ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД Российский патент 2008 года по МПК F15B9/03 

Изобретение относится к области пневмогидроавтоматики и предназначено для изменения положения рабочих органов запорно-регулирующей арматуры магистральных трубопроводов и различных установок в газо- и нефтедобывающей промышленности.

Известен пневматический привод, включающий электропневматическое управляющее устройство пневматический струйный двигатель и кулисно-винтовой поворотный механизм с устройством поглощения кинетической энергии привода, причем двигатель содержит ротор, установленный на валу в подшипниках, связанный через редуктор с поворотным механизмом и далее с выходным валом привода, соединенным с валом объекта регулирования, а электропневматическое устройство содержит корпус, размещенные в нем управляющие и пневмоуправляемые клапаны, взрывозащищенную камеру, включающую постоянные электромагниты и постоянные магниты, а также механическое устройство гашения кинетической энергии привода, по патенту RU 2131065, кл. F15В 9/03, 1999.

Техническим недостатком данной конструкции являются, в частности, трудности монтажа и эксплуатации электропневматического управляющего устройства, связанные со сложностью подвода питающего электрокабеля.

Другим техническим недостатком является наличие утечек рабочего тела через зазоры между подводящими патрубками и ротором струйного двигателя, что при использовании в качестве рабочего тела природного сжатого газа затрудняет установку приводов в закрытых помещениях.

Наиболее близким, по своей технической сущности, к описываемому изобретению является пневматический привод, включающий электропневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель и кулисно-винтовой поворотный механизм с устройством поглощения кинетической энергии привода, причем двигатель содержит ротор, установленный на валу в подшипниках, связанный через редуктор с поворотным механизмом и далее с выходным валом привода, соединенным с валом объекта регулирования, а электропневматическое устройство содержит корпус, размещенные в нем управляющие и пневмоуправляемые клапаны, взрывозащищенную камеру, включающую электромагниты и постоянные магниты, а также механическое устройство гашения кинетической энергии привода, при этом в двигателе между валом ротора и редуктором выполнена промежуточная шестерня, введенная в зацепление с зубчатым венцом вала ротора, а вал упомянутой шестерни уплотнен для герметизации отсека корпуса двигателя с проходящим через него валом ротора. RU 2255250 С1, Саяпин В.В., 27.06.2005.

Известный привод имеет ряд конструктивных недостатков, ограничивающих его рабочий диапазон, технический ресурс и эксплуатационные возможности.

Настоящее изобретение решает задачу создания пневматического привода, способного работать в расширенном диапазоне давления импульсного газа и обладающего достаточными надежностью, ресурсом, ремонтопригодностью и высокой степенью унификации.

Задача решается тем, что в пневматическом приводе, включающем электропневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель и кулисно-винтовой поворотный механизм с устройством поглощения кинетической энергии привода, двигатель содержит ротор, установленный на валу в подшипниках, связанный через редуктор с поворотным механизмом и далее с выходным валом привода, соединенным с валом объекта регулирования, а электропневматическое устройство содержит корпус, размещенные в нем управляющие и пневмоуправляемые клапаны, взрывозащищенную камеру, включающую электромагниты и постоянные магниты, а также механическое устройство гашения кинетической энергии привода, при этом в двигателе между валом ротора и редуктором выполнена промежуточная шестерня, введенная в зацепление с зубчатым венцом вала ротора, а вал упомянутой шестерни уплотнен для герметизации отсека корпуса двигателя с проходящим через него валом ротора, при этом новым является то, что он снабжен электронной схемой ограничения кинетической энергии движения привода и защиты привода от повторных включений и предохранительным клапаном, установленным в отсеке корпуса двигателя и сообщающим его с поверхностью корпуса привода.

Введение предохранительного клапана обеспечивает защиту двигателя от разрушения в случае непредвиденного перекрытия канала сброса отработанного газа привода, например, ледяной пробкой, а электронная схема ограничения движения привода повышает надежность и точность привода в целом.

