Задвижка с внутренним стрикционным приводом Российский патент 2022 года по МПК F16K31/04 H02N2/02 

Область техники

Изобретение относится к устройствам запорной арматуры и предназначено для открытия и закрытия потока текучей среды в трубопроводе. Оно может быть использовано в промышленности и в быту.

Предшествующий уровень техники

Ближайшим аналогом заявленного технического решения является задвижка, описанная в заявке на изобретение РФ № 2018119926. Задвижка содержит корпус и запорный элемент, причем запорный элемент выполнен с возможностью открывать и закрывать поток текучей среды между патрубками корпуса. Внутри запорного элемента расположен линейный шаговый стрикционный электродвигатель. Он содержит бегун, расположенный в канале запорного элемента. Бегун соединен с внутренним концом штока.

Воображаемая ось канала запорного элемента параллельна направлению перемещения запорного элемента при открытии или закрытии задвижки. Бегун состоит из соединенных последовательно передней стрикционной распорной секции, ходовой стрикционной секции, задней стрикционной распорной секции. Все стрикционные секции электрическим кабелем соединены с устройством управления электрическим напряжением, расположенным снаружи корпуса.

Участок электрического кабеля в ближайшем аналоге расположен внутри корпуса задвижки вне запорного органа. Этот участок подвержен неблагоприятному воздействию среды, протекающей через задвижку. В некоторых случаях такая среда способна разрушать изоляцию кабеля. Такое разрушение изоляции участка кабеля наиболее вероятно вблизи того конца, который закреплен в запорном элементе и подвержен действию механических колебаний, вызывающих изгибные деформации в изоляции и жилах кабеля.

При необходимости открыть задвижку запорный элемент перемещают, подавая на стрикционные секции электродвигателя по электрическому кабелю импульсы напряжения в известной последовательности. Однако вследствие накопления в корпусе песка, смолистых отложений, солей, окислов и тому подобных субстанций, а также перекосов корпуса усилие может оказаться меньше, чем сила трения запорного элемента о корпус. В таком случае наступает отказ в работе задвижки. Отказ в работе также может наступить в результате пропадания электропитания. Выходом в таком случае является ремонт задвижки, что свидетельствует о ненадежности.

Недостатком известной задвижки является ее ненадежность.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задача, на решение которой направлено настоящее техническое решение, состоит в повышении надежности задвижки. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в уменьшении вероятности выхода в ремонт задвижки из-за невозможности открыть и/или закрыть ее.

Для решения поставленной задачи с достижением технического результата изменена конструкция известного устройства. Задвижка содержит корпус и запорный элемент, причем запорный элемент выполнен с возможностью открывать и закрывать поток текучей среды между патрубками корпуса. Внутри запорного элемента расположен линейный шаговый стрикционный электродвигатель. Он содержит бегун, расположенный в канале запорного элемента. Бегун соединен с внутренним концом штока.

Воображаемая ось канала запорного элемента параллельна направлению перемещения запорного элемента при открытии или закрытии задвижки. Бегун состоит из соединенных последовательно передней стрикционной распорной секции, ходовой стрикционной секции, задней стрикционной распорной секции. Все стрикционные секции электрическим кабелем соединены с устройством управления электрическим напряжением, расположенным снаружи корпуса.

Шток выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении перемещения запорного элемента. Также шток параллелен направлению перемещения запорного элемента при открытии или закрытии задвижки. На корпусе снаружи закреплено средство перемещения штока. Наружный конец штока соединен со средством перемещения штока.

Шток выполнен полым, и в его наружной части при этом выполнено отверстие. Электрический кабель соединяет устройство управления электрическим напряжением и бегун через это отверстие и внутреннюю полость штока.

Ходовая стрикционная секция может содержать пьезоэлектрический материал и электроды. При этом электроды выполнены с возможностью создавать электрическое поле в пьезоэлектрическом материале при подключении их к источнику электрического напряжения.

Также ходовая стрикционная секция может содержать стержень из магнитострикционного материала и катушку индуктивности. При этом катушка индуктивности выполнена с возможностью создавать магнитное поле в стержне из магнитострикционного материала при подключении ее к источнику напряжения.

