СЕРВОДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОГО КЛАПАНА ИЛИ СТВОРКИ С СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ПЛАТОЙ И СОЕДИНИТЕЛЕМ Российский патент 2018 года по МПК F15B9/00 

Изобретение относится к электрическому серводвигателю для элементов для регулирования контуров текучей среды в промышленном применении, таком как промышленные клапаны или створки, и узлу коммутации серводвигателя с соединителем.

Серводвигатели для промышленных клапанов представляют собой электромеханические системы, воздействующие на клапан промышленного контура текучей среды для того чтобы в зависимости от давления, возникающего в клапане, действовать для его закрытия, открытия или его поддержания в его текущем состоянии.

Серводвигатели подходят для различных типов клапанов и таким образом могут представлять собой четвертьоборотные или многооборотные серводвигатели. Они часто используются в жестких условиях окружающей среды и поэтому часто должны быть герметичными, непроницаемыми для пыли и способными выдерживать холод или тепло. Действительно, серводвигатели для промышленных клапанов находятся в суровых условиях, таких как нефтеперерабатывающие заводы, атомные электростанции или очистные сооружения.

Электрические серводвигатели содержат электродвигатель и кинематическую цепь для передачи мощности от двигателя к приводному элементу клапана путем надлежащего понижения крутящего момента, подаваемого двигателем.

Они также имеют датчики для мониторинга состояния клапана и блок локального управления для управления двигателем и кинематической цепью. Последняя может принимать команды от блока команд, находящегося за пределами серводвигателя и расположенного в другом месте промышленной установки, и может быть предназначена для выдачи команд нескольким серводвигателям, расположенным на разных клапанах установки.

Для отправки этих команд, а также электрической мощности, необходимой для работы двигателя, а также, в обратном направлении, сигналов, поступающих от внутренних датчиков, на стенке одного из кожухов серводвигателя находится электрическое соединение с несколькими независимыми друг от друга контактами. Как правило, каждый раз, когда серводвигатель разобран, а затем повторно собран на заданном клапане, электрическое соединение с несколькими контактами должно быть разобрано, что включает множество операций по откручиванию и прикручиванию винтов на петлевых проводах. Это отнимает время, а иногда является причиной ошибок. В частности, плотность затяжки обеспечивается при помощи кабельных уплотнителей, которые необходимо затянуть.

Следовательно, желательно найти альтернативные решения с оборудованием, являющимся более легким в эксплуатации и, предпочтительно, не столь тяжелым.

С этой целью предложен серводвигатель для промышленного клапана, содержащий средства для соединения с валом промышленного клапана, средства для приема электропитания и внешней команды, и, в обратном направлении, отправки сигналов, а также электродвигатель и соединенную с ним кинематическую цепь для выполнения действия на указанном клапане, а также блок локальных команд для выдачи команд на двигатель и кинематическую цепь под управлением внешней команды.

Серводвигатель отличается тем, что указанные средства для приема электропитания и внешней команды содержат кожух для защиты блока локальных команд и соединительную плату, перекрывающую разработанную открытым способом поверхность корпуса, а также металлические язычки, определяющие отдельные электрические контакты, выступающие из платы на другой стороне корпуса для соединения вручную без инструментов или винтов, причем соединительная плата расположена для перекрытия разработанной открытым способом поверхности на ее внутренней стороне, а серводвигатель дополнительно содержит деталь, выполненную из эластомерного материала, проходящего параллельно соединительной плате на ее внешней поверхности, перфорированную для обеспечения возможностипрохождения язычков, обеспечивая при этом герметичность вокруг последних, а также размещенную для обеспечения герметичности между соединительной платой и внутренним контуром разработанной открытым способом поверхности корпуса.

Изобретение также состоит из узла коммутации серводвигателя с соединителем, содержащего серводвигатель для промышленного клапана, как упомянуто выше, дополнительно содержащего съемный соединитель, содержащий корпус и контакторы, являющиеся дополнительными относительно упомянутых язычков, расположенные на поверхности корпуса для одновременного соединения или отсоединения упомянутых язычков.

