Электропривод трубопроводной арматуры

Полезная модель относится к приводам управления трубопроводной арматурой и может быть использована в трубопроводном транспорте для управления потоком рабочей среды, например нефти, газа и других продуктов.
Известен электропривод трубопроводной арматуры с ручным дублером (патент РФ 2323380, опубл. 27.04.2008). Привод содержит корпус с редуктором. На валу редуктора смонтирована обгонная муфта, посредством которой вал редуктора связан с валом электродвигателя. На наружной обойме обгонной муфты заодно с ней выполнено зубчатое колесо. Ручной дублер включает штурвал, установленный вокруг корпуса и соединенный своими спицами с колесом с внутренними зубьями. На колесе с внутренними зубьями установлена эластичная манжета. При вращении вала электродвигателя наружная обойма удерживается от вращения за счет силы трения между эластичной манжетой и корпусом.
Недостатком привода является то, что ручной дублер встроен в редуктор, что усложняет замену редуктора одного типа на редуктор другого типа или в пределах каждого типа замену редуктора с одними выходными характеристиками по моменту и скорости на редуктор с другими характеристиками. Это приводит к узкой области применения электропривода.
Следующим недостатком привода является то, что ввиду возможного разрушения материала манжеты при работе в неблагоприятных полевых условиях и от постоянных нагрузок возможна передача крутящего момента с электродвигателя на ручной дублер. Такая передача крутящего момента особенно опасна при неожиданном включении электродвигателя во время работы оператора с ручным дублером, т.к. может привести к травматизму персонала.
При остановленном электродвигателе и ручном дублере на выходной вал редуктора воздействует крутящий момент со стороны трубопроводной арматуры, который передается на входной вал редуктора и соединенную с ним звездочку обгонной муфты. Недостатком привода является то, что этот крутящий момент останавливают также за счет силы трения между эластичной манжетой и корпусом, что ненадежно по вышеуказанным причинам, и может привести к самопроизвольному изменению положения арматуры, а, следовательно, к аварийной ситуации на трубопроводе.
Известен электропривод трубопроводной арматуры (патент РФ 223401, опубл. 10.08.2004), выбранный за ближайший аналог. Электропривод содержит электродвигатель (26), электромагнитную муфту (30) с якорем (31), ручной дублер (25), необратимую муфту (35) на валу ручного дублера (25) и силовой редуктор, расположенные в корпусе исполнительного механизма (17). Силовой редуктор состоит из трех планетарных ступеней, первая из которых содержит корончатое колесо (29), вторая - корончатое колесо (32), третья - корончатое колесо (33). Корончатое колесо (29) первой планетарной ступени удерживается от проворота электромагнитной муфтой (30) с якорем (31). Корончатое колесо (32) второй планетарной ступени неподвижно закреплено в корпусе. Корончатое колесо (33) третьей планетарной ступени соединено с шестерней (34) на валу ручного дублера (25) и удерживается от проворота необратимой муфтой (35). Выходным органом силового редуктора является вал (36), выполненный заодно с водилом (37) третьей планетарной ступени. Вал (36), в свою очередь, связан со входным валом клапана для его открытия/закрытия. После отключения электродвигателя (26) якорь (31) электромагнитной муфты (30) осуществляет стопорение (торможение) силового редуктора (21). Вращение от маховика ручного дублера (25) через необратимую муфту (35) и шестерню (34) передается на силовой редуктор, и от него на арматуру.
Основным недостатком этого известного электропривода является то, что электромагнитная муфта и ручной дублер конструктивно и функционально связаны с силовым редуктором, расположенным в корпусе электропривода. Ввиду вышеуказанного, исключена возможность замены трехступенчатого планетарного редуктора на любой другой, а именно, замену с планетарного на редуктор другого типа или на планетарный редуктор с другими моментно-скоростными характеристиками, что исключает унификацию ряда электроприводов по основным конструктивным узлам, приводит к удорожанию электроприводов и узкой области их применения.