Каждая передняя и задняя распорная стрикционная секция задвижки может содержать пьезоэлектрический материал и электроды, При этом электроды выполнены с возможностью создавать электрическое поле в пьезоэлектрическом материале при подключении их к источнику электрического напряжения.

Также каждая передняя и задняя распорная стрикционная секция может содержать стержень из магнитострикционного материала и катушку индуктивности. При этом катушка индуктивности выполнена с возможностью создавать магнитное поле в стержне из магнитострикционного материала при подключении ее к источнику электрического напряжения.

Средством перемещения штока может быть винтовой механизм, расположенный снаружи корпуса и содержащий винт с гайкой. Винт при этом соединен со штоком и параллелен штоку. Гайка соединена со средством ее вращения и расположена в обойме, соединенной с корпусом. Обойма выполнена с возможностью вращения гайки и с ограничением ее линейного перемещения относительно корпуса.

Также возможно, чтобы внутри полости штока было расположено уплотнение, выполненное с возможностью предотвращать ток жидкости и/или газа по внутренней полости штока.

Корпус может содержать уплотнение штока, выполненное с возможностью предотвращения утечек между корпусом и штоком.

Между корпусом и запорным элементом может быть расположена деформируемая трубчатая оболочка. При этом шток расположен внутри деформируемой трубчатой оболочки, один край деформируемой трубчатой оболочки герметично закреплен на корпусе, а другой ее край герметично закреплен вокруг канала запорного элемента.

К внутренней герметичной полости, образованной каналом запорного элемента и деформируемой трубчатой оболочкой, при помощи герметичного прохода может быть присоединена внутренняя полость компенсатора объема. Компенсатор объема при этом выполнен в виде деформируемой оболочки. Канал запорного элемента, деформируемая трубчатая оболочка, герметичный проход и компенсатор объема в таком случае заполнены жидкостью.

За счет новой конструкции устройства при помощи средства перемещения штока удается переместить запорный элемент в корпусе, то есть открыть или закрыть задвижку даже при наличии в нем некоторого количества песка, смолистых отложений, солей, окислов и тому подобных субстанций, а также перекосов, увеличивающих силу трения запорного элемента о корпус. Также удается открыть или закрыть задвижку в случае пропадания электропитания. Таким образом, достигается технический результат - уменьшается вероятность выхода в ремонт задвижки из-за невозможности открыть и/или закрыть ее.

Описание фигур чертежей

Указанные преимущества изобретения, а также его особенности поясняются лучшими вариантами выполнения со ссылками на чертежи.

Фиг. 1 изображает продольный разрез задвижки в закрытом состоянии. Запорным элементом является параллельный затвор. В стрикционных секциях бегуна применен пьезоэлектрический материал и электроды.

Фиг. 2 изображает продольный разрез задвижки в открытом состоянии. Запорным элементом является параллельный затвор. В стрикционных секциях бегуна применен пьезоэлектрический материал и электроды.

Фиг. 3 изображает продольный разрез задвижки в закрытом состоянии. В качестве запорного элемента применен клин. В стрикционных секциях бегуна применены стержни из магнитострикционного материала и катушки индуктивности.

Фиг. 4 изображает бегун стрикционного электродвигателя с пьезоэлектрическим материалом и электродами в той проекции, в которой он изображен на Фиг. 1.

Фиг. 5 изображает бегун стрикционного электродвигателя с пьезоэлектрическим материалом и электродами в проекции, ортогональной к виду на Фиг. 4.

Фиг. 6 изображает бегун стрикционного электродвигателя со стержнями из магнитострикционного материала и катушками индуктивности в той проекции, в которой он изображен на Фиг. 3.

Фиг. 7 изображает бегун стрикционного электродвигателя со стержнями из магнитострикционного материала и катушками индуктивности в проекции, ортогональной к виду на Фиг. 6.

Лучший вариант осуществления изобретения

Задвижка, изображенная на Фиг. 1, содержит корпус 1, в состав которого входит крышка 2. В корпусе 1 выполнены два патрубка 3 и 4. Также в корпусе 1 размещен запорный элемент, он выполнен в виде параллельного затвора 6. Параллельный затвор 6 выполнен с возможностью закрывать или открывать поток текучей среды между патрубками 3 и 4 корпуса 1. Шток 7 выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса 1 в направлении перемещения параллельного затвора 6. Также шток 7 параллелен направлению перемещения параллельного затвора 6 при открытии или закрытии задвижки. На корпусе 1 снаружи закреплено средство перемещения 8 штока 7. Наружный конец штока 7 соединен со средством перемещения 8 штока 7.