В соответствии с дополнительными и преимущественными признаками: деталь, изготовленная из эластомерного материала, содержит кромки по всей ее окружности, при этом она соединена с внутренним контуром разработанной открытым способом поверхности корпуса посредством захвата, причем кромки деформируются во время захвата для обеспечения герметичности;

деталь, изготовленная из эластомерного материала, выполнена из ЭПДМ-каучука;

соединительная плата соединена сблоком локальных команд на своей внутренней поверхности с уменьшенной кабельной разводкой относительно того, что было сделано в предшествующем уровне техники;

соединительная плата содержит печатную плату, а также жесткую пластиковую деталь, прикрепленную к печатной плате на ее поверхности, противоположной детали, изготовленной из эластомерного материала, для обеспечения возможности обслуживания соединительной платы и для придания ей жесткости, и, таким образом, для облегчения вставки дополнительных язычковв упомянутые металлические язычки;

- в одном варианте реализации дополнительные контакторы представляют собой вилки, вставленные в стенку корпуса с применением усилия;

- в другом варианте реализации дополнительные контакторы продолжают свободно колебаться между двумя деталями, образующими стенку корпуса;

- дополнительные контакторы, преимущественно, содержат контактный элемент, предварительно напряженный для способствования электрическому контакту.

Серводвигатель может, в частности, представлять собой многооборотный или четвертьоборотный серводвигатель. Кинематическая цепь может, например, содержать или состоять из червячного винта и планетарной зубчатой передачи.

Изобретение станет более понятным, а его другие цели, признаки, особенности и преимущества станут более ясными из следующего пояснительного описания, сделанного со ссылкой на прилагаемые чертежи, представленные исключительно в качестве примера, иллюстрирующего один вариант реализации изобретения, и на которых:

- Фигура 1 представляет собой вид серводвигателя в соответствии с изобретением;

- фигура 2 представляет собой вид электрического корпуса серводвигателя, показанного на фиг. 1;

- фигура 3 представляет собой вид с пространственным разделением деталей аспекта изобретения, соответствующего видам, показанным на фигурах 1 и 2;

- фигура 4 представляет собой вид в разрезе того же аспекта изобретения;

- фигура 5 представляет собой вид в три четверти второго аспекта изобретения;

- фигура 6 представляет собой вид с пространственным разделением деталей первого варианта реализации второго аспекта изобретения;

- фигура 7 представляет собой подробный вид данного первого варианта реализации;

- фигура 8 представляет собой вид с пространственным разделением деталей второго варианта реализации второго аспекта изобретения;

- фигура 9 представляет собой подробный вид данного второго варианта реализации;

- фигура 10 представляет собой вид подробностей реализации второго варианта реализации.

На фигуре 1 показан серводвигатель 10, содержащий электродвигатель 11 и защитный кожух, электрический корпус 12 для совмещения функционалов управления и выдачи команд на серводвигатель, средство 13 соединения (в задней части фигуры) с клапаном, ручное устройство выдачи команд в виде маховика 14, корпус 15 клиентского интерфейса, выход для кабелей 16 или 17 на корпусе 15 клиентского интерфейса или на его крышке. Серводвигатель может содержать интерфейс человек-машина с жидкокристаллическим экраном дисплея и кнопками (не показаны).

Одна из поверхностей электрического корпуса 12 разработана открытым способом, но перекрыта пластиной 20 электрического соединения. Последняя имеет поверхность, обращенную к внешней стороне корпуса 12, и поверхность, обращенную к его внутренней стороне. Корпус 15 клиентского интерфейса прикреплен к электрическому корпусу 12 на его перекрытой поверхности вокруг пластины 20 электрического соединения четырьмя винтами (не показаны).

Внутри электрического корпуса 12, показанного здесь в варианте серводвигателя без электронной части системы, кулачки 23 взаимодействуют с переключателями 21, расположенными на внутренней поверхности пластины 20 электрического соединения. Пластина 20 электрического соединения обеспечивает электрическое соединение без кабельной разводки внутренней части серводвигателя, по меньшей мере для некоторых функций, таких как соединение соединителей с переключателями. Для передачи питания и любых опций, таких как потенциометр для копирования положения клапана, имеется кабельная разводка. Без ограничения следует отметить, что изобретение также может быть использовано с версией серводвигателя с электроникой, при этом внешние команды отправляются пользователем на приборную электронику серводвигателя, причем последний, среди прочего, предназначен для запуска двигателя и определения его направления вращения.