Техническая задача полезной модели - создание универсального электропривода с ручным дублером, позволяющего обеспечить управление трубопроводной арматурой различных типов, таких как задвижки, затворы, шаровые краны, клапаны любых типов и т.д., и в широком диапазоне выходных характеристик по моменту и скорости. При этом предлагаемый электропривод надежен и безопасен в работе.
Техническая задача решена тем, что электропривод трубопроводной арматуры, как и ближайший аналог, содержит корпус, в котором расположены электродвигатель, электромагнитная муфта и вал ручного дублера с необратимой муфтой. В отличие от ближайшего аналога, установленная на валу электродвигателя электромагнитная муфта своим валом кинематически соединена с валом ручного дублера, и вал электродвигателя со стороны электромагнитной муфты имеет возможность соединения с различными редукторами.
Сущность полезной модели поясняет схематичное изображение электропривода с ручным дублером.
Электропривод с ручным дублером содержит корпус 1, в котором расположены электродвигатель 2, электромагнитная муфта 3 фрикционного типа, ручной дублер 4 и блок управления (на фиг. не показан). При этом корпус 1 может быть изготовлен взрывозащищенного исполнения. Электромагнитная муфта 3 установлена на валу 6 электродвигателя с возможностью удержания от вращения вала 6 электродвигателя при обесточенном электродвигателе 2. Вал 6 электродвигателя со стороны электромагнитной муфты 3 имеет возможность соединения с валом редуктора 7, с возможностью замены одного редуктора на другой. Вал 6 электродвигателя выполнен выступающим из корпуса 1 для удобства упомянутой замены. Сменные редукторы 7 могут быть различных типов, например, многооборотного или неполнооборотного или прямоходного типа. При этом в пределах каждого типа сменные редукторы могут иметь различные выходные характеристики по моменту и скорости. Например, могут быть использованы многооборотные редукторы с различными максимальными моментами (усилиями) на выходном звене и максимальной скоростью движения выходного звена. Аналогично для неполнооборотных и прямоходных редукторов.
Вал 8 дублера выполнен из двух полувалов, первый полувал 9 несет на себе штурвал 10, второй полувал 11 - шестерню 12. Необратимая муфта 13 на валу 8 дублера выполнена с возможностью передачи вращения только со стороны штурвала 10.
Электромагнитная муфта 3 содержит электромагнит 14, якорь 15, фрикционный диск 16 и вал 17. Электромагнит 14 включает в себя магнитопровод 18 и катушку 19 кольцевого электромагнита. Электромагнитная муфта 3 своим валом 17 кинематически соединена с валом 8 ручного дублера. Для осуществления указанной кинематической связи вал 17 муфты может быть жестко соединен или выполнен заодно с шестерней 20, образующей коническую зубчатую передачу 21 с шестерней 12 на валу 8 ручного дублера. Фрикционный диск 16 зафиксирован на валу 6 электродвигателя в окружном направлении с помощью шлицов 22, и имеет возможность осевого перемещения до упора в неподвижный в осевом направлении вал 17 муфты. При отсутствии напряжения в катушке 19 якорь 15 прижат пружинами 23 подшипниковой опоры 24 к фрикционному диску 16.
На валу 6 электродвигателя установлен датчик положения/скорости 25, связанный информационной линией связи с блоком управления.
Работа электропривода осуществляется следующим образом.
При обесточенном электродвигателе 2 электромагнитная муфта 3 по сигналу блока управления № обесточена. В этом случае фрикционный диск 16 прижат подпружиненным якорем 15 к валу 17 муфты. Одновременно с этим вал 17 муфты застопорен через зубчатую передачу 21 необратимой муфтой 13. Т.к. фрикционный диск 16 зафиксирован на валу 6 электродвигателя в окружном направлении, то вал 6 электродвигателя удерживается от вращения (застопорен). Таким образом, при обесточенном электродвигателе 2 обеспечено застопоренное положение вала 6 электродвигателя. На выходной вал редуктора 7 воздействует крутящий момент со стороны трубопроводной арматуры (от действия давления текучей среды), который передается через входной вал 27 редуктора 7 на вал 6 электродвигателя. Благодаря застопоренному положению вала 6 электродвигателя, исключено самопроизвольное изменение положения арматуры от воздействия неуравновешенных усилий, создаваемых находящейся под давлением текучей средой, и, следовательно, исключены аварийные ситуации на трубопроводе.
