ОГРАНИЧИТЕЛЬ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ПРИВОДА КЛАПАНА Российский патент 2016 года по МПК F16H35/10 F16K31/05 F16D7/02 F16D43/21 

Область техники

Настоящее изобретение относится к ограничителям крутящего момента.

Уровень техники

Усилие, прилагаемое к приводимому двигателем исполнительному механизму, такому как привод клапана, часто управляется датчиком крутящего момента, причем реакция на крутящий момент в исполнительном механизме используется для отсоединения передачи усилия на двигатель при достижении предварительно установленной величины крутящего момента. Типовой приводимый двигателем исполнительный механизм может содержать червяк и червячное колесо, при этом червячный вал может перемещаться в осевом направлении против действия пружин, а отклонение положения вала является мерой крутящего момента, приложенного к червячному колесу и к выходу привода. Получаемое отклонение может использоваться для выключения электродвигателя с помощью выключателя ограничения крутящего момента и замыкателя или для выключения двигателя, приводимого в действие текучей средой, с помощью соответствующей системы клапанов. Пример такого ограничителя крутящего момента дан в патентном документе GB 1446005.

Обычно ограничитель крутящего момента расположен на конце двигателя, так как там может быть расположен червячный вал, и к нему имеется доступ. Однако в некоторых случаях, таких как в приводах клапанов, где используется отдельный двигатель, ограничитель крутящего момента не может быть расположен у двигателя, так как нет доступа к валу двигателя у закрытого конца корпуса двигателя. Это требует внутренней установки ограничителя, так что его регулировка затруднена.

Раскрытие изобретения

Примеры осуществления настоящего изобретения предназначены для решения, по меньшей мере, некоторых из указанных проблем.

Согласно первому аспекту изобретения создан ограничитель крутящего момента привода клапана, содержащий:

подвижный вал, выполненный с возможностью перемещения в две стороны в осевом направлении и вращения в работе для приведения во вращение приводного вала привода клапана;

тормозной диск, установленный на подвижном валу;

первое фрикционное устройство, расположенное с первой стороны от тормозного диска;

второе фрикционное устройство, расположенное со второй стороны от тормозного диска;

причем в работе контакт между тормозным диском и первым или вторым фрикционным устройством останавливает двигатель, вращающий подвижный вал;

корпус, вмещающий в себе, по меньшей мере, тормозной диск, первое фрикционное устройство и второе фрикционное устройство, и

регулировочную систему для регулировки положения первого фрикционного устройства и/или второго фрикционного устройства относительно тормозного диска, причем регулировочная система выполнена приводимой в действие снаружи корпуса.

Первое фрикционное устройство и/или второе фрикционное устройство может содержать фрикционный диск, снабженный зубчатым колесом. Регулировочная система может содержать, по меньшей мере, один приводной червяк, связанный с зубчатым колесом первого фрикционного диска и/или второго фрикционного диска. Приводной червяк может содержать удлиненный элемент, имеющий снабженную винтовой нарезкой часть, которая в работе зацепляется с соответствующим зубчатым колесом. Часть приводного червяка может выступать через отверстие в корпусе. Выступающая часть может содержать прорезь или подобное образование, чтобы в работе способствовать регулировке с использованием инструмента, такого как отвертка. Запорное устройство может быть предусмотрено рядом с наружным концом приводного червяка. В некоторых примерах выполнения имеются два приводных червяка, один из которых связан с первым фрикционным диском, а другой связан со вторым фрикционным диском.

Регулировочная система в работе может быть доступна через корпус в области между двигателем и приводным валом.

Подвижный вал может содержать червячный вал, который в работе зацепляется с червячным колесом на приводном валу.

Корпус может, по меньшей мере, частично вмещать в себя подвижный вал. Корпус может содержать: первый компонент корпуса для размещения в нем двигателя в работе; второй компонент корпуса для размещения в нем частей ограничителя крутящего момента; третий компонент корпуса для размещения в нем частей ограничителя крутящего момента и в работе приводного вала.

Согласно другому аспекту изобретения создан привод клапана, включающий в себя или содержащий:

приводной вал для открытия/закрытия клапана;

двигатель для привода приводного вала во вращение;

ограничитель крутящего момента в соответствии с описанием.

Корпус может, по меньшей мере, частично вмещать в себя компоненты привода клапана, а также компоненты ограничителя крутящего момента.

Еще в одном аспекте изобретения создан клапанный блок, содержащий клапан и привод клапана в соответствии с описанием. Клапанный блок может содержать шестеренный редуктор второй ступени.

Изобретение распространяется на любой признак или любую комбинацию признаков в соответствии с описанием независимо от того, описана ли эта комбинация конкретно.

Краткий перечень чертежей

Изобретение может быть осуществлено во множестве вариантов, при этом далее будет описан только один пример выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах:

фиг. 1 изображает внешний вид части привода клапана, содержащей ограничитель крутящего момента;

фиг. 2 изображает приводной вал привода клапана и компоненты ограничителя крутящего момента, и

фиг. 3 изображает в разрезе компоненты ограничителя крутящего момента.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 показаны части привода клапана, обозначенного в целом позицией 100. Привод клапана может быть любым подходящим устройством, таким как приводы, поставляемые компанией Rotork PLC, Бат, Соединенное Королевство (Великобритании и Северной Ирландии), и в типовом случае содержит маховик 104, который может использоваться для ручной регулировки положения приводного вала 203 вместо двигателя. Привод клапана содержит корпус 102, который в данном примере выполнения образован несколькими компонентами (но в альтернативных вариантах может быть выполнен единым), собранными с помощью любых подходящих средств, например, болтов с гайками, сварки и др. Компоненты корпуса включают в себя: компонент 102А корпуса для размещения в нем двигателя (на фиг. 1 не виден); компонент 102В корпуса для размещения в нем частей ограничителя крутящего момента (обозначенного в целом позицией 103) и компонент 102С корпуса для размещения в нем частей ограничителя крутящего момента и приводного вала привода, который будет описан ниже. Имеется также следующий компонент 102D корпуса, в котором размещен механизм переключения для клапанного блока. Конструкция, размеры и материал(ы), используемые для корпуса, могут быть различными, но в типовом случае он изготовлен из прочного материала, такого как чугун, алюминий или закаленная сталь. В описываемом примере выполнения ограничитель крутящего момента встроен в тело привода, однако следует понимать, что в альтернативных вариантах он может быть выполнен в виде отдельного модуля, который, например, присоединяется к готовому приводу.

На фиг. 2 показан приводной вал 202 привода клапана, который содержит конечное звено 203 привода и части ограничителя крутящего момента. Вал снабжен червячным колесом 204, которое зацепляется со снабженным винтовой нарезкой участком 206 червячного вала 208. Таким образом, вращение червячного вала вокруг горизонтальной оси (см. на чертеже) вызывает вращение приводного вала вокруг вертикальной оси с вращением по часовой стрелке и против часовой стрелки приводного вала, что соответствует закрытому и открытому положениям клапана в данном примере выполнения. В некоторых вариантах выполнения узла между исполнительным механизмом и клапаном может быть включен шестеренный редуктор второй ступени. На правом конце червячного вала имеется пружинный пакет 210, который допускает осевое перемещение червячного вала в ответ на крутящий момент, передаваемый через червячное колесо 204 на приводной вал 202. Некоторые компоненты описываемого здесь ограничителя крутящего момента, такие как пружинный пакет 210, соответствуют компонентам в исполнительных механизмах типоразмерных рядов AT, NAT1, NAT5, NAT1E, NAT5E, выпускаемых компанией Rotork PLC.

Теперь обратимся к фиг. 3 в дополнение к фиг. 2. Левый конец червячного вала 208 связан с двигателем 302 посредством скользящего соединительного устройства 212. Двигатель содержит центральный вал 303, один конец которого имеет полость 305, приспособленную для входа в нее скользящего соединительного устройства. Другой конец вала проходит через пружину 307 к подшипнику 309. Соединение между центральным валом 307 двигателя и червячным валом 208 является скользящим соединением, которое допускает осевое перемещение червячного вала относительно стационарного центрального вала двигателя. Тормозной диск 214 установлен на червячном валу в положении между приводным валом 202 и корпусом 102А двигателя. Первый фрикционный диск 216А расположен с левой стороны от тормозного диска, а второй фрикционный диск 216В расположен с правой стороны от тормозного диска. Каждый фрикционный диск имеет поверхность 218А, 218В с высоким коэффициентом трения (образованную из теплостойкого, жесткого композиционного фрикционного формованного материала), которая может входить в контакт с тормозным диском. Каждая поверхность с высоким коэффициентом трения укреплена на жестком диске 220А, 220В. От поверхности каждого жесткого диска, не находящейся в контакте со связанной с ним фрикционной поверхностью с высоким коэффициентом трения, выступает наружное зубчатое колесо 222А, 222В.

