ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД СО СТРУЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ Российский патент 2003 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к пневмоавтоматике и касается пневматического привода для запорной арматуры трубопроводов.

Пневматический привод может быть использован на трубопроводной арматуре магистральных нефте- и газопроводов, на нефтеперерабатывающих и химических предприятиях.

Из уровня техники известен привод запорной и регулирующей арматуры нефтепродуктопроводов, содержащий электродвигатель, резервный пневматический двигатель, подключенный к автономному источнику рабочего газа под давлением, механический редуктор, устройство контроля положения исполнительного органа и систему управления [1].

Резервный пневматический двигатель в известном приводе соединен постоянно с валом электродвигателя и при работе электродвигателя вращается совместно с ним. Ротор пневматического двигателя пластинчатого типа имеет возможность вращаться под действием рабочего газа из автономного источника только в одну сторону. Работает пневматический двигатель только при подаче в полость двигателя "масляного тумана".

Все это ограничивает технологические возможности двигателя и привода в целом, усложняет процесс обслуживания, снижает надежность работы.

Известен резервированный привод запорной и регулирующей арматуры нефтепродуктопроводов, содержащий электрический двигатель, резервный пневматический двигатель, подключенный к автономному источнику рабочего газа под давлением, механический редуктор, устройство контроля положения исполнительного органа, ограничитель передаваемого момента и блок управления приводом (БУП) [2].

Пневматический двигатель выполнен в виде струйного двигателя одностороннего вращения. Для работы пневматического резервного двигателя на аварийное закрытие задвижки используется автономный источник рабочего газа в виде баллонов со сжатым газом или газогенераторы, которые имеют ограниченный ресурс.

Все это ограничивает технологические возможности привода, не обеспечивается длительная работа привода от пневматического струйного двигателя. Не обеспечивается двустороннее действие, т.е. на "открытие" и на "закрытие", а только на "закрытие" при возникновении аварийной ситуации (например, при разрыве трубопровода и т.п.).

На большинстве месторождений газа и нефти в районах Крайнего Севера, Камчатки и Сахалина отсутствует электропитание трехфазного тока напряжением 380 В. В этих районах невозможно использовать приводы с асинхронными двигателями трехфазного тока напряжением 380 В.

В основу настоящего изобретения положена задача разработки такого привода с пневматическим струйным двигателем для запорной арматуры трубопроводов, который обеспечивал бы длительную работу с использованием давления газа магистрального газопровода.

Поставленная задача решается тем, что в приводе с пневматическим струйным двигателем, содержащем механический редуктор, механизм путевых выключателей, устройство ограничения крутящего момента и блок управления приводом, согласно изобретению пневматический струйный двигатель выполнен реверсивным (двусторонненго действия), а вход блока управления приводом соединен газоводом с магистральным газопроводом.

Сущность изобретения поясняется примерами конкретного выполнения и чертежами.

Сущность изобретения состоит в том, что в пневматическом приводе со струйным двигателем, содержащем электропневматический блок управления (блок управления приводом), соединенный с газоводом подвода рабочей среды и связанный с каналами ротора струйного двигателя, вал которого кинематически связан с рабочим валом, а также устройство ограничения крутящего момента, передаваемого последним, и датчики положения (механизм путевых выключателей), связанные с электрическим входом упомянутого блока управления, газовод выполнен с возможностью подключения к магистральному газопроводу, блок управления выполнен с возможностью переключения под давлением магистрального газопровода, а вал струйного двигателя кинематически связан с рабочим валом с помощью многоступенчатого редуктора, выполненного с промежуточным валом для установки средства ручного управления, при этом устройство ограничения крутящего момента выполнено в виде двух введенных в зацепление кулачковых полумуфт.

Предпочтительно каждая полумуфта устройства ограничения крутящего момента выполнена с кулачками, имеющими с двух сторон разные углы наклона рабочих поверхностей (не изображено), выбранные из условия обеспечения возможности свободного поворота полумуфт относительно друг друга на угол 30÷60^o, при этом полумуфта, установленная на рабочем валу, подпружинена в направлении другой полумуфты.

При этом многоступенчатый редуктор выполнен в виде вала-шестерни, выполненного заодно с валом струйного двигателя, и пяти шестерен, установленных на вспомогательном, промежуточном и рабочем валах, на первом из которых установлены шестерня, введенная в зацепление с валом-шестерней и шестерня, введенная в зацепление с одной из шестерен, установленных на упомянутом промежуточном валу, а другая шестерня, установленная на последнем, введена в зацепление с шестерней, установленной на рабочем валу, при этом передаточное отношение в зацеплении с валом шестерней составляет 2,5÷5, а в зацеплении с шестерней, установленной на рабочем валу, равно 1.

