Неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры Российский патент 2021 года по МПК F16K31/05 F16K31/44 F16K31/53 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к управлению трубопроводной арматурой, и может быть использовано в качестве исполнительного механизма, в частности для управления шаровыми кранами.

Известен неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры (см. RU 2584053 CI F 16K 31/05), содержащий маховик, соединенный с ведущим валом, управляющим посредством резьбы ходовой гайкой с роликом, перемещаемым одновременно по двум наклонным пазам корпуса, и адаптора, соединенного со штоком трубопроводной арматуры, в частности шарового крана.

К недостаткам известного решения относится низкий коэффициент полезного действия, обусловленный наличием резьбовой пары и пары трения между адаптором и корпусом привода.

Известен также неполноповоротный двухскоростной привод для трубопроводной арматуры (см. RU 189234 U1 F16K 31/00), прототип, содержащий размещенный в корпусе и соединенный с маховиком ведущий вал, управляющий через планетарную зубчатую передачу дифференциальным механизмом, состоящим из ходового винта, связанного с ходовой гайкой, взаимодействующей с пазами кулисы, соединенной с адаптором управляющим запорным органом трубопроводной арматуры, в частности шаровым краном.

К недостаткам технического решения относится также низкий коэффициент полезного действия, обусловленный наличием ходового винта, гайки и кулисы.

Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение коэффициента полезного действия привода.

Поставленная задача решается тем, что неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры, содержащий корпус, установленный в нем подвижно-вращательно и соединенный с маховиком ведущий вал, связанный через зубчатую передачу с дифференциальным механизмом, управляющим штоком, сопрягаемым с запорным элементом трубопроводной арматуры, дифференциальный механизм при этом выполнен единым ступенчатым блоком, состоящим из секторных зубчатых, преимущественно цилиндрических, передач непрерывно последовательно взаимодействующих при выполнении операций закрытия и открытия затвора, а каждая секторная ступень блока имеет персональное передаточное число.

На фиг. 1 изображена схема неполноповоротного ручного привода для трубопроводной арматуры; на фиг. 2 – сечение А-А на фиг. 1. в положении закрыто для выполнения операции открытия трубопроводной арматуры; на фиг. 3 изображена схема шарового крана в положении открыто; на фиг. 4 приведена циклограмма, построенная в декартовой прямоугольной системе координат, по оси ординат отложен расчетный момент, необходимый для открытия шарового крана, а по оси абсцисс угол поворота шара, разделенных на три зоны I, II, III.

Неполноповоротный ручной привод состоит из корпуса 1, в котором подвижно-вращательно установлен с маховиком 2 ведущий вал 3, связанный через зубчатую передачу 4 с дифференциальным механизмом 5. Последний в свою очередь состоит из нескольких ступеней, на примере шарового крана 6, их три 7, 8 и 9 секторных зубчатых, преимущественно цилиндрических, передач, причем каждая ступень имеет свое передаточное число и свой определенный угол сектора. На выходном валу дифференциального механизма установлен узел 10 соединения со штоком 11 шарового крана 6. Поворот секторных ступеней ограничен двумя настраиваемыми упорами 12.

Шаровой кран 6 имеет входной патрубок 13, выходной патрубок 14, внутреннюю полость 15, в которой размещен запирающий элемент затвора шар 16, взаимодействующий с входным седлом 17 и выходным седлом 18.

Неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры на примере шарового крана работает следующим образом.

Открытие шарового крана.

Шаровой кран 6 закрыт. Шар 16 перекрывает проходы в патрубках 13 и 14, при этом проводимая среда, находясь в патрубке 13 и внутренней полости 15, воздействует на всю площадь поперечного сечения шара 16, создавая необходимое для герметизации затвора удельное давление между шаром 16 и выходящим седлом 18. При этом в дифференциальном механизме в зацеплении находится секторная ступень 7 с наибольшим передаточным числом, которое, вкупе с передаточным числом передачи 4, предопределяет нормативное усилие, прикладываемое оператором к маховику 2, зона I.

