферическом подшипнике, на боковой поверхности которого выполнены внешние зубья, а тело большего зубчатого венца сателлита выполнено в виде стакана, дно которого посредством болтов и штифтов закреплено на торце тела меньшего зубчатого венца со стороны, противоположной стороне размещения выходного центрального подвижного зубчатого колеса с внутренними зубьями, внутренняя боковая поверхность стакана охватывает меньший зубчатый венец, а на его внешней боковой поверхности выполнены зубья таким образом, что средние поперечные сечения по длине контактных линий зацепления большего зубчатого венца с входным центральным неподвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями, зацепления меньшего зубчатого венца с выходным центральным подвижным зубчатым колесом с внутренними зубьями и среднее по ширине поперечное сечение сопряжения сферического подшипника эксцентрикового с входным валом-водилом лежат в одной плоскости, при этом зазор между обоими зубчатыми венцами выполнен минимально необходимым для размещения обода выходного центрального подвижного колеса с внутренними зубьями, для чего в силовой трансмиссии число зубьев выходного подвижного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями выбирают из ряда 45, 46, . . . 75, число зубьев входного неподвижного зубчатого колеса с внутренними зубьями больше числа зубьев выходного подвижного центрального колеса с внутренними зубьями на 24 или 25 зубьев, а числа зубьев зубчатых венцов блока сателлита меньше чисел зубьев соответствующих центральных зубчатых колес, находящихся с ними в зацеплении, на одну и ту же величину, равную 3 или 4 зубьям. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен ограничителем поворота выходного вала, выполненным в виде двух регулируемых упоров, диаметрально закрепленных в корпусе и размещенных в ответных секторных пазах, выполненных в выходном валу.