Устройство контроля положения затвора штуцерного или фланцевого шарового крана
GATE POSITION CONTROL DEVICE OF CHOKE OR FLANGED BALL VALVE

Устройство контроля положения затвора штуцерного или фланцевого шарового крана относится к шаровым кранам, функционирующим как отсекающие клапана в системах сжатого воздуха, воды и технических масел промывочных и испытательных стендов. Устройство контроля положения устанавливается на штуцерные или фланцевые шаровые краны с ручным приводом и взаимодействует через индуктивный бесконтактный выключатель со шпинделем затвора крана, указывая на состояние открытия или закрытия затвора крана на пульте управления оператора промывочного или испытательного стенда.
В промывочных или испытательных стендах содержится большое количество отсекающих клапанов, которые могут быть как впускными, так и выпускными клапанами по воздуху, воде и техническим маслам, при этом, их типоразмеры и номенклатура могут быть разнообразны.
Ресурс и эксплуатационная надежность стендов испытательных и промывочных зависит от надежной работы их гидравлических и пневматических систем и, в том числе, от работы устройств контроля положения затвора штуцерных или фланцевых шаровых кранов, входящих в указанные системы.
Известен шаровой клапан с внутренним микровыключателем, управляемым кулачком по патенту №2602466 С2 содержащий:
- корпус клапана, частично расположенный в основном проходе кожуха и выполненный с возможностью поворота в кожухе между открытым положением, обеспечивающим прохождение текучей среды через основной проход кожуха и закрытым положением, блокирующим прохождение текучей среды через основной проход кожуха;
- шток клапана, жестко связанный с корпусом клапана и расположенный с возможностью поворота в кожухе;
- рукоятку, расположенную на кожухе клапана, соединенную со штоком клапана и выполненную с возможностью поворота этого штока и корпуса клапана для перемещения корпуса клапана между открытым и закрытым положениями;
- выключатель, функционально связанный с клапанным блоком и выполненный с возможностью передачи сигнала о положении корпуса клапана на пульт машиниста, причем выключатель расположен в кожухе вплотную к штоку клапана и содержит плечо рычага, взаимодействующее со штоком клапана и выполненное с возможностью перемещения для включения выключателя для передачи сигнала;
- шток клапана имеет наружный диаметр и углубленную часть, образующие профиль кулачка, который взаимодействует с плечом рычага выключателя, а наружный диаметр штока клапана образован дугообразной наружной поверхностью штока клапана.
Недостатками указанного аналога являются:
- данная конструкция устройства контроля положения затвора может быть размещена только на конкретном типоразмере шарового крана штуцерного типа;
- данная конструкция устройства контроля положения затвора не может быть смонтирована на фланцевом шаровом кране или на штуцерном шаровом кране, установленных в гидро- или пневмосистемах промывочных или испытательных стендов;
- габариты кожуха устройства контроля положения затвора относительно габаритов клапана не позволяют его использования в условиях затесненности стенда.
Известен затвор поворотный дисковый под торговой маркой «Гранвэл», применяемый, как в системах тепловодоснабжения, вентиляции, кондиционирования, так и в химической, целлюлозно-бумажной, пищевой и других отраслях промышленности. В состав этого затвора входит корпус, в котором установлена эластичная манжета и диск, вращающийся внутри корпуса, контактирующий наружной кромкой с манжетой и, в зависимости от угла поворота, открывает или перекрывает проходное отверстие клапана. Поворот диска осуществляется рукояткой, которая жестко связана поворотной осью с диском (затвором). На корпусе затвора под углом 90° относительно друг друга в плоскости, перпендикулярной поворотной оси, закреплены два концевых выключателя. При повороте рукоятки в крайние положения происходит нажатие на один из выключателей, которые разрывают электрическую цепь, проходящую через них, тем самым, сигнализируя о том, что затвор клапана находится в положении «открыто» или «закрыто».
Недостатками устройства контроля положения затвора, входящего в рассматриваемый аналог, являются:
- большие габаритные размеры концевых выключателей;
- механический износ концевых выключателей;
- малая надежность концевых выключателей по сравнению с бесконтактными типами выключателей.
Известен затвор поворотный дисковый патент №126085 U1 - полезная модель, состоящий из корпуса, в котором диск (затвор), вращающийся на полуосях внутри корпуса, контактирует с эластичной манжетой, открывает и перекрывает проходное отверстие, при этом, поворот диска осуществляется рукояткой, которая жестко связана поворотной осью с диском, затвор снабжен кроссплатой, которая размещена в герметичном корпусе, и кронштейном, закрепленным на штоке, который при повороте штока обеспечивает срабатывание бесконтактных датчиков, закрепленных на фланце посредством держателя и двух винтов.