Вращением маховика 2 против часовой стрелки через узел 10 и шток 11 крутящий момент передается на шар 16, который соединяет между собой проходы в патрубках 13 и 14.

При появлении зазора между проходными каналами седел 17, 18 и шара 16 давление рабочей среды в патрубках уменьшается, а разница давлений между седлами и шаром резко снижается, при этом в зацепление входит секторная ступень 8 дифференциального механизма 5 с наименьшим передаточным числом, предопределяющим неизменяемое усилие, прикладываемое к маховику 2 оператором, зона II.

При дальнейшем повороте шара 16 проходной канал последнего входит во взаимодействие с седлами 17 и 18, при этом за счет увеличения площади их соприкосновения возрастает момент, необходимый для дальнейшего поворота шара 16, вплоть до полного совпадения проходных каналов шара 16 и седел 17 и 18. В этот момент входит в зацепление со своим расчетным передаточным числом секторная ступень 9 дифференцируемого механизма 5, зона III.

При полном совпадении проходных каналов седел 17 и 18 и шара 16 ступень 9 упирается в упор 12

Шаровой кран открыт.

Закрытие шарового крана 6 неполноповоротным ручным приводом производится в обратной последовательности, вращением маховика 2 по часовой стрелке, вплоть до соприкосновения секторной ступени 7 с упором 12.

Таким образом, благодаря тому, что для ручного управления трубопроводной арматурой (на примере шарового крана) применен привод с дифференциальным механизмом со ступенчатым блоком, состоящим из трех секторных ступеней, преимущественно цилиндрических, зубчатых передач с различным передаточным числом, непрерывно последовательно передающих усилие, прилагаемое оператором к маховику на запорный элемент шарового крана.

Чем, безусловно, повышается коэффициент полезного действия, так как в цепи передачи усилия от оператора до запорного элемента трубопроводной арматуры участвуют только зубчатые передачи с высоким коэффициентом полезного действия.

Более того применение индивидуального передаточного числа для каждой секторной ступени позволяет уменьшить время «открытия-закрытия» трубопроводной арматуры без изменений усилий, прилагаемых оператором к маховику, что безусловно повышает потребительские свойства привода.

При этом следует отметить, что дифференциальный механизм может иметь не три, а более секторных ступеней, что позволит наиболее точно воспроизвести создаваемый приводом крутящий момент, без превышения нормативных усилий прилагаемых оператором к маховику, по отношению к расчетному графику необходимого крутящего момента для управления трубопроводной арматурой.

Соответственно и на циклограмме будет выделено такое же количество зон.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к управлению трубопроводной арматурой, и может быть использовано в качестве исполнительного механизма, в частности для управления шаровыми кранами. Неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры содержит корпус, установленный в нем подвижно-вращательно и соединенный с маховиком ведущий вал, связанный через зубчатую передачу с дифференциальным механизмом, управляющим штоком, сопрягаемым с запорным элементом трубопроводной арматуры. Дифференциальный механизм выполнен единым ступенчатым блоком, состоящим из секторных зубчатых, в частности цилиндрических, передач, непрерывно последовательно взаимодействующих при выполнении операций закрытия и открытия затвора трубопроводной арматуры. Каждая секторная ступень блока имеет персональное передаточное число. Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента полезного действия привода, а также уменьшение времени «открытия-закрытия» трубопроводной арматуры без изменений усилий, прилагаемых оператором к маховику. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры, содержащий корпус, установленный в нем подвижно-вращательно и соединенный с маховиком ведущий вал, связанный через зубчатую передачу с дифференциальным механизмом, управляющим штоком, сопрягаемым с запорным элементом трубопроводной арматуры, отличающийся тем, что дифференциальный механизм выполнен единым ступенчатым блоком, состоящим из секторных зубчатых передач, непрерывно последовательно взаимодействующих при выполнении операций закрытия и открытия затвора.

2. Неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры по п. 1, отличающийся тем, что ступенчатый блок выполнен из цилиндрических зубчатых передач

3. Неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры по п. 1, отличающийся тем, что каждая секторная ступень блока имеет персональное передаточное число.