Одновременно привод может быть снабжен червячным редуктором, последовательно связанным с рабочим валом, и выполнен с возможностью установки резервного двигателя в виде электродвигателя, а струйный двигатель выполнен реверсивным.

Устойство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид привода, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.3 - кинематическая схема струйного двигателя; на фиг.4 - схема соединения струйного двигателя с червяком редуктора привода; на фиг.5 - вариант выполнения ротора струйного двигателя; на фиг.6 - второй вариант выполнения ротора струйного двигателя; на фиг.7 - схема силового (вторичного) червячного редуктора; на фиг.8 - сечение А-А по фиг.7.

Пневматический привод содержит струйный двигатель 1 (фиг.1), редуктор 2, блок управления приводом (БУП) 3 (фиг.2).

В таком составе привод может использоваться на трубопроводной арматуре (задвижках) с диаметром проходного отверстия Д_у 200...400 мм.

Для задвижек с диаметром проходного отверстия Д_у 500...1200 мм привод используется со вторичным силовым редуктором 4 (фиг.1), увеличивающим крутящий момент.

Струйный двигатель содержит ротор 5 (фиг.3), вал которого снабжен зубчатым венцом, связанным с цилиндрической зубчатой передачей, размещенной в корпусе 6. На входном валу струйного двигателя установлена на шпонке подпружиненная кулачковая полумуфта 7, которая сцепляется с полумуфтой 8 червячного редуктора.

Полумуфта 7 (фиг.4) может быть выполнена с возможностью перемещения по валу 9 для расцепления с полумуфтой 8. Для этого полумуфта 7 снабжена кольцевым буртом, в котором выполнены пазы 10, а в обойме 11 установлен стопор 12. С помощью поворотного рычага (не показан) полумуфта отводится в левое положение так, чтобы стопор 12 прошел в паз 10, после чего вал 9 с полумуфтой 7 поворачивается до зацепления буртом за стопор 12. Поворот вала производится ключом через окно в корпусе 6, в котором установлена заглушка 13.

При вращении ротора 5 и вала 9 муфта под действием пружины 14 срывается со стопора, перемещается по шпонке и входит в зацепление с полумуфтой 8.

На торце вала 9 установлен упор 15. Полумуфта 8 установлена на валу-червяке 16 редуктора 2. Вал-червяк 16 взаимодействует с червячным колесом 17, которое установлено на выходном валу 18. Ротор 5 может быть выполнен двух вариантов (фиг.5 и 6), на которых установлены сопла 19 и 20.

Сопла 19 каналами 21 связаны с осевым отверстием вала с одной стороны, а сопла 20 каналами 22 связаны с осевым отверстием вала с другой его стороны (фиг.3). Осевые отверстия вала разделены между собой.

На коробке передач 23 (фиг. 4) привода имеется место для установки электродвигателя 24 в случае появления в будущем на трассе трубопроводов трехфазной сети тока напряжением 380 В.

Установочное место закрыто крышкой 25. В корпусе 26 (фиг.8) силового (вторичного) редуктора на подшипниках установлено червячное колесо 27, которое взаимодействует с червяком 28 (фиг.7). Червяк 28 установлен в корпусе на подшипниках 29.

На конец вала со шпонкой 30 монтируется и крепится к фланцу корпуса 26 редуктор 2 (фиг.1) привода. Червячное колесо 27 установлено на выходном валу 31.

Работает пневматический привод следующим образом.

На блок управления приводом 3 (фиг.2) подается сигнал 220 В переменного тока или 110 В постоянного тока на срабатывание того или другого пневмоклапана. Газ из магистрального газопровода поступает в струйный двигатель 1.

Газ через осевое отверстие вала ротора 5 и, например канал 21 (фиг.3), поступает в сопло 19. Истекая из сопла 19, струя газа создает реактивную силу. Ротор начинает вращаться и приводит в действие цилиндрическую зубчатую передачу струйного двигателя. Далее вращение передается на вал-червяк 16 (фиг.4), червячное колесо 17 и выходной вал 18.

Выходной вал 18 приводит в движение червяк 28 (фиг.7). Вращение передается на червячное колесо 27 (фиг.8), которое установлено на выходном валу 31. Вращение выходного вала 31 приводит в движение запорный орган трубопроводной арматуры.