В предпочтительном варианте выполнения привода управляющий клапан выполнен состоящим из трех камер, разделенных уплотнительными кольцами, детали клапана размещены в проточках корпуса, при этом размеры деталей клапана и проточек под них выполнены по возрастающей в сторону отверстия в корпусе, через которое осуществляется сборка клапана, а упомянутое отверстие закрыто крышкой с уплотнением.

При таком выполнении клапана не нарушается целостность уплотнительных элементов в процессе его сборки.

В другом варианте выполнения привода пневмоуправляемый клапан установлен в электропневматическом управляющем устройстве с возможностью доступа к нему без демонтажа устройства и закреплен посредством крепежных болтов через промежуточные конусные элементы.

Поставленная задача решается и за счет того, что пневмоуправляемый клапан содержит рабочую и управляющую камеры и монолитный поршень, уплотненный встречно расположенными манжетами.

А также за счет того, что в корпусе электропневматического управляющего устройства выполнен канал, сообщающий управляющую камеру пневмоуправляемого клапана со штуцером сброса газа.

При этом корпус электропневматического управляющего устройства может быть снабжен тремя съемными крышками, крепящимися к корпусу болтами и фиксированными штифтами.

А постоянный магнит может быть заключен в металлическую трубку, предохраняющую их от разрушения при сжатии в рычагах.

Все изменения в конструкции входящих в привод устройств направлены на обеспечение надежности, ремонтопригодности привода и удобства его эксплуатации.

Изобретение поясняется описанием и приложенными к нему чертежами. На чертежах представлены:

на фиг.1 - общий вид пневматического привода;

на фиг.2 - общий вид электропневматического управляющего устройства со снятыми крышками;

на фиг.3 - разрез привода;

на фиг.4 - разрез электропневматического управляющего устройства без корпуса узла управления и передней крышки;

на фиг.5 - разрез управляющего клапана;

на фиг.6 - разрез пневмоуправляемого клапана с элементами крепления;

на фиг.7 - разрез предохранительного клапана;

на фиг.8 - электропневматическая схема привода.

Пневматический привод содержит выполненные в виде модулей и связанные между собой электропневматическое управляющее устройство 1, реверсивный пневматический струйный двигатель 2 с редуктором и кулисно-винтовой поворотный механизм 3.

