ЭЛЕКТРОПРИВОДНОЙ МЕХАНИЗМ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Полезная модель относится к электроприводному механизму для управления трубопроводной арматурой в штатном режиме и автоматического перехода в безопасное положение в чрезвычайных случаях, например, перебоях в энергоснабжении, срабатывании внешнего сигнала, и может использоваться во взрывоопасных зонах нефтяной, газовой или химической промышленности.
За наиболее близкий аналог выбран электроприводной механизм трубопроводной арматуры по патенту CN 202302215, опубликованному 04.07.2012. Данный электроприводной механизм содержит редуктор на основе планетарно-цевочной передачи, своим входным валом связанный с электродвигателем, и своим выходным валом через шариковинтовую и зубчато-реечную передачи связанный с силовой пружиной, при этом зубчато-реечная передача имеет возможность перемещения исполнительного механизма трубопроводной арматуры между его первым положением, соответствующим штатному режиму работы и сжатой силовой пружине, и его вторым положением, соответствующим безопасному состоянию после аварийного срабатывания и разжатой силовой пружине. Выходной вал редуктора связан с шариковинтовой передачей посредством установленной на указанном выходном валу электромагнитной муфты.
Недостатком данного электроприводного механизма является отсутствие ограничителя скорости разжимающего движения силовой пружины, приводящее к ее резкому срабатыванию в чрезвычайных случаях, что чревато разрушением конструкции исполнительного механизма и гидроударом в трубопроводе.
Другим недостатком является постоянное вращение электромагнитной муфты в штатном режиме, приводящее к ее быстрому износу.
Техническая задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в увеличении безопасности работы вследствие обеспечения плавного срабатывания электроприводного механизма трубопроводной арматуры в нештатных ситуациях.
Поставленная задача решена тем, что электроприводной механизм трубопроводной арматуры, как и наиболее близкий аналог, содержит электродвигатель с редуктором на основе планетарно-цевочной передачи, своим выходным валом через шариковинтовую и зубчато-реечную передачи связанным с силовой пружиной, при этом зубчато-реечная передача имеет возможность перемещения исполнительного механизма трубопроводной арматуры в штатном режиме работы и при переходе в обеспеченное освобождением силовой пружины нормальное положение.
В отличие от наиболее близкого аналога, выходной вал редуктора включает первый выходной вал и второй выходной вал, причем удерживаемый от вращения в штатном режиме первый выходной вал связан с введенным тормозным элементом, имеющим возможность активации при вращении первого выходного вала.
Предпочтительно выполнение тормозного элемента в виде центробежной муфты.
При этом центробежная муфта связана с первым выходным валом редуктора через промежуточную зубчатую передачу.
Кроме этого, введен электромагнитный тормоз, связанный с первым выходным валом редуктора и имеющий возможность удержания от вращения указанного первого выходного вала в штатном режиме работы.
Кроме того, шариковинтовая передача установлена на втором выходном валу редуктора.
Сущность полезной модели иллюстрируется схематичным чертежом электроприводного механизма.
Электроприводной механизм трубопроводной арматуры, например, неполнооборотного действия, содержит электродвигатель 1, редуктор 2, блок концевых выключателей 3, шариковинтовую передачу 4, зубчато-реечную передачу 5, исполнительный механизм 6, силовую пружину 7, электромагнитный тормоз 8 и тормозной элемент 9.
Редуктор 2 выполнен на основе планетарно-цевочной передачи с самоторможением и содержит входной вал 10, связанный с электродвигателем 1, и выходной вал, включающий первый выходной вал 11 и второй выходной вал 12. Первый и второй выходные валы 11, 12 имеют возможность совместного вращения только при переходе из штатного режима в нормальное положение (нормально открытое или нормально закрытое в зависимости от конкретного исполнения). Второй выходной вал 12 через шариковинтовую передачу 4 и зубчато-реечную передачу 5 соединен с силовой пружиной 7. Тормозной элемент 9 связан с первым выходным валом 11 через промежуточную зубчатую передачу 13. Зубчато-реечная передача 5 имеет возможность перемещения исполнительного механизма 6 трубопроводной арматуры в штатном режиме работы и при переходе в нормальное положение, соответствующее безопасному состоянию после аварийного срабатывания. На входном валу 10 редуктора 2 дополнительно установлен ручной дублер 14. Выходной вал исполнительного механизма 6 снабжен местным указателем положения (на фиг. не показан), размещенным непосредственно над трубопроводной арматурой.
