ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Пневматический привод предназначен для использования в качестве силового механизма в технологических и вспомогательных механизмах различных групп оборудования, преимущественно, в следящих пневмоприводах управления рабочими органами трубопроводной аппаратуры, в частности, шаровыми кранами, при дистанционном и местном управлении.
Изобретение относится к области пневмомашиностроения и касается устройства для осуществления перестановки и следящего движения запорной и регулирующей арматуры газо-нефтепродуктопроводов.
Известен пневматический привод со струйным двигателем, включающий в себя распределитель, редуктор, кулисный механизм, механизм винт-гайка и подпружиненную опору винта [RU №2050478].
Недостатком этого привода является вероятность передачи на подвижные части привода чрезмерного движущего момента. Это может произойти при резкой остановке привода до упора в конечных положениях.
В приводе отсутствует механизм, контролирующий возникновение чрезмерного движущего момента. В результате возможна поломка частей привода или арматуры трубопровода.
Известен привод, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, поворотный механизм, выходной вал, устройство информации о положении выходного вала привода, включающее в себя магнито-герконовые конечные выключатели, а также устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента [RU.№2131065].
Устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента содержит механизм поворотного перемещения постоянных магнитов. Механизм перемещения постоянных магнитов содержит сидящий на оси поводок и держатель, на котором укреплены два постоянных магнита.
Недостатком известного привода является то, что устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента ненадежно в работе. Механизм перемещения постоянных магнитов трудно поддается настройке. Однажды настроенный механизм с течением времени не дает стабильного срабатывания или вообще не срабатывает. Обусловлено это несовершенной конструкцией этого механизма, а также нестабильными магнитными полями постоянных магнитов, которые изменяются со временем.
Привод не исключает поломок частей при чрезмерном увеличении движущего момента.
Наиболее близким является пневматический привод, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, поворотный механизм, выходной вал, устройство информации о положении выходного вала привода, включающее магнитно-герконовые конечные выключатели, а также устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента, ограничитель максимальной величины передаваемого движущего момента выполнен в виде механизма возвратно-поступательного перемещения стальной шторки, которая расположена межу неподвижно установленными герконами и неподвижно установленными постоянными магнитами. [RU.№2174628].
Недостатком данного привода является сохраняющаяся возможность остановки привода в момент пуска на открытие или закрытие арматуры после долгой стоянки в режиме дежурства (ожидания), в процессе которого в зоне запорного органа арматуры происходит отложение твердых фракций из состава транспортируемого продукта, закоксованность частиц этих фракций на запорном органе, седле, уплотнениях. В результате в данном известном приводе возможно несоответствие информационного сигнала имеющихся герконов действительному положению запорного органа и отсутствие срабатывания привода на перемещение последнего. В результате снижается надежность пуска привода, увеличивается трудоемкость обслуживания, требующая визуального контроля срабатывания привода. Кроме того, не предусмотрено использование герконов, пригодных для переключения как постоянного, так и переменного тока, что требует увеличенной номенклатуры изделия для разных промысловых систем электропитания.
Технической задачей полезной модели является создание эффективного пневматического привода и расширение арсенала пневматических приводов для управления рабочими органами трубопроводной аппаратуры.
Технический результат, обеспечивающий решение поставленной задачи состоит в повышении надежности и снижении трудоемкости обслуживания, благодаря уменьшению возможности отказа привода в момент пуска на открытие или закрытие арматуры после долгой стоянки в режиме дежурства (ожидания), за счет формирования дополнительного информационного сигнала дополнительно установленных герконов. Одновременно предусмотрено использование герконов, пригодных для переключения как постоянного, так и переменного тока, что минимизирует номенклатуру изделия для разных промысловых сетей электропитания и потребность в визуальном контроле срабатывания.
