ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД СО СТРУЙНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДЛЯ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ ГАЗО-, НЕФТЕ- И ПРОДУКТОПРОВОДОВ, МЕХАНИЗМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ ШТУРВАЛА РУЧНОГО ДУБЛЕРА Российский патент 2008 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 регулирующими органами запорной и регулирующей арматуры газонефтепродуктопроводов при дистанционном и местном управлении.

Предшествующий уровень техники

Известен пневматический привод с поршневым двигателем, содержащий пневмоцилиндры, поршни, поворотный механизм, конечные выключатели (см., например, А.Ф.Гуревич и др. Справочник по арматуре для газо- и нефте проводов. - Л.: «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 привода под действием внешней среды.

Известен пневматический привод со струйным двигателем (Патент № 2131065 «Пневматически привод Саяпина и электропневматическое управляющее устройство»), содержащий электропневматическое управляющее устройство, пневматический струйный двигатель, редуктор, ручной дублер, кулисно-винтовой поворотный механизм, устройство ограничения величины передаваемого движущего момента. Техническим недостатком данной конструкции является, в частности, ее сложность и недостаточная надежность работы устройства автоматического отключения штурвала ручного дублера.

Раскрытие сущности изобретений

Технической задачей изобретения является создание пневматического привода для запорно-регулирующей арматуры газонефтепродуктопроводов, имеющего повышенную надежность.

Эта техническая задача решается за счет того, что в пневматическом приводе, содержащем последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, включающее в себя конечные выключатели, электропневмоклапаны; реверсивный струйный двигатель, механический редуктор, содержащий ручной дублер; кулисно-винтовой поворотный механизм, содержащий корпус, кулису, ходовой винт, ходовую гайку с поводком и устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, включающее в себя пакет тарельчатых пружин, на одном конце ходового винта установлен упорный подшипник, при этом подшипник помещен, с осевым зазором, в корпус подшипника, причем корпус подшипника установлен в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси ходового винта и без возможности вращения вокруг этой оси; при этом корпус подшипника жестко соединен со втулкой, имеющей с двух сторон выступающие пояски, между которыми размещены тарельчатые пружины, причем между пружинами и поясками установлены с двух сторон шайбы, наружные края которых входят во внутреннюю проточку, выполненную в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма.

Эта задача решается также за счет того, что в механизме автоматического отключения штурвала ручного дублера, содержащем ведущий вал со штурвалом и с кулачковой полумуфтой, ведомый вал с кулачковой полумуфтой, двухстороннюю кулачковую муфту, установленную на шлицах на ведомом валу и подпружиненную в осевом направлении, рукоятку, на ведомом валу установлена зубчатка, а рукоятка подпружинена и подвижно соединена с подпружиненным рычагом, установленном на оси, закрепленной в корпусе механизма, у которого на одном конце выполнен выступ, а на другом установлен на оси фигурный подпружиненный стержень, имеющий возможность ограниченного поворота в плоскости зубчатки.

Эта задача решается также за счет того, что зубчатка установлена на ведомом валу с возможностью ограниченного поворота вокруг оси вала.

Эта задача решается также за счет того, что кулачки полумуфты ведущего вала механизма автоматического отключения штурвала и ответные кулачки муфты выполнены скошенными, а полумуфта подпружинена в осевом направлении.

Сущность изобретения заключается в том, что в пневматическом приводе, содержащем последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, включающее в себя конечные выключатели, электропневмоклапаны; реверсивный струйный двигатель, механический редуктор, содержащий ручной дублер; кулисно-винтовой поворотный механизм, содержащий корпус, кулису, ходовой винт, ходовую гайку с поводком и устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, на одном конце ходового винта установлен упорный подшипник, при этом подшипник помещен, с осевым зазором, в корпус подшипника, причем корпус подшипника установлен в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси ходового винта и без возможности вращения вокруг этой оси; при этом корпус подшипника жестко соединен со втулкой, имеющей с двух сторон выступающие пояски, между которыми размещены тарельчатые пружины, причем между пружинами и поясками установлены с двух сторон шайбы, наружные края которых входят во внутреннюю проточку, выполненную в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма.