Кинематическая цепь серводвигателя содержит червячный винт и планетарную зубчатую передачу (не показана). Эти элементы, а также электродвигатель, управляются блоком команд, расположенным в электрическом корпусе 12, который принимает электропитание и сигналы команд с помощью пластины 20 электрического соединения.

Датчики (не показаны) измеряют поведение клапана и двигателя, а информация, которую они собирают, отправляется при помощи пластины 20 электрического соединения и соединительного корпуса 15 на внешний блок команд (не показан), который посылает ответный командный сигнал.

Электрический корпус 12 показан на фигуре 2 в виде с пространственным разделением деталей, пластина 20 электрического соединения находится в положении перед прикручиванием с использованием приблизительно десяти винтов, вставленных снаружи электрического корпуса 12. Эти винты обозначены ссылочной позицией 40 и вставляются в отверстия корпуса 12, затем в резьбовые отверстия 28 пластины 20 электрического соединения.

Пластина 20 электрического соединения выполнена из узла пластиковой удерживающей пластины 25 на внутренней стороне корпуса, соединительной платы 26 в виде печатной платы и эластомерной мембраны 27, расположенной напротив соединительной платы 26 на ее поверхности, обращенной к наружной стороне электрического корпуса 12. Эти три пластины, которые имеют в целом прямоугольную форму, расположены друг напротив друга, их соответствующие большие стороны параллельны друг другу и находятся в указанном порядке, с возможностью составления пластины 20 электрического соединения, которая также является в целом прямоугольной, с размером, подходящим для перекрытия разработанной открытым способом поверхности электрического корпуса 12. Отдельные электрические соединительные кабели 30 выступают изэластомерной мембраны 27 на внешней стороне электрического корпуса 12.

Пластина 20 электрического соединения более подробно показана на фигуре 3 в виде с пространственным разделением деталей. Отдельные язычки 30 электрического соединения приварены непосредственно к соединительной плате 26, которая имеет проводящие металлические дорожки, к примеру, медные, для соединения различных внутренних компонентов электрического корпуса 12. На его внешней поверхности язычки 30 предназначены для выполнения их съемного соединения пользователем в зависимости от потребностей конфигурации серводвигателя. Их может быть 51. На внутренней поверхности пластины 20 электрического соединения также имеются соединительные язычки со стороны переключателя для электрического соединения и взаимодействия с внутренними компонентами электрического корпуса.

Эластомерная мембрана 27 включает сквозные прорези 50, расположенные и имеющие такие размеры, чтобы обеспечить прохождение соединительных язычков 30, при этом каждая из них окружена сформированной в эластомерном материале кромкой для обеспечения герметичности.

Эластомерным материалом может быть ЭПДМ (этилен-пропилен-диеновый мономер).

Край 60 эластомерной мембраны 27 также включает кромку для герметичности. Эта кромка сминается во время захвата пластины 20 электрического соединения за внутреннюю поверхность окружности отверстия разработанной открытым способом поверхности электрического корпуса 12. В конечном итоге, благодаря своей конструкции, пластина 20 электрического соединения представляет собой уплотнительный барьер между наружной и внутренней сторонами электрического корпуса 12.

Пластиковая удерживающая пластина 25 включает приподнятые резьбовые отверстия 29 для образования, с соответствующими отверстиями эластомерной мембраны 27 и соединительной платой 26, отверстий 28, показанных на фиг. 2, и приема винтов 40, также показанных на фигуре 2, для совместного скрепления трех частей соединительной платы 26, а также их сжимания и удерживания на внутренней стороне разработанной открытым способом поверхности корпуса 12. На фигуре 4 показан край 60, несущий кромки, смятые об электрический корпус 12. Можно также увидеть перемещение язычков 30 по кромкам 50 эластомерной мембраны 27.

Пользователю серводвигателя легко подключить дополнительные охватывающие проушины к язычкам 30. Переходники устанавливаются один за другим вручную.