Средством перемещения 8 штока 7 может быть винтовой механизм 9, расположенный снаружи корпуса 1 и содержащий винт 10 с гайкой 11. Винт 10 при этом соединен со штоком 7 и параллелен ему. Гайка 11 соединена со средством ее вращения - маховиком 12 - и расположена в обойме 13, соединенной с корпусом 1. Обойма 13 закреплена при помощи стоек 14 на крышке 2 и выполнена с возможностью вращения гайки 11 и с ограничением линейного перемещения гайки 11 относительно корпуса 1. При любом давлении среды в корпусе 1 задвижки винтовой механизм 9 выполнен с возможностью предотвращения перемещения запорного элемента и штока 7 при отсутствии внешнего воздействия на маховик 12, открывающего задвижку или закрывающего ее, благодаря самоторможению, присущему винтовой передаче. Винт 10 находится в нижнем положении в гайке 11.

Внутри запорного элемента, которым на Фиг. 1 является параллельный затвор 6, расположен линейный шаговый стрикционный электродвигатель 15. Он содержит бегун 16, расположенный в канале 17 параллельного затвора 6. Бегун 16 изображен в неразрезанном виде, он состоит из соединенных последовательно передней стрикционной распорной секции 18, ходовой стрикционной секции 19, задней стрикционной распорной секции 20. Также бегун 16 соединен с внутренним концом штока 7.

Воображаемая ось канала 17 параллельного затвора 6 параллельна направлению перемещения параллельного затвора 6 при открытии или закрытии задвижки. Ходовая стрикционная секция 19, а также передняя и задняя распорные стрикционные секции 18 и 20 задвижки содержат пьезоэлектрический материал и электроды. Все стрикционные секции электрическим кабелем 21 соединены с устройством управления электрическим напряжением 22, расположенным снаружи корпуса 1.

Шток 7 выполнен полым, в его наружной части выполнено отверстие 23. Электрический кабель 21 соединяет устройство управления электрическим напряжением 22 с бегуном 16 через отверстие 23 и внутреннюю полость штока 7. Внутри полости штока 7 расположено уплотнение 24, которое предотвращает ток жидкости и/или газа по внутренней полости штока 7.

Крышка 2 корпуса 1 содержит уплотнение 25 штока 7, предотвращающее утечки между крышкой 2 корпуса 1 и штоком 7.

Между корпусом 1 и запорным элементом, которым на Фиг. 1 является параллельный затвор 6, расположена деформируемая трубчатая оболочка, выполненная в виде сильфона 26 и изолирующая канал 17 линейного шагового стрикционного электродвигателя 15 от проникновения среды, заполняющей корпус 1 задвижки. При этом шток 7 расположен внутри сильфона 26. Один край сильфона 26 герметично закреплен на крышке 2 корпуса 1, а другой его край герметично закреплен вокруг канала 17 параллельного затвора 6.

К внутренней герметичной полости, образованной каналом 17 параллельного затвора 6 и сильфоном 26, при помощи герметичного прохода 27 присоединена внутренняя полость компенсатора объема, выполненного в виде деформируемой оболочки 28. Также компенсатор объема может быть выполнен в виде цилиндра со свободным поршнем. Канал 17 параллельного затвора 6, сильфон 26, герметичный проход 27 и деформируемая оболочка 28 заполнены жидкостью.

На Фиг. 2 представлен продольный разрез задвижки, изображенной на Фиг. 1, но в открытом состоянии. Бегун 16 расположен в задней части канала 17 параллельного затвора 6. Бегун 16 изображен в неразрезанном виде. Сильфон 26 сжат, деформируемая оболочка 28 растянута. Винт 10 находится в верхнем положении в гайке 11.