Сущность полезной модели заключается в том, что пневматический привод содержит пневмодвигатель с размещенным на валу ротором, на плечах которого попарно установлены соосные и противоположно направленные сопла, соединенные радиальными и наклонными каналами с продольными подводящими каналами вала, связанного шестернями зубчатой передачи с винтом кулисно-винтового механизма, кулиса которого связана с установленной на винте гайкой и с объектом регулирования, а также с элементом воздействия на первый и второй датчики ее первого и второго крайних положений, соответственно, каждый из которых включен в цепь одного электромеханического преобразователя распределительного устройства, подключенного к подводящим каналам вала пневмодвигателя, винт снабжен с одной стороны упругим демпфером, а с другой-штоком с элементом воздействия на третий и четвертый датчики его первого и второго крайних положений, соответственно, причем первый датчик включен последовательно третьему датчику в цепь одного электромеханического преобразователя распределительного устройства, а второй датчик последовательно четвертому датчику в цепь другого электромеханического преобразователя распределительного устройства, привод снабжен цепью информации и дополнительными пятым и шестым датчиками первого и второго крайних положений кулисы, соответственно, причем пятый датчик включен последовательно второму и параллельно третьему, а шестой датчик-последовательно первому и параллельно четвертому датчикам, при этом все указанные датчики выполнены в виде переключаемых магнитоуправляемых трехконтактных герконов с возможностью попеременного замыкания цепи электромеханического преобразователя или цепи информации.
Предпочтительно, герконы выполнены с возможностью переключения как постоянного, так и переменного тока, при этом магнитоуправляемый переключаемый контакт каждого геркона подключен к цепи электропитания, один неподвижный контакт включен в цепь электромеханического преобразователя и нормально замкнут с входным контактом, а другой неподвижный контакт-включен в цепь информации и нормально разомкнут с входным контактом, распределительное устройство выполнено в виде двух двухпозиционных пневмораспределителей, каждый из которых снабжен электромеханическим преобразователем в виде электромагнита, а одна из шестерен зубчатой передачи выполнена заодно с валом пневмодвигателя.
На чертеже фиг.1 изображена схема пневматического привода, на фиг.2 - конструктивная схема пневматического двигателя в объемной проекции, на фиг.3 - продольный разрез пневмодвигателя, на фиг 4 - поперечный разрез пневмодвигателя, на фиг.5 - принципиальная схема геркона.
Пневматический привод трубопроводной арматуры (пневмопривод) содержит пневмодвигатель (пневматический двигатель) с размещенным на валу 1 ротором 2, на плечах 3, 4 (идентично - радиальных рычагах или радиальных стержнях и т.п.) которого попарно установлены соосные и противоположно направленные сопла 5, 6, соединенные радиальными каналами 7, 8 и наклонными каналами 9, 10 с продольными подводящими каналами 11, 12 вала 1, связанного шестернями зубчатой передачи 13 с винтом 14 кулисно-винтового механизма, кулиса 15 которого связана с установленной на винте 14 гайкой 16 и с объектом 17 регулирования (преимущественно запорным органом трубопроводной арматуры). Кулиса 15 связана также с элементом 18 (в схеме фиг.1 изображен условно) воздействия на первый и второй датчики 19, 20 ее первого и второго крайних положений, соответственно, каждый из которых включен в цепь одного из электромеханических преобразователей 21, 22 распределительного устройства 23, подключенного к подводящим каналам 11, 12 вала 1 пневмодвигателя и к источнику рабочей среды под давлением (не изображен). Средства стабилизации расхода и давления на выходе распределительного устройства 23 не обозначены. Элемент 18 снабжен постоянным магнитом (не обозначен). Винт 14 снабжен с одной стороны пружинным упругим демпфером 24, а с другой - штоком 25 с элементом 26 воздействия на третий и четвертый датчики 27, 28 его первого и второго крайних положений, соответственно. Первый датчик 19 включен последовательно третьему датчику 27 в цепь одного электромеханического преобразователя 21 распределительного устройства 23, а второй датчик 20 последовательно четвертому датчику 28 в цепь другого электромеханического преобразователя 22 распределительного устройства 23. Привод снабжен цепью информации (не изображена), например, связанной с каналом ввода в устройство компьютерной обработки информации и осуществления обратной связи по положению объекта 17 регулирования, и/или световой сигнализации, и дополнительными пятым и шестым датчиками 29, 30 первого и второго крайних положений кулисы 15, соответственно. Пятый датчик 29 включен последовательно второму 20 и параллельно третьему 27, а шестой датчик 30 - последовательно первому 19 и параллельно четвертому 28 датчикам. Датчики 19, 20, 27, 28, 29, 30 выполнены в виде переключаемых магнитоуправляемых трехконтактных герконов с возможностью попеременного замыкания цепи электромеханического преобразователя или цепи информации.
Датчики - герконы 19, 20, 27, 28, 29, 30 выполнены с возможностью переключения как постоянного тока 24 В, так и переменного тока 110 и 220 В.
