ПРИВОД С УСИЛИТЕЛЕМ ДЛЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО КЛАПАНА С ВЫСОКИМ ПРИВОДНЫМ МОМЕНТОМ
DRIVE WITH AMPLIFIER FOR SAFETY VALVE WITH HIGH DRIVING MOMENT

Изобретение относится к приводу с усилителем для предохранительного клапана с высоким приводным моментом в соответствии с ограничительной частью независимого пункта формулы изобретения.
Предохранительный клапан, так называемый клапан с функцией SAV, используется, например, для автоматического закрывания трубки подвода топлива или других опасных сред. При повреждениях или в случаях аварий, при которых приводы с усилителем выходят из строя вследствие прекращения электроснабжения, этот клапан автоматически закрывает трубку подвода топлива. Это достигается за счет того, что во время эксплуатационного открытия клапана одновременно предварительно натягивается механический аккумулятор энергии, как правило пружина, ее сила натяжения воздействует на клапанный механизм. В рабочем режиме клапанный механизм с помощью регулирующего элемента удерживается в открытом положении, противодействуя усилию пружины. За счет требуемых для срабатывания клапанов высоких крутящих моментов используются гидравлические и пневматические приводы с усилителями, которые, однако, обременены рядом недостатков. Прежде всего здесь следует назвать высокие затраты на производство и обслуживание как гидравлических агрегатов, так и пневматических устройств, включая их системы накопления энергии. Пневматический аккумулятор энергии двойного действия нуждается, например, в системе контроля минимального давления сжатого воздуха в ресивере. Во-вторых, возникает опасность замерзания сред, в частности воздуха, который по этой причине должен быть в значительной мере осушен. Кроме этого, пневматика принадлежит к одной из самых дорогих форм энергии. Не в последнюю очередь значительную роль играют требования экологической безопасности. В таких установках и системах трубопроводов должна полностью предотвращаться негерметичность не только для обеспечения надежности функционирования, но и для того чтобы предотвратить загрязнение почвы нефтью. В пневматических установках в случае выброса неизбежно выделение сжатого воздуха со смазкой.
По этим причинам уже разработаны электрические приводы с усилителем с сохранением механической энергии для предохранительных клапанов, в которых даже при отказе питающего напряжения обеспечивается надежный привод исполнительного элемента вплоть до запирания клапана. В нормальном режиме эксплуатации привод с усилителем, работающий от электромотора, с помощью цилиндрической зубчатой передачи приводит в действие регулирующее звено и при этом одновременно заряжает механический аккумулятор энергии. В качестве механического аккумулятора энергии служат многослойные дисковые пружины, которые стопорным тормозом обратного действия удерживаются в натянутом положении. Этот стопорный тормоз служит в случае аварии как пусковое устройство, причем тогда аккумулятор энергии приводит в действие регулирующий элемент с помощью 3-ходовой червячной передачи и шарового приводного шпинделя (см. рекламный проспект Fa. SCHIEBEL, Вена).
Недостаток этого привода с усилителем заключается в том, что он пригоден только для клапанов с относительно маленькими номинальными диаметрами, у которых движущий момент привода не превышает 2000 Нм. Клапаны с номинальным диаметром от 300 мм требуют, однако, приводных моментов вплоть до 5500 Нм. Для этого в настоящее время не известно практических технических решений.
Согласно изобретению привод для предохранительного клапана с признаками независимого пункта формулы изобретения имеет в противоположность этому преимущество, что он развивает достаточно высокий движущий момент, так что даже клапан с номинальным диаметром выше 200 мм при перебое в электроснабжении может быть надежно закрыт. Кроме того, согласно изобретению за счет комбинации планетарной передачи с механическим аккумулятором энергии достигается значительно более краткое время запирания, что имеет чрезвычайное значение для безопасности системы в целом. Это достигается согласно изобретению за счет того, что требуемый запирающий момент создается определенным количеством цилиндрических пружин с двусторонней навивкой и прямыми концами, которые расположены вокруг приводного вала параллельно его оси и соединены с планетарными шестернями планетарной передачи без возможности проворачивания. За счет этого требуемый запирающий момент распределяется на большое количество отдельных механических аккумуляторов энергии, причем это распределение технически осуществляется через планетарные шестерни. Преимуществом является также, что аккумуляция энергии производится посредством скручивания цилиндрических пружин с двусторонней навивкой, а не посредством изменения длины пружины сжатия. За счет этого привод с усилителем может быть выполнен в целом значительно более компактным, чем традиционные приводы с усилителем, например, снабженные только одной пружиной сжатия. Также значительно больший, чем у упомянутого в уровне техники механического аккумулятора энергии с электрическим приводом, коэффициент полезного действия способствует повышению движущего момента привода при одновременно удобном в использовании конструктивном размере привода.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, выход двигателя соединен с планетарной передачей по меньшей мере через одну ступень передачи. За счет этого крутящий момент и вращение планетарной шестерни могут быть очень точно согласованы с условиями осуществляемого на предохранительном клапане процесса запирания.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения приводным двигателем является редукторный двигатель. За счет этого может быть сокращено количество степеней передачи, которые должны изменять частоту вращения и/или крутящий момент приводного двигателя, и таким образом уменьшены конструктивные размеры привода с усилителем.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения цилиндрические пружины с двусторонней навивкой и прямыми концами расположены на удлиненных осях планетарной шестерни. За счет этого возможно соединение между цилиндрической пружиной и планетарной шестерней по кратчайшему расстоянию и особенно компактная конструкция привода с усилителем.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления изобретения в цилиндрическом колесе, приводящем центральный вал планетарной передачи, предусмотрен палец, выступающий из торцевой поверхности в осевом направлении, а в корпусе предусмотрен пружинящий упор, в который упирается палец. За счет этого замедляется и ограничивается вращательное движение центрального вала и, следовательно, выходного полого вала привода с усилителем.
