ЭЛЕКТРОПРИВОД ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ
VALVING ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и может применяться для изменения положения исполнительных органов запорной арматуры (задвижки, краны, заслонки и т.п.).
7
Известен электропривод запорной арматуры (Пат. 2170871 RU, МПКF16K 31/05, опубл. 2001.07.20).
Он содержит электродвигатель, редуктор, основной планетарный механизм с водилом, замыкающий планетарный механизм, червячную передачу ручного управления, муфту свободного хода и фрикционную муфту с механизмом управления. Ось промежуточной шестерни замыкающего планетарного механизма установлена неподвижно. Эпициклическое колесо замыкающего планетарного механизма соединено с обоймой муфты свободного хода через механизм управления фрикционной муфтой. А звездочка муфты свободного хода установлена на выходном валу основного планетарного механизма.
Известный электропривод запорной арматуры обеспечивает работоспособность с любыми условиями нагружения.
Недостатком данного электропривода запорной арматуры является наличие планетарного механизма, который имеет повышенные габариты и массу при реализации больших передаточных отношений, особые требования при сборке, высокую стоимость изготовления и эксплуатации.
Наиболее близким к предлагаемому решению является электропривод к задвижкам трубопроводов (Пат. 2218504, МПК F16K 31/50, опубл. 2003.12.10), содержащий электродвигатель, редуктор с зубчатыми и червячными передачами, планетарной передачей и механизм управления, выключающий электродвигатель при конечных положениях запорного органа задвижки и ограничивающий величину вращающего момента с помощью тарельчатых пружин. Планетарная передача расположена в кинематической цепи между червячными передачами основного и ручного приводов соосно с полым сквозным приводным валом, проходящим через червячное колесо основной червячной передачи.
Данная конструкция электропривода позволяет передавать вращающий момент на приводной вал несколькими одинаковыми потоками мощности при уменьшении габаритов привода, однако наличие двух пар червячных передач приводит к значительному снижению коэффициента полезного действия электропривода и малой нагрузочной способности ввиду скольжения элементов червячной пары.
Задача изобретения - возможность использования в приводной части запорной арматуры цилиндрических передач путем применения редуктора, обладающего высокой нагрузочной способностью.
Технический результат - расширение кинематических возможностей привода запорной арматуры, а именно снижение частоты вращения вала электродвигателя для подъема шибера задвижки при малых габаритах и массе привода.
Указанный технический результат достигается тем, что в электроприводе запорной арматуры, содержащей реверсивный электродвигатель, выдвижной шпиндель, соединенный с шибером задвижки, расположенный между электродвигателем и выдвижным шпинделем редуктор, состоящий из корпуса, приводного эксцентрикового вала, конической двухвенцовой шестерни, конического колеса, конической муфты, выходного полого вала, обеспечивающего соосность с выдвижным шпинделем, таким образом, что коническое колесо соединено с корпусом и сопряжено с венцом двухвенцовой шестерни, а коническая муфта соединена с выходным полым валом, в нижней части которого закреплена ходовая гайка, и одновременно сопряжена с венцом двухвенцовой шестерни.
На чертеже изображена схема предлагаемого электропривода запорной арматуры.
2
3
1
4
Электропривод запорной арматуры состоит из реверсивного электродвигателя 1, выдвижного шпинделя 2, соединенного с шибером задвижки 3, редуктора, расположенного между электродвигателем 1 и выдвижным шпинделем 2. Редуктор состоит из корпуса 4, приводного эксцентрикового вала 5, конической двухвенцовой шестерни 6 с зубчатыми венцами z и z, конического колеса 7 с числом зубьев z, конической муфты 8 с числом зубьев z, выходного полого вала 9, ходовой гайки 10. Выходной полый вал 9 расположен соосно с выдвижным шпинделем 2.
Коническое колесо 7 установлено неподвижно и сопряжено с венцом конической двухвенцовой шестерни 6, а коническая муфта 8 соединена с выходным полым валом 9, в нижней части которого закреплена ходовая гайка 10, и одновременно сопряжена с венцом конической двухвенцовой шестерни 6.
Электропривод запорной арматуры работает следующим образом.
1
2
3
4
При включении реверсивного электродвигателя 1 вращение передается на приводной эксцентриковый вал 5 редуктора. Коническая двухвенцовая шестерня 6 совершает сложное движение - вращение вокруг своей оси и вместе с приводным эксцентриковым валом 5 вокруг вертикальной оси О-О, вызывая вращение конической муфты 8. При этом образуются две пары противоположно расположенных под углом 180° зоны зацепления z-zи z-z конических зубчатых венцов. Вращение от конической муфты 8, соединенной с выходной полым валом 9, передается ходовой гайке 10, установленной по резьбе выдвижного шпинделя 2. Вращение гайки 10 обеспечит осевое перемещение выдвижного шпинделя 2.
ном
При использовании трехфазного асинхронного электродвигателя с повышенным скольжением в закрытом обдуваемом исполнении типа АОС номинальная частота вращения составляет n=1300…1395 об/мин. Во избежание возникновения гидравлического удара закрывание задвижек большого диаметра (DN=800 мм) должно протекать за время t=140…200 с.
1
2
Общее передаточное число редуктора реализуется парой зубчатых венцов z и z и определяется следующей формулой:
1
где z - число зубьев конического колеса 7;
2
z - число зубьев венца двухвенцовой шестерни 6, сопряженного с коническим колесом 7.
1
2
3
4
Диапазон возможных передаточных чисел редуктора находится в широких пределах и для указанного редуктора, например, при значениях чисел зубьев z=62; z=60; z=60; z=59 и применении в установке электродвигателя с номинальной частотой вращения 1395 об/мин частота выходного полого вала 9 и соединенной с ним ходовой гайки 10 составит:
Формула для определения скорости перемещения выдвижного шпинделя 2 (скорость закрытия) в общем виде записывается как:
Г
В
V=(ω-ω)·h/(2·π), мм/с
Г
где ω - угловая скорость вращения ходовой гайки 10, рад/сек;
В
ω - угловая скорость вращения выдвижного шпинделя 2, рад/сек;
h - ход выдвижного шпинделя 2, мм
h=s·i,
где s - шаг резьбы выдвижного шпинделя 2, мм
i - число заходов резьбы выдвижного шпинделя 2.
Если принять шаг однозаходной резьбы (i=1) выдвижного шпинделя 2 s=6 мм, то скорость перемещения выдвижного шпинделя 2 составит 4,65 мм/сек и для прохождения шибером диаметра DN=800 мм потребуется 172 секунды, что не противоречит условию отсутствия гидравлического удара.
Таким образом, снижение частоты вращения вала электродвигателя для подъема шибера задвижки обеспечивается при малых массогабаритных параметрах привода.