Недостатками указанного аналога являются:
- данная конструкция устройства контроля положения затвора не может быть смонтирована на штуцерном или шаровом кране, так как она конкретно разработана для дискового поворотного затвора и является его неотъемлемой частью;
- данная конструкция устройства контроля положения затвора не может быть смонтирована на фланцевом шаровом кране или штуцерном шаровом кране, установленных в гидро- или пневмосистемах промывочных или испытательных стендов.
В то же время, устройство контроля положения затвора является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и поэтому принято за прототип.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка надежного, малогабаритного простого в эксплуатации и сравнительно недорогого устройства контроля положения затвора с возможностью его установки на штуцерных или фланцевых шаровых кранах нескольких ближайших типоразмеров.
Основной технический результат, благодаря которому выполняется поставленная задача, обеспечивается:
- значительным снижением времени монтажных работ при установке устройства на шаровой кран, установленный на стенде;
- унификацией конструкции устройства контроля положения затвора.
Получение указанного технического результата обеспечивается тем, что в предлагаемом изобретении вокруг корпуса шарового или штуцерного крана установлен кожух, состоящий из двух половинок и содержащий опорную площадку, направленную в сторону от рукоятки, а на опорную площадку установлен, выполненный в одном корпусе, индуктивный бесконтактный выключатель с двумя датчиками, чувствительная часть которых направлена в сторону корпуса крана и имеющий разъемное соединение для подключения к системе контроля и управления промывочного или испытательного стенда.
На рукоятке крана смонтирован флажок, состоящий из регулировочного пальца, планки, установочного и регулирующего по высоте крепежа, при этом, зазор между контактной поверхностью регулировочного пальца и чувствительной поверхностью индуктивного бесконтактного выключателя должен быть не более 2 мм.
В частном случае, на опорной площадке в зоне между чувствительными поверхностями датчиков индуктивного бесконтактного выключателя закреплен пылесъемник для очистки контактной поверхности регулировочного пальца флажка.
Кожух, состоящий из двух половинок позволяет расширить возможность установки контроля положения затвора как на штуцерных, так и на фланцевых шаровых кранах нескольких ближайших типоразмеров, а также позволяет установку устройства на уже смонтированных шаровых кранах в пневмо- и гидросхемах стендов.
Опорная площадка, направленная в сторону от рукоятки позволяет компактно установить индуктивный бесконтактный выключатель относительно флажка, смонтированного на рукоятке.
Индуктивный бесконтактный выключатель состоит из двух индуктивных датчиков, размещенных в едином герметичном корпусе, имеющий разъемное соединение для подключения к системе контроля и управления стендом, что снижает габариты изделия и повышает надежность работы по сравнению с принятым прототипом.
На рукоятке крана смонтирован флажок, состоящий из регулировочного пальца, планки, установочного и регулирующего по высоте крепежа, что обеспечивает удобство регулировки и надежной фиксации зазора не более 2 мм между контактной поверхностью регулировочного пальца и чувствительной поверхностью индуктивного бесконтактного выключателя.
Пылесъемник, установленный на опорной площадке, позволяет исключить проникновение пыли и грязи на контактные поверхности регулировочного пальца и чувствительную поверхность индуктивного бесконтактного выключателя, в связи с чем увеличивается надежность работы системы управления стендом.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами: Фиг. 1. Устройство контроля положения затвора, установленное на штуцерном шаровом кране с ручным приводом. Фиг. 2. Устройство контроля положения затвора, установленное на фланцевом шаровом кране с ручным приводом. Фиг. 3. Схема монтажа-демонтажа устройства контроля положения затвора на штуцерном шаровом кране с ручным приводом. Фиг. 4. Схема монтажа-демонтажа устройства контроля положения затвора на фланцевом шаровом кране с ручным приводом. Фиг. 5. Блок-схема устройства индуктивного бесконтактного выключателя. Устройство контроля положения затвора смонтировано на корпусе 1 штуцерного 2 (Фиг. 1, 3) или фланцевого 3 (Фиг. 2, 4) шарового крана, установленного в пневмо- или гидросистеме промывочного или испытательного стенда.
Вокруг корпуса 1 шарового крана 2 или 3 установлен кожух 4, который состоит из двух половинок 5 и 6.
На половинке 5 кожуха выполнена опорная площадка 7, направленная в сторону противоположную от рукоятки 8. Обе половинки кожуха 4 установлены на корпусе 1 фланцевого или штуцерного клапанов (фиг. 1 и 2) и соединены болтами 9 и гайками 10 через направляющие втулки 11.