Для вращения в другую сторону сигнал подается на другой пневмоклапан блока управления приводом. Пневмоклапаны могут быть приведены в действие вручную путем нажатия на соответствующий рычаг клапана.

Из доступных источников информации не выявлено устройство со сходными признаками. Применение пневматического привода со струйным двигателем в районах Крайнего Севера, Камчатки и Сахалина при отсутствии электросетей трехфазного тока напряжением 380 В позволит решить проблему энергетического кризиса в этих районах.

Использование такого пневматического привода по сравнению с известными обеспечивает расширение технологических возможностей, повышает надежность и упрощает процесс обслуживания.

В конструкции привода использованы широко известные и доступные материалы. Изготовление привода возможно в условиях серийного производства машиностроительного предприятия. При этом не требуется специальных, уникальных станов и оборудования.

В рамках проекта "Сахалин-2" изготовлены и испытаны опытные образцы привода, которые были испытаны с использованием энергии баллонов со сжатым газом на территории предприятия-заявителя.

На демонстрационной площадке нефтеперекачивающей станции "Нурлино" (Башкирия) привод был испытан с использованием газа от компрессора и использованием газа от твердотопливного газогенератора.

Испытания показали положительные результаты.

Источники информации
1. Проспект фирмы БИФФИ "Техническое описание и руководство по установке многооборотных электрических сервоприводов SGR/PN", Италия, 1994, с. 1-17.

2. Свидетельство на полезную модель RU 3804, 05.09.96 г.

Привод предназначен для запорной арматуры трубопроводов. Привод содержит электропневматический блок управления, соединенный с газоводом подвода рабочей среды и связанный с каналами ротора струйного двигателя, вал которого кинематически связан с рабочим валом, а также устройство ограничения крутящего момента, передаваемого последним, и датчики положения, связанные с электрическим входом упомянутого блока управления, при этом газовод выполнен с возможностью подключения к магистральному газопроводу, блок управления выполнен с возможностью переключения под давлением магистрального газопровода, а вал струйного двигателя кинематически связан с рабочим валом с помощью многоступенчатого редуктора, выполненного с промежуточным валом для установки средства ручного управления, при этом устройство ограничения крутящего момента выполнено в виде двух введенных в зацепление кулачковых полумуфт. Технический результат - повышение надежности. 5 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Пневматический привод со струйным двигателем, содержащий электропневматический блок управления, соединенный с газоводом подвода рабочей среды и связанный с каналами ротора струйного двигателя, вал которого кинематически связан с рабочим валом, а также устройство ограничения крутящего момента, передаваемого последним, и датчики положения, связанные с электрическим входом упомянутого блока управления, отличающийся тем, что газовод выполнен с возможностью подключения к магистральному газопроводу, блок управления выполнен с возможностью переключения под давлением магистрального газопровода, а вал струйного двигателя кинематически связан с рабочим валом с помощью многоступенчатого редуктора, выполненного с промежуточным валом для установки средства ручного управления, при этом устройство ограничения крутящего момента выполнено в виде двух введенных в зацепление кулачковых полумуфт. 2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что каждая полумуфта устройства ограничения крутящего момента выполнена с кулачками, имеющими с двух сторон разные углы наклона рабочих поверхностей, выбранные из условия обеспечения возможности свободного поворота полумуфт относительно друг друга на угол 30 - 60^o, при этом полумуфта, установленная на рабочем валу, подпружинена в направлении другой полумуфты. 3. Привод по п. 1 или 2, отличающийся тем, что многоступенчатый редуктор выполнен в виде вала-шестерни, выполненного заодно с валом струйного двигателя, и пяти шестерен, установленных на вспомогательном, промежуточном и рабочем валах, на первом из которых установлены шестерня, введенная в зацепление с валом-шестерней, и шестерня, введенная в зацепление с одной из шестерен, установленных на упомянутом промежуточном валу, а другая шестерня, установленная на последнем, введена в зацепление с шестерней, установленной на рабочем валу, при этом передаточное отношение в зацеплении с валом шестерней составляет 2,5-5, а в зацеплении с шестерней, установленной на рабочем валу, равно 1. 4. Привод по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что он снабжен червячным редуктором, последовательно связанным с рабочим валом. 5. Привод по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью установки резервного двигателя в виде электродвигателя. 6. Привод по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что струйный двигатель выполнен реверсивным.