Как лучше всего видно на фиг. 3, левый фрикционный диск 216А установлен на резьбовой цилиндрической внутренней части 225 компонента 102В корпуса, что позволяет ему перемещаться в осевом направлении в кольцевой полости 227 внутри компонента корпуса (при его приводе во вращение регулировочным червяком 224В, описанным ниже). Правый диск 216В установлен аналогичным образом (не показано) в компоненте 102С корпуса.

Как лучше всего видно на фиг. 2, каждое наружное зубчатое колесо 222А, 222В связано с приводным червяком 224А, 224В, который выполнен в виде удлиненного элемента со снабженной винтовой нарезкой частью, которая зацепляется с наружным зубчатым колесом. Длина каждого приводного червяка такова, что его часть выступает через отверстие в корпусе 102, как это показано на фиг. 1. Другой конец приводного червяка может поддерживаться подшипником внутри корпуса. Конец выступающей части может содержать прорезь или подобное образование, чтобы допускать легкую поворотную регулировку червяка, например, с помощью инструмента, такого как отвертка. Следует понимать, что могут использоваться другие устройства для регулировки положения фрикционных дисков 216А, 216В, - например, механизм храпового типа. Рядом с наружным концом каждого червяка может быть предусмотрено также зубчатое запорное устройство 226А, 226В для фиксации положения регулировочных червяков 224А, 224В.

В работе осевое перемещение червячного вала 208 под управлением двигателя 302 и установленного на нем тормозного диска 214 может привести либо к контакту с фрикционным диском 216А в направлении открытия, либо с фрикционным диском 216В в направлении закрытия, что создает тормозной эффект. Осевое перемещение червячного вала непосредственно связано с крутящим моментом, передаваемым приводным валом 202, а максимальный крутящий момент, передаваемый приводным валом, может быть отрегулирован снаружи с помощью индивидуальных червячных систем 224А, 224В (то есть один для крутящего момента открытия и один для крутящего момента закрытия). Вращение приводных червячных передач вызовет вращение связанных с ними фрикционных дисков 216А, 216В и их осевое перемещение через посредство наружных зубчатых колес 22А, 222В с изменением их положения относительно тормозного диска 214. В работе соответствующей системы измерения выходного крутящего момента ограничитель крутящего момента может быть отрегулирован посредством червячных приводных систем 224А, 224В для ограничения до конкретной величины максимального крутящего момента, передаваемого при любых рабочих условиях.

Когда фрикционные диски 216А, 216В установлены близко к тормозному диску 214, требуется только малое осевое смещение для создания тормозного эффекта, и крутящий момент на приводном валу 202 ограничивается до минимума. И наоборот, фрикционные диски могут быть позиционированы дальше от тормозного диска для устранения тормозного эффекта, что позволяет получать широкий диапазон регулировки максимального крутящего момента, создаваемого приводным валом исполнительного механизма. Червячные передачи могут иметь нереверсивное передаточное отношение, а их запорные устройства 226А, 226В могут способствовать тому, чтобы не происходило ползучего изменения положения фрикционных дисков.

За счет расположения регулировочных устройств внутри двигателя описанный ограничитель крутящего момента может давать преимущества в отношении размеров, при этом поскольку гарантируются способности исполнительного механизма по максимальному крутящему моменту, снижаются напряжения на клапане, что позволяет конструкторам выбирать соответствующие материалы. Таким образом, могут быть снижены затраты на ограничитель крутящего момента при удовлетворении основных требований по безопасности или повышении безопасности. Следует оценить, что ограничитель крутящего момента может использоваться с различными типами исполнительных механизмов привода клапанов, а также с другими типами приводимых двигателем исполнительных механизмов.

Группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к ограничителям крутящего момента приводов. Ограничитель содержит подвижный вал, выполненный с возможностью перемещения в две стороны в осевом направлении и вращения в работе для приведения во вращение приводного вала исполнительного механизма для привода клапана. На подвижном валу установлен тормозной диск. Первое фрикционное устройство расположено на первой стороне от тормозного диска. Второе фрикционное устройство расположено на второй стороне. Контакт между тормозным диском и первым или вторым фрикционными устройствами останавливает двигатель, вращающий подвижный вал. Ограничитель также содержит корпус и регулировочную систему для регулировки положения первого фрикционного устройства и/или второго фрикционного устройства относительно тормозного диска. Привод клапана содержит ограничитель. Клапанный блок содержит клапан и привод клапана. Достигается уменьшение размеров устройства и снижение напряжения на клапане. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Ограничитель (103) крутящего момента привода клапана, содержащий:
подвижный вал (208), выполненный с возможностью перемещения в две стороны в осевом направлении и вращения в работе для приведения во вращение приводного вала (202) привода клапана;
тормозной диск (214), установленный на подвижном валу;
первое фрикционное устройство (218А), расположенное на первой стороне от тормозного диска;
второе фрикционное устройство (218В), расположенное на второй стороне от тормозного диска;
причем в работе контакт между тормозным диском и первым или вторым фрикционным устройством останавливает двигатель (302), вращающий подвижный вал;
корпус (102), вмещающий в себе, по меньшей мере, тормозной диск, первое фрикционное устройство и второе фрикционное устройство, и
регулировочную систему (224А, 224В) для регулировки положения первого фрикционного устройства и/или второго фрикционного устройства относительно тормозного диска, причем регулировочная система выполнена приводимой в действие снаружи корпуса.

2. Ограничитель крутящего момента по п. 1, отличающийся тем, что первое фрикционное устройство и/или второе фрикционное устройство содержит фрикционный диск (216А, 216В), снабженный зубчатым колесом (222А, 222В).

3. Ограничитель крутящего момента по п. 2, отличающийся тем, что регулировочная система содержит, по меньшей мере, один приводной червяк (224А, 224В), связанный с зубчатым колесом (222А, 222В) первого фрикционного диска (216А) и/или второго фрикционного диска (216В).

4. Ограничитель крутящего момента по п. 3, отличающийся тем, что приводной червяк (224А, 224В) содержит удлиненный элемент, имеющий снабженную винтовой нарезкой часть, которая в работе зацепляется с соответствующим зубчатым колесом (222А, 222В).

5. Ограничитель крутящего момента по п. 3, отличающийся тем, что часть приводного червяка (224А, 224В) выступает через отверстие в корпусе (102).

6. Ограничитель крутящего момента по п. 5, отличающийся тем, что выступающая часть содержит прорезь или подобное образование, чтобы в работе способствовать регулировке приводного червяка (224А, 224В) с использованием инструмента, такого как отвертка.

7. Ограничитель крутящего момента по п. 5, отличающийся тем, что предусмотрено запорное устройство (226А, 226В) рядом с наружным концом приводного червяка (224А, 224В).

8. Ограничитель крутящего момента по любому из пп. 3-7, отличающийся тем, что первый приводной червяк (224А) связан с первым фрикционным устройством (216А), а второй приводной червяк (224В) связан со вторым фрикционным диском (216В).

9. Ограничитель крутящего момента по любому из пп. 3-7, отличающийся тем, что в работе регулировочная система (224А, 224В) доступна через корпус (102) в работе в области между двигателем (302) и приводным валом (202).

10. Ограничитель крутящего момента по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что подвижный вал (208) содержит червячный вал, который в работе зацепляется с червячным колесом (204) на приводном валу (202).

11. Ограничитель крутящего момента по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что корпус (102) в работе, по меньшей мере, частично вмещает в себя подвижный вал (208).

12. Ограничитель крутящего момента по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что корпус (102) содержит первый компонент (102А) корпуса для размещения в нем двигателя в работе; второй компонент (102В) корпуса для размещения в нем частей ограничителя крутящего момента; третий компонент (102С) корпуса для размещения в нем в работе частей ограничителя крутящего момента и приводного вала (202).

13. Привод (100) клапана, содержащий:
приводной вал (202) для открытия/закрытия клапана;
двигатель (302) для приведения приводного вала во вращение;
ограничитель (103) крутящего момента по любому из предыдущих пунктов.

14. Привод клапана по п. 13, отличающийся тем, что корпус (102), по меньшей мере, частично вмещает в себя компоненты привода (100) клапана, а также компоненты ограничителя (103) крутящего момента.

15. Клапанный блок, содержащий клапан и привод клапана по п. 13 или 14.

16. Клапанный блок по п. 15, дополнительно содержащий шестеренный редуктор второй ступени.