При работе от электродвигателя 2 происходит вращение вала 6, который в свою очередь через редуктор 7 воздействует на трубопроводную арматуру 26. Перед началом работы электродвигателя 2 блок управления отправляет сигнал подачи напряжения на катушку 19 электромагнитной муфты 3. Якорь 15 под воздействием магнитного поля, сжимая пружины 23, притягивается к электромагниту 14. Одновременно якорь 15 отходит от фрикционного диска 16 и фрикционный диск 16 свободно вращается вместе с валом 6 электродвигателя. При этом кинематическая связь вала 8 ручного дублера с валом 6 электродвигателя отсутствует, т.к. отсутствует механическая связь вала 17 муфты с фрикционным диском 16. Таким образом, исключена передача крутящего момента с вала 6 электродвигателя на штурвал 10 ручного дублера в режиме электрического управления.
При отсутствии электропитания на электродвигателе 2 и электромагнитной муфте 3, управление трубопроводной арматурой осуществляют при помощи ручного дублера 4. Вращение штурвала 10 в любую сторону передается через необратимую муфту 13 и зубчатую передачу 21 на вал 17 муфты, к которому посредством подпружиненного якоря 15 прижат и сцеплен силой фрикционного трения фрикционный диск 16. Т.к. фрикционный диск 16 зафиксирован на валу 6 электродвигателя в окружном направлении, вал 6 электродвигателя вращается и через редуктор 7 передает вращение на трубопроводную арматуру. При этом максимальный крутящий момент, передаваемый от вала 17 муфты на вал 6 электродвигателя, регулируют путем установки пружин с заданным коэффициентом упругости. Так, при необходимости передачи максимального крутящего момента меньшей или большей величины предварительно устанавливают пружины 23 соответственно с меньшим или большим коэффициентом упругости, что предотвращает слом арматуры 26. При включении электропитания блок управления сначала подает напряжение на катушку 19 электромагнитной муфты, разрывая кинематическую линию связи вала 8 ручного дублера с валом 6 электродвигателя, а затем - на электродвигатель 2. Это обеспечивает безопасность оператора.
Компоновка привода, в которой установленная на валу 6 электродвигателя электромагнитная муфта 3 своим валом 17 кинематически соединена с валом 8 ручного дублера, и вал 6 электродвигателя со стороны электромагнитной муфты 3 имеет возможность соединения с различными редукторами 7, позволяет использовать сменные редукторы с различными выходными характеристиками по моменту и скорости, а также использовать редукторы различных типов в зависимости от типа и назначения трубопроводной арматуры 26. Так, использование многооборотного редуктора позволяет управлять всеми типами задвижек (клиновыми, шиберными и т.п.); использование неполнооборотного редуктора - управлять поворотными, дисковыми затворами, шаровыми кранами и т.п.; использование прямоходного редуктора - управлять клапанами любых типов (двухседельными, клеточными и т.п.).
Кроме того, благодаря упомянутой компоновке, при помощи одного датчика положения/скорости 25 на валу 6 электродвигателя блок управления управляет положением/скоростью входного вала 27 редуктора 7 при работе и от электродвигателя 2, и от ручного дублера 4. Это упрощает алгоритм управления и способствует повышению надежности работы электропривода.
Кроме того, установка пружин 23 с определенным коэффициентом упругости позволяет ограничить величину крутящего момента, передаваемого при работе от дублера 4 с вала 17 муфты на вал 6 электродвигателя, что предотвращает слом арматуры 26.
Кроме того, предложенный электропривод за счет своей унификации улучшает технико-экономические показатели изготовления и упрощает эксплуатацию и техническое обслуживание.