Задвижка, изображенная на Фиг. 3, предназначена для применения на газовых трубопроводах, а также на трубопроводах для сыпучей среды. Она содержит запорный элемент, выполненный в виде клина 29. Клин 29 выполнен с возможностью закрывать или открывать поток текучей среды между патрубками 3 и 4 корпуса 1 задвижки. Ходовая стрикционная секция 19, а также передняя и задняя распорные стрикционные секции 18 и 20 задвижки содержат магнитострикционный материал и катушки индуктивности. Внутренняя герметичная полость, образованная каналом 17 линейного шагового стрикционного электродвигателя 15, заполнена газом и защищена от проникновения среды и/или твердых частиц, заполняющих корпус 1 задвижки при помощи уплотнения 30 штока 7.

Бегун 16 стрикционного электродвигателя с пьезоэлектрическим материалом и электродами представлен на Фиг. 4 в той проекции, в которой он изображен на Фиг. 1. Бегун 16 состоит из передней стрикционной распорной секции 18, ходовой стрикционной секции 19 и задней стрикционной распорной секции 20. В каждой секции расположены актуаторы, собранные из пластин пьезоэлектрического материала 31 и электродов 32. Сборка и все соединения актуатора выполнены по известному из уровня техники правилу, чередованием направления поляризации пластин пьезоэлектрического материала 31 по высоте (длине) актуатора. В каждой распорной секции 18 и 20 может быть расположено несколько актуаторов параллельно.

Передняя стрикционная распорная секция 18 выполнена с возможностью затормаживать передний конец ходовой стрикционной секции 19 в канале 17 (Фиг. 1) запорного элемента при ее подключении к источнику электрического напряжения, а также растормаживать передний конец ходовой стрикционной секции 19 в канале 17 запорного элемента при ее отключении от источника электрического напряжения. Передняя стрикционная распорная секция 18 соединена с внутренним концом штока 7.

Ходовая стрикционная секция 19 выполнена с возможностью увеличения своей длины в направлении перемещения запорного элемента при ее подключении к источнику электрического напряжения, а также восстановления своей длины в том же направлении при ее отключении от источника электрического напряжения.

Задняя стрикционная распорная секция 20 выполнена с возможностью затормаживать задний конец ходовой стрикционной секции 19 в канале 17 запорного элемента при ее подключении к источнику электрического напряжения, а также растормаживать задний конец ходовой стрикционной секции 19 в канале 17 запорного элемента при ее отключении от источника электрического напряжения.

Шток 7 выполнен полым, в его наружной части выполнено отверстие 23. Электрический кабель 21 соединяет устройство управления электрическим напряжением 22 и бегун 16 через отверстие 23 и внутреннюю полость штока 7. Крышка 2 корпуса 1 содержит уплотнение 25 штока 7, предотвращающее утечки между крышкой 2 корпуса 1 и штоком 7.

Бегун 16 стрикционного электродвигателя 15 с пьезоэлектрическим материалом и электродами, изображенный на Фиг. 4, но в ортогональной проекции, представлен на Фиг. 5.

Бегун 16 стрикционного электродвигателя со стержнями из магнитострикционного материала и катушками индуктивности представлен на Фиг. 6 в той проекции, в которой он изображен на Фиг. 3. Бегун 16 состоит из передней стрикционной распорной секции 18, ходовой стрикционной секции 19 и задней стрикционной распорной секции 20. В каждой секции расположены актуаторы, выполненные из стержней магнитострикционного материала 33 и катушек индуктивности 34. В каждой распорной секции 18 и 20 может быть расположено несколько актуаторов параллельно.

Бегун 16 стрикционного электродвигателя со стержнями из магнитострикционного материала 33 и катушками индуктивности 34, изображенный на Фиг. 6, но в ортогональной проекции, представлен на Фиг. 7.

Бегун 16 состоит из соединенных последовательно передней стрикционной распорной секции 18, ходовой стрикционной секции 19 и задней стрикционной распорной секции 20.

Передняя стрикционная распорная секция 18 выполнена с возможностью затормаживать передний конец ходовой стрикционной секции 19 в канале 17 запорного элемента при ее подключении к источнику электрического напряжения, а также растормаживать передний конец ходовой стрикционной секции 19 в канале 17 запорного элемента при ее отключении от источника электрического напряжения. Передняя стрикционная распорная секция 18 соединена с внутренним концом штока 7.

Ходовая стрикционная секция 19 выполнена с возможностью увеличения своей длины в направлении перемещения запорного элемента при ее подключении к источнику электрического напряжения, а также восстановления своей длины в том же направлении при ее отключении от источника электрического напряжения.