При этом магнитоуправляемый переключаемый контакт 31 каждого геркона 19, 20, 27, 28, 29, 30 подключен к цепи электропитания, один неподвижный контакт 32 включен в цепь соответствующего электромеханического преобразователя и нормально замкнут с входным контактом, а другой неподвижный контакт 33 - включен в цепь информации и нормально разомкнут с входным контактом (фиг.3).
-6
-2
4
6
Геркон 19, 20, 27, 28, 29, 30 представляет собой герметизированный переключатель с пружинными контактами из ферромагнитного материала, соприкасающимися под действием магнитного поля. Внутри стеклянного баллона создается вакуум или газовая среда (азот, аргон, водород). При определенной напряженности внешнего магнитного поля (постоянного магнита) свободный конец контакта 31 (предпочтительно, из пермаллоевой проволоки), находящийся на расстоянии нескольких десятых или сотых миллиметра, замыкает один контакт 33 и размыкает другой контакт 32. При уменьшении напряженности контакт 31 упругой силой возвращается в исходное положение и нормально разомкнутый контакт 33 размыкается, а нормально замкнутый контакт 32 замыкается. В данном приводе Применены герконы МКС 27103 по ТУ ОДО.360.035, имеющие следующие характеристики: Размер, мм, не более ⌀5,3×28,0; Диапазон коммутируемых токов, А, 5·10÷1; Диапазон коммутируемое напряжений. В, 5·10÷220; Род тока - Постоянный, переменный; Количество срабатываний 10÷5·10; Время срабатывания, мс, не более 1,5. Элемент 18 снабжен постоянным магнитом (не обозначен) для попеременного попарного взаимодействия с герконами 19, 29 и 20, 30, установленными (геометрически расположенными) попарно с возможностью одновременного срабатывания при воздействии постоянного магнита элемента 18. Герконы 19, 20 включены противоположно герконам 29, 30. При этом нормальнозамкнутый контакт 32 геркона 19 включен в цепь электромагнита 21, а его нормальноразомкнутый контакт 33 - в цепь информации, нормальнозамкнутый контакт 32 геркона 20 включен в цепь электромагнита 22, а его нормальноразомкнутый контакт 33 - в цепь информации. Нормальнозамкнутый контакт 32 геркона 29 включен в цепь информации, а его нормальноразомкнутый контакт 33 - в цепь электромагнита 22. Нормальнозамкнутый контакт 32 геркона 30 включен в цепь информации, а его нормальноразомкнутый контакт 33 - в цепь электромагнита 21.
Одновременно нормальнозамкнутый контакт 32 геркона 27 включен в цепь электромагнита 21, а его нормально разомкнутый контакт 33 - в цепь информации, нормальнозамкнутый контакт 32 геркона 28 включен в цепь электромагнита 22, а его нормально разомкнутый контакт 33 - в цепь информации.
Указанные электрические соединения не изображены, чтобы не перегружать чертеж параллельными и пересекающимися линиями.
В зоне расположения герконов 27, 28 размещены (стационарно) постоянные магниты (не обозначены), а элемент 26 штока 25 снабжен шторкой 35 для попеременного отделения геркона 27 или 28 от соответствующего магнита.
Распределительное устройство 23 выполнено в виде двух двухпозиционных пневмораспределителей (не обозначены), каждый из которых снабжен электромеханическим преобразователем в виде электромагнита 21, 22.
Одна из шестерен (зубчатый венец) 34 зубчатой 13 передачи выполнена заодно с валом 1 пневмодвигателя.
Сопла 5, 6 в критическом сечении выполнены с диаметром, выбранным в экспериментально определенном оптимальном диапазоне, и составляющим от 0,5 до 0,9 диаметра радиальных каналов 7,8 ротора 2 что позволяет обеспечить, в совокупности с пониженным аэродинамическим сопротивлением, необходимой величины крутящего момента на валу 1 для передачи регулирующему органу пневматического привода. При этом выполнение зубчатого венца 34 непосредственно на валу 1 (т.е. заодно с валом 1) позволяет сократить габариты и уменьшить механические потери в передаче мощности на объект регулирования.
В частных случаях реализации диаметр сопл 5, 6 в критическом сечении составляет 7-9 мм, при диаметре каналов 7, 8, 9, 10 равном 10-12 мм. Оси сопл 5, 6 располагаются от оси вала 1 на расстоянии, составляющем от 7 до 12 диаметра радиальных каналов 7, 8 или от 10 до 15 диаметра сопл 5, 6, т.е. на расстоянии (радиусе) 90-100 мм от оси вала 1. Это позволяет минимизировать потери энергии рабочей среды во внутреннем тракте - каналах 7,8 пневмодвигателя.
