ПРИВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ Российский патент 2015 года по МПК F16K31/05 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области приводных устройств, в частности к приводным устройствам для трубопроводной арматуры.

Уровень техники

Приводные устройства применяются в различных отраслях промышленности. Они широко используются для перемещения регулирующих органов трубопроводной арматуры, например в нефтегазовой или судовой промышленности. Приводные устройства преобразуют входной импульсный электрический сигнал во вращательное или поступательное движение выходного вала.

Из заявки US 2006081800 A1 известен привод для управления клапаном. Данный привод содержит двигатель, выполненный с возможностью приведения в действие клапана, связанного с выходным валом двигателя. Кроме того, привод содержит регулировочное колесо для ручного управления приводом и его настройки. При этом привод дополнительно содержит соединительное устройство, выполненное с возможностью переключения типа управления клапаном между управлением двигателем и ручным управлением при помощи регулировочного колеса. Недостатками данной системы являются необходимость переключения между типами управления, а также высокая вероятность поломки двигателя или других составляющих системы при образовании избыточного момента на выходном валу двигателя, возникающего, например, при затрудненном передвижении клапана.

Из патента US 4616528 A известен привод для управления клапаном, в котором по меньшей мере частично устранены указанные недостатки и который является наиболее близким аналогом настоящего изобретения. Данный привод содержит входной вал, приводимый в действие двигателем. Далее момент передается на выходной вал через систему передач. Кроме того, первая передача указанной системы также взаимодействует с червячной передачей, которая может управляться вручную для ручного приведения в действие клапана. Червячная передача имеет возможность осевого смещения, ограниченного пружинами, так что когда выходной вал достигает крайних положений или к нему прикладывается избыточный момент (например, когда движение выходного вала затруднено или он заблокирован), движение передается на червячную передачу. На выходном валу установлены регулируемые стопоры, выполненные с возможностью ограничения поворота выходного вала. В местах, соответствующих крайним положениям червячной передачи, расположены ограничительные переключатели, выполненные с возможностью прекращения подачи входящего момента. Однако после срабатывания ограничительных переключателей и стопоров выходного вала, выбег, или остаточный момент, двигателя может привести к поломке передачи, иными словами избыточный момент на двигателе не будет компенсирован и приведет к поломке передачи или других составляющих системы. Также поломка может возникнуть в случае, если по какой-либо причине, при возникновении избыточного момента на выходном валу, отключение двигателя не произошло. Кроме того, существует вероятность поломки системы при образовании избыточного момента при ручном управлении.

Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является снижение или исключение вероятности поломки передачи или других составляющих системы, и, как следствие, обеспечение возможности использования быстроходного двигателя, обладающего большими выбегами, для уменьшения времени, затрачиваемого на операцию открытия или закрытия трубопроводной арматуры.

Сущность изобретения

Указанная задача решена путем создания приводного устройства для трубопроводной арматуры с новой системой компенсации избыточного момента, возникающего на выходном валу.

В частности, указанная задача решена благодаря приводному устройству для трубопроводной арматуры, содержащему редуктор, который содержит выходной и входной валы, установленные соосно; двигатель, соединенный с входным валом редуктора с обеспечением возможности передачи поворотного движения двигателя на выходной вал редуктора; блокировочное устройство, выполненное с возможностью блокировки вала двигателя; ручной привод, соединенный с редуктором через червячную передачу с обеспечением возможности передачи поворотного движения ручного привода на выходной вал редуктора. При этом червяк червячной передачи выполнен с возможностью поступательного осевого перемещения, ограниченного упругими элементами, за счет передачи на него по меньшей мере части момента двигателя, а приводное устройство содержит выключатели двигателя, выполненные с возможностью приведения их в действие посредством взаимодействия с ними червяка, при его поступательном осевом перемещении. Причем приводное устройство дополнительно содержит двустороннюю ограничительную муфту для ограничения момента, установленную между двигателем и входным валом редуктора.

