Привод управления для шиберной задвижки Российский патент 2023 года по МПК F16K3/26 F16K13/08 F16K31/44 

Изобретение относится к исполнительному приводу газовых шиберных задвижек или заслонок с функцией автоматического закрывания, которые могут применяться на газопроводах, магистральных газопроводах. Может использоваться в составе оборудования, используемого для герметизации устья и регулирования режима работы газовой скважины в процессе ее эксплуатации.

Известен привод клапана (по патенту RU2721827, выбран в качестве прототипа), имеющий шаговый электродвигатель, соединенный через передаточный механизм с клапаном, пружину, соединенную с клапаном для его предварительного смещения в направлении закрытия, блок управления шаговым двигателем. Передаточный механизм представляет собой понижающую передачу, которая включает в себя по меньшей мере одно зубчатое колесо, входящее в зацепление с шестерней на валу электродвигателя. В механизм могут быть включены другие зубчатые колеса, входящие в зацепление между собой, которые формируют линию силовой передачи. Передаточный механизм соединяется с клапаном цепью. Его недостатками являются низкая надежность цепной передачи, находящейся все время в натянутом с большим усилием состоянии. При износе или растяжении, возможен проскок цепи на зубьях передачи, что приведет к аварийно опасному закрытию клапана. Цепь передает усилие от клапана только в одном направлении, что ограничивает область применения привода, например, паровыми котлами, где имеется однонаправленный градиент давлений. При исчезновении питания также возможно закрытие клапана с высокой скоростью, поскольку сильно сжатая пружина действует непосредственно на клапан, что недопустимо для работы газовой задвижки.

Технической задачей изобретения является создание надежного и безопасного привода шиберной газовой задвижки, работающего в разных климатических условиях, с функцией автоматического закрытия при аварийной ситуации. Техническим результатом является повышение надежности привода газовой задвижки. Кроме того, достигается повышение безопасности его работы.

Технический результат достигается в приводе газовой задвижки (далее, также - «привод»), включающем корпус, пружину, воздействующую на шток задвижки в направлении закрытия, блок управления, автономный источник питания шагового электродвигателя, соединенный с блоком управления, а также закрепленный на корпусе шаговый электродвигатель, соединенный с блоком управления и через редуктор с шарико-винтовой передачей, которая соединена со штоком задвижки, причем между редуктором и валом шагового электродвигателя выполнен узел переключения на ручное управление с помощью маховика путем переключения рычагом муфты. Редуктор выполен в виде помещенных в корпус цилидрических зубчатых передач. Пружина опирается на стакан, закрепленный на корпусе, и на опору шарико-винтовой передачи. Блок управления соединен с датчиками давления.

Изобретение поясняется рисунками:

фиг. 1 – кинематическая схема привода;

фиг. 2 – взрыв-схема привода.

Привод газовой задвижки, который может быть использован в качестве привода управления для шиберной задвижки в составе оборудования для работы газовой скважины, включает металлический корпус 7, обеспечивающий необходимую прочность и функционально-конструктивное единство изделия. В корпусе 7 установлен блок 2 управления шаговым электродвигателем, и автономный источник питания 1 шагового электродвигателя.

Блок 2 управления шаговым электродвигателем выполнен в видепрограммируемого контроллера с необходимым программным обеспечением. Предназначен для приема и передачи сигналов от датчиков, внешних средств контроля и управления по линии управления В, к шаговому электродвигателю 3. В качестве датчиков, соединенных с блоком 2 управления шаговым электродвигателем 3 могут использоваться, например, Д1, Д2 - датчики контроля давления в трубопроводе, ДП - датчик положения штока 11 привода. Блок 2 управления шаговым электродвигателем 3 обеспечивает: возможность изменения величины линейного перемещения или силы воздействующей на шток 11 без изменения конструктива, изменением программного обеспечения; дистанционный контроль положения штока 11, скорости его перемещения, направления перемещения; дистанционную оценку и автоматическое оповещение состояния механической части привода и задвижки за счет обратной связи от шагового электродвигателя 3 и датчиков Д1, Д2, ДП; дистанционную оценку и автоматическое оповещение состояния системы резервного питания за счет обратной связи с автономным источником питания 1.

Автономный источник питания 1 шагового электродвигателя может быть выполнен на основе суперконденсаторов и соединен с внешним источником питания линией питания А. Использование суперконденсаторов позволяет сделать источник питания 1 компактным и обеспечивает необходимое количество энергии для управления приводом в аварийной ситуации (при отключении внешнего источника питания). Кроме того, источник питания 1 может быть реализован на иных типах аккумуляторных батарей или автономных элементах питания. Наличие автономного источника питания 1 шагового электродвигателя 3 повышает надежность привода.

На корпусе 7 с внешней стороны, с использованием переходного фланца (адаптера) закреплен шаговый электродвигатель 3, соединенный как было указано выше с блоком 2 управления. Шаговый электродвигатель 3 позволяет получать больший крутящий момент, необходимый для плавности хода, и обеспечивает фиксацию ротора при обесточенных обмотках, что позволяет удерживать шток 11 в крайних положениях без энергозатрат, повышая автономность и, как следствие, надежность привода. Кроме того, он обеспечивает необходимую точность управления штоком 11 и характеризуется длительным сроком службы.

Шаговый электродвигатель 3 соединен через редуктор с шарико-винтовой передачей, соединенной со штоком 11 задвижки 12. Редуктор выполнен в виде помещенных в корпус 7 цилиндрических зубчатых передач 8. Выходной вал редуктора вращает полый вал, на котором неподвижно закреплена гайка шарико-винтовой передачи 10. Вращение гайки приводит к линейному перемещению нарезного стержня.

