ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД СО СТРУЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ ШАРОВЫХ КРАНОВ С УСТРОЙСТВОМ РЕГУЛИРОВАНИЯ МАКСИМАЛЬНОГО ДВИЖУЩЕГО МОМЕНТА Российский патент 2005 года по МПК F15B9/03 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области пневмомашиностроения, в частности к механизмам, предназначенным для осуществления перестановки, следящего и программного управления регулирующих органов запорной и регулирующей арматуры газо-, нефте- и продуктопроводов при дистанционном и местном управлении.

Предшествующий уровень техники

Известен пневмогидравлический привод с поршневым двигателем, содержащим пневмоцилиндры, поршни, поворотный механизм, конечные выключатели (см., например, А.Ф.Гуревич и др., Справочник по арматуре для глазо- и нефтепродуктов, Ленинград, “Недра”, 1988 г., стр.346).

Техническими недостатками этого привода являются наличие подвижных трущихся уплотнений, снижающих надежность и ресурс привода; большой объем полостей, заполняемых сжатым газом, приводящий к наличию ударных воздействий на объект управления; возможность произвольного перемещения выходного вала привода по действием внешней нагрузки.

Известен пневматический привод со струйным двигателем (Патент №2131065 “Пневматический привод Саяпина и электропневматическое управляющее устройство”), содержащий электропневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель, редуктор, ручной дублер, кулисно-винтовой поворотный механизм, устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента.

Техническим недостатком данной конструкции является, в частности, сложность, трудность настройки и недостаточная надежность работы устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей изобретения является создание пневматического привода для запорно-регулирующей арматуры газо- нефте- и продуктопроводов, имеющего повышенную надежность и расширенный диапазон применения для различных типоразмеров арматуры и расширенный диапазон давления управляющего газа, упрощение настройки и эксплуатации привода.

1. Эта техническая задача решается за счет того, что привод снабжен устройством регулирования максимального движущего момента, включающим в себя регулятор давления газа и два регулятора расхода газа, при этом вход регулятора давления газа соединен с источником питания, а выход через электропневмоклапаны - со входами регуляторов расхода газа, при этом выходы регуляторов расхода газа соединены соответственно с одним и вторым входами струйного двигателя.

2. Эта техническая задача решается также за счет того, что регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены в виде регуляторов давления газа, разгруженных от входного давления.

3. Эта техническая задача решается также за счет того, что регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены в виде регуляторов давления газа, частично разгруженных от входного давления (второй вариант).

4. Эта техническая задача решается также за счет того, что плунжер регулятора расхода снабжен сильфоном.

Сущность изобретения заключается в том, что в пневматическом приводе, содержащем последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, включающее в себя конечные выключатели, электропневмоклапаны, реверсивный струйный двигатель, вал которого через механический редуктор, содержащий ручной дублер, и через кулисно-винтовой поворотный механизм, содержащий корпус, установочный фланец, ходовой винт и устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, соединен с выходным валом привода; при этом привод снабжен устройством регулирования максимального движущего момента, включающим в себя регулятор давления газа и два регулятора расхода газа, при этом вход регулятора давления газа соединен с источником питания, а выход через электропневмоклапаны - со входами регуляторов расхода газа, при этом выходы регуляторов расхода газа соединены соответственно с одним и вторым входами струйного двигателя.

Сущность изобретения заключается также в том, что регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены в виде регуляторов давления газа, разгруженных от входного давления.

Сущность изобретения заключается также в том, что регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены в виде регуляторов давления газа, частично разгруженных от входного давления (второй вариант).

Сущность изобретения заключается также в том, что плунжер регулятора расхода снабжен сильфоном.

Причинно-следственная связь между достигаемым научно-техническим результатом и совокупностью признаков

Повышение надежности привода, расширение диапазона применения для различных типоразмеров арматуры, давления управляющего газа, упрощение настройки и эксплуатации привода достигается:

1) за счет того, что привод снабжен устройством регулирования максимального движущего момента, включающим в себя регулятор давления газа и два регулятора расхода газа, при этом вход регулятора давления газа соединен с источником питания, а выход через электропневмоклапаны - со входами регуляторов расхода газа, при этом выходы регуляторов расхода газа соединены соответственно с одним и вторым входами струйного двигателя;

2) за счет того, что регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены в виде регуляторов давления газа, разгруженных от входного давления;

3) за счет того, что регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены в виде регуляторов давления газа, частично разгруженных от входного давления (второй вариант);

4) за счет того, что плунжер регулятора расхода снабжен сильфоном.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется далее описанием примера осуществления со ссылкой на чертежи.