Пневматический привод трубопроводной арматуры работает следующим образом.
2
Распределительным устройством 23 пневмопривода один из каналов, например, канал 11 соединяется через один пневмораспределитель с источником рабочей среды (воздуха или газа) под давлением, составляющим преимущественно 0,4-0,6 МПа (4-6 кг/см), а второй канал, например, канал 12 - с атмосферой. Пневмодвигатель относится к струйным реактивным пневмодвигателям типа «сегнерова колеса», вращение которых происходит за счет истечения рабочей среды через сопла 5 или 6 по касательной к окружности.
Через соответствующие каналы, например, каналы 11, 7, 9 рабочая среда под давлением поступает через распределительное устройство 23 в сопла 5 плеч 3, 4 ротора 2 и истекает с большой скоростью, создавая момент, передаваемый на вал 1 и его венец 34. Далее через передачу 13 вращение передается ходовому винту 14. Винт 14 перемещает ходовую гайку и вместе с ней - кулису 15 и объект регулирования запорный орган трубопроводной арматуры.
При движении рабочего органа трубопроводной арматуры кулиса 15 и связанный с ней элемент 18 с магнитом перемещаются, приближаясь к герконам 19, 29. Винт 14, шток 25 и с последним шторка 35 перемещается в направлении геркона 27. В крайнем положении штока геркон 27 размыкает нормально закрытые контакты, не допуская разгона привода. Кроме того, в крайнем положении кулисы 15 геркон 19 размыкает нормально закрытые контакты электромагнита 21 и отключает его, замыкая цепь информации, а геркон 29 размыкает нормально закрытые контакты цепи информации и замыкает цепь электромагнита 22 параллельно геркону 27, исключая тем самым отказ при разомкнутом первоначально контакте геркона 27, и обеспечивая страгивание рабочего органа трубопроводной арматуры для движения в обратном направлении, которое может происходить по истечении большого временного промежутка.
После соответствующего срабатывания цепи информации прекращается подача рабочей среды, привод и рабочий орган трубопроводной арматуры остаются в заданном положении, зафиксированные пружинным упругим демпфером 24.
Для реверса пневмодвигателя распределительным устройством 23 пневмопривода другой из каналов 11, 12 соединяется с источником рабочей среды (воздуха или газа) под давлением, а второй - с атмосферой.
Через соответствующие каналы, например, каналы 12, 8, 10 рабочая среда под давлением поступает через другой пневмораспределитель распределительного устройства 23 в сопла 6 плеч 3, 4 ротора 2 и истекает с большой скоростью, создавая момент, передаваемый на вал 1 и его венец 34 на объект регулирования для движения в противоположном направлении.
При движении рабочего органа трубопроводной арматуры кулиса 15 и связанный с ней элемент 18 с магнитом перемещаются, приближаясь к герконам 20, 30. Винт 14, шток 25 и с последним шторка 35 перемещается в направлении геркона 27. В крайнем положении штока геркон 28 размыкает нормально закрытые контакты, не допуская разгона привода. Кроме того, в крайнем положении кулисы 15 геркон 20 размыкает нормально закрытые контакты электромагнита 22 и отключает его, замыкая цепь информации, а геркон 30 размыкает нормально закрытые контакты цепи информации и замыкает цепь электромагнита 21 параллельно геркону 28, исключая тем самым отказ при разомкнутом первоначально контакте геркона 28, и обеспечивая страгивание рабочего органа трубопроводной арматуры для движения в обратном направлении, которое может происходить по истечении большого временного промежутка.
Таким образом, создан эффективный пневматический привод и расширен арсенал пневматических приводов для управления рабочими органами трубопроводной аппаратуры.
В результате достигается повышение надежности и снижение трудоемкости обслуживания, благодаря уменьшению возможности отказа привода в момент пуска на открытие или закрытие арматуры после долгой стоянки в режиме дежурства (ожидания), за счет формирования дополнительного информационного сигнала дополнительно установленных герконов. Одновременно предусмотрено использование герконов, пригодных для переключения как постоянного, так и переменного тока, что минимизирует номенклатуру изделия для разных промысловых сетей электропитания и потребность в визуальном контроле срабатывания.