УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПИРАЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Заявляемое решение относится к машиностроению, в частности к приводам, управляющим трубопроводной арматурой.
Приводы (механизмы) с возвратными элементами предназначены для экстренного закрытия или открытия трубопроводной арматуры при возникновении аварийных ситуаций.
Для аварийного перекрытия рабочей среды используется трубопроводная арматура с устройствами, осуществляющими экстренное перемещение запирающего элемента трубопроводной арматуры. В настоящее время существуют различные способы реализации указанных устройств, а именно: пневматические или гидравлические устройства с пружинным возвратом, пневматические устройства с встроенными накопителями сжатой воздушной среды, электрические устройства с электрическим питанием от автономных источников (аккумуляторов и т.д.), электрические устройства с возвратной пружиной. Пневматические и гидравлические устройства с пружинным возвратом работают только при наличии рабочей среды. Пневматические устройства с встроенными накопителями сжатой воздушной среды обладают сложностью и высокой стоимостью. Электрические устройства с электрическим питанием от автономных источников обладают меньшим быстродействием. Наиболее просты в эксплуатации электрические устройства с возвратной пружиной.
Известно устройство с вертикально расположенной возвратной пружиной DE 102011018718 A1 2012.10.31 содержащий: корпус, электродвигатель, две червячные передачи, планетарную передачу, электромагнитный тормоз, возвратную пружину, выходной вал, ручной привод. Наружное колесо планетарной передачи удерживается электромагнитным тормозом. Возвратная пружина соединена с выходным валом. Ручной привод приводится в действие зацеплением с наружным колесом планетарной передачи.
Недостатками известного устройства является его недостаточная эффективность при эксплуатации, обусловленная необходимостью в постоянном подключении электрического питания электромагнитного тормоза и его отключение при использования ручного привода.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату, взятым в качестве прототипа, является механизм быстрозапорный однооборотный МБО-63/1-0,25 производства ОАО «Прибор» г. Курск (http://www.privod-pribor.ru/production/electro.prom/fastlock/016/), содержащий корпус, электродвигатель, связанный с выходным валом через планетарно-цилиндрический редуктор, силовой возвратный элемент, связанный с выходным валом и корпусом, блок сигнализации положения кинематически связанный с выходным валом, при этом редуктор содержит электромагнитную защелку, связанную с одной планетарной передачей и ручной привод, связанный с другой планетарной передачей.
Недостатком прототипа является недостаточная эффективность при эксплуатации, обусловленная
- необходимостью использования внешних упоров,
- применением силового возвратного элемента в виде цилиндрической пружины значительных размеров, что повышает центр масс механизма и снижает устойчивость к вибрационным и сейсмическим нагрузкам,
- отсутствием визуального указателя положения.
Задачей заявляемого технического решения является создание устройства позволяющего устранить недостатки известного механизма.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности устройства при эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство управления запирающим элементом трубопроводной арматуры (далее устройство управления) содержащее электродвигатель, связанный с выходным валом через планетарно-цилиндрический редуктор, силовой возвратный элемент, связанный с выходным валом и корпусом редуктора, блок сигнализации положения кинематически связанный с выходным валом, при этом редуктор содержит электромагнитную защелку, связанную с первой планетарной передачей и ручной привод, связанный со второй планетарной передачей, введены устройство ограничения перемещения, содержащее диск, с симметричными фигурными пазами, расположенный на выходном валу, симметрично расположенные винты, связанные с корпусом редуктора и расположенные в пазах диска, при этом размер пазов диска задает величину углового перемещения выходного вала, устройство амортизации, содержащее упругий элемент и диск, связанное с валом ручного привода, указатель положения выходного вала кинематически связанный с выходным валом, введен подшипник в электромагнитную защелку, выполненный с возможностью удержания колеса первой планетарной передачи, а силовой возвратный элемент выполнен в виде спиральной пружины из ленты. В исполнении устройства управления с увеличенным крутящим моментом введен дополнительный силовой возвратный элемент, а планетарно цилиндрический редуктор содержит третью планетарную передачу кинематически связанную со второй планетарной передачей и выходным валом, при этом дополнительный силовой возвратный элемент связан с выходным валом и корпусом редуктора, и установлен с разворотом на 180° относительно силового возвратного элемента. При использовании электромагнита с высокими силовыми параметрами электромагнитная защелка содержит электромагнит, шток которого связан с рычагом и подшипником, через поводок, вал и пружину.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена кинематическая схема устройства управления, на фиг. 2 - устройство ограничения перемещения, на фиг. 3 - кинематическая схема устройства управления с увеличенным крутящим моментом и электромагнитом с высокими силовыми параметрами.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
1 - редуктор,
2 - электродвигатель,
3 - храповое колесо,
4 - собачка,
5 - зубчатое колесо первой планетарной передачи,
6 - первая планетарная передача,
7 - выступ наружного колеса первой планетарной передачи,
8 - вторая планетарная передача,
9 - зубчатое зацепление наружного колеса второй планетарной передачи,
10 - вал-червяк ручного привода,
11 - маховик,
12 - диск устройства амортизации,
13 - упругий элемент устройства амортизации,
14 - односторонняя предохранительная муфта,
15 - диск,
16 - винты,
17 - выходной вал,
18 - силовой возвратный элемент,
19 - стойка,
20 - электромагнитная защелка,
21 - электромагнит,
22 - пружина,
23 - коромысло,
24 - поводок,
25 - вал,
26 - рычаг,
27 - подшипник,
28 - кулачок,
29 - вал устройства ручного закрытия,
30 - переключатель,
31 - блок сигнализации положения,
32 - указатель положения,
33 - дополнительный силовой возвратный элемент,
34 - дополнительная стойка,
35 - третья планетарная передача.