На опорной площадке 7 смонтирован индуктивный бесконтактный выключатель 12 с двумя датчиками 13 и 21, чувствительная поверхность 14 которых направлена в сторону корпуса 1 штуцерного крана 2 или фланцевого крана 3. Система контроля и управления положения шарового крана представляет собой два бесконтактных замыкающих индуктивных датчика 13 и 21 постоянного электронапряжения исполнения PNP либо NPN, выполненных в едином герметичном корпусе, изготовленном из литого полиамида. Корпус, кроме того, включает в себя штекерный четырехконтактный разъем 15 промышленного стандарта М12×1 для быстрого подключения устройства кабелем к источнику питания от 10 до 30 В постоянного тока, к системе контроля и управления промывочным или испытательным стендам и к световым индикаторам срабатывания (не показаны). Система контроля и управления также содержит систему комплексной защиты датчиков 13 и 21 от ошибок при подключении питания или бросков напряжения питания (не показано). Номинальный зазор Д между чувствительной поверхностью датчиков 13 и 21 выключателя 12 и площадкой регулировочного пальца 16 регулируется этим пальцем в диапазоне не более 2 мм.
Указанным техническим характеристикам соответствуют, например, наши индуктивные бесконтактные выключатели компании «ТЕКО».
На опорной площадке 7 в зоне между чувствительными поверхностями датчиков 13 и 21 индуктивного бесконтактного выключателя 12 закреплен пылесъемник 17 для очистки контактной поверхности 18.
На рукоятке 8 смонтирован флажок 25, состоящий из регулировочного пальца 16, планки 26 установочного 27 и регулирующего по высоте 28 крепежа.
Устройство контроля положения затвора штуцерного или фланцевого шарового крана, снабженного ручным приводом, работает следующим образом.
Устройство контроля положения затвора устанавливается на корпус 1 и рукоятку 8 штуцерного или фланцевого шарового крана с ручным приводом и взаимодействует через индуктивный бесконтактный выключатель 12 со шпинделем 19 затвора 20 крана, указывая на положение «Открыто» или «Закрыто» затвора крана на пульте управления оператора, промывочного или испытательного стенда.
При помощи рукоятки 8 крана затвор 20 крана вручную переводится в положение «Закрыто», при этом зазор Δ между контактной поверхностью 18 регулировочного пальца 16 (не более 2 мм) будет находиться напротив чувствительной поверхности датчика 13 индуктивного бесконтактного выключателя 12. На корпусе индуктивного бесконтактного выключателя 12 засветится световой индикатор, а с датчика 13 подается логический сигнал «Закрыто» на выход устройства (штекерный разъем). Регулирование зазора на величину не более 2 мм между контактной поверхностью 18 регулировочного фланца 16 и чувствительной поверхность датчика 13 производится регулировочным пальцем 16 путем его завинчивания - вывинчивания в планку 26 с последующей его фиксацией регулировочным крепежом 28 и установочным 27.
Когда затвор крана открывают, то рукоятку 8 поворачивают вручную на 90° в положение «Открыто», при этом контактная поверхность 18 регулировочного пальца 16 отходит от чувствительной поверхности датчика 13 индуктивного бесконтактного выключателя 12 (сигнал «Закрыто» на выходе устройства пропадает) и становится напротив чувствительной поверхности датчика 21, который подает на выход устройства логический сигнал «Открыто», а на корпусе индуктивного бесконтактного выключателя 12 загорается световой индикатор. При нахождении затвора 20 шарового крана в промежуточном положении, аналоговый сигнал на выходе устройства отсутствует.
Принцип действия индуктивного бесконтактного выключателя основан на изменении амплитуды колебаний генератора 22 при внесении в чувствительную зону датчика 13 или 21 металлического материала определенных размеров. При подаче питания на индуктивный бесконтактный выключатель в области его датчиков 13 и 21 образуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в зону материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора 22. В результате вырабатывается аналоговый выходной сигнал, величина которого изменяется от расстояния между датчиком и контролируемым предметом. Триггер 23 через демодулятор 24 преобразует аналоговый сигнал через усилитель 29 в логический. Блок-схема устройства индуктивного бесконтактного выключателя показана на фиг. 5.
Таким образом, устройство контроля положения затвора шарового крана передает информацию о состоянии положения затвора в систему контроля и управления промывочного или испытательного стенда.
Порядок монтажа - демонтажа устройства контроля положения затвора на корпуса и рукоятки штуцерных и фланцевых шаровых кранов показан на фиг. 3 и фиг. 4.
При повороте рукоятки 8 шарового крана из положения «Открыто» (затвор открыт) в положение «Закрыто» (затвор закрыт) или наоборот контактная поверхность 18 регулировочного пальца 16 проходит под рабочей поверхностью пылесъемника 17, в результате чего происходит очистка контактной поверхности 18 регулировочного пальца 16 от пыли или другой грязи.
Таким образом, предлагаемая конструкция и порядок ее работы обеспечивают сравнительно простую установку устройства контроля положения затвора на корпусе и рукоятке штуцерных и фланцевых шаровых кранов с близкими условными проходами, при этом, обеспечиваются сравнительно малые габариты устройства и его высокая надежность в работе при подключении к системе контроля промывочного или испытательного стендов.