Используемыми язычками являются, например, язычки Faston (бренд компании АМРТЕ).

На фигуре 5 показана пластина 20 электрического соединения, при этом видна толькоэластомерная мембрана 27 и ее наконечники 30. Пластина 20 электрического соединения была вкручена внутри электрического корпуса 12. Многоразъемный соединитель 100 приближен и используется для одновременного соединения всех язычков 30. Многоразъемный соединитель 100 выполнен в виде прямоугольного параллелепипедного корпуса 110 с выходом 111 для кабелей. Он привинчено к корпусу 12 винтами, которые вставляются в отверстия 112 многоразъемного соединителя 100 и входят в резьбовые отверстия 45 корпуса 12, подогнанные под диаметр винтов для образования с ними крепежной системы.

Первый вариант реализации многоразъемного соединителя 100 показан на фигуре 6. Он содержит подложку 115, выполненную из пластмассового полимерного материала, в которой отдельные соединители 120 установлены с применением усилия путем зажимания, обеспечивая перемещение параллельно язычкам 30 серводвигателя, когда соединители находятся на месте. Отдельные соединители 120 отдельно соединены кабелем с внутренней частью соединителя 100 для передачи электропитания и различных сигналов команд и мониторинга серводвигателя к выходу 111 и от него для кабелей.

На фигуре 7 показана установка отдельного соединителя 120 в подложку 115, который после установки с применением усилия поддерживается путем вставки ребра 116 в прорезь 121 отдельного соединителя 120. С каждой стороны прорези 121 отдельный соединитель 120 состоит из двух вилок. Вилка, которая обращена к язычку 30, надежно захватывается и регулируется для электрического контакта с язычком 30. Вилка, находящаяся напротив язычка 30, подходит для электрического соединения таким или иным образом, в частности, например, с охватывающими язычками Faston.

Предварительно напряженный многолопастный элемент, присутствующий в вилке, которая обращена к язычку 30, обеспечивает надежность электрического контакта. Данный многолопастный элемент можно увидеть на фигуре 10 в контексте второго варианта реализации.

На фигуре 8 показан альтернативный вариант описанного выше многоразъемного соединителя. Данный другой многоразъемный соединитель обозначен ссылочной позицией 200 и выполнен в виде прямоугольного параллелепипедного корпуса 210 с выходом 211 для кабелей.

Многоразъемный соединитель 200 содержит подложку 215, выполненную из пластмассового полимерного материала, при этом отдельные соединители 220 установлены между подложкой 215 и промежуточным элементом, выполненным из пластикового полимерного материала 230. Отдельные соединители 220 по отдельности соединены кабелем с внутренней частью соединителя 200 для передачи электропитания и различных сигналов команд и мониторинга серводвигателя к выходу и от выхода 211 для кабелей.

На фигуре 9 показана установка отдельного соединителя 220 между подложкой 215 и промежуточным элементом 230. Отдельный соединитель 220 имеет сферическую форму 221, подложка имеет дополняющую сферическую форму 216, а промежуточный элемент 230 имеет сквозные отверстия 231, которые позволяют определять степень зазора для отдельного соединителя 220 во время его зацепления с соответствующим язычком 30.

На каждой стороне сферической формы 221 отдельный соединитель 220 состоит из двух вилок. Вилка, которая обращена к язычку 30, надежно захватывается и регулируется для электрического контакта с язычком 30. Предварительно напряженный многолопастный элемент 225, присутствующий в вилке, которая обращена к язычку 30, обеспечивает надежность электрического контакта. Этот многолопастный элемент показан на фигуре 10. Вилка, расположенная напротив язычка 30, электрически соединена таким или иным образом, в частности, например, с охватывающими язычками Faston.

