ПОРШНЕВОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Для управления поворотной заслонкой может использоваться механический привод, включающий в себя преобразователь усилие-перемещение, либо привод электрического исполнения с механическим редуктором, либо привод механического исполнения с сильфонным или поршневым приводом.
Электрический привод должен строго согласовываться с исполнительным механическим редуктором. Мощность привода определяется номенклатурным рядом исполнения электродвигателя и передаточным числом редуктора, а скорость перемещения заслонки определяется номинальной скоростью вращения электродвигателя. Изменение скорости поворота заслонки может достигаться только заменой редуктора или электродвигателя, что является существенным недостатком данного решения.
Широкое применение в системах регулирования нашли пневматические приводы сильфонного типа, например (Полезная модель по патенту 46370» Регулятор давления газа» МПК G05D 16\06). Для применения требуется наличие сильфона, который может быть выбран только из наличия серийно-изготавливаемого ряда изделий. Другим недостатком указанного привода это применение возвратной пружины, которая совместно с сильфоном составляет колебательное звено.
Другим направлением для создания регуляторов давления является применение пневматического регулятора поршневого типа, например, в соответствии с полезной моделью по патенту №103407» Пневматический поршневой регулятор давления» МПК G05D 16./00. Достоинством поршневых регуляторов является возможность получения требуемой мощности регулятора только за счет конструктивного решения - изменения площади его поршня. К недостаткам поршневых регуляторов можно отнести наличие перетекания газа из одной полости в другую. Указанный недостаток устранен в приводе регулятора давления по патенту на полезную модель №99204 «Регулятор давления газа» МПК G05D 16.00, в котором устранен указанный недостаток за счет введения сальников между поршнем и корпусом и наличием проточки в штоке, сообщенной с атмосферой для сброса утечек. Недостатком указанного регулятора является применение жесткой пружины эквивалентной создаваемому поршнем усилию, которое требуется для исключения противоречия между работой в режиме принудительного открытия регулятора и работой в режиме регулирования и закрытия, так как для обеспечения открытия при малых величинах входного давления необходимо иметь слабую пружину (с усилием в несколько килограмм), в тоже время для того, чтобы обеспечить устойчивую работу в режиме регулирования или принудительного закрытия необходимо иметь пружину со значительным усилием (в десятки килограмм) для того чтобы преодолеть силы сопротивления и трения в элементах уплотнения регулирующего органа.. Описанное противоречие может быть устранено увеличением эффективной площади поршня, что требует и увеличения силы пружины, что увеличивает и массовые и габаритные характеристики регулятора.
Описанные недостатки относятся не к регуляторам в целом, а к их основной составной части т.е. к исполнительным механизмам (пневмоприводу).
Поэтому предлагается конструктивное решение поршневого пневматического привода, имеющего, сообщенную с входным патрубком подпоршневую полость, образуемую подпружиненным поршнем, содержащим уплотнительные сальники, и соединенным с рабочей заслонкой при помощи рычажной передачи и штока, имеющего внутри проточный канал, при этом привод оснащен жестко связанным с продолжением штока поршнем большего размера, надпоршневая полость которого сообщена атмосферой посредством электропереключателя, а проточный канал штока сообщен с основной подпоршневой полостью непосредственно, а с дополнительной надпоршневой полостью посредством дросселя, при этом полости между указанными поршнями выполнены негерметичными..
Для пояснения сути предложения к описанию прилагается чертеж примерного выполнения указанного привода.
Пневматический поршневой привод содержит конструктивно-соединенные между собой малую поршневую емкость 1, содержащую подпружиненный поршень 2 и большую поршневую емкость 3, содержащую поршень 4… Для исключения перетекания воздуха из надпоршневой полости в подпоршневую поршень снабжен уплотнительными сальниками 5. Поршень 2 емкости 1 и поршень 4 емкости 3 жестко соединены между собой при помощи штока 6, имеющего внутри сквозную в продольном расположении внутреннюю проточку 7, связанную с подпоршневой полостью емкости 1 непосредственно, а с другой стороны с надпоршневой полостью емкости 3 посредством дросселя 8. Шток 6 проходит через уплотненное дно емкости 3 и при помощи рычага 9, который соединен с заслонкой 10, расположенной в трубопроводе. Для включения, отключения привода он оснащен пневматическим электропереключателем 11.
Основной целью конструкции привода является возможность перемещения диска поворотной заслонки 10, которое происходит за счет перемещения штока 6 и его воздействия на рычаг 9. Так как он жестко соединен с поршнями 2 и 4,то на закрытие достаточно усилия пружины, а на открытие требуется большее усилие для преодоления влияния рабочей заслонки 10, поршня 2 и его пружины, для чего поршень 4 выполнен с большей рабочей площадью чем поршень 2. Рабочей средой является воздух, поступающий от входного патрубка, проходящий через проточку 7 и дюзу 8 в надпоршневую полость поршня 4.
Для закрытия не требуется значительных усилий, поэтому достаточно усилия слабой пружины.
При подаче электропитания на электропереключатель 11, последний перекрывает связь надпоршневой полости поршня 4 емкости 3 с атмосферой. Поэтому воздух с давлением входного патрубка поступает в подпоршневую полость емкости и 1, а через проточку 7 и дюзу 8 в надпоршневую полость емкости 3. Поршень 4 воспринимает это давление и создает усилие на перемещение поршня 4 и поршня 2, а также штока 6 для закрытия заслонки. При этом усилие, создаваемое поршнем 4, будет более чем суммарное усилие, создаваемое поршнем 2 и пружиной.
Для открытия привода достаточно сообщить надпоршневую полость емкости 3 с атмосферой путем снятия электропитания электропереключателя 11.
Подключение пневматического командного устройства параллельно электропереключателю 11 позволяет использовать указанный привод в режиме регулирования параметра, например давления или расхода,
Преимуществом предлагаемого привода является то, что для его работы используется пружина с малой жесткостью, работающая только в исходном состоянии и не влияющая на работу регулятора.
Работает привод следующим образом:
При отсутствии давления на входе и открытом электропереключателе 11 поршни 2 и 4 под действием пружины находятся в верхнем положении, заслонка 10 закрыта. При подаче давления на вход привода и открытом электропереключателе 11 поршни остаются в исходном состоянии. При наличии давления на входе и закрытом электропереключателе 11 входное давление поступает в надпоршневую полость поршня 4 через канал 7 в штоке 6. Благодаря действию этого давления на разность площадей поршней 2 и 4 они перемещаются вниз, сжимая пружину и поворачивая при этом заслонку 10 в открытое положение.
При наличии давления на входе и открытии электропереключателя 11 давление в надпоршневой полости поршня 4, из-за наличия дросселя 8, будет уменьшаться и поршни под действием влияния давления на разность площадей поршней будет уменьшаться, что вызовет перемещение поршней в верхнее положение. Заслонка 10 будет закрываться. При этом сила пружины не имеет значения, т.к. усилие на закрытие зависит только от величины давления и площади поршня 2.