Привод содержит пружину 9, воздействующую на шток 11 задвижки 12 в направлении ее закрытия. Передача усилия пружины 9 на шток 11 задвижки может быть реализована различными способами и не обязательно происходит при непосредственном воздействии пружины 9 на шток 11 задвижки, а может быть осуществлена через другие элементы привода, благодаря наличию жесткой связи нарезного стержня шарико-винтовой передачи 10 и штока 11 задвижки.

Например, пружина 9 может быть установлена в стакане 13, закрепленном на внешней поверхности корпуса 7. При этом, одним концом пружина опирается на стакан 13 (на его крышку), закрепленный на корпусе 7, другим концом - на опору 15 шарико-винтовой передачи 10. Таким образом, уменьшается размер корпуса 7, масса и металлоемкость привода. Размер и мощность (усилие, необходимое для сжатия) пружины в таком исполнении оказываются несвязанными с размерами корпуса 7 и подбираются исходя из параметров шагового электродвигателя 3, редуктора, шарико-винтовой передачи 10 и требуемой скорости движения штока 11.

Шарико-винтовая передача 10 выполнена по схеме «винт-гайка» с использованием как было указано выше нарезного стержня и промежуточных тел качения (шариков). Она обеспечивает большое осевое усилие, высокую точность поступательного перемещения и плавность хода, характеризуются большим рабочим ресурсом. При соединении шарико-винтовой передачи 10 с редуктором, осевое усилие на штоке 11 равномерно передается в обе стороны, на закрытие и на открытие штока 11 (например, требуется при обмерзании штока 11 или задвижки 12). Все это обеспечивает повышение надежности и безопасности работы шиберной газовой задвижки 12. Линейное движение штока 11 происходит в направляющей втулке, являющейся подшипником скольжения, установленной в фланце, закрепленном на корпусе 7.

В корпусе 7, между крайней зубчатой передачей 8 редуктора и валом 14 шагового электродвигателя 3 выполнен узел переключения на ручное управление с муфтой 4 (кулачковая муфта 4) и переходником 16. Рычаг 5 переключает муфту 4 (размыкает связь между редуктором и валом 14) на ручное управление приводом с помощью маховика 6, обеспечивая дополнительную надёжность работы привода при отсутствии электропитания.

Нормальным состоянием привода является закрытое состояние шиберной задвижки, что достигается за счет использованной схемы линейного пружинного возврата штока 11. В штатном режиме работы и наличие сигналов датчиков Д1, Д2, соответствующих допустимым нормам, привод переходит в рабочий режим.Из закрытого состояния задвижки 12, являющегося для привода исходным, привод производит перемещение штока 11 по сигналу блока 2 управления шаговым электродвигателем. Скорость и/или время выполнения перестановки может быть запрограммированы через пользовательский интерфейс блока 2 управления. Величина линейного перемещения программируется, в зависимости от задвижки 12, в составе которой применяется привод. Линейное движение, направленное на открытие задвижки 12 сжимает пружину 9. При выполнении этой операции электроснабжение привода происходит от внешнего источника питания A. Одновременно с этим происходит накопление энергии в автономный источник питания 1. Открытое состояние задвижки сохраняется все время нормальной работы. Для удержания открытого состояния требуется небольшое количество энергии. Причиной закрытия задвижки может послужить сигнал, пришедший по внешним интерфейсам блока управления 2 привода или сигнал с датчиков Д1, Д2 об аварийной ситуации. После поступления сигнала о необходимости закрытия задвижки 12, происходит перестановка задвижки 12 и прерывание потока рабочей среды. Работа привода, выполняющего возврат в исходное состояние, не требует потребление электроэнергии, происходит под действием предварительно сжатой пружины. Скорость выполнения процесса может быть установлена с помощью программируемых установок, но в любом случае не превышает допустимых значений, благодаря использованию шарико-винтовой передачи 10 и редуктора, обеспечивающих плавную передачу усилия на шаговый электродвигатель 3.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к исполнительному приводу газовых шиберных задвижек или заслонок с функцией автоматического закрывания, которые могут применяться на газопроводах, магистральных газопроводах. Может использоваться в составе оборудования, используемого для герметизации устья и регулирования режима работы газовой скважины в процессе ее эксплуатации. Техническим результатом является повышение надежности привода газовой задвижки. Привод газовой шиберной задвижки включает корпус, пружину, воздействующую на шток задвижки в направлении закрытия, блок управления, автономный источник питания шагового электродвигателя, соединенный с блоком управления, а также закрепленный на корпусе шаговый электродвигатель, соединенный с блоком управления и через редуктор с шарико-винтовой передачей, которая соединена со штоком задвижки. Между редуктором и валом шагового электродвигателя выполнен узел переключения на ручное управление с помощью маховика путем переключения рычагом муфты. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Привод газовой шиберной задвижки, включающий корпус, пружину, воздействующую на шток задвижки в направлении закрытия, блок управления, автономный источник питания шагового электродвигателя, соединенный с блоком управления, а также закрепленный на корпусе шаговый электродвигатель, соединенный с блоком управления и через редуктор с шарико-винтовой передачей, которая соединена со штоком задвижки, причем между редуктором и валом шагового электродвигателя выполнен узел переключения на ручное управление с помощью маховика путем переключения рычагом муфты.

2. Привод по п.1, характеризующийся тем, что редуктор выполнен в виде помещенных в корпус цилиндрических зубчатых передач.

3. Привод по п.1, характеризующийся тем, что пружина опирается на стакан, закрепленный на корпусе, и на опору шарико-винтовой передачи.

4. Привод по п.1, характеризующийся тем, что блок управления соединен с датчиками давления.