Задняя стрикционная распорная секция 20 выполнена с возможностью затормаживать задний конец ходовой стрикционной секции 19 в канале 17 запорного элемента при ее подключении к источнику электрического напряжения, а также растормаживать задний конец ходовой стрикционной секции 19 в канале 17 запорного элемента при ее отключении от источника электрического напряжения.

Устройство работает следующим образом.

У задвижки, изображенной на Фиг. 1, стрикционные секции 18, 19 и 20 бегуна 16 при посредстве станции управления электрическим напряжением 22 подключают к источнику электрического напряжения и отключают от него в определенной последовательности. Вначале переднюю стрикционную распорную секцию 18 подключают к источнику напряжения, в результате чего на электродах 32 (Фиг. 4) ее актуатора возникает электрический потенциал. Этот электрический потенциал создает в пластинах пьезоэлектрического материала 31 ее актуатора электрическое поле, отчего пластины 31 стремятся увеличить свою толщину. Однако, в силу жесткости конструкции распорной секции 18 она распирается в канале 17 (Фиг. 1) параллельного затвора 6. Соответственно, передний конец ходовой стрикционной секции 18 затормаживается в параллельном затворе 6.

Ходовую стрикционную секцию 19 подключают к источнику напряжения, в результате чего на электродах 32 (Фиг. 4 и 5) ее актуатора возникает электрический потенциал. Этот электрический потенциал создает в пластинах пьезоэлектрического материала 31 ее актуатора электрическое поле, отчего пластины 31 увеличивают свою толщину. Соответственно, ходовая стрикционная секция 19 увеличивает свою длину в сторону, противоположную крышке 2 вдоль воображаемой оси канала 17 и в направлении перемещения параллельного затвора 6 при открытии или закрытии задвижки (Фиг. 1).

Заднюю стрикционную распорную секцию 20 подключают к источнику напряжения, в результате чего на электродах 32 (Фиг. 4) ее актуатора возникает электрический потенциал. Этот электрический потенциал создает в пластинах пьезоэлектрического материала 31 ее актуатора электрическое поле, отчего пластины 31 стремятся увеличить свою толщину. Однако в силу жесткости конструкции распорной секции 20 она распирается в канале 17 (Фиг. 1) параллельного затвора 6. Соответственно задний конец ходовой стрикционной секции 19 (Фиг. 4 и 5) затормаживается в параллельном затворе 6 таким же образом, как был заторможен ее передний конец.

Переднюю стрикционную распорную секцию 18 отключают от источника напряжения, в результате чего передний конец ходовой стрикционной секции 18 растормаживается в параллельном затворе 6 и секция 18 перестает давить на стенки канала 17 изнутри. Ходовую стрикционную секцию 19 отключают от источника напряжения, в результате чего она восстанавливает (уменьшает) свою длину. При этом параллельный затвор 6, будучи в данное мгновение плотно соединенным с задней стрикционной распорной секцией 20, перемещается на некоторое расстояние относительно корпуса 1 в сторону крышки 2.

Переднюю стрикционную распорную 18 секцию вновь подключают к источнику напряжения, после чего заднюю стрикционную распорную 20 секцию отключают от источника напряжения.

Последовательность электрического подключения и отключения стрикционных секций бегуна 16 повторяют вышеописанным образом, в результате чего параллельный затвор 6 движется в направлении открытия задвижки, то есть в сторону крышки 2.

Участок электрического кабеля 21, расположенный во внутренней полости штока 7, не подвержен неблагоприятному воздействию среды, заполняющей корпус 1 задвижки. Разрушения изоляции и жил электрического кабеля 21 от действия механических колебаний параллельного затвора 6 не происходит, поскольку внутри задвижки нет участков с изгибными деформациями электрического кабеля 21.

Сильфон 26 сжимается вдоль своей продольной оси при движении параллельного затвора 6 в направлении открытия задвижки, то есть в направлении крышки 2. Если канал 17 и внутренняя полость сильфона 26 заполнены жидкостью, то при сжатии сильфона 26 излишний объем этой жидкости по герметичному проходу 27 перетекает в деформируемую оболочку 28, увеличивая ее объем.

