УСТРОЙСТВО ПОВОРОТА ЗАПОРНОГО ОРГАНА ПОВОРОТНОГО ЗАТВОРА

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в приводах трубопроводной арматуры, в частности к приводам с ручным дублером. Полезная модель может быть использована в водопроводных сетях, трубопроводном транспорте нефти, газа и другой среды для управления поворотными затворами клапанов, регулирующих давление среды в трубопроводе, в частности, для управления затворами клапанов, предназначенных для поддержания заданных величин давлений (минимального на входе и максимального на выходе) методом дросселирования потока среды при переходных процессах. К поворотным затворам относятся дисковые, шаровые и другие затворы, которые поворачиваются внутри трубопровода вокруг оси, на которой они установлены. Ось поворотного затвора соединена с приводной системой. В результате такого поворота изменяется площадь поперечного сечения трубопровода и, следовательно, давление среды в трубопроводе.
В рамках настоящей полезной модели речь идет об устройствах поворота затвора клапана, которые в области трубопроводной арматуры принято называть вращателями.
Так, из US 2011100469, F16K 31/02, опубл. 05.05.2011, известен клапан, приводимый в действие пневматическим приводом, который управляется с помощью высокопроизводительного пневматического клапана в сочетании с электронным контроллером получения сигналов задания и обратной связи. Клапан содержит корпус, образующий канал для текучей среды; заслонку, выполненную с возможностью перемещения между первым положением, обеспечивающим максимальное сопротивление перемещению текучей среды, в корпусе, и вторым положением, обеспечивающим минимальное сопротивление перемещению текучей среды, в канале; пневматический привод, выполненный с возможностью приводить заслонку в положения промежуточные и, включающие в себя первое и второе положения, посредством оси; пневматический пропорциональный клапан, пригодный для подачи потока воздуха в пневматический привод, причем поток воздуха пропорционален входному электрическому сигналу и способен переключаться между, по меньшей мере, двумя каналами для потока; средство для генерирования сигнала обратной связи, характеризующего положение заслонки, и контроллер, выполненный с возможностью принимать сигнал обратной связи и опорный сигнал, зависящий от требуемого положения заслонки, и выдавать сигнал управления в пневматический пропорциональный клапан.
Недостаток данного решения заключается в сложности исполнения его управляющей части, которая использует не только высокопроизводительного пневматический распределитель, но и электронный контроллер для получения сигналов задания и обратной связи. При этом для использования такого вращателя предусматривается переделка самого клапана в части введения в него датчиков положения заслонки. Известное решение не позволяет применять данный вращатель на клапанах с заслонками бех модернизации последних. Если учитывать, что в настоящее время в магистральные трубопроводы уже смонтированы обычные клана с заслонками, которые управляются в ручную (дисковые, шаровые и другие поворотные затворы), то можно предположить нецелесообразность переделки всех ранее установленных затворов
Известен ряд вращателей оси поворота заслонки клапана, выполненные с применением электропривода.
В US 2001035512 описана электро-пневматическая система для управления положением главного регулирующего клапана, включающая в себя приводимый в действие пневматический привод, который изменяет положение главного регулирующего клапана, логический модуль управления, который управляет приводом на основе фактического положения и желаемом положении основного клапана управления, и электромагнитный клапанный модуль для сопряжения логического модуля управления с пневматическим приводом.
Известен электропривод с ручным дублером, описанный в US 6079442. Данный электропривод используется для управления поворотным затвором клапана, который регулирует давление в трубопроводе, в частности, поддерживает заданную величину давления в трубопроводе. В электроприводе имеется реверсивный электродвигатель, выходной вал которого приводит во вращение зубчатое колесо, с зубчатым колесом находится в зацеплении цилиндрическое прямозубое колесо, неподвижно установленное на входном валу (червячном валу) редуктора электропривода. Редуктор, помимо указанных зубчатого колеса и червячного вала, содержит червячный винт и червячное колесо. Червячное колесо имеет рукав, формирующий верхний конец стержня, на котором установлен затвор клапана. Таким образом, червячное колесо является выходным звеном редуктора, установлено напротив отверстия в корпусе клапана и способно вращаться согласовано с вращением стержня.