Дальнейшие преимущества и предпочтительные варианты осуществления изобретения явствуют из последующего описания, чертежей и формулы изобретения.
Пример осуществления изобретения представлен на чертежах и в дальнейшем более подробно описан. На чертежах показаны:
Фиг. 1 - привод с усилителем согласно изобретению, в разрезе,
Фиг. 2 - разрез по А-А привода с усилителем по Фиг. 1,
Фиг. 3 - вид корпуса со стороны привода согласно второму варианту выполнения приводного двигателя,
Фиг. 4 - разрез по А-А привода с усилителем по Фиг. 3,
Фиг. 5 - разрез по В-В привода с усилителем по Фиг. 3.
Привод с усилителем согласно изобретению размещен в корпусе, который состоит из части 1 корпуса со стороны привода и части 2 корпуса с выходной стороны. Он приводится в движение редукторным двигателем 3, на выходной цапфе которого без возможности проворачивания расположена ведущая шестерня 4. Ведущая шестерня 4 находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом 5, которое расположено на центральном валу 6 привода с усилителем. На выходной стороне вал 6 имеет ведомую солнечную шестерню 7, по периметру которой равномерно распределены планетарные шестерни 8, которые в свою очередь опираются с возможностью вращения на оси 9 пружин. Оси 9 пружин с одной стороны опираются на часть 1 корпуса со стороны привода и на противоположной стороне - на водило 10 планетарной передачи, которое, в свою очередь, опирается на вал 6. На осях 9 пружин расположены цилиндрические пружины 11 с двусторонней навивкой и прямыми концами, один конец которых прочно закреплен в части 1 корпуса со стороны привода, а противоположный конец каждой из них прочно закреплен в соответствующей планетарной шестерне 8 практически на высоте внешнего диаметра оси 9 пружины, так что цилиндрические пружины 11 соединены с соответствующей планетарной шестерней 8, а также с частью 1 корпуса со стороны привода без возможности проворачивания. С планетарными шестернями 8, кроме этого, находится в зацеплении коронная шестерня 12, к которой прифланцован выходной ротор 13 с выходным полым валом. Не представленный здесь клапан привинчивается к закрепленному на выходной части 2 корпуса фланцу 15, причем приводной вал клапана соединен с выходным полым валом 14 привода с усилителем без возможности проворачивания.
Фиг. 3 показывает вид корпуса со стороны привода при втором варианте осуществления привода с усилителем, при котором между редукторным двигателем 3 и планетарной передачей введены две ступени (4.1, 4.2 и 5.1, 5.2) передачи. Детали, которые в этом приводе с усилителем осуществляют те же функции, что и в первом варианте осуществления, показанном на Фиг. 1 и Фиг. 2, обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Фиг. 4 и Фиг. 5 показывают этот вариант осуществления в разрезе.
Также и при этом варианте осуществления привод с усилителем размещен в корпусе, который состоит из части 1 корпуса со стороны привода и части 2 корпуса с выходной стороны. Редукторный двигатель 3, который приводит в действие привод с усилителем, в этом варианте осуществления расположен под частями 1, 2 корпуса, так что в целом возможна более короткая конструкция. На выходной цапфе редукторного двигателя 3 расположена ведущая шестерня 4.1, которая находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом 4.2, на валу которого в свою очередь расположена ведущая шестерня 5.1, которая находится в зацеплении с цилиндрическим зубчатым колесом 5.2, соединенным с валом 6 привода с усилителем без возможности проворачивания. Ведущие шестерни 4.1 и 5.1, а также цилиндрическое зубчатое колесо 4.2 и 5.2 образуют передаточный механизм (Фиг. 4). При этой конструкции выходная сторона вала 6, на которой сидит солнечная шестерня, находится справа. Так же, как и при первом варианте выполнения, на окружности солнечной шестерни 7 находятся в зацеплении равномерно распределенные шесть планетарных шестерен 8, которые опираются с возможностью вращения на оси 9 пружин. Оси 9 пружин с одной стороны опираются на часть 1 корпуса и на противоположной стороне - на водило 10 планетарной передачи, которое, в свою очередь, опирается на вал 6. На осях 9 пружин расположены цилиндрические пружины 11 с двусторонней навивкой и прямыми концами, один из которых прочно закреплен в приводной части 1 корпуса, а противоположный конец прочно закреплен в соответствующей планетарной шестерне 8 практически на высоте внешнего диаметра оси 9 пружины, так что цилиндрические пружины 11 соединены с соответствующей планетарной шестерней 8, а также с противоположной частью 1 корпуса без возможности проворачивания. Планетарные шестерни 8, кроме того, находятся в зацеплении с коронной шестерней 12, к которой прифланцован выходной ротор 13 с выходным полым валом. Не представленный на Фиг. 3-5 клапан привинчен к закрепленному на выходной части 2 корпуса фланцу, причем приводной вал клапана соединен с выходным полым валом 14 без возможности проворачивания.