Реверсивный пневматический струйный двигатель 2 включает ротор 4 с блоками сопел, вал 5 которого установлен в подшипниках 6, расположенных на его концах. Вал 5 ротора 4 через редуктор, включающий зубчатый венец 7, установленный на его валу 6 и дополнительно установленную шестерню 8, введенную в зацепление с упомянутым зубчатым венцом 7, связан с валом кулисно-винтового поворотного механизма 3. Вал промежуточной шестерни 8 уплотнен манжетами 9 для герметизации рабочего отсека двигателя 2 (части корпуса двигателя, через который проходит вал 6 ротора 4). В упомянутом отсеке на переходном основании 10 на резьбе установлен предохранительный клапан 11, сообщающий отсек с поверхностью корпуса привода. Упомянутый клапан 11 содержит запорный орган 12, поджатый к седлу опирающейся на втулку 13 пружиной 14, каналы 15 сброса избыточного газа и уплотнительные элементы 16. Электропневматическое управляющее устройство 1 содержит корпус с основанием 17, на котором размещены управляющие 18 и пневмоуправляемые (силовые) 19 клапаны, регуляторы 20 давления газа, входные штуцеры 21 с фильтрами и выходные штуцеры 22. Пневмоуправляемые клапаны 19 содержат управляющую 23 и рабочую 24 камеры и монолитный поршень 25, уплотненный встречно расположенными манжетами 26. Крепление клапанов 19 выполнено в нижней части основания 17 с возможностью доступа к нему без демонтажа всего устройства болтами 27 через конусные элементы 28, болты законтрены гайками 29. Управляющие клапаны 18 содержат три камеры 30, 31 и 32, разделенные уплотнительными кольцами, размещенными во втулках, детали клапана (упомянутые втулки и кольца) размещены в проточках корпуса, при этом диаметры деталей и проточек под них выполнены по возрастающей в сторону отверстия 33 в корпусе, расположенное на его поверхности, что исключает повреждение резиновых уплотнений при сборке клапана 18 через упомянутое отверстие 33, впоследствии закрываемое герметично крышкой 34. В основании 17 управляющего устройства 1 выполнен канал 35, сообщающий сбросовую камеру управляющего клапана 18 со штуцером сброса газа 36 (либо глушителем, если он входит в комплект привода). По этому каналу происходит сброс отработанного газа из пневмоуправляемого клапана 19 через упомянутую камеру управляющего клапана 18. Во взрывозащищенной камере 37, установленной на корпусе управляющего устройства 1, размещены электромагниты 38, постоянные магниты 39 и электронная схема управления приводом 40, включающая герконы 41 и электронную схему ограничения кинетической энергии привода, содержащую дополнительные герконы 42, формирователь импульсов 43 и развязывающие оптроны 44. Постоянные магниты закреплены на рычагах 45, установленных на валу электропневматического устройства, при этом каждый из них помещен в металлическую (в данном случае латунную) трубку 46 во избежание раскрошивания в процессе эксплуатации привода. Взрывозащищенная камера соединена с негерметичной частью устройства кабельными вводами 47. Вал управляющего устройства 48 связан с валом 11 привода (являющимся одновременно валом кулисно-винтового механизма) и далее с валом регулируемого объекта. На валу управляющего устройства установлена стрелка-указатель 49 положения запорного органа регулируемого объекта. Кулисно-винтовой механизм включает ходовую часть 50 (ходовой винт и ходовую гайку), кулису 51 и устройство поглощения кинетической энергии привода 52, содержащее пакет тарельчатых пружин. Управляющее устройство 1 содержит механическое устройство ограничения движения привода, содержащее планку 53 с винтами крепления 54 и регулировочными винтами 55, установленными на рычагах 56.

Пневматический привод работает следующим образом (в соответствии с электропневматической схемой, приведенной на фиг.8).

При поступлении на электропневматическое устройство 1 привода электрического сигнала на закрытие объекта регулирования срабатывает один из электромагнитов и открывает соответствующий управляющий клапан 18. Импульсный газ поступает через входной канал и через пневмоуправляемый клапан 19 открывает проход газу из входного канала через регулятор давления 20. По осевому каналу ротора 4 газ поступает к паре сопел и, вытекая из них, создает реактивную силу и движущий момент на валу 5 ротора 4. Через редуктор, содержащий промежуточную шестерню 8, движущий момент передается на ходовой винт кулисно-винтового механизма, который, вращаясь, перемещается, выбирая возможный люфт. Вращение ходового винта через ходовую гайку и кулису 51 передается на выходной вал привода, одновременно с которым поворачивается вал управляющего устройства, через рычажный механизм, подводящий соответствующий постоянный магнит 39 под геркон 41, отключающий рабочий электромагнит и подачу газа на двигатель 2. Одновременно происходит включение другого электромагнита и происходит подача газа через пневмоуправляемый клапан 19 на реверс двигателя 2, в процессе которого расходуется его кинетическая энергия. Продолжая движение, магнит 39 заставляет сработать второй геркон 41, который блокирует возможную повторную подачу сигнала на закрытие объекта регулирования, а рычаг механической защиты предотвращает срабатывание привода от ручного дублера. После снятия сигнала на закрытие объекта регулирования и завершения реверса управляющие и пневмоуправляемые клапаны 18 и 19 возвращаются в закрытое состояние, а отработанный газ из управляющей камеры силового клапана через сбросовую камеру управляющего клапана 18 и по каналу 35, выполненному в основании 17 устройства, поступает на выход привода для дальнейшей утилизации. Схема ограничения кинетической энергии привода при срабатывании дополнительного геркона 42 через развязывающий оптрон 44 и формирователь импульсов 43 вырабатывает команду, блокирующую возможное срабатывание схемы управления приводом от повторной несанкционированной команды управления объектом регулирования, а механическое устройство гашения кинетической энергии обеспечивает своевременное торможение привода. При поступлении сигнала на открытие привод работает по аналогичной схеме, но при этом задействованы другие элементы электропневматического управляющего устройства 1, а именно: электромагнит, управляющий клапан 18, пневмоуправляемый клапан 19, регулятор давления 20. Импульсный газ поступит на другой входной патрубок двигателя 2 и ротор 4 его начнет движение в противоположную сторону, сообщая соответствующее направление движения валу привода и далее валу объекта регулирования. Скапливающийся в процессе функционирования привода в рабочем отсеке избыток отработанного газа выводится за пределы корпуса привода через предохранительный клапан 11.