Из RU 56542 известна конструкция электропривода с ручным дублером для поворотного затвора клапана, регулирующего давление в трубопроводе в автоматическом режиме, содержит корпус с отверстием, расположенные в корпусе электродвигатель с регулирующим органом, редуктор, входное звено которого кинематически соединено с валом электродвигателя, а выходное звено установлено напротив отверстия в корпусе. Ручной дублер, включающий вал и рукоятку для вращения вала. Вал ручного дублера расположен перпендикулярно валу электродвигателя. На валу ручного дублера неподвижно установлено зубчатое колесо. На валу электродвигателя также неподвижно установлено зубчатое колесо, зубчатый венец которого расположен на его торцевой поверхности и выполнен с возможностью кинематического соединения и разъединения с зубчатым колесом на валу ручного дублера при продольном перемещении вала ручного дублера.
В RU 108539 раскрыт электропривод трубопроводной арматуры, содержащий электродвигатель, смонтированный на корпусе, в котором расположен редуктор, входной вал которого через передачу соединен с валом электродвигателя, а также смонтированный на корпусе дополнительный электродвигатель, вал которого через передачу соединен с входным валом редуктора.
Из RU 78893 известен электропривод с ручным дублером содержащий корпус, в котором расположены электродвигатель, кинематически соединенный с входным валом редуктора, и ручной дублер, установленный в корпусе с возможностью продольного перемещения. Ручной дублер включает вал с маховиком и зубчатое колесо. Ручной дублер выполнен с возможностью кинематического взаимодействия с зубчатой шестерней, неподвижно закрепленной на входном валу редуктора.
Недостатками приведенных в качестве уровня техники решений является то, что использование электропривода, в частности электрической машины вращения обязывает учитывать искрообразование в этой машине и нагрев электродвигателя. Для некоторых магистральных решений, например, размещаемых под землей, то есть в условиях возможного скопления газа (метана), использование таких искорообразующих узлов неприменимо и опасно.
В WO 2011123917, F16K 31/05, опубл. 30.10.2011, описан механизм приведения в действие клапана или других механизмов контроля, либо вручную, либо с помощью электрического, пневматическим или гидравлическим привода. Механизм включает в себя редуктор с планетарной зубчатой передачей, соединенный с верхней части вала запорного элемента и крепится к корпусу клапана. Редуктор содержит бесконечный винт (червяк) с маховиком на его конце для ручного приведения в действие клапана. Бесконечный винт входит в зацепление по касательной с наружной стороны зубчатого венца планетарной передачи. Три шестерни, соединенные между собой центральной шестерней, вращаются внутри кольцевого зубчатого колеса. Клапан может быть приведен в действие с помощью привода, к выходному валу которого прикреплен центральный шестеренчатый механизм, который приводит в движение шестерни зацепления планетарной зубчатой передачи. Клапан также может быть приведен в действие вручную, когда привод удален, с помощью маховика, который приводит в действие бесконечный винт. Бесконечный винт входит в зацепление по касательной с кольцевым зубчатым колесом и привод его в движение.
Недостаток данного решения заключается в сложности исполнения привода, обусловленной необходимостью применения планетарной зубчатой передачей, и червячного редуктора. Это усложняет кинематическую цепь вращателя оси поворота заслонки поворотного затвора и влияет на габариты устройства в целом. Кроме того, данная известная конструкция предназначена для использования совместно с определенной заслонкой, которая выпускается в качестве отдельно встраиваемого в клапан или в затвор узла. Сам привод вращения заслонки выполнен сменным в виде отдельных присоединяемых к корпусу вращателя приводов: электрического, пневматическим или гидравлическим привода. А маховик ручного привода, используемый для вращения заслонки при отсутствии основного привода, выполнен встроенным в корпус и не может быть извлечен без разбора планетарного редуктора, коронная шестерня которого является червячным колесом в червяном редукторе.
Известное решение требует переделки затвора или создания нового затвора, в котором заслонка уже выполнена с элементами присоединения к ней привода. Это решение не может быть использовано для затворов, которые встроены в магистральную систему и выполнены с маховиком ручного поворота заслонки.