На Фиг. 3 и 5 показан пружинящий упор 16, который закреплен в части 1 корпуса со стороны привода и в данном примере образован дисковыми пружинами. Из обращенной к расположенной со стороны привода части 1 корпуса торцевой поверхности цилиндрического зубчатого колеса 5.2 в осевом направлении выступает палец 17, который упирается в упор 16. Этот палец так позиционирован в области внешней окружности цилиндрического зубчатого колеса 5.2, что он на небольшом расстоянии перед завершением половины оборота цилиндрического зубчатого колеса 5.2 и, следовательно, только половины оборота вала 6 упирается в упор 16. За счет этого обеспечивается безопасное завершение процесса запирания привода с усилителем, т.е. предотвращается перекручивание цилиндрической пружины 11 в направлении, противоположном направлению натяжения.
При этом варианте ограничения процесса запирания клапана все детали 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 7, 8, 10, 12 приводного механизма, находящиеся в кинематической цепи передачи крутящего момента редукторного двигателя 4 должны быть выбраны таких размеров, чтобы при половине поворота вала 6 клапан был надежно закрыт.
Ниже описывается работа привода с усилителем.
При сборке привода с усилителем с помощью редукторного двигателя предварительно натягиваются цилиндрические пружины с двусторонней навивкой и прямыми концами, так что с самого начала прикладывается минимально необходимый приводной момент. После этого привод с усилителем соединяется с закрытым предохранительным клапаном. Для открытия предохранительного вентиля редукторный двигатель 3 через ступень 4, 5 передачи (Фиг. 1) или промежуточные ступени 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 передачи (Фиг. 4), солнечную шестерню 7, планетарные шестерни 8 и коронную шестерню 12 приводит в действие выходной ротор 13. За счет этого цилиндрические пружины 11 одновременно натягиваются до тех пор, пока не откроется полностью предохранительный клапан. Коробка передач или, соответственно, промежуточные ступени 4, 5, 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 передачи, последующие детали 7, 8, 10, 12 планетарной передачи, а также цилиндрические пружины 11 при этом выполнены таких размеров, что цилиндрические пружины 11 в этом положении достигают своего максимального натяжного момента. Если предохранительный клапан полностью открывается, стопорный тормоз двигателя активируется с помощью электрического сигнала, и привод с усилителем, а следовательно, и предохранительный клапан будут так долго удерживаться в этом положении, которое соответствует режиму эксплуатации при максимальном расходе, пока подается этот электрический сигнал. Запирание предохранительного клапана в нормальных рабочих условиях производится с помощью процесса переключения, который отпускает стопорный тормоз, и приводит в действие редукторный двигатель 3, причем цилиндрические пружины 11 одновременно разжимаются до минимального крутящего момента. Напротив, стопорный тормоз отпускается в случае аварии, при аварийном отключении или других повреждениях, но в любом случае при сбое питания, автоматически, так что цилиндрические пружины 11 вследствие отсутствующего сопротивления стопорного тормоза сами разжимаются и при этом с помощью планетарных шестерен 8 и коронной шестерни 12 приводят в движение выходной ротор 13, который через свой выходной полый вал 14 сразу же закрывает предохранительный клапан.
Прогрессирующее ослабление напряжения цилиндрической пружины 11 обеспечивает инерционность находящихся в кинематической цепи цилиндрической пружины 11 составных частей 4, 5, 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 7, 8, 10, 12 коробки передач аналогично принципу махового колеса, для их самопроизвольной работы, вследствие чего обеспечивается полное запирание предохранительного клапана.
Все представленные в описании, зависимых пунктах формулы изобретения и на чертежах отличительные признаки могут быть существенными для изобретения как в отдельности, так и в любых комбинациях друг с другом.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1 - Часть корпуса со стороны привода
2 - Часть корпуса с выходной стороны
3 - Редукторный двигатель
4 - Ведущая шестерня
4.1 - Ведущая шестерня
4.2 - Цилиндрическое зубчатое колесо
5 - Цилиндрическое зубчатое колесо
5.1 - Ведущая шестерня
5.2 - Цилиндрическое зубчатое колесо
6 - Вал
7 - Солнечная шестерня
8 - Планетарная шестерня
9 - Оси пружин
10 - Водило планетарной передачи
11 - Цилиндрическая пружина с двусторонней навивкой и прямыми концами
12 - Коронная шестерня
13 - Выходной ротор
14 - Выходной полый вал
15 - Фланец
16 - Упор
17 - Палец