Сущность изобретения заключается также в том, что кулачки полумуфты ведущего вала механизма автоматического отключения штурвала и ответные кулачки муфты выполнены скошенными, а полумуфта подпружинена в осевом направлении.

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

Повышение надежности и уменьшение габаритов привода достигается за счет того, что на одном конце ходового винта установлен упорный подшипник, при этом подшипник помещен, с осевым зазором, в корпус подшипника, причем корпус подшипника установлен в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси ходового винта и без возможности вращения вокруг этой оси; при этом корпус подшипника жестко соединен со втулкой, имеющей с двух сторон выступающие пояски, между которыми размещены тарельчатые пружины, причем между пружинами и поясками установлены с двух сторон шайбы, наружные края которых входят во внутреннюю проточку, выполненную в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма.

В данной конструкции используется только один упорный подшипник вместо двух, используемых ранее, и устраняются связанные с этим промежуточные детали.

Повышение надежности и уменьшение габаритов привода достигается также тем, что кулачки полумуфты ведущего вала механизма автоматического отключения штурвала и ответные кулачки муфты выполнены скошенными, а полумуфта подпружинена в осевом направлении. При приложении к штурвалу внешнего момента, превышающего допустимый, кулачки за счет скосов поджимают пружину и проскальзывают, не передавая чрезмерный момент. Это предохраняет привод от поломок и тем самым повышает его надежность.

Краткое описание чертежей

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

На Фиг.1 изображена схема пневматического привода.

На Фиг.2 дан разрез Фиг.1 по АА.

На Фиг.3 изображена схема механизма автоматического отключения ручного дублера.

На Фиг.4 изображена схема расположения элементов механизма при работе привода от двигателя.

На Фиг.5 изображена схема расположения элементов механизма при работе привода от штурвала ручного дублера.

На Фиг.6 приведена схема кулачков полумуфты ведущего вала и муфты.

Вариант осуществления изобретения

Пневматический привод (Фиг.1) содержит последовательно соединенные: устройство управления приводом 1, содержащее электропнев-моклапаны 2, 3; струйный двигатель 4 с ротором 5; редуктор 6 с ручным дублером 7; кулисно-винтовой поворотный механизм 8, содержащий ходовой винт 9, ходовую гайку 10 с поводком 11, при этом гайка соединена резьбой с ходовым винтом 9, который установлен на подшипниках в корпусе поворотного механизма с возможностью ограниченного осевого перемещения. Поводок 11 подвижно связан с кулисой 12, жестко соединенной с выходным валом привода 14. Механизм 8 включает в себя также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода 20, содержащее упорный подшипник 21, установленный на конце ходового винта 9 и помещенный с осевым зазором в корпус подшипника 22; при этом корпус подшипника жестко соединен со втулкой 23, в проточке которой между двумя шайбами 24, 25 установлены тарельчатые пружины 26; при этом шайбы 24, 25 своими внешними краями входят во внутреннюю проточку корпуса 27 механизма 20, при этом корпус подшипника 22 соединен с корпусом 27 шпонкой 28 (Фиг.2) с возможностью осевого перемещения.

Ручной дублер (Фиг.1, 3, 4, 5) включает в себя штурвал 30, жестко связанный ведущим валом 31 с кулачковой полумуфтой 32, подпружиненной в осевом направлении пружиной 33; двухстороннюю кулачковую муфту 34 с наружным пояском 35, подпружиненную в осевом направлении пружиной 36 и установленную на шлицах на ведомом валу 40. На валу 40 установлен полый вал 41, снабженный со стороны муфты 34 кулачками (кулачковой полу муфтой) 42; при этом с другой стороны вала 41 установлена ведомая шестерня 43, имеющая возможность свободного вращения вокруг вала 41 и соединенная зубчатым венцом с ведущей шестерней 44. При этом на полом валу 41 установлена зубчатка 45 с возможностью ограниченного поворота вокруг вала 41, а на валу 40 жестко закреплена шестерня 46, соединенная зубцами с последующей шестерней 47.