Электроприводной механизм трубопроводной арматуры работает следующим образом.
В штатном режиме работы первый выходной вал 11 удерживается от вращения электромагнитным тормозом 8. При подаче команды на электродвигатель 1, например, «открыть»/«закрыть», вращение вала электродвигателя 1 через входной вал 10 редуктора 2 и его второй выходной вал 12 приводит в движение установленную на втором выходном валу 12 шариковинтовую передачу 4, посредством которой вращательное движение преобразуется в поступательное и приводит к сжатию/ослаблению силовой пружины 7. Одновременно с этим происходит вращение выходного вала исполнительного механизма 6 посредством зубчато-реечной передачи 5. В результате исполнительный механизм 6 открывает или закрывает трубопроводную арматуру. Местный указатель положения, связанный с выходным валом исполнительного механизма 6, показывает текущее положение арматуры, удержание которого происходит за счет свойств самоторможения планетарно-цевочной передачи редуктора 2.
В случае нештатной ситуации, например, при перебое в энергоснабжении или при получении аварийного внешнего сигнала, блокировка первого выходного вала 11 электромагнитным тормозом 8 отсутствует. Аккумулированная энергия силовой пружины 7 приводит в действие механизм перевода арматуры в нормальное положение следующим образом. Разжатие силовой пружины 7 через зубчато-реечную 5 и шариковинтовую 4 передачи приводит во вращение второй выходной вал 12 и первый выходной вал 11. В свою очередь вращение первого выходного вала 11 активирует тормозной элемент 9, выполненный предпочтительно в виде центробежной муфты, например центробежной муфты сцепления, включающей барабан с подвижными колодками (на фиг. не показаны), которые прижимаются центробежными силами к ободу барабана, тем самым сдерживая крутящий момент выходного вала редуктора 2. Благодаря промежуточной зубчатой передаче 13 вращение центробежной муфты ускоряется кратно передаточному отношению. Скорость вращения выходного вала редуктора 2 снижается, и следовательно, замедляется переход трубопроводной арматуры в нормальное положение, обеспечиваемое освобождением силовой пружины 7, что соответствует безопасному состоянию после нештатной ситуации.
Работа механизмов от ручного дублера 14 аналогична их работе от электродвигателя 1. В случае ручного управления первый выходной вал 11 блокируют с помощью ручного фиксатора (при отсутствии электропитания) или с помощью электромагнитного тормоза 8 (при наличии электропитания). Ручной дублер 14 автоматически отключается при запуске электродвигателя 1.
Выполнение выходного вала редуктора в виде первого выходного вала и второго выходного вала, причем в штатном режиме первый выходной вал удерживается от вращения при одновременно вращающемся втором выходном вале, делает возможным установку связанного с первым выходным валом тормозного элемента.
При этом удержание от вращения первого выходного вала в штатном режиме обеспечено электромагнитным тормозом.
Введенный тормозной элемент, имеющий возможность активации при вращении первого выходного вала, т.е. при переходе из штатного режима в нормальное положение, ограничивает скорость вращения выходного вала редуктора и увеличивает время освобождения пружины, что приводит к плавному срабатыванию исполнительного механизма, предотвращающему механическое разрушение внутренних частей арматуры и исключающему гидроудар в трубопроводе, что в итоге увеличивает безопасность работы.
Кроме того, тормозной элемент выполнен предпочтительно в виде центробежной муфты, связанной с первым выходным валом редуктора через промежуточную зубчатую передачу, что кратно увеличивает частоту вращения центробежной муфты и способствует более плавному переводу арматуры в безопасное положение.