Технический результат заключается в компенсации избыточных моментов, возникающих на выходном валу редуктора в результате выбега двигателя. Этот технический результат обеспечен расположением двусторонней ограничительной муфты между двигателем и редуктором. Кроме того, в изобретении одновременно обеспечен дополнительный технический результат в виде компенсации избыточного момента на выходном валу при управлении приводным устройством как двигателем, так и при ручном управлении.

В отличие от известного привода, в предлагаемом устройстве между двигателем и выходным валом установлена двусторонняя ограничительная муфта. При избыточном моменте, возникающем на выходном валу, червяк червячной передачи смещается в осевом направлении и приводит в действие выключатель двигателя с отключением двигателя. Однако при резкой остановке двигателя за счет остаточной инерции ротора возникает выбег, или остаточный момент, который может привести к поломке редуктора или другой составляющей системы. Особенно велика вероятность указанной поломки в случае быстроходного и обладающего высокой мощностью двигателя. Указанный выбег позволяет компенсировать двусторонняя ограничительная муфта, что обеспечивает снижение или исключение вероятности поломки редуктора или других составляющих системы. Кроме того, двусторонняя ограничительная муфта помогает избежать поломки системы в случае, если по какой-либо причине, при возникновении избыточного момента, отключение двигателя не произошло, например не сработал выключатель двигателя. С другой стороны, указанная двусторонняя ограничительная муфта может компенсировать избыточный момент при превышении допустимого момента со стороны ручного привода. Таким образом, благодаря двусторонней ограничительной муфте, расположенной между двигателем и редуктором, удается избежать поломки системы при возникновении избыточного момента на выходном валу, в том числе, при резкой блокировке системы.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, редуктор приводного устройства является планетарно-цевочным редуктором.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, между указанным планетарно-цевочным редуктором и выходным валом установлен еще один планетарно-цевочный редуктор.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, между планетарно-цевочным редуктором и выходным валом установлен еще один редуктор, который является роликовинтовой передачей.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, приводное устройство содержит ограничительные выключатели двигателя для ограничения движения выходного вала.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, двигатель приводного устройства является встраиваемой асинхронной электрической машиной с короткозамкнутым ротором.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, ручной привод приводного механизма содержит штурвал и механический блокиратор непреднамеренного включения ручного привода.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, блокировочное устройство приводного устройства выполнено в виде тормозного устройства двигателя или в виде необратимой тормозной муфты, выполненной с возможностью передачи вращения только со стороны двигателя.

Согласно еще одному варианту реализации изобретения, упругие элементы, расположенные по концам червяка, являются пружинами.

Краткое описание чертежей

Ниже приведено подробное описание конкретных вариантов реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:

на фиг.1 показан вид спереди в разрезе одного из примеров реализации приводного устройства по настоящему изобретению;

на фиг.2 показан вид сбоку в разрезе примера реализации приводного устройства по настоящему изобретению, показанного на фиг.1;

на фиг.3 показан вид спереди в разрезе еще одного примера реализации приводного устройства по настоящему изобретению.

Осуществление изобретения

Согласно одному из примеров реализации, показанному на фиг.1 и 2, предлагаемое приводное устройство для трубопроводной арматуры, содержит двигатель 1, блокировочное устройство, выполненное в виде тормозного устройства 2, обеспечивающего фиксацию ротора двигателя в любом угловом положении, двустороннюю ограничительную муфту 3 для ограничения момента, редуктор, в качестве которого использованы два планетарно-цевочных редуктора 4 и 5 соответственно первой и второй ступени, соединенные через крестовую муфту 17, ручной привод, соединенный с редуктором 4 через червячную передачу 11.

На фиг.1 показан вид спереди в разрезе приводного устройства согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, в котором двигатель 1 соединен с входным валом 6 первого планетарно-цевочного редуктора 4 через двустороннюю ограничительную муфту 3 с возможностью передачи поворотного движения на входной вал 6.

В качестве двигателя в настоящем примере реализации применяется встраиваемая асинхронная электрическая машина с короткозамкнутым ротором. Ее основными преимуществами являются высокая удельная мощность; высокий КПД; возможность большой перегрузки; простота конструкции; отсутствие необходимости обслуживания; простота пуска и возможность его автоматизации. Однако в других примерах реализации в качестве двигателя 1 могут быть использованы любые другие двигатели, известные из уровня техники, подходящие для использования в данной системе.

