Неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры
NON-FULLY ROTATING MANUAL DRIVE FOR PIPELINE FITTINGS

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к управлению трубопроводной арматурой, и может быть использовано в качестве исполнительного механизма, в частности для управления шаровыми кранами.
Известен неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры (см. RU 2584053 CI F 16K 31/05), содержащий маховик, соединенный с ведущим валом, управляющим посредством резьбы ходовой гайкой с роликом, перемещаемым одновременно по двум наклонным пазам корпуса, и адаптора, соединенного со штоком трубопроводной арматуры, в частности шарового крана.
К недостаткам известного решения относится низкий коэффициент полезного действия, обусловленный наличием резьбовой пары и пары трения между адаптором и корпусом привода.
Известен также неполноповоротный двухскоростной привод для трубопроводной арматуры (см. RU 189234 U1 F16K 31/00), прототип, содержащий размещенный в корпусе и соединенный с маховиком ведущий вал, управляющий через планетарную зубчатую передачу дифференциальным механизмом, состоящим из ходового винта, связанного с ходовой гайкой, взаимодействующей с пазами кулисы, соединенной с адаптором управляющим запорным органом трубопроводной арматуры, в частности шаровым краном.
К недостаткам технического решения относится также низкий коэффициент полезного действия, обусловленный наличием ходового винта, гайки и кулисы.
Технической задачей, решаемой настоящим изобретением, является повышение коэффициента полезного действия привода.
Поставленная задача решается тем, что неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры, содержащий корпус, установленный в нем подвижно-вращательно и соединенный с маховиком ведущий вал, связанный через зубчатую передачу с дифференциальным механизмом, управляющим штоком, сопрягаемым с запорным элементом трубопроводной арматуры, дифференциальный механизм при этом выполнен единым ступенчатым блоком, состоящим из секторных зубчатых, преимущественно цилиндрических, передач непрерывно последовательно взаимодействующих при выполнении операций закрытия и открытия затвора, а каждая секторная ступень блока имеет персональное передаточное число.
На фиг. 1 изображена схема неполноповоротного ручного привода для трубопроводной арматуры; на фиг. 2 – сечение А-А на фиг. 1. в положении закрыто для выполнения операции открытия трубопроводной арматуры; на фиг. 3 изображена схема шарового крана в положении открыто; на фиг. 4 приведена циклограмма, построенная в декартовой прямоугольной системе координат, по оси ординат отложен расчетный момент, необходимый для открытия шарового крана, а по оси абсцисс угол поворота шара, разделенных на три зоны I, II, III.
Неполноповоротный ручной привод состоит из корпуса 1, в котором подвижно-вращательно установлен с маховиком 2 ведущий вал 3, связанный через зубчатую передачу 4 с дифференциальным механизмом 5. Последний в свою очередь состоит из нескольких ступеней, на примере шарового крана 6, их три 7, 8 и 9 секторных зубчатых, преимущественно цилиндрических, передач, причем каждая ступень имеет свое передаточное число и свой определенный угол сектора. На выходном валу дифференциального механизма установлен узел 10 соединения со штоком 11 шарового крана 6. Поворот секторных ступеней ограничен двумя настраиваемыми упорами 12.
Шаровой кран 6 имеет входной патрубок 13, выходной патрубок 14, внутреннюю полость 15, в которой размещен запирающий элемент затвора шар 16, взаимодействующий с входным седлом 17 и выходным седлом 18.
Неполноповоротный ручной привод для трубопроводной арматуры на примере шарового крана работает следующим образом.
Открытие шарового крана.
Шаровой кран 6 закрыт. Шар 16 перекрывает проходы в патрубках 13 и 14, при этом проводимая среда, находясь в патрубке 13 и внутренней полости 15, воздействует на всю площадь поперечного сечения шара 16, создавая необходимое для герметизации затвора удельное давление между шаром 16 и выходящим седлом 18. При этом в дифференциальном механизме в зацеплении находится секторная ступень 7 с наибольшим передаточным числом, которое, вкупе с передаточным числом передачи 4, предопределяет нормативное усилие, прикладываемое оператором к маховику 2, зона I.
Вращением маховика 2 против часовой стрелки через узел 10 и шток 11 крутящий момент передается на шар 16, который соединяет между собой проходы в патрубках 13 и 14.
При появлении зазора между проходными каналами седел 17, 18 и шара 16 давление рабочей среды в патрубках уменьшается, а разница давлений между седлами и шаром резко снижается, при этом в зацепление входит секторная ступень 8 дифференциального механизма 5 с наименьшим передаточным числом, предопределяющим неизменяемое усилие, прикладываемое к маховику 2 оператором, зона II.
При дальнейшем повороте шара 16 проходной канал последнего входит во взаимодействие с седлами 17 и 18, при этом за счет увеличения площади их соприкосновения возрастает момент, необходимый для дальнейшего поворота шара 16, вплоть до полного совпадения проходных каналов шара 16 и седел 17 и 18. В этот момент входит в зацепление со своим расчетным передаточным числом секторная ступень 9 дифференцируемого механизма 5, зона III.
При полном совпадении проходных каналов седел 17 и 18 и шара 16 ступень 9 упирается в упор 12
Шаровой кран открыт.
Закрытие шарового крана 6 неполноповоротным ручным приводом производится в обратной последовательности, вращением маховика 2 по часовой стрелке, вплоть до соприкосновения секторной ступени 7 с упором 12.
Таким образом, благодаря тому, что для ручного управления трубопроводной арматурой (на примере шарового крана) применен привод с дифференциальным механизмом со ступенчатым блоком, состоящим из трех секторных ступеней, преимущественно цилиндрических, зубчатых передач с различным передаточным числом, непрерывно последовательно передающих усилие, прилагаемое оператором к маховику на запорный элемент шарового крана.
Чем, безусловно, повышается коэффициент полезного действия, так как в цепи передачи усилия от оператора до запорного элемента трубопроводной арматуры участвуют только зубчатые передачи с высоким коэффициентом полезного действия.
Более того применение индивидуального передаточного числа для каждой секторной ступени позволяет уменьшить время «открытия-закрытия» трубопроводной арматуры без изменений усилий, прилагаемых оператором к маховику, что безусловно повышает потребительские свойства привода.
При этом следует отметить, что дифференциальный механизм может иметь не три, а более секторных ступеней, что позволит наиболее точно воспроизвести создаваемый приводом крутящий момент, без превышения нормативных усилий прилагаемых оператором к маховику, по отношению к расчетному графику необходимого крутящего момента для управления трубопроводной арматурой.
Соответственно и на циклограмме будет выделено такое же количество зон.