На Фиг.1 изображена схема пневматического привода.

На Фиг.2 изображена схема регулятора давления и расхода газа, разгруженного от входного давления.

На Фиг.3 изображена схема регулятора давления и расхода газа, частично разгруженного от входного давления.

На Фиг.4 изображена схема регулятора давления и расхода газа, плунжер которого снабжен сильфоном.

Лучшие варианты осуществления изобретения

Пневматический привод (Фиг.1) содержит последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство 1, включающее в себя концевые выключатели 2, 3, электропневмоклапаны 4, 5, входы которых через регулятор давления газа 9 связаны с источником рабочего тела - сжатого газа (не обозначен) с давлением Р, а выходы через регуляторы расхода газа 6, 7 - с ротором 10 реверсивного струйного двигателя 11. Выходной вал двигателя 11 снабжен зубчатым венцом 12 и через механический редуктор 14, содержащий ручной дублер 15, и через кулисно-винтовой поворотный механизм 16 связан с выходным валом привода 17 и далее с объектами управления - шаровым краном 18, при этом в линии подачи газа от источника питания к электропневмоклапанам установлен регулятор давления газа 19.

Кулисно-винтовой поворотный механизм 16 содержит корпус 21, кулисно-винтовую передачу, включающую в себя кулису 22 с пазами, жестко закрепленную на выходном валу 17 привода; установленный в корпусе ходовой винт 23, имеющий возможность ограниченного осевого перемещения и связанный с выходом редуктора 14; ходовую гайку 24, установленную в поводке 25. Кулисно-винтовой поворотный механизм 16 содержит также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, выполненное в виде набора тарельчатых пружин 28. Кулисно-винтовой поворотный механизм содержит также регулируемые винтовые упоры (не обозначены), определяющие положение кулисы в крайних положениях.

Выходной вал привода 17 соединен с входным валиком 30 электропневматического управляющего устройства 1 и далее с подвижными постоянными магнитами 32, 33, связанными магнитным полем с конечными выключателями 2, 3.

Устройство регулирования максимального движущего момента привода включает в себя регулятор давления газа 19 и два регулятора расхода газа 6, 7 (Фиг.1, 2, 3, 4); при этом вход регулятора давления газа соединен с источником питания, а выход через электропневмоклапаны 4, 5 со входами регуляторов расхода газа 6, 7; при этом выходы регуляторов расхода газа соединены соответственно с одним и вторым входами струйного двигателя 11.

Регулятор давления 19 и регуляторы расхода газа 6, 7 содержат корпус 41 с седлом 42, в котором размещен плунжер 43 с клапаном 47, регулировочный винт 47.

Во втором конструктивном исполнении для повышения надежности и герметичности плунжер регулятора давления газа снабжен сильфоном 49 (Фиг.4).

Регулятор давления газа 19 и регуляторы давления газа 6, 7 в первом варианте (Фиг.2) выполнены разгруженными от входного давления, что обеспечивается тем, что диаметр седла 42 и плунжера 43 одинаковы и равны d (Фиг.2).

Во втором варианте регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены частично разгруженными от входного давления, что обеспечивается условием того, что диаметр плунжера выполнен большим, чем диаметр седла (Фиг.3)

При выполнении условия (1) обеспечивается дополнительная параметрическая стабилизация давления и расхода газа через регуляторы 19, 6 и 7 при повышении входного давления на них, что повышает надежность и стабильность работы привода.

Пневматический привод работает следующим образом.

В исходном положении оба электропневмоклапана 4 и 5 (Фиг.1) закрыты и сжатый газ через седло 42 и дросселирующее сечение (Фиг.2) нормально открытого регулятора давления газа 19 с давлением Р подведен ко входам электропневмоклапанов 4, 5.

При поступлении на электропневматическое управляющее устройство 1 управляющего электрического сигнала, например на электропневмоклапан 5, последний срабатывает и открывает проход сжатому газу от источника питания к регулятору расхода газа 7 и далее к ротору 10 струйного двигателя 11. Сжатый газ, вытекая из сопел ротора, создает движущий момент на валу двигателя 11.