Двусторонняя ограничительная муфта 3, установленная между двигателем 1 и редуктором 4, обеспечивает защиту от поломок и перегрузок посредством ограничения крутящего момента, передаваемого на передачу. Ограничительная муфта имеет меньшее время срабатывания и повышенную надежность по сравнению с электронными устройствами, выполняющими аналогичную функцию.

Механической передачей в приводном устройстве, согласно данному примеру реализации, является система из двух планетарно-цевочных редукторов 4 и 5 первой и второй ступени, соединенных через крестовую муфту 17. Крестовая муфта 17 обеспечивает передачу крутящего момента от планетарно-цевочного редуктора 4 первой ступени к планетарно-цевочному редуктору 5 второй ступени и осуществляет компенсацию несоосности планетарно-цевочных редукторов первой и второй ступеней. Применение двух планетарно-цевочных редукторов увеличивает способность системы выдерживать перегрузки, а также обеспечивает плавную передачу вращения без вибрации.

Главными компонентами планетарно-цевочных редукторов 4 и 5 являются сателлиты с зубьями циклоидального профиля, эксцентриковый быстроходный входной вал, который выполняет роль водила, фланцевый тихоходный выходной вал и корпус редуктора с установленными в нем цевками. Одновременно в механизме существует множество контактных областей, что обеспечивает распределение нагрузки примерно на 1/2 всех зубьев, поэтому планетарно-цевочный редуктор может выдерживать мгновенную ударную нагрузку, превышающую расчетный крутящий момент на 500% и более.

Основные преимущества планетарно-цевочных редукторов заключаются в высокой нагрузочной и перегрузочной способности вследствие многопарности зацепления в передаче; низкой относительной массе; малых габаритах; больших передаточных отношениях в одной ступени; высоком КПД; плавности хода и отсутствии вибраций; низком уровне шума.

Выходной вал 7 приводного устройства является его исполнительным органом и соединен с управляемым объектом с возможностью его перемещения. Управляемым объектом может быть трубопроводная арматура, например клапан. Также на корпусе редуктора установлены ограничительные выключатели двигателя (не показаны), выполненные с возможностью отключения двигателя 1 при достижении выходным валом 7 крайних положений и его взаимодействии с ограничительными выключателями. Ограничительные выключатели могут быть выполнены в виде любых известных из уровня техники выключателей, имеющих возможность ограничения углового положения связанного с ними объекта.

На фиг.2 показан вид сбоку в разрезе настоящего примера реализации приводного устройства. Ручной привод по настоящему примеру реализации содержит штурвал 8 и механический блокиратор 9 непреднамеренного включения ручного привода. Ручной привод соединен с планетарно-цевочным редуктором 4 через повышающий редуктор 10 и червячную передачу 11. Червяк 12 червячной передачи 11 выполнен с возможностью поступательного осевого перемещения, ограниченного пружинами 14, расположенными по концам червяка 12, между конечными положениями. В других вариантах реализации вместо пружин 14 могут быть использованы любые другие подходящие упругие элементы. Червяк 12 червячной передачи 11 содержит механически связанный с ним или выполненный с ним заодно ползунок 13. Приводное устройство также содержит выключатели двигателя (не показаны), выполненные с возможностью приведения их в действие посредством взаимодействия с ними ползунка 13, когда червяк 12 перемещен в конечное положение. Выключатели могут быть выполнены, например, в виде кнопок, обращенных к червяку 12 червячной передачи 11. Кроме того, еще в одном примере реализации ручной привод может содержать выключатель, который отключает двигатель 1 при включении ручного привода.

При работе двигатель 1 приводит в движение входной вал 6, поворотное движение передается через редукторы 4 и 5 первой и второй ступени на выходной вал 7, который приводит в движение соединенную с ним трубопроводную арматуру, например клапан. При этом момент от двигателя не передается через червячную передачу 11 на ручной привод, так как при стационарной работе приводного устройства вследствие кинематических особенностей, червячная передача обеспечивает передачу момента только в одну сторону, а именно со стороны ручного привода. Данная особенность червячных передач известна в уровне техники. Когда трубопроводная арматура достигает крайнего положения, выходной вал взаимодействует с ограничительным выключателем двигателя, двигатель 1 отключается и срабатывает тормозное устройство 2, которое фиксирует ротор двигателя 1 в необходимом угловом положении для удержания трубопроводной арматуры в необходимом положении.

