ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРЯМОХОДНЫЙ ПРИВОД СО СТРУЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ КЛАПАНОВ Российский патент 2008 года по МПК F15B9/14 

Изобретение относится к области пневмомашиностроения, к механизмам, предназначенным для управления регулирующей арматурой, в частности пневмоклапанами.

Предшествующий уровень техники

Известен пневматический мембранный привод прямого действия [1, стр.119], работающий на сжатом воздухе низкого давления (0,4÷0,6 МПа). Движущее усилие привода создается за счет давления сжатого воздуха на тканевую или металлическую мембрану, которая, прогибаясь под действием сжатого воздуха, обеспечивает рабочий ход выходного элемента (штока) привода. При этом происходит сжатие возвратной пружины. Обратное движение штока привода осуществляется за счет действия возвратной пружины. Недостаткам данного привода являются большие габариты привода из-за больших размеров мембраны и пружины. Кроме того, мембраны, особенно тканевые, имеют существенно ограниченный ресурс и невысокую надежность.

Известен пневматический поршневой прямоходный двухсторонний привод [1, стр.120]. Привод обеспечивает двухстороннее усилие на штоке. Недостатком данного привода является также большие габариты и наличие подвижных трущихся уплотнений, которые снижают долговечность привода. Кроме того и первый и второй из названных приводов очень чувствительны к изменению давления сжатого воздуха. При падении давления сжатого воздуха в пневмосети пропорционально уменьшаются и развиваемые приводом рабочие усилия. При этом увеличить эти усилия практически невозможно.

Известен привод со струйным двигателем для газозапорной и регулирующей арматуры [2]. Привод содержит струйный двигатель, механический редуктор, кулисно-винтовой поворотный механизм, электропневматическое устройство управления. Привод работает на природном (транспортируемом) сжатом газе давлением 1,5÷3,0 МПа. В силу предъявляемых к нему силовых и других требований привод имеет сложную конструкцию, большую массу и габариты и практически не может быть использован для управления прямоходными клапанами.

Раскрытие сущности изобретения

Технической задачей изобретения является создание пневматического привода для управления клапанами газо- и гидросистем, обладающего меньшими габаритами и массой, повышенной надежностью и долговечностью и возможностью применения в расширенном диапазоне давлений рабочего тела (сжатого воздуха).

Эта техническая задача решается за счет того, что в приводе, содержащем последовательно соединенные струйный двигатель, механический редуктор с выходной шестерней, устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, ходовую гайку, ходовой винт, ходовая гайка соединена с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения, при этом гайка связана с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей.

Эта задача решается также за счет того (второй вариант), что ходовая гайка соединена с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения относительно шестерни.

Задача решается также за счет того, что ротор двигателя выполнен с двумя соплами, каждое из которых соединено с одним из входных каналов ротора.

Эта техническая задача решается также за счет того, что на входе в ротор двигателя установлены регулируемые дроссели.

Сущность изобретения заключается в том, что в пневматическом приводе, содержащем последовательно соединенные струйный двигатель, механический редуктор с выходной шестерней, устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, ходовая гайка соединена с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения, при этом гайка связана с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей.

Сущность изобретения заключается также в том (второй вариант), что ходовая гайка соединена с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения относительно шестерни.

Сущность изобретения заключается также в том, что ротор двигателя выполнен с двумя соплами, каждое из которых соединено с одним из входных каналов ротора; а также в том, что на входе в ротор установлены регулируемые дроссели.

Причинно-следственная связь между достигаемым научно-техническим результатом и совокупность признаков.

Уменьшение габаритов и повышение надежности достигается за счет того, что ходовая гайка соединена с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения, при этом гайка связана с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей; а также за счет того (второй вариант), что ходовая гайка соединена с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения относительно шестерни.

Расширение диапазона давления рабочего тела (сжатого воздуха) достигается за счет того, что на входе в двигатель установлены регулируемые дроссели.

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется далее описанием примера осуществления со ссылкой на чертежи, где:

на фиг.1 изображена схема привода;

на фиг.2 - схема редуктора с ходовой гайкой, соединенной с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения относительно шестерни;

на фиг.3 - схема ротора двигателя.

Вариант осуществления изобретения

Пневматический привод (фиг.1) содержит последовательно соединенные: струйный двигатель 1, механический редуктор 2 с выходной шестерней 3, ходовой винт 4, ходовую гайку 5, соединенную с выходной шестерней 3 с возможностью осевого перемещения гайки, при этом гайка соединена через упорные подшипники 6, 7 с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, выполненным в виде пакета тарельчатых пружин 8. Ходовой винт предохранен от поворота вокруг своей оси с помощью шпонки 9 и снабжен стыковочным элементом 10 для стыковки с объектом управления 11.