Устройство управления содержит: электродвигатель 2, связанный с выходным валом 17, через планетарно-цилиндрический редуктор 1 и одностороннюю предохранительную муфту 14, электромагнитную защелку 20, ручной привод, устройство амортизации, устройство ограничения перемещения, силовой возвратный элемент 18, устройство ручного закрытия, блок сигнализации положения 31 и указатель положения 32.
Электромагнитная защелка 20 связана с наружным колесом первой планетарной передачи 6 через выступ 7 и содержит электромагнит 21, шток которого связан с рычагом 26 через коромысло 23, поводок 24 и вал 25. В исходном положении шток электромагнита удерживается пружиной 22. На рычаг 26 установлен подшипник 27 находящийся в контакте с выступом 7 наружного колеса первой планетарной передачи 6. При использовании электромагнита с высокими силовыми параметрами электромагнитная защелка содержит электромагнит 21, шток которого связан с рычагом 26 через поводок 24 и вал 25.
Электромагнитная защелка 20 предназначена для удержания наружного колеса первой планетарной передачи 6 в исходном состоянии и освобождения наружного колеса первой планетарной передачи 6 для осуществления его вращения при подаче электрического сигнала на закрытие арматуры.
На зубчатое колесо первой планетарной передачи 5 установлено храповое колесо 3, удерживаемое от поворота в одну сторону собачкой 4.
Наружное колесо второй планетарной передачи 8 имеет зубчатое зацепление 9, находящееся в зацеплении с валом-червяком ручного привода 10, который содержит маховик 11 и диск устройства амортизации 12 связанный с корпусом редуктора 1 через упругий элемент устройства амортизации 13. Устройство амортизации предназначено для амортизации ударного воздействия вращающихся деталей возникающего при резкой остановке выходного вала.
Устройство ограничения перемещения содержит диск 15, с симметричными фигурными пазами, расположенный на выходном валу 17, симметрично расположенные винты 16, связанные с корпусом редуктора 1 и расположенные в пазах диска, при этом размер пазов диска задает величину углового перемещения выходного вала.
Силовой возвратный элемент 18 выполненный в виде спиральной пружины из ленты связан с выходным валом 17 и корпусом редуктора 1 через стойку 19.
Блок сигнализации положения 31 и указатель положения 32 кинематически связаны с выходным валом 17. Блок сигнализации положения предназначен для преобразования положения выходного вала в электрические сигналы и отключения электродвигателя при достижении положения «Открыто». Указатель положения предназначен для визуального контроля положения выходного вала.
Устройство ручного закрытия состоит из переключателя 30, установленного на вал ручного закрытия 29 и кулачка 28. Кулачок 28, связанный с валом ручного закрытия 29, выполнен с возможностью перемещения коромысла 23. Устройство ручного закрытия предназначено для освобождения наружного колеса первой планетарной передачи 6 через коромысло 23, поводок 24, вал 25, рычаг 26 и подшипник 27 вручную при местном управлении. При использовании электромагнита с высокими силовыми параметрами кулачок 28, связанный с валом ручного закрытия 29, выполнен с возможностью перемещения поводка 24.
Устройства управления запирающим элементом трубопроводной арматуры различаются величиной номинального противодействующего момента на выходном валу. В исполнении устройства управления с увеличенным крутящим моментом введен дополнительный силовой возвратный элемент 33 связанный с выходным валом 17 и корпусом редуктора 1 через дополнительную стойку 34 и установленный с разворотом на 180° относительно силового возвратного элемента 18, а планетарно цилиндрический редуктор содержит третью планетарную передачу 35 кинематически связанную со второй планетарной передачей 8 и выходным валом 17. Использование дополнительного силового возвратного элемента 33 развернутого на 180° относительно силового возвратного элемента 18, уравновешивает радиальные усилия, возникающие при их закручивании.