В случае, когда на выходном валу 7 появляется избыточный момент, например когда движение трубопроводной арматуры, соединенной с выходным валом 7, затруднено или она заблокирована, червяк 12 червячной передачи 11 отклоняется в осевом направлении, сжимая пружину 14, и связанный механически с червяком 12 ползунок 13 при достижении конечного положения взаимодействует с выключателем двигателя и вызывает его срабатывание, благодаря чему происходит отключение двигателя 1 и наложение тормоза 2. Иными словами, ползунок 13, механически связанный с червяком 12, при достижении червяком 12 крайнего положения, нажимает на кнопку выключателя двигателя.

Однако резкая остановка двигателя 1 может привести к поломке как редукторов 4 и 5, так и других элементов приводного устройства. Особенно велика вероятность указанной поломки в случае быстроходного и обладающего высокой мощностью двигателя, каким является встраиваемая асинхронная электрическая машина с короткозамкнутым ротором, используемая в настоящем варианте реализации изобретения. Иными словами, при возникновении избыточного момента на выходном валу 7, последующем срабатывании выключателей двигателя, связанных с червяком 12 червячной передачи 11, и отключении двигателя 1 с наложением тормозного устройства 2, на двигателе 1 образуется выбег, или остаточный момент, т.е. двигатель 1 продолжает движение в течение некоторого времени за счет инерции. Для компенсации выбега двигателя 1, между ним и редуктором 4 первой ступени установлена двусторонняя ограничительная муфта 3. Кроме того, двусторонняя ограничительная муфта 3 помогает избежать поломки редуктора или других составляющих системы, в случае, когда по какой-либо причине, при возникновении избыточного момента на выходном валу, отключение двигателя не произошло, например не сработали ограничительные выключатели двигателя или выключатели двигателя, связанные с червяком.

При работе приводного устройства от ручного привода момент от штурвала 8 через повышающий редуктор 10 и червячную передачу 11 передается на корпус редуктора 4, выполненный с возможностью вращения в корпусе приводного устройства и передачи поворотного движения на редуктор 5 и далее на выходной вал 7. При возникновении избыточного момента на выходном валу 7, при работе устройства от ручного привода, при условии, что тормозное устройство 2 приведено в действие и двигатель 1 находится в заторможенном состоянии, также срабатывает двусторонняя ограничительная муфта 3, так что исключена возможность поломки приводного устройства.

Таким образом, двусторонняя ограничительная муфта 3 позволяет компенсировать, помимо выбега двигателя, как избыточный момент на выходном валу 7, возникающий при управлении приводным устройством при помощи двигателя 1, так и избыточный момент, возникающий при ручном управлении.

Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.3, редуктор второй ступени выполнен в виде роликовинтовой передачи 15. В данном примере реализации выходной вал 7 выполнен в виде штока и имеет возможность линейного перемещения, достигаемого благодаря роликовинтовой передаче 15. Кроме того, в настоящем примере реализации для оптимизации габаритных размеров двигатель 1 соединен с входным валом 6 редуктора 4 посредством передачи 16.

Роликовинтовая передача 15 в данном примере изобретения обеспечивает преобразование поворотного движения в линейное перемещение. Преимуществами роликовинтовых передач являются высокая динамическая и статическая грузоподъемность; высокий КПД; высокая предельная скорость вращения; долговечность при высоких цикличных нагрузках; высокая надежность; способность выдерживать экстремальные ударные нагрузки; широкий диапазон возможных передаточных отношений; меньшие габариты и, как следствие, меньшая инерционность.