Данное решение принято в качестве прототипа.
В рамках настоящей полезной модели решается задача по созданию вращателя, который может быть применен к любому клапану с заслонкой без переделки последнего и без узлов, которые могут быть нагреты (от работы) или спровоцировать искрообразование. В частности, речь идет об оснащении приводным механизмом поворота заслонок в затворах с маховиком.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции и повышении безопасности применения вращателя в агрессивных и потенциально взрывоопасных средах.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве поворота запорного органа поворотного затвора, содержащем корпус, в котором смонтирован с возможность вращения вал, несущий на выведенном из корпуса конце элемент зацепления или соединения с осью запорного органа поворотного затвора, а так же смонтированный на корпусе гидравлический узел, кинематически связанный через передачу с другим концом вала, а так же ручной привод, включающий штурвал, через червячную передачу связанный с указанным валом, для поворотного затвора, выполненного с маховиком ручного поворота его запорного органа, для поворотного затвора, имеющего кулачковое соединение с валом колонки ручного поворота его запорного органа, элемент зацепления или соединения с осью запорного органа поворотного затвора выполнен в виде диска, соединенного или выполненного заодно с выведенным из корпуса наружу концом указанного вала и имеющего выступы, которые размещают между кулачковыми выступами вала поворотного затвора при размещении этого диска на фланце посадочного места для колонки ручного поворота, гидравлически узел выполнен в виде съемного гидромотора, выходной вал которого связан через переходный элемент с червячным валом червячной передачи, червячное колесо которой связано с валом, несущим указанный диск, при этом переходный элемент в зоне присоединения к нему съемного гидромотора выполнен с элементами присоединения съемного штурвала ручного привода для передачи вращения валу с диском при снятом гидромоторе, при этом в зоне выхода диска вала из корпуса последний выполнен с резьбовыми элементами для соединения с фланцем посадочного места для колонки ручного поворота.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображен общий вид вращателя с одного ракурса;
фиг. 2 изображен общий вид вращателя с другого ракурса;
фиг. 3 изображен общий вид вращателя, закрепленного на задвижке для использования в режиме гидравлического управления;
фиг. 4 изображен общий вид вращателя, закрепленного на задвижке для использования в режиме ручного управления от штурвала.
фиг. 5 изображен общий вид задвижке (поворотного затвора) при демонтированном вращателе.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция стационарного гидравлического вращателя задвижек (заслонок) поворотных затворов, предназначенного для открытия-закрытия запорно-регулирующей арматуры городской водопроводной сети для труб диаметром 600-1200 мм, оборудованной изначально ручным приводом вращения червячного редуктора задвижки. Закрытие-открытие осуществляется за счет гидропривода без применения физических усилий.
В данном случае речь идет об устройстве, которое используется для поворотных затворов и задвижек, имеющих колонку ручного поворота, фланцем прикрепляемую к фланцу станины (корпуса) задвижки (посредством болтовых соединений) и внутри которой расположен вал, имеющий кулачки для соединения с кулачками вала поворота заслонки и имеющий на другом конце возможность закрепления маховика (для ручного поворота вала и. соответственно заслонки).
Для такой задвижки устройство поворота запорного органа поворотного затвора (фиг. 1-5) содержит корпус 1, в котором смонтирован с возможность вращения вал 2, несущий на выведенном из корпуса конце элемент зацепления 3 или соединения с осью запорного органа поворотного затвора. Элемент зацепления 3 или соединения с осью запорного органа поворотного затвора выполнен в виде диска 4, соединенного или выполненного заодно с выведенным из корпуса наружу концом указанного вала 2 и имеющего выступы 5 (кулачки), которые размещают между кулачковыми выступами 17 вала 18 поворотного затвора при размещении этого диска на фланце 6 посадочного места для колонки ручного поворота (не показана). Для присоединения к станине 7 задвижки в зоне выхода диска вала из корпуса последний (корпус 1) выполнен с фланцем 8, несущим резьбовые элементы 9 для соединения с фланцем 6 посадочного места для колонки ручного поворота. При присоединении устройства колонку ручного поворота демонтируют в связи с потерей ею функции управления и передачи этой функции заявленному устройству. Стационарный гидравлический вращатель для открытия и закрытия задвижки, установленной на городской водопроводной сети, жестко закрепляется на корпусе (станине) задвижки указанным способом (фиг. 3 и 4). Для удобства транспортировки вращателя на фланце 8 закреплены ручки 10.