Ручной дублер содержит также рукоятку 50 с рычагом 51, подвижно соединенным с муфтой 34 и рычагом 52, подвижно соединяющим ее с рычагом 53 (Фиг.4), установленным на оси 54, закрепленной в корпусе ручного дублера, и подпружиненным пружиной 55, на конце которого на оси 56 установлен фигурный стержень (зуб) 57, имеющий возможность ограниченного поворота вокруг оси 56 и подпружиненного пружиной 58. На втором конце рычага 53 выполнен выступ 59. Рукоятка 50 установлена на закрепленной в корпусе ручного дублера на оси 61 и подпружинена пружиной 62.

На Фиг.1 буквой Р обозначено давление рабочего тела (газа) в источнике питания, который на схеме не показан.

Работа привода

Пневматический привод и механизм автоматического отключения штурвала ручного дублера работают совместно следующим образом.

При поступлении на устройство управления приводом 1 (Фиг.1) сигнала на поворот выходного вала привода 14 срабатывает один из электропневмоклапанов (например 2) и сжатый газ от источника питания с давлением Р поступает в струйный двигатель 4, ротор 5 которого начинает вращаться; это вращение передается через редуктор 6 на ходовой винт 9, который, вращаясь, перемещает ходовую гайку 10 вдоль своей оси. Гайка 10 через поводок 11 поворачивает кулису 12 и выходной вал привода 14 вместе со шпинделем и затвором шарового крана (на схеме не показаны). При достижении нового крайнего положения кулиса 12 упирается в механические упоры (на схеме не показаны) и вместе с ней останавливается поводок 11 и ходовая гайка 10. Конечные выключатели устройства управления приводом (на схеме не показаны) размыкают электроцепь электропневмоклапана 2, который закрывается, и газ перестает поступать в двигатель. Однако ротор 5 и связанные с ним шестерни редуктора и ходовой винт 9 продолжают вращаться «по инерции», так как в процессе движения привода они накопили кинетическую энергию. Вследствие этого ходовой винт 9, вращаясь в неподвижной ходовой гайке 10, перемещается вдоль своей оси и через упорный подшипник 21, корпус подшипника 22, втулку 23 и шайбу 24 (или 25 в зависимости от направления движения привода и вращения ходового винта) сжимает тарельчатые пружины до тех пор, пока вся кинетическая энергия подвижных частей привода не преобразуется в потенциальную энергию сжатых пружин. После этого все подвижные части привода останавливаются. Обратного хода привода за счет «разжатия» сжатых пружин не происходит, так как резьба ходового винта берется самотормозящейся.

Движение привода в обратную сторону происходит аналогично при подаче сигнала управления на электропневмоклапан 3.

При движении привода от двигателя рукоятка 50 (Фиг.1) удерживается в левом крайнем положении силой натянутой пружины 62.

Для перехода привода на ручное управление необходимо повернуть рукоятку 50 по стрелке С (Фиг.3) до упора. При этом растягивается пружина 62 и рычаг 51 перемещает муфту 34, выводя ее из зацепления с полумуфтой 42 и вводя в зацепление с полумуфтой 32. Одновременно рычаг 52 поворачивает рычаг 53 (Фиг.4, 5), вводя стержень 57 во впадину зубчатки 45. При повороте рычага 53 за половину полного угла его поворота пружина 55 «доворачивает» рычаг 53 до упора. При этом выступ 59 рычага 53 заходит за рычаг 52 и препятствует его возвращению и возвращению рукоятки в исходное положение при снятии усилия оператора, что позволяет осуществлять поворот выходного вала привода с помощью штурвала. Теперь при вращении штурвала это вращение передается через полумуфту 32, муфту 33, через шлицы, на которых установлена муфта, на вал 40, шестерню 46 и далее через шестерню 47, ходовой винт 9, ходовую гайку 10, поводок 11 (Фиг.1), кулису 12 на входной вал привода 14 и далее на шпиндель шарового крана. При этом полый вал 41 с шестерней 43, шестерня 44 и все впереди стоящие шестерни и ротор 5 двигателя 4 остаются неподвижными, что значительно облегчает поворот затвора шарового крана вручную штурвалом.

Автоматическое отключение штурвала при подаче рабочего тела (газа) происходит следующим образом. При подаче газа в двигатель ротор начинает вращаться. Это вращение передается на шестерню 43 и вал 41, при вращении которого установленная на нем зубчатка 45, вращаясь, выталкивает фигурный стержень из впадины. Возможность ограниченного поворота стержня 56 обеспечивает его вход и выход из впадины зубчатки без заклинивании и заеданий.