Для ограничения линейного перемещения выходного вала 7 в настоящем примере реализации на корпусе устройства, в местах, соответствующих крайним положениям выходного вала, установлены ограничительные выключатели двигателя (не показаны), выполненные с возможностью отключения двигателя 1 при достижении выходным валом 7 крайних положений и его взаимодействии с ограничительными выключателями. Указанные ограничительные выключатели могут быть выполнены, например, в виде кнопок. При достижении крайнего положения, выходной вал 7 или связанный с ним элемент нажимает на по меньшей мере одну кнопку, вследствие чего происходит отключение двигателя 1.

Еще в одном примере реализации настоящего изобретения вместо тормозного устройства 2 в системе может быть установлена необратимая тормозная муфта, выполненная с возможностью передачи вращения только со стороны двигателя.

Хотя настоящее изобретение описано на примере конкретного варианта реализации, возможны различные изменения и модификации в объеме настоящего изобретения, определяемом формулой изобретения.

Изобретение относится к приводным устройствам для трубопроводной арматуры. Приводное устройство для трубопроводной арматуры содержит первый редуктор, содержащий выходной и входной валы, установленные соосно, двигатель. Указанный двигатель соединен с входным валом первого редуктора с обеспечением возможности передачи поворотного движения двигателя на входной вал указанного редуктора. Блокировочное устройство выполнено с возможностью блокировки вала двигателя. Ручной привод соединен с первым редуктором через червячную передачу с обеспечением возможности передачи поворотного движения ручного привода на выходной вал указанного редуктора. Червяк червячной передачи выполнен с возможностью поступательного осевого перемещения, ограниченного упругими элементами, за счет передачи на него части момента двигателя. Приводное устройство содержит выключатели двигателя, выполненные с возможностью приведения их в действие посредством взаимодействия с ними червяка, при его поступательном осевом перемещении, и выходной вал приводного устройства, отличающееся тем, что оно содержит двустороннюю ограничительную муфту для ограничения момента, посредством которой двигатель соединен с входным валом первого редуктора, и второй редуктор, соединенный с первым редуктором с возможностью передачи поворотного движения от первого редуктора на выходной вал приводного устройства. Изобретение направлено на снижение вероятности поломки передачи или других составляющих системы. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Приводное устройство для трубопроводной арматуры, содержащее
первый редуктор, содержащий выходной и входной валы, установленные соосно,
двигатель, соединенный с входным валом первого редуктора с обеспечением возможности передачи поворотного движения двигателя на входной вал указанного редуктора,
блокировочное устройство, выполненное с возможностью блокировки вала двигателя,
ручной привод, соединенный с первым редуктором через червячную передачу с обеспечением возможности передачи поворотного движения ручного привода на выходной вал указанного редуктора, причем
червяк червячной передачи выполнен с возможностью поступательного осевого перемещения, ограниченного упругими элементами, за счет передачи на него по меньшей мере части момента двигателя, а приводное устройство содержит выключатели двигателя, выполненные с возможностью приведения их в действие посредством взаимодействия с ними червяка, при его поступательном осевом перемещении, и
выходной вал приводного устройства,
отличающееся тем, что оно содержит двустороннюю ограничительную муфту для ограничения момента, посредством которой двигатель соединен с входным валом первого редуктора, и
второй редуктор, соединенный с первым редуктором с возможностью передачи поворотного движения от первого редуктора на выходной вал приводного устройства.

2. Приводное устройство по п. 1, в котором указанные первый и второй редукторы являются планетарно-цевочными редукторами.

3. Приводное устройство по п. 1, в котором указанный второй редуктор является роликовинтовой передачей.

4. Приводное устройство по любому из пп. 1-3, которое содержит ограничительные выключатели двигателя для ограничения движения выходного вала.

5. Приводное устройство по любому из пп. 1-3, в котором двигатель является встраиваемой асинхронной электрической машиной с короткозамкнутым ротором.

6. Приводное устройство по любому из пп. 1-3, в котором ручной привод содержит штурвал и механический блокиратор непреднамеренного включения ручного привода.

7. Приводное устройство по любому из пп. 1-3, в котором блокировочное устройство выполнено в виде тормозного устройства двигателя или необратимой тормозной муфты, выполненной с возможностью передачи вращения только со стороны двигателя.

8. Приводное устройство по любому из пп. 1-3, в котором упругие элементы являются пружинами.