Устройство снабжено смонтированным на корпусе 1 гидравлическим узлом, кинематически связанным через передачу с другим концом вала 2. Гидравлически узел выполнен в виде съемного гидромотора 11, выходной вал которого связан через переходный элемент 12 с червячным валом червячной передачи, червячное колесо которой связано с валом 2, несущим указанный диск 4. Штуцера 13 подвода и отвода рабочей жидкости выведены наружу и являются неотъемлемой часть самого гидромотора. Подсоединение к источнику давления производится с помощью напорных рукавов, оснащенных быстроразъемными соединителями (БРС), посредством которых рукава подсоединяются к штуцерам (не показаны).
Подсоединение к источнику давления (маслостанции) производится с помощью напорных рукавов, оснащенных быстроразъемными соединениями во влагозащищенном исполнении, такой длины, которая позволит управлять вращателем задвижек от маслостанции без спуска рабочего в колодец или камеру. Размещение рукавов предусматривается в колодцах и камерах с влажной и агрессивной средой.
Источником гидропривода вращателя может, например, являться двухпоточная маслостанция МСА-2×20/1×3-40 «Gidrodin» (не показана). Управление гидродвигателем осуществляется с помощью реверсивного гидрораспределителя (на пульте управления). Направление вращения регулируется переключением устройства управления вправо и влево по отношению к стационарному гидравлическому вращателю. Скорость вращения плавно регулируется при помощи устройства регулировки гидравлического давления на открытие и закрытие задвижки вращателем. Данное устройство направления и скорости вращения дистанционно расположено на поверхности у колодца или камеры.
Гидропривод оснащен двухпозиционным регулирующим клапаном давления, который обеспечивает рабочий режим давления, режим срыва задвижки с крайних положений (полное открытие/закрытие) и безопасность проведения работ, предотвращения выхода из строя задвижки и гидропривода вследствие возникновения разрушающих усилий при достижении штока задвижки крайних положений (полное открытие/закрытие).
Управление гидравлическим приводом осуществляется с помощью пульта управления, который смонтирован отдельно на специальной стойке (пульт управления и стойка - отдельная поставка оборудования).
Гидравлический привод эксплуатируется с рукавами высокого давления с двойной внутренней металлической оплеткой и быстроразъемными соединениями для подключения к пульту управления, который также гидрорукавами соединяется, например, с двухпоточной маслостанцией МСА-2×20/1×30-40 «Gidrodin». Длина рукавов определяется индивидуально для каждой камеры (задвижек). Гидромотор должен быть соединен проводом с датчиком импульсов и с пультом управления (со счетчиком оборотов). Выносной дистанционный электронный счетчик количества оборотов с кнопкой сброса данных выполнен во влагозащищенном корпусе и применяется для удобства считывания информации о числе произведенных оборотов с возможностью визуальной оценки количества оборотов без спуска рабочего в водопроводный колодец или камеру. Электронный счетчик оборотов 14 вращателя при реверсивном режиме работы осуществляет отчет как количества оборотов при закрытии, так и обратный отсчет количества оборотов при открытии задвижки.
Конструкция крепления вращателя предусматривает возможность оперативного монтажа и демонтажа данного оборудования в случае необходимости. Вращатель имеет функцию (конструктивную возможность) перехода на ручное управление задвижкой за счет присоединения штурвала к червячному редуктору вместо гидромотора.
Устройство выполнено с ручным приводом, включающим штурвал 15, через червячную передачу связанный с указанным валом. А переходный элемент 12 в зоне присоединения к нему съемного гидромотора выполнен с элементами присоединения 16 съемного штурвала ручного привода для передачи вращения валу с диском при снятом гидромоторе. Вал-штурвал вставляется в переходной узел после демонтажа гидромотора.