Пневмопривод для клапана осесимметричного
PNEUMATIC ACTUATOR FOR AXIALLY SYMMETRIC VALVE

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для управления клапаном при регулировании расхода и давления природного, нефтяного и искусственного углеводородного газов на трубопроводах различных технологических линий и может найти применение в тепловой энергетике, газовой и нефтехимической и других отраслях промышленности.
Известен привод, содержащий корпус в виде пневмоцилиндра для подачи управляющего давления, в полости которого размещен поршень, связанный со штоком исполнительного органа, упругие элементы в виде пружин, количество которых зависит от величины рабочего хода и усилия на штоке исполнительного органа, ручной дублер, (патент RU №2075655 С1, МПК F15В 15/00, F15В 13/10, F16K 31/50, приоритет от 29.06.1994, опубл. 20.03.1997).
Однако надежность работы пневмопривода снижается из-за того, что в данной конструкции не предусмотрено демпферных механизмов, сглаживающих рывки перемещения штока исполнительного органа, что в свою очередь приводит к ударам при перемещении поршня в крайние положения. Данное явление приводит к более частому выходу привода из строя и нарушению изначальных настроек. Для приведения в действие поршень-шток и использования ручного дублера, необходимо выполнение вращательных движений, что приводит к неудобству в эксплуатации привода. Реализация ручного дублера требует установки дополнительных уплотнений и соответствующей точной обработки посадочных мест под данные уплотнения, что приводит к снижению технологичности изготовления привода.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату, и выбранный в качестве прототипа, является пневмопривод для клапана осесимметричного, содержащий пневмоцилиндр, в полости которого размещен поршень, шток которого жестко соединен со штоком исполнительного органа, и взаимодействующий с упругими элементами в виде пружин, имеющие противоположное направление навивки в количестве не менее четырех каждого направления и установленные через одну в пневмоцилиндре, гидроцилиндр, взрывозащищенные концевые выключатели, фиксирующие конечные положения поршня, и позиционер приводных механизмов, определяющий текущее положение штока исполнительного органа, ручной дублер в виде гидросистемы, являющейся одновременно гидродемпфером, (патент RU №2626868 С1, МПК F16K 31/143, F15B 11/072, приоритет от 31.08.2016, опубл. 02.08.2017).
Однако расположение гидроцилиндра непосредственно в пневмоцилиндре приводит к сложности монтажