УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАДВИЖКОЙ Российский патент 2023 года по МПК F16K31/05 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к устройству управления задвижкой и предназначено для открытия/закрытия задвижек, установленных на трубопроводах, за минимально возможное время с минимальным электропотреблением.

Известен электромеханический привод клапана (патент РФ № 141406, МПК F16K31/00, опубл. 10.06.2014), содержащий рычаг, на одном конце которого установлены электромагнит и электромагнитное реле времени. Рычаг в средней части выполнен с возможностью соединения со штоком клапана. Также в средней части рычага установлена ось, посредством которой рычаг закреплен с возможностью вращения на опоре, размещенной на основании привода. На основании дополнительно смонтированы магнитный пускатель, выполненный с возможностью приема управляющего сигнала и установленный с возможностью включения электромагнита и электромагнитного реле времени, и средства подключения привода к сети электрического тока. Причем рычаг в средней части выполнен с возможностью соединения со штоком клапана посредством регулируемой тяги. Привод содержит электромагнитное реле времени с периодом задержки срабатывания до 1 с при рабочем периоде 0,6-0,8 с и с предельным значением рабочей величины 2 с.

Электромеханический привод клапана предназначен для функционирования четырех вариантов клапана (по описанию патента) с целью повышения их надежности, а также облегчения их технического обслуживания.

Недостатком технического решения на данный электромеханический привод клапана является использование:

- разветвленной системы рычажных механизмов и различных дополнительных устройств;

- конструкции, которая работает только от напряжения 220 В;

- электромеханического привода для открытия клапанов на 75% (положение открыто), затем напряжение с электромагнита снимается и оставляя его в открытом положении за счет удержания электромагнитным реле времени.

Также известен клапан запорный электромагнитный (патент РФ № 2477408, МПК F16K 31/00, опубл. 10.03.2013), содержащий корпус, входной и выходной патрубки, седло, сердечник и якорь электромагнита, поршень, расположенный в корпусе, запорный орган, расположенный в поршне, пружину, шток, один конец которого соединен с запорным органом, а другой конец соединен с якорем электромагнита, при этом якорь имеет возможность осевого перемещения. Сердечник и якорь электромагнита установлены в направляющем цилиндре, при этом между сердечником и якорем образована камера пневмоторможения, в якоре выполнено осевое отверстие, внутри которого установлен жиклер с дроссельным каналом, шарик и пружина, а в поршне выполнено дроссельное отверстие, соединяющее полость входного патрубка и внутреннюю полость поршня.

Имеется возможность применение варианта клапана запорного электромагнитного, конструкция которого содержит защелку с электромагнитным приводом.

Однако клапаны имеют ограниченность по диаметрам. При больших размерах сечения трубы возрастает нагрузка, вырастают габариты якоря электромагнита и корпуса электромагнита и соответственно возникают сложности при монтаже и закреплении запорной арматуры. Сильно возрастет мощность по электропотреблению, особенно для постоянного поддержания рабочего органа в верхнем положении (для задвижки это состояние «закрыто», для клапана это режим «удержания», продолжительность которого также превышает время режима «открывания»).

Поскольку в защелке используется электромагнит (вариант клапана с защелкой), мощность которого значительно ниже мощности электромагнитной катушки клапана, используемого для открывания клапана, расход электроэнергии сокращается так, как ток электромагнитной катушки будет отключен. Тем не менее, для поддержания клапана в открытом положении требуется постоянное энергопотребление электромагнита в защелке.

Наиболее близкой к заявляемому является задвижка с электромагнитным приводом (патент РФ № 137589, МПК F16K 3/12, опублик. 20.02.2014), содержащая шток, который посредством Т-образного соединения связан с клином, имеющим возможность поступательного перемещения по внутренним пазам корпуса. Верхняя часть штока, обеспечивающего поступательное движение, имеет полость с пружиной и выполнена в виде сердечника, размещенного внутри катушки соленоида. При подаче напряжения на электромагнитную катушку шток с клином принимает крайнее верхнее положение, открывая проход для рабочей среды внутри корпуса. При необходимости закрытия задвижки, напряжение отключается.

Недостатком известной задвижки является большое энергопотребление для обеспечения требуемого усилия на электромагните на открывание запорного органа при высоком давлении и больших диаметрах задвижки (от DN50 и выше). Так же для поддержания задвижки в открытом положении требуется постоянное энергопотребление.

Техническая проблема заключается в создании устройства управления задвижкой, имеющего простую конструкцию, удобного в использовании, не требующего особых усилий и затрат на монтаж и обслуживание, обеспечивающего дистанционное управление задвижками, что обеспечивает повышение его эксплуатационных качеств.

Техническим результатом изобретения является закрытие задвижки за минимальное время с минимальным электропотреблением.

Технический результат достигается тем, что устройство управления задвижкой, содержащее приводное устройство управления штоком задвижки, снабженным возвратной пружиной, согласно изобретению, дополнительно содержит механизм фиксации, размещенный между штоком задвижки и приводным устройством, включающий корпус с размещенным в нем штоком, соединенным с одной стороны со штоком задвижки, а с другой с винтом ходовым, и содержащим установленные на осях вокруг штока фиксаторы и прижимные пружины, стопорное кольцо, причем приводное устройство выполнено в виде электроприводного устройства, связанного с винтом ходовым гайкой через редуктор.

Шток механизма фиксации опирается на шток задвижки или имеет с ним жесткое соединение.

Устройство снабжено ручным дублером электроприводного устройства.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 - показана схема варианта компоновки устройства управления задвижкой, на фиг. 2 - конструкция механизма фиксации, на фиг. 3 - показано исходное состояние задвижки в положении «закрыто»; на фиг. 4 - изображена задвижка в положении «открыто», на фиг. 5 - изображена задвижка в положении «ожидание».

Позициями на чертежах обозначено:

1. задвижка;

2. механизм фиксации;

3. электроприводное устройство (ЭПУ);

4. ручной дублер;

5. возвратная пружина;

6. винт ходовой;

7. прижимная пружина;

8. стопорное кольцо;

9. фиксатор;

10. шток механизма фиксации;

11. гайка;

12. шток задвижки.

Устройство управления задвижкой (фиг. 1) состоит из нескольких конструктивных узлов - возвратной пружины 5, размещенной в корпусе на штоке задвижки 12, механизма фиксации 2 и электроприводного устройства (ЭПУ) 3, ручного дублера ЭПУ 4, соединенных между собой.

Механизм фиксации 2 (фиг. 2) состоит из фиксаторов 9, установленных на осях в корпусе механизма фиксации 2, штока механизма фиксации 10, прижимных пружин 7, стопорного кольца 8 и ходового винта 6. Шток механизма фиксации 10 опирается на опорную поверхность штока задвижки 12 или имеет с ним жесткое соединение.

Фиксаторы 9 могут быть выполнены в виде, например, четырех плоских металлических элементов с выступами и отверстиями для удержания штока механизма фиксации 10 в положении «открыто».

Электроприводное устройство 3 состоит из двигателя, блока управления двигателем, встроенным в ЭПУ с возможностью приема управляющего сигнала. При включении электроприводного устройства 3 происходит вращательное движение выходного вала ЭПУ. Через угловое соединение шестерен редуктора и вращением гайки 11, жестко соединенной с шестерней редуктора, происходит осевое перемещение ходового винта 6. Электроприводное устройство может быть снабжено ручным дублером 4.

Задвижка 1 представляет собой стандартную конструкцию, состоящую из корпуса, шибера и седел для уплотнения шибером. При закрытом положении задвижки шибер находится в верхнем положении, при открытом положении задвижки шибер находится в нижнем положении.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении задвижка 1 находится в закрытом состоянии. Шток задвижки 12 и шток механизма фиксации 10 находятся в верхнем положении, пружина 5 находится в максимально разжатом состоянии, стопорное кольцо 8 поднято вверх, пружины 7 сжаты, фиксаторы 9 разведены (фиг. 3).

Управление задвижкой осуществляется с помощью электроприводного устройства 3 или ручного дублера 4 за счет преобразования вращательного движения в поступательное для перемещения запорного органа задвижки 1.

Устройство управления задвижкой в положении «закрыто» характерно тем, что при закрытии задвижки 1 возвратная пружина 5 при разблокировке штока механизма фиксации 10 обеспечивает быстрое закрытие задвижки 1 и удерживает запорный орган задвижки в положении «закрыто» за счет усилия возвратной пружины 5, после закрытия задвижки электропитание с привода снимается.

Устройство управления задвижкой в положении «открыто» (фиг. 4) - при открытии задвижки 1 электроприводное устройство 3 управляет ходовым винтом 6 для воздействия на шток механизма фиксации 10, который в положении шибера «открыто» стопорится фиксаторами 9, установленными на осях вокруг штока механизма фиксации 10, фиксаторы 9 удерживает запорный орган задвижки 1 в положении «открыто».

Устройство управления задвижкой в положении «ожидание» (фиг. 5) - после фиксации штока механизма фиксации 10 ходовой винт 6 переводится вверх в положение «ожидание», электропитание с привода снимается.

Открытие задвижки.

Вращением гайки 11 обеспечивается осевое перемещение ходового винта 6 вниз, который, в свою очередь, давит на штоки 10, 12 и тем самым перемещает запорный орган задвижки и сжимает возвратную пружину 5.

При полностью открытой задвижке происходит фиксация штока механизма фиксации 10 фиксаторами 9, которые в свою очередь запираются от раскрывания стопорным кольцом 8 (фиг. 4).

После фиксации штока винт ходовой 6 переводится вверх в положение «ожидание» (фиг. 5).

Закрытие задвижки.

Закрытие задвижки 1 при помощи электроприводного устройства 3 или ручного дублера 4 осуществляется вращением гайки 11 для перемещения ходового винта 6 вверх из положения «ожидание» в положение «закрыто», поднимая стопорное кольцо 8 и сжимающего пружины 7 - в результате происходит раскрытие фиксаторов 9 и движение штоков 10, 12 и запорного органа задвижки вверх под действием возвратной пружины 5 до полного закрытия задвижки.

Возвратная пружина 5 обеспечивает быстрое закрытие задвижки и удерживает запорный механизм в закрытом положении за счет усилия возвратной пружины 5.

Положительный эффект от использования заявляемого изобретения создает условия снижения затрат при эксплуатации на удаленных объектах от сетей электроснабжения, а также создает возможность снижения затрат с использованием сетей электроснабжения на базе восстановляемых источников энергии (ВИЭ).

Минимальное электропотребление для управления задвижкой особо важно в условиях дефицита электроэнергии при использовании автономных энергетических комплексов на базе возобновляемых источников энергии (ветрогенераторы, солнечные батареи, аккумуляторные батареи и т.д.) на удаленных и труднодоступных объектах эксплуатации в нефтегазовой промышленности.

Технический результат достигается также тем, что:

- управление задвижкой осуществляют электроприводным устройством 3, с возможностью приема управляющего сигнала, а также ручным дублером 4;

- отсутствует необходимость постоянного энергопотребления в открытом положении задвижки 1 за счет фиксации штока механизма фиксации 10 фиксаторами 9 и в закрытом положении за счет усилия возвратной пружины 5;

- для перевода задвижки из открытого положения в закрытое требуется минимальное энергопотребление за счет отсутствия прямого воздействия электропривода на шток задвижки, а требуется только разблокировка фиксаторов 9, закрытие задвижки обеспечивается возвратной пружиной 5 за минимальное время.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре, в частности к устройству управления задвижкой, предназначено для открытия/закрытия задвижек, установленных на трубопроводах, за минимально возможное время с минимальным электропотреблением. Устройство управления задвижкой дополнительно содержит механизм фиксации, размещенный между штоком задвижки и приводным устройством, включающий корпус с размещенным в нем штоком, соединенным с одной стороны со штоком задвижки, а с другой с винтом ходовым, и содержащим установленные на осях вокруг штока фиксаторы и прижимные пружины, стопорное кольцо, причем приводное устройство выполнено в виде электроприводного устройства, связанного с винтом ходовым гайкой через редуктор. Техническим результатом изобретения является закрытие задвижки за минимальное время с минимальным электропотреблением. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство управления задвижкой, содержащее приводное устройство управления штоком задвижки, снабженным возвратной пружиной, отличающееся тем, что дополнительно содержит механизм фиксации, размещенный между штоком задвижки и приводным устройством, включающий корпус с размещенным в нем штоком, соединенным с одной стороны со штоком задвижки, а с другой с винтом ходовым, и содержащим установленные на осях вокруг штока фиксаторы и прижимные пружины, стопорное кольцо, причем приводное устройство выполнено в виде электроприводного устройства, связанного с винтом ходовым гайкой через редуктор.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шток механизма фиксации опирается на шток задвижки или имеет с ним жесткое соединение.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено ручным дублером электроприводного устройства.