Когда при таком движении параллельного затвора 6 он доходит до положения, при котором просвет между патрубками 3 и 4 оказывается полностью открытым, станция управления электрическим напряжением 22 перестает осуществлять периодическое подключение стрикционных секций 18, 19 и 20 к источнику электрического напряжения и отключение от него. Она обеспечивает постоянное соединение по меньшей мере одной из распорных секций 18, 20 с источником, удерживая параллельный затвор 6 в положении, соответствующем открытой задвижке.

Для закрытия задвижки применяют аналогичную последовательность действий. Отличие состоит в том, что последовательность подключения передней стрикционной распорной секции 18 к источнику электрического напряжения и отключения от него, применявшуюся для открытия задвижки, для ее закрытия применяют к задней стрикционной распорной секции 20. А последовательность подключения и отключения задней стрикционной распорной секции 20, применявшуюся для открытия задвижки, для ее закрытия применяют к передней стрикционной распорной секции 18.

Сильфон 26 растягивается вдоль своей продольной оси при движении параллельного затвора 6 в направлении закрытия задвижки. Если канал 17 и внутренняя полость сильфона 26 заполнены жидкостью, то при требуемый при растяжении сильфона 26 дополнительный объем жидкости по герметичному проходу 27 перетекает из деформируемой оболочки 28.

Если вследствие накопления в корпусе песка, смолистых отложений, солей, окислов и тому подобных субстанций, а также перекосов корпуса усилие, развиваемое ходовой секцией 19, оказывается меньше, чем сила трения параллельного затвора 6 о корпус 1, параллельный затвор 6 не будет перемещаться. Для открытия или закрытия задвижки в этом случае применяют ручное средство перемещения 8 штока 7. Для этого вручную вращают маховик 12. Поскольку он жестко соединен с гайкой 11 винтового механизма 9, она вращается в обойме 13 и поступательно перемещает винт 10 винтового механизма 9 в направлении открытия или закрытия задвижки. Так же поступают в случае пропадания электропитания, если в такой период времени появляется необходимость закрыть или открыть задвижку.

Любое давление среды в корпусе 1 задвижки не приводит к перемещению параллельного затвора 6, поскольку самоторможение, присущее винтовой передаче 9, препятствует этому.

Если, по меньшей мере, одна из стрикционных распорных секций 18, 20 находится в распертом состоянии (что должно обеспечиваться станцией управления электрическим напряжением 22), то вращение маховика 12 приведет к перемещению параллельного затвора 6 в нужном направлении, и последующему закрытию или открытию задвижки. Такое состояние изображено на Фиг. 2 - в результате накопления в корпусе 1 задвижки смолистых отложений ее параллельный затвор 6 перестал перемещаться от усилия стрикционного двигателя 15 в середине своего хода. Поэтому для полного открытия пришлось применить ручное средство перемещения 8 штока 7. Вращением маховика 12 открыли задвижку.

Если же станция управления электрическим напряжением 22 не обеспечивает распертое состояние по меньшей мере одной из стрикционный распорных секций 18, 20, то вначале вращением маховика 12 перемещают бегун 16 в крайнее положение в канале 17. Затем, продолжая вращать маховик 12 в том же направлении, перемещают бегун 16 далее, но уже вместе с параллельным затвором 6, закрывая или открывая задвижку.

У задвижки, изображенной на Фиг. 3 стрикционные секции бегуна 16 при посредстве станции управления электрическим напряжением 22 подключают к источнику электрического напряжения и отключают от него в определенной последовательности. Вначале переднюю стрикционную распорную секцию 18 подключают к источнику напряжения, в результате чего в ее катушке индуктивности 34 (Фиг. 6) возникает электрический ток. Электрический ток создает в стержне магнитострикционного материала 33, вокруг которого расположена эта катушка, магнитное поле, отчего стержень 33 стремится увеличить свою длину. Однако, в силу жесткости конструкции распорной секции 18, он распирается в канале 17 (Фиг. 3) клина 29. Соответственно, передний конец ходовой стрикционной секции 19 затормаживается в клине 29.

Ходовую стрикционную секцию 19 подключают к источнику напряжения, в результате чего в ее катушке индуктивности 34 (Фиг. 6 и 7) возникает электрический ток. Электрический ток создает в стержне магнитострикционного материала 33, вокруг которого расположена эта катушка, магнитное поле, отчего стержень 33 увеличивает свою длину. Соответственно, ходовая стрикционная секция 19 увеличивает свою длину в сторону, противоположную крышке 2 в направлении перемещения клина 29 при открытии или закрытии задвижки (Фиг. 3).

