ЭЛЕКТРОПРИВОД К ЗАДВИЖКАМ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2003 года по МПК F16K31/50 

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и касается электропривода к задвижкам трубопроводов. Изобретение может быть использовано в электроприводах для управления запорной или регулирующей арматурой нефте- и газопроводов, тепловых и атомных станций, в водоканализационных сетях и трубопроводах химических предприятий.

Известны электроприводы, в которых применяются планетарные передачи с наружным (рисунки 3.21 и 3.22) и внутренним (рисунки 3.23 и 3.24) зацеплением и электромеханической муфтой для переключения на ручное управление [1]. Для обеспечения прохода выдвижного шпинделя трубопроводной арматуры приводной вал электропривода выполнен со сквозным полым отверстием и вынесен в сторону от планетарной передачи. Вращающий момент от планетарной передачи к приводному валу передается одним потоком мощности обычной рядовой зубчатой передачей.

Недостатком таких электроприводов является невысокая нагрузочная способность, увеличенные габаритные размеры, необходимость применения муфты для переключения на ручное управление.

Известны также электроприводы с червячно-планетарными передачами, в которых приводной вал не имеет сквозного полого отверстия, а его ось совпадает с осью планетарной передачи.

Недостатком такой конструкции является то, что из-за отсутствия сквозного полого отверстия для прохода шпинделя арматуры в приводном валу, такие электроприводы могут применяться только для работы с поворотной арматурой.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является электропривод, содержащий электродвигатель, редуктор с червячной и планетарной передачами и механизм управления, в котором ось планетарной передачи совпадает с осью приводного вала, имеющего полое отверстие только до планетарной передачи (рисунки 3.25 и 3.26) [1].

Недостатком конструкции таких приводов является ограниченная нагрузочная способность, обусловленная применением однопоточной схемы, увеличенные осевые размеры электропривода и небольшой ход выдвижного шпинделя, сложность сборки из-за использования двухвенцового сателлита.

Технической задачей изобретения является разработка конструкции электропривода, обеспечивающей передачу большого вращающего момента при небольших габаритах, работающей с трубопроводной арматурой как с поворотными кранами, так и с задвижками с выдвижными шпинделями, способной переключаться на ручное управление без использования муфты.

Поставленная задача решается тем, что в электроприводе к задвижкам трубопроводов, содержащем электродвигатель, редуктор с зубчатыми и червячными передачами, планетарной передачей и механизм управления, согласно изобретению планетарная передача расположена в кинематической цепи между червячными передачами основного и ручного приводов соосно со сквозным полым приводным валом, проходящим через червячное колесо основной червячной передачи, с возможностью его свободного относительного вращения, центральное колесо с внешними зубьями, с возможностью его самоустановки по зубьям сателлитов, зацепляющихся с центральным колесом с внутренними зубьями и наружным червячным венцом, и водило, имеющее на одном конце червяк червячной передачи механизма управления, а с другой - внутренние кулачки разгонной муфты, соединяющей водило и приводной вал.

Сущность изобретения поясняется примерами конкретного ее выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает кинематическую схему электропривода при виде сверху;
фиг.2 - то же, при виде сбоку;
фиг.3 изображает общий вид электропривода в разрезе;
фиг.4 изображает переходник с гайкой для выдвижного шпинделя.

Электропривод содержит электродвигатель 1 (фиг.1), редуктор 2, кинематическая схема которого приведена на фиг.2, а конструкция - на фиг.3, механизм управления 3 (фиг.1), выключающий электродвигатель при конечных положениях запорного органа задвижки и ограничивающий величину вращающего момента, переходник с гайкой 4 (фиг.4) для выдвижного шпинделя.

Электродвигатель и электропривод могут быть выполнены в обычном и во взрывозащищенном исполнении.

В электроприводе на валу электродвигателя 1 (фиг.1) установлено зубчатое колесо 5, которое через зубчатые колеса 6, 7 и 8 кинематически связано с червяком 9. На валу червяка расположен комплект тарельчатых пружин 10 (фиг.1), обеспечивающих необходимый вращающий момент на выходе электропривода.