Во втором варианте (фиг.2) ходовая гайка 5 соединена шлицами с выходной шестерней 3 и имеет возможность осевого перемещения относительно шестерни.

В корпусе струйного двигателя 1 установлены подводящие патрубки 14, 15 и ротор 16 с соплами 17, 18 (фиг.1, 3). При этом оба сопла направлены в одну сторону и каждое сопло через каналы 19, 20 (фиг.3) соединено с входными осевыми каналами ротора 21, 22. Вал ротора для передачи вращения снабжен зубчатым венцом 24. На входе в двигатель установлены регулируемые дроссели (краны) 26, 27. Кроме того, на фиг.1 показаны управляющие пневмоклапаны 30, 31 (в заявку не входят), входы которых соединены с источником питания сжатым воздухом с давлением Р.

Выполнение ротора двигателя по схеме с двумя соплами (вместо обычных четырех) позволило существенно уменьшить момент инерции ротора, что, в свою очередь, позволяет уменьшить кинетическую энергию подвижных частей привода и энергоемкость, массу и габариты устройства поглощения кинетической энергии привода.

Установка на входе в ротор регулируемых дросселей 26, 27 позволяет установить в двигателе ротор с несколько большими сечениями сопел, что практически не сказывается ни на габаритах, ни на массе привода. Увеличение же при этом расхода газа и повышение мощности привода устраняется путем «прикрытия» регулируемых дросселей.

При несанкционированном уменьшении давления Р величина требуемого движущего момента легко восстанавливается путем простого открытия дросселей и увеличения расхода сжатого воздуха.

Пневматический привод работает следующим образом.

При открывании, например, пневмоклапана 30, сжатый воздух с давлением Р через регулируемый дроссель 26 и патрубок 14 поступает в ротор двигателя и, вытекая, например из сопла 17, создает реактивную силу F (фиг.3) и движущий момент на валу ротора двигателя. Ротор начинает вращаться, его вращение через зубчатый венец 24 и механический редуктор передается на выходную шестерню 3. Шестерня, вращаясь, вращает ходовую гайку 5, которая при этом через резьбу перемещает ходовой винт (фиг.1), например, вправо. Перемещению самой ходовой гайки вдоль оси препятствует ее связи с предварительно поджатым пакетом пружин 8. При достижении ходовым винтом крайнего правого положения и упора стыковочного элемента 10 в объект управления 11 ходовой винт останавливается. Однако в силу накопленной кинетической энергии ротор 16 и шестерни редуктора, в том числе и выходная шестерня 3, будут продолжать вращаться. Гайка при этом будет перемещаться влево и сжимать через подшипник 6 пакет пружин 8 до тех пор, пока вся кинетическая энергия подвижных частей не перейдет в потенциальную энергию сжатых пружин. После этого все подвижные части привода останавливаются.

Для движения ходового винта 4 со стыковочным элементом 10 в обратную сторону необходимо закрыть клапан 30 и открыть клапан 31. При остановке винта в левом крайнем положении ходовая гайка будет перемещаться вправо и пакет пружин 8 будет сжиматься через подшипник 7.

Источники информации

1. О.Н.Шпаков. Азбука трубопроводной арматуры. Справочное пособие. Санкт-Петербург, 2003 г.

2. Патент России №2131065.

Пневматический прямоходный привод двухстороннего действия для управления запорно-регулирующей арматурой, в частности клапанами газовых и гидравлических систем. Привод предназначен для работы в расширенном диапазоне давлений 0,4÷10 МПа. Привод не имеет подвижных трущихся уплотнений и обладает повышенным ресурсом и долговечностью. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Пневматический прямоходный привод со струйным двигателем для клапанов, содержащий последовательно соединенные струйный двигатель, механический редуктор с выходной шестерней, устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, ходовую гайку, ходовой винт, отличающийся тем, что ходовая гайка соединена с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения, при этом гайка связана с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода.2. Привод по п.1, отличающийся тем, что ходовая гайка соединена с выходной шестерней с возможностью осевого перемещения относительно шестерни.3. Привод по п.1, отличающийся тем, что ротор двигателя выполнен с двумя соплами, направленными в одну и ту же сторону, при этом каждое из сопел соединено каналами с одним из выходных каналов ротора.4. Привод по п.1, отличающийся тем, что на входе в ротор установлены регулируемые дроссели.