Заднюю стрикционную распорную секцию 20 подключают к источнику напряжения, в результате чего в ее катушке индуктивности 34 (Фиг. 6) возникает электрический ток. Электрический ток создает в стержне магнитострикционного материала 33, вокруг которого расположена эта катушка, магнитное поле, отчего стержень 33 стремится увеличить свою длину. Однако, в силу жесткости конструкции распорной секции 20, она распирается в канале 17 (Фиг. 3) клина 29. Соответственно, задний конец ходовой стрикционной секции 19 затормаживается в канале 17 клина 29 таким же образом, как был заторможен ее передний конец.

Переднюю стрикционную распорную секцию 18 (Фиг. 6) отключают от источника напряжения, в результате чего передний конец ходовой стрикционной секции 19 растормаживается в клине 29 - секция 18 перестает давить на стенки канала 17 изнутри. Ходовую стрикционную секцию 19 отключают от источника напряжения, в результате чего она восстанавливает (уменьшает) свою длину. При этом клин 29, будучи в данное мгновение плотно соединенным с задней стрикционной распорной секцией 20, перемещается на некоторое расстояние относительно корпуса 1 в сторону крышки 2.

Переднюю стрикционную распорную секцию 18 вновь подключают к источнику напряжения, после чего заднюю стрикционную распорную секцию 20 отключают от источника напряжения.

Последовательность подключения и отключения стрикционных секций бегуна 16 повторяют вышеописанным образом, в результате чего клин 29 движется в направлении открытия задвижки, то есть в сторону крышки 2. При затормаживании и растормаживании передней 18 и задней 20 стрикционных распорных секций в канале 17 (Фиг. 3) клина 29 его материал приобретает быстрые поперечные колебания (вибрацию) относительно направления своего перемещения. При удлинении и сокращении ходовой секции 19 в материале клина 29 возникает продольная вибрация. Как продольная, так и поперечная вибрация клина 29 способствуют уменьшению трения при его скольжении в направляющих корпуса 1. В результате этого появляется возможность существенно уменьшить усилие от привода к клину 29, необходимое для открытия или закрытия задвижки.

Когда при таком движении клина 29 он доходит до положения, при котором просвет между патрубками 3 и 4 оказывается полностью открытым, станция управления электрическим напряжением 22 перестает осуществлять периодическое подключение секций 18, 19 и 20 к источнику электрического напряжения и отключение от него. Она обеспечивает постоянное соединение по меньшей мере одной из распорных секций 18, 20 с источником, удерживая клин 29 в положении, соответствующем открытой задвижке.

Для закрытия задвижки применяют аналогичную последовательность действий. Отличие состоит в том, что последовательность подключения к источнику электрического напряжения и отключение от него передней стрикционной распорной секции 18, применявшейся для открытия задвижки, для закрытия применяют к задней стрикционной распорной секции 20. А последовательность подключения к источнику электрического напряжения и отключение от него задней стрикционной распорной секции 20, применявшейся для открытия задвижки, для закрытия применяют к передней стрикционной распорной секции 18.

Участок электрического кабеля 21, расположенный в полости штока 7, не подвержен неблагоприятному воздействию среды, заполняющей корпус 1 задвижки. Разрушения изоляции и жил электрического кабеля 21 от действия механических колебаний клина 29 не происходит, поскольку внутри задвижки нет участков с изгибными деформациями электрического кабеля 21.

В случае, если усилие, развиваемое ходовой секцией 19, оказывается меньше, чем сила трения клина 29 о корпус 1, для открытия или закрытия задвижки применяют средство перемещения штока 8. Для этого вручную вращают маховик 12 в нужном направлении. Аналогичным образом поступают в случае пропадания электропитания. Любое давление среды в корпусе 1 задвижки не приводит к перемещению клина 29, поскольку самоторможение, присущее винтовой передаче 9, препятствует этому.