Червяк 9 и червячное колесо 11 (фиг.1, 2, 3) образуют основную червячную передачу, работающую в автоматическом режиме - от электродвигателя. Червячное колесо 11 установлено на подшипниках скольжения 12 (фиг.3) с возможностью свободного его вращения относительно полого приводного вала 13, имеющего сквозное отверстие диаметром больше диаметра шпинделя трубопроводной арматуры.

Зубья на ступице 14 червячного колеса 11 и зубья центрального колеса 15 (фиг. 3) имеют одинаковые геометрические параметры и соединены между собой зубчатой втулкой 16. Центральное колесо 15 с наружными зубьями расположено относительно приводного вала 13 с зазором и самоустанавливается по сателлитам 17 (фиг.3), обеспечивая равномерную передачу мощности по потокам.

Сателлиты 17 установлены на подшипниках 18 на осях 19 в щеках водила 20, которое в свою очередь установлено цапфами в подшипниках скольжения 21. На внутренней поверхности нижней цапфы водила 20 выполнены два радиальных кулачка, которые зацепляются с аналогичными кулачками на наружной поверхности полого приводного вала 13 и образуют разгонную муфту. На верхней цапфе водила 20 расположен червяк 22, зацепляющийся с червячным колесом 23 (фиг.2, 3). Данная червячная передача кинематически связана с механизмом управления 3 (фиг. 1) и управляет выключением электродвигателя при конечных положениях запорного органа задвижки.

Сателлиты 17 находятся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 24 (фиг. 3) с внутренними зубьями и наружным червячным венцом. Этот червячный венец на колесе 24 вместе с червяком 25 (фиг.1) является червячной передачей ручного привода. На валу червяка 25 установлен штурвал 26 (фиг.1) для ручного привода.

Приводной вал 13 проходит через весь электропривод и установлен на подшипниках качения 27 (фиг.3). Он имеет на нижнем торце кулачки, которыми зацепляется с бугелем или валом запорной арматуры при работе с поворотным краном или зацепляется с гайкой 4 (фиг.4) переходника при работе с выдвижным шпинделем запорной арматуры. Для восприятия осевой силы от шпинделя в переходнике установлен упорный подшипник 28 (фиг.4).

Центральное колесо 24 с внутренними зубьями и наружным червячным венцом расположено в подшипнике скольжения 29 (фиг.3). На торцах колеса 24 установлены упорные кольца 30, выполняющие роль упорных подшипников.

Электропривод работает следующим образом. При наличии электроэнергии и автоматизированном управлении запорной или регулируемой арматурой электродвигатель включается дистанционно или, при необходимости, на месте. При включении электродвигателя вращающий момент передается зубчатыми колесами 5, 6, 7 и 8 на "плавающий" вал-червяк 9 и далее на червячное колесо 11. Блок тарельчатых пружин 10 на валу-червяке 9 настраивается на определенное осевое усилие, соответствующее заданному моменту на приводном валу 13. Перемещаясь в осевом направлении вал-червяк 9 взаимодействует с механизмом управления 3 (фиг.1) и ограничивает величину вращающего момента на приводном валу 13 электропривода.

Червячное колесо 11 вращается на подшипниках скольжения 12 относительно приводного вала 13. Осевые силы, действующие на червячное колесо 11, через детали, установленные на приводном валу 13, передаются на подшипники качения 27 и через крышки 31 замыкаются на корпусе редуктора 2 (фиг.3).

Далее вращающий момент с червячного колеса 11 через зубчатую втулку 16 передается на центральное колесо 15 с внешними зубьями планетарной передачи. Центральное колесо 15 установлено относительно приводного вала 13 с зазором, что позволяет ему самоустанавливаться по зубьям сателлитов 17 и обеспечивать равномерную передачу мощности по потокам.

При автоматическом режиме работы от электродвигателя центральное колесо 24 с внутренними зубьями и червячным венцом остановлено за счет самотормозящей червячной передачи ручного привода с червяком 25 (фиг.1).

Сателлиты 17, обкатываясь по внутренним зубьям центрального колеса 24, приводят в движение водило 20, вращающееся в подшипниках скольжения 21. Далее вращающий момент с водила 20 через кулачки разгонной муфты передается на приводной вал 13, а с червяка 22 передается на червячное колесо 23, кинематически связанное с механизмом управления 3 (фиг.1), управляющим выключением электродвигателя при конечных положениях запорного органа задвижки.