Привод может быть использован для изменения положения запорных органов запорно-регулирующей арматуры магистральных трубопроводов либо на перекачивающих станциях.

Привод предназначен для изменения положения рабочих органов запорно-регулирующей арматуры магистральных трубопроводов и различных установок в газо- и нефтедобывающей промышленности. Привод включает электропневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель и кулисно-винтовой поворотный механизм с устройством поглощения кинетической энергии привода. Двигатель содержит ротор, установленный на валу в подшипниках, связанный через редуктор с поворотным механизмом и далее с выходным валом привода, соединенным с валом объекта регулирования, а электропневматическое устройство содержит корпус, размещенные в нем управляющие и пневмоуправляемые клапаны, взрывозащищенную камеру, включающую постоянные электромагниты и постоянные магниты, а также механическое устройство гашения кинетической энергии привода и электронную схему ограничения движения привода. В двигателе между валом ротора и редуктором выполнена промежуточная шестерня, введена в зацепление с зубчатым венцом вала ротора, а вал шестерни уплотнен манжетой для герметизации отсека корпуса двигателя с проходящим через него валом ротора, при этом в упомянутом отсеке установлен предохранительный клапан, сообщающий его с поверхностью корпуса привода. Технический результат - повышение надежности. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Пневматический привод, включающий электропневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель и кулисно-винтовой поворотный механизм с устройством поглощения кинетической энергии привода, причем двигатель содержит ротор, установленный на валу в подшипниках, связанный через редуктор с поворотным механизмом и далее с выходным валом привода, соединенным с валом объекта регулирования, а электропневматическое устройство содержит корпус, размещенные в нем управляющие и пневмоуправляемые клапаны, взрывозащищенную камеру, включающую электромагниты и постоянные магниты, а также механическое устройство гашения кинетической энергии привода, при этом в двигателе между валом ротора и редуктором выполнена промежуточная шестерня, введенная в зацепление с зубчатым венцом вала ротора, а вал упомянутой шестерни уплотнен для герметизации отсека корпуса двигателя с проходящим через него валом ротора, отличающийся тем, что он снабжен электронной схемой ограничения кинетической энергии движения привода и защиты привода от повторных включений и предохранительным клапаном, установленным в отсеке корпуса двигателя и сообщающим его с поверхностью корпуса привода.2. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что управляющий клапан выполнен состоящим из трех камер, разделенных уплотнительными кольцами, детали клапана размещены в проточках корпуса, при этом размеры деталей клапана и проточек под них выполнены по возрастающей в сторону отверстия в корпусе, через которое осуществляется сборка клапана, а упомянутое отверстие закрыто крышкой с уплотнением.3. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что пневмоуправляемый клапан установлен в электропневматическом управляющем устройстве с возможностью доступа к нему без демонтажа устройства и закреплен посредством крепежных болтов через промежуточные конусные элементы.4. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что пневмоуправляемый клапан содержит рабочую и управляющую камеры и монолитный поршень, уплотненный встречно расположенными манжетами.5. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что в корпусе электропневматического управляющего устройства выполнен канал, сообщающий управляющую камеру пневмоуправляемого клапана со штуцером сброса газа.6. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что корпус электропневматического управляющего устройства снабжен тремя съемными крышками, крепящимися к корпусу болтами и фиксированными штифтами.7. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что постоянный магнит заключен в металлическую трубку.