Устройство управления работает следующим образом. Для перемещения запирающего элемента трубопроводной арматуры в положение «Открыто» включают электродвигатель 2. Вращение вала электродвигателя 2 передается через редуктор 1 и одностороннюю предохранительную муфту 14 на выходной вал 17, запирающий элемент арматуры перемещается, одновременно происходит закручивание силового возвратного элемента 18. При достижении положения «Открыто» электродвигатель 2 выключается, выходной вал 17 останавливается. От поворота под действием закрученного силового возвратного элемента 18 выходной вал 17 удерживается храповым колесом 3 с собачкой 4.
Для перемещения запирающего элемента трубопроводной арматуры в положение «Закрыто» от электрического сигнала включают электромагнит 21. Шток электромагнита 21 перемещает рычаг 26 с подшипником 27 через коромысло 23, поводок 24 и вал 25. При перемещении рычага 26 подшипник 27 выходит из контакта с выступом 7 наружного колеса первой планетарной передачи 6, которое начинает вращаться совместно с планетарными передачами, односторонней муфтой 14 и выходным валом 17 под действием закрученного силового возвратного элемента 18. Происходит быстрое перемещение выходного вала 17. При достижении положения «Закрыто» пазы диска 15 установленного на выходном валу 17 упираются в винты 16 расположенные в корпусе редуктора 1, выходной вал 17 резко останавливается. Ударное воздействие вращающихся деталей, возникающее при резкой остановке выходного вала 17, передается через зубчатое зацепление наружного колеса второй планетарной передачи 9 на вал-червяк ручного привода 10, далее через диск устройства амортизации 12 на упругий элемент устройства амортизации 13. Происходит амортизация ударного воздействия. Далее энергия вращающихся деталей планетарных передач рассеивается через одностороннюю предохранительную муфту 14. После остановки вращающихся деталей планетарных передач электромагнит 21 выключается. Шток электромагнита 21 под действием пружины 22 возвращается в исходное положение, перемещая рычаг 26 с подшипником 27, через коромысло 23, поводок 24 и вал 25. Подшипник 27 входит в контакт с выступом 7 наружного колеса первой планетарной передачи 6, удерживая колесо от поворота.
Перемещения запирающего элемента трубопроводной арматуры в положение «Закрыто» от устройства ручного закрытия выполняется следующим образом. Поворачивается переключатель ручного закрытия 30, при этом происходит поворот вала 29 и кулачка 28. Кулачок 28 перемещает коромысло 23, при этом происходит перемещение рычага 26 с подшипником 27 через поводок 24 и вал 25. Дальнейшая работа аналогична работе устройства управления при перемещении запирающего элемента трубопроводной арматуры в положение «Закрыто» от электрического сигнала. После остановки вращающихся деталей планетарных передач переключатель 30 вручную возвращается в исходное положение. При использовании электромагнита с высокими силовыми параметрами кулачок 28 перемещает поводок 24.
Перемещение запирающего элемента трубопроводной арматуры от ручного привода осуществляется вращением маховика 11. Вращение маховика 11 установленного на вал-червяк ручного привода 10 передается через зубчатое зацепление наружного колеса второй планетарной передачи 9 на вторую планетарную передачу 8, далее через одностороннюю предохранительную муфту 14 на выходной вал 17.
Таким образом, заявляемое техническое решение, позволило повысить эффективность применения устройства управления при эксплуатации, за счет:
- использования силового возвратного элемента в виде спиральной пружины из ленты, снижающего центр масс устройства управления и повышающего устойчивость при воздействии вибрационных и сейсмических нагрузок;
- введения устройства ограничения перемещения и устройства амортизации, позволяющих не использовать внешние упоры;
- введения указателя положения позволяющего осуществлять визуальный контроль положения выходного вала;
- введения подшипника в электромагнитную защелку, позволяющего увеличить надежность срабатывания и использовать электромагнит с уменьшенными силовыми характеристиками и массо-габаритными показателями.
Выполнение узлов и элементов устройства, не раскрытых в настоящей заявке, является известным и не составляет предмета патентной охраны.
Заявляемое устройство управления запирающим элементом трубопроводной арматуры может быть воспроизведено на современном оборудовании, и планируется применять для экстренного закрытия или открытия трубопроводной арматуры при возникновении аварийных ситуаций, что позволяет сделать вывод о соответствии его критерию «промышленная применимость» для полезной модели.