При работе электропривода с запорной арматурой с поворотным краном вращающий момент с приводного вала 13 (фиг.3) передается на исполнительный орган через торцевые кулачки. При работе с запорной арматурой с выдвижным шпинделем на нижний фланец корпуса редуктора 2 (фиг.3) устанавливается переходник с гайкой 4 (фиг.4). В этом случае вращающий момент с приводного вала 13 через кулачки передается на гайку 4 и выдвижной шпиндель может проходить через весь электропривод в сквозном полом приводном валу 13. Осевая сила, возникающая в передаче винт-гайка, воспринимается упорным подшипником 28.

При ручном режиме управления, когда отсутствует электроэнергия, электропривод работает от штурвала 26 (фиг.1). При вращении штурвала в необходимом направлении вращающий момент с червяка 25 (фиг.1) ручного привода передается на центральное колесо 24 с внутренними зубьями и червячным венцом, вращающееся в подшипнике скольжения 29. Так как электродвигатель не работает, самотормозящая основная червячная передача, состоящая из червяка 9 и червячного колеса 11, будет неподвижна, а центральное колесо 15 с внешними зубьями будет остановлено. При вращении центрального колеса 24 начинают вращаться сателлиты 17 и, обкатываясь по остановленному центральному колесу 15, вращают водило 20. Далее вращающий момент с водила 20 через разгонную муфту передается на приводной вал 13, а через червяк 22 (фиг.3) на червячное колесо 23, вал которого кинематически связан с механизмом управления 3 (фиг.1, 2, 3).

Из доступных источников информации авторы не обнаружили устройство со сходными признаками.

Предлагаемое техническое решение осуществимо в промышленности в условиях серийного производства машиностроительного предприятия.

В устройстве использованы широко известные материалы, стандартные детали и сборочные единицы, уникальных материалов или оборудования для изготовления и испытания такого электропривода не требуется.

В устройстве используются серийно выпускаемая система управления, включающая механизм управления, клеммную коробку, тарельчатые пружины, а также переходники и ряд других деталей.

Источник информации
1. Гуревич Д.Ф. и др. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. Л. : Машиностроение, Л-О, 1987, с. 518, рис.3.21, 3.22, 3.23, 3.24, 3.25, 3.26.

Электропривод к задвижкам трубопроводов относится к области трубопроводного транспорта. Электропривод содержит электродвигатель, редуктор с зубчатыми и червячными передачами, планетарной передачей и механизм управления, выключающий электродвигатель при конечных положениях запорного органа задвижки и ограничивающий величину вращающего момента с помощью тарельчатых пружин. Планетарная передача расположена в кинематической цепи между червячными передачами основного и ручного приводов соосно с полым сквозным приводным валом, проходящим через червячное колесо основной червячной передачи, с возможностью его свободного относительного вращения, центральное колесо с внешними зубьями, с возможностью его самоустановки по зубьям сателлитов, зацепляющихся с центральным колесом с внутренними зубьями и наружным червячным венцом, и водило, имеющее на одном конце червяк червячной передачи, кинематически связанной с механизмом управления, а с другой - внутренние кулачки разгонной муфты, соединяющей водило и полый приводной вал. Такая конструкция электропривода позволяет передавать вращающий момент на приводной вал несколькими одинаковыми потоками мощности, уменьшает габариты и позволяет использовать электроприводы для работы как поворотными кранами, так и с выдвижными шпинделями, отпадает необходимость в применении муфты для переключения с автоматического на ручной режим работы, позволяет использовать имеющуюся систему управления. 4 ил.

Электропривод к задвижкам трубопроводов, содержащий электродвигатель, редуктор с зубчатыми и червячными передачами, планетарной передачей и механизм управления, отличающийся тем, что планетарная передача расположена в кинематической цепи между червячными передачами основного и ручного приводов соосно со сквозным полым приводным валом, проходящим через червячное колесо основной червячной передачи, с возможностью его свободного относительного вращения, центральное колесо с внешними зубьями с возможностью его самоустановки по зубьям сателлитов, зацепляющихся с центральным колесом с внутренними зубьями и наружным червячным венцом, и водило, имеющее на одном конце червяка червячной передачи механизма управления, а с другой - внутренние кулачки разгонной муфты, соединяющей водило и приводной вал.