Движущий момент двигателя 11 передается через зубчатый венец 12, редуктор 14 и далее и далее, через шлицевую передачу на ходовой винт 23. При вращении ходового винта 23 закрепленная на нем ходовая гайка 24 с поводком 25 перемещается вдоль ходового винта 23, поворачивает кулису 22 и с ней выходной вал привода 17 и далее регулирующий орган объекта управления - шарового крана 18, одновременно поворачивая связанный с выходным валом 17 входной валик 30 электропневматического управляющего устройства 1, связанный с постоянными магнитами 32, 33 конечных выключателей 2, 3. При подходе выходного вала 17 и кулисы 22 к крайнему положению конечный выключатель 3 размыкается и отключает электропневмоклапан 5, в результате электропневмоклапан 5 закрывается и подача сжатого газа в ротор 10 струйного двигателя 11 прекращается, однако вращение ротора и движение связанных с ним подвижных частей привода продолжается по инерции за счет запасенной ими кинетической энергии.

При посадке кулисы 24 на механический упор (на Фиг.1 не показано) кулиса 24, выходной вал 17, поводок 25, ходовая гайка 24 останавливаются, а ходовой винт 23 продолжает вращаться и ввинчивается в гайку 24, перемещаясь вдоль своей оси вправо, и через упорный подшипник сжимает пакет пружин 28 до тех пор, пока вся кинетическая энергия подвижных частей не преобразуется в потенциальную энергию сжатых пружин, после чего движение ходового винта, ротора струйного двигателя и других подвижных частей прекращается.

Самопроизвольного разжатия пружин произойти не может, так как резьба ходового винта и ходовой гайки самотормозящаяся.

Для поворота выходного вала 17 привода в обратную сторону управляющее напряжение подается на электропневмоклапан 4.

При открытии электропневмоклапана 5 за регулятором давления газа 19 устанавливается давление Р₁, величина которого определяется настройкой регулятора 19.

Газ с давлением P₁ поступает на вход регулятора расхода газа 7. Регулятор расхода 7 настраивается на величину расхода газа через двигатель 11, при котором обеспечивается максимально допустимый движущий момент привода. Наличие последовательно соединенных регулятора давления газа 19 и регуляторов расхода газа 6 и 7 позволяет обеспечить регулирование максимального движущего момента привода с точностью до 2-5% при изменении давления газа Р в диапазоне 1,5-16 МПа.

При отключении электропневмоклапана 5 его закрывание происходит при давлении Р₁, которое много меньше давления Р. (Реальные значения давлений лежат в пределах Р≈ (6,0÷ 16,0) МПа; Р₁≈_{(2,0÷ 3,0) МПа. Это существенно снижает усилия, возникающие в уплотняющих элементах пневмоклапана и повышает надежность и долговечность электропневмоклапана.}

Промышленная применимость

Теоретические расчеты и большой объем экспериментальных исследований приводов, проведенных на полигонах и в условиях подконтрольной и промышленной эксплуатации в различных регионах России в течение 1998-2003 гг., подтверждают правомочность и эффективность предлагаемых схемных и конструктивных решений.

Привод предназначен для шаровых кранов с устройством регулирования максимального движущего момента. Привод содержит последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, включающее в себя конечные выключатели, электропневмоклапаны, реверсивный струйный двигатель, вал которого через механический редуктор, содержащий ручной дублер, и через кулисно-винтовой поворотный механизм, содержащий корпус, установочный фланец, ходовой винт и устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, соединен с выходным валом привода. Привод снабжен устройством регулирования максимального движущего момента, включающим в себя регулятор давления газа и два регулятора расхода газа, при этом вход регулятора давления газа соединен с источником питания, а выход через электропневмоклапаны - со входами регуляторов расхода газа, при этом выходы регуляторов расхода газа соединены соответственно с одним и вторым входами струйного двигателя. Технический результат - повышение надежности. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пневматический привод, содержащий последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, включающее в себя конечные выключатели, электропневмоклапаны, реверсивный струйный двигатель, вал которого через механический редуктор, содержащий ручной дублер, и через кулисно-винтовой поворотный механизм, содержащий корпус, установочный фланец, ходовой винт и устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, соединен с выходным валом привода, отличающийся тем, что привод снабжен устройством регулирования максимального движущего момента, включающим в себя регулятор давления газа и два регулятора расхода газа, при этом вход регулятора давления газа соединен с источником питания, а выход через электропневмоклапаны - со входами регуляторов расхода газа, при этом выходы регуляторов расхода газа соединены, соответственно, с одним и вторым входами струйного двигателя.2. Привод по п.1, отличающийся тем, что регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены в виде регуляторов давления газа, разгруженных от входного давления.3. Привод по п.1, отличающийся тем, что регулятор давления газа и регуляторы расхода газа выполнены в виде регуляторов давления газа, частично разгруженных от входного давления (второй вариант).4. Привод по п.1, отличающийся тем, что плунжер регулятора расхода снабжен сильфоном.