Изобретение относится к узлу коммутации серводвигателя с соединителем. Серводвигатель (10) для промышленного клапана содержит средства (13) соединения с валом промышленного клапана, средства для приема электропитания и внешней команды, а также электродвигатель (11) и кинематическую цепь, соединенные друг с другом для применения действия на указанном клапане, а также блок локальных команд для выдачи команд на двигатель (11) и кинематическую цепь под управлением внешней команды, при этом упомянутые средства для приема электропитания и внешней команды содержат защитный корпус (12) блока локальных команд и соединительную плату (20), перекрывающую разработанную открытым способом поверхность корпуса, а также металлические язычки, определяющие отдельные электрические контакты, выступающие из платы (20) с другой стороны корпуса, при этом соединительная плата (20) расположена для перекрывания поверхности, разработанной открытым способом, на ее внутренней стороне, а серводвигатель (10) дополнительно содержит деталь, выполненную из эластомерного материала, проходящего параллельно соединительной плате (20) на ее внешней поверхности, перфорированную и обеспечивающую возможность прохождения язычков, обеспечивая при этом герметичность вокруг последних, а также размещенную для обеспечения герметичности между соединительной платой (20) и внутренним контуром разработанной открытым способом поверхности корпуса (12). Технический результат – повышение надежности. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Узел коммутации серводвигателя (10) с соединителем (10, 100; 10, 200), содержащий средства (13) соединения с валом промышленного клапана, средства для приема электропитания и внешней команды, а также электродвигатель (11) и кинематическую цепь, соединенные друг с другом для применения действия на указанном клапане, а также блок локальных команд для выдачи команд на двигатель (11) и кинематическую цепь под управлением внешней команды, отличающийся тем, что упомянутые средства для приема электропитания и внешней команды содержат защитный корпус (12) блока локальных команд и соединительную плату (20), перекрывающую разработанную открытым способом поверхность корпуса, а также металлические язычки (30), определяющие отдельные электрические контакты, выступающие из платы (20) с другой стороны корпуса, для соединения вручную без инструментов или винтов, при этом соединительная плата (20) расположена для перекрывания поверхности, разработанной открытым способом, на ее внутренней стороне, а серводвигатель (10) дополнительно содержит деталь, выполненную из эластомерного материала (27), проходящего параллельно соединительной плате (20) на ее внешней поверхности, перфорированную для обеспечения возможности прохождения язычков (30), обеспечивая при этом герметичность вокруг последних, а также размещенную для обеспечения герметичности между соединительной платой (20) и внутренним контуром разработанной открытым способом поверхности корпуса (12), при этом узел дополнительно содержит съемный соединитель (100; 200), содержащий корпус (110; 210) и дополнительные соединители (120; 220) указанных язычков (30), расположенные на стороне корпуса (12) для одновременного соединения или отсоединения указанных язычков (30).

2. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100; 10, 200) по п. 1, отличающийся тем, что деталь, выполненная из эластомерного материала (27), содержит кромки (60) по всей своей окружности, при этом она соединена с внутренним контуром разработанной открытым способом поверхности корпуса (12) посредством захвата, причем кромки (60) деформируются во время захвата для обеспечения герметичности.

3. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100; 10, 200) по п. 1 или 2, отличающийся тем, что деталь, изготовленная из эластомерного материала (27), выполнена из ЭПДМ-каучука.

4. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100, 10, 200) по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что соединительная плата (20) соединена без соединения путем кабельной разводки с блоком локальных команд на своей внутренней поверхности.

5. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100, 10, 200) по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что соединительная плата (20) содержит печатную плату (26), а также жесткую пластиковую деталь (25), прикрепленную к печатной плате на ее поверхности напротив детали, изготовленной из эластомерного материала (27), для обеспечения возможности обслуживания соединительной платы (20) и для облегчения вставки дополнительных язычков в упомянутые металлические язычки (30).

6. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100, 10, 200) по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что дополнительные контакторы (120) представляют собой вилки, вставленные в стенку (115) корпуса с применением усилия.

7. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100, 10, 200) по одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что дополнительные контакторы (220) представляют собой вилки, поддерживаемые колебанием между двумя деталями (215, 320), образующими стенку корпуса.

8. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100, 10, 200) по одному из пп. 1-7, отличающийся тем, что дополнительные контакторы содержат предварительно напряженный элемент (225) контакта для способствования электрическому контакту.

9. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100, 10, 200) по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что он представляет собой многооборотный или четверть оборотный серводвигатель.

10. Узел коммутации серводвигателя с соединителем (10; 100, 10, 200) по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что кинематическая цепь содержит червячный винт и планетарную зубчатую передачу.