При подаче сжатого газа в двигатель 4 его ротор начинает вращаться; это вращение передается шестерням 44, 43 и валу 41 и зубчатке 45. Последняя при вращении выталкивает стержень 57 из впадины и поворачивает рычаг 53. При этом уступ 59 рычага освобождает рычаг 52, который под действием пружины 55 вместе с рукояткой 50 возвращается в исходное положение; муфта 34 при этом также по действием пружины 36 возвращается в исходное положение, размыкая кинематическую цепь штурвал - выходной вал привода и замыкая цепь двигатель - выходной вал.

Промышленная применимость

Предлагаемые схемные и конструкторские решения являются результатом анализа многолетней практической эксплуатации приводов со струйным двигателем для запорно-регулирующей арматуры (шаровых кранов) в условиях крайнего Севера на различных объектах газовой промышленности. Возможность и необходимость их реализации подтверждается опытом этой эксплуатации. Уровень современной техники и технологии полностью обеспечивает техническую реализацию предложений.

Привод и механизм предназначены для запорно-регулирующей арматуры газонефтепродуктопроводов. Привод содержит последовательно соединенные: устройство управления приводом, струйный двигатель, кулисно-винтовой поворотный механизм с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, содержащий кулису, ходовой винт, ходовую гайку с поводком, причем на одном конце ходового винта установлен упорный подшипник, помещенный в корпус подшипника с осевым зазором, причем корпус подшипника установлен в корпусе поворотного механизма с возможностью осевого перемещения и связан с пакетом тарельчатых пружин устройства поглощения. Механизм содержит ведущий вал со штурвалом и с кулачковой полумуфтой, ведомый вал с кулачковой полумуфтой, двухстороннюю кулачковую муфту, установленную на шлицах на ведомом валу и подпружиненную в осевом направлении, рукоятку, при этом на ведомом валу установлена зубчатка, а рукоятка подпружинена и подвижно соединена с подпружиненным рычагом, установленном на оси, закрепленной в корпусе механизма, у которого на одном конце выполнен выступ, а на другом установлен на оси фигурный подпружиненный стержень. Технический результат - повышение надежности. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Пневматический привод, содержащий последовательно соединенные: электропневматическое управляющее устройство, включающее в себя конечные выключатели, электропневмоклапаны; реверсивный струйный двигатель, механический редуктор, содержащий ручной дублер; кулисно-винтовой поворотный механизм, содержащий корпус, кулису, ходовой винт, ходовую гайку с поводком и устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, включающее в себя пакет тарельчатых пружин, отличающийся тем, что на одном конце ходового винта установлен упорный подшипник, при этом подшипник помещен, с осевым зазором, в корпус подшипника, причем корпус подшипника установлен в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси ходового винта и без возможности вращения вокруг этой оси, при этом корпус подшипника жестко соединен со втулкой, имеющей с двух сторон выступающие пояски, между которыми размещены тарельчатые пружины, причем между пружинами и поясками установлены с двух сторон шайбы, наружные края которых входят во внутреннюю проточку, выполненную в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма.2. Механизм автоматического отключения штурвала ручного дублера, содержащий ведущий вал со штурвалом и с кулачковой полумуфтой, ведомый вал с кулачковой полумуфтой, двухстороннюю кулачковую муфту, установленную на шлицах на ведомом валу и подпружиненную в осевом направлении, рукоятку, отличающийся тем, что на ведомом валу установлена зубчатка, а рукоятка подпружинена и подвижно соединена с подпружиненным рычагом, установленным на оси, закрепленной в корпусе механизма, у которого на одном конце выполнен выступ, а на другом установлен на оси фигурный подпружиненный стержень.3. Механизм по п.2, отличающийся тем, что зубчатка установлена на ведомом валу с возможностью ограниченного поворота вокруг оси вала.4. Механизм по п.2, отличающийся тем, что кулачки полумуфты ведущего вала механизма автоматического отключения штурвала и ответные кулачки муфты выполнены скошенными, а полумуфта подпружинена в осевом направлении.