Использование в промышленности

Наиболее успешно заявленное устройство может быть использовано в промышленности в системах трубопроводного транспорта и в быту.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретные варианты его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Предложенное изобретение относится к устройствам запорной арматуры и предназначено для открытия и закрытия потока текучей среды в трубопроводе. Оно может быть использовано в промышленности в системах трубопроводного транспорта и в быту. Устройство содержит корпус и запорный элемент. Для перемещения бегуна применен линейный шаговый стрикционный электродвигатель, содержащий бегун, расположенный в канале запорного элемента. Направление канала запорного элемента совпадает с направлением перемещения запорного элемента при открытии или закрытии задвижки. Бегун штоком соединен со средством его перемещения, закрепленным на корпусе снаружи. Бегун состоит из соединенных последовательно передней стрикционной распорной секции, ходовой стрикционной секции, задней стрикционной распорной секции. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения, заключается в уменьшении вероятности выхода в ремонт задвижки из-за невозможности открыть и/или закрыть ее. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Задвижка, содержащая корпус и запорный элемент, запорный элемент выполнен с возможностью открывать и закрывать поток текучей среды между патрубками корпуса, внутри запорного элемента расположен линейный шаговый стрикционный электродвигатель, содержащий бегун, расположенный в канале запорного элемента, бегун соединен с внутренним концом штока, воображаемая ось канала запорного элемента параллельна направлению перемещения запорного элемента при открытии или закрытии задвижки, бегун состоит из соединенных последовательно передней стрикционной распорной секции, ходовой стрикционной секции, задней стрикционной распорной секции, все стрикционные секции электрическим кабелем соединены с устройством управления электрическим напряжением, расположенным снаружи корпуса; отличающаяся тем, что шток выполнен с возможностью перемещения относительно корпуса в направлении перемещения запорного элемента, шток параллелен направлению перемещения запорного элемента при открытии или закрытии задвижки, на корпусе снаружи закреплено средство перемещения штока, шток соединен со средством перемещения штока; шток выполнен полым, в его наружной части выполнено отверстие, электрический кабель соединяет устройство управления электрическим напряжением с бегуном через отверстие и внутреннюю полость штока.

2. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что ходовая стрикционная секция содержит пьезоэлектрический материал и электроды, электроды выполнены с возможностью создавать электрическое поле в пьезоэлектрическом материале при подключении их к источнику электрического напряжения.

3. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что ходовая стрикционная секция содержит стержень из магнитострикционного материала и катушку индуктивности, катушка индуктивности выполнена с возможностью создавать магнитное поле в стержне из магнитострикционного материала при подключении ее к источнику электрического напряжения.

4. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая передняя и задняя распорная стрикционная секция содержит пьезоэлектрический материал и электроды, электроды выполнены с возможностью создавать электрическое поле в пьезоэлектрическом материале при подключении их к источнику электрического напряжения.

5. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что каждая передняя и задняя распорная стрикционная секция содержит стержень из магнитострикционного материала и катушку индуктивности, катушка индуктивности выполнена с возможностью создавать магнитное поле в стержне из магнитострикционного материала при подключении ее к источнику электрического напряжения.

6. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что средством перемещения штока является винтовой механизм, расположенный снаружи корпуса и содержащий винт с гайкой, винт соединен со штоком, винт параллелен штоку, гайка соединена со средством ее вращения, гайка расположена в обойме, соединенным с корпусом, обойма выполнена с возможностью вращения гайки и с ограничением ее линейного перемещения относительно корпуса.

7. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что внутри полости штока расположено уплотнение, выполненное с возможностью предотвращать ток жидкости и/или газа по внутренней полости штока.

8. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно корпус содержит уплотнение штока, выполненное с возможностью предотвращения утечек между корпусом и штоком.

9. Задвижка по п. 1, отличающаяся тем, что между корпусом и запорным элементом расположена деформируемая трубчатая оболочка, шток расположен внутри деформируемой трубчатой оболочки, один край деформируемой трубчатой оболочки герметично закреплен на корпусе, другой край деформируемой трубчатой оболочки герметично закреплен вокруг канала запорного элемента, к внутренней герметичной полости, образованной каналом запорного элемента и деформируемой трубчатой оболочкой, при помощи герметичного прохода присоединена внутренняя полость компенсатора объема, компенсатор объема выполнен в виде деформируемой оболочки; канал запорного элемента, деформируемая трубчатая оболочка, герметичный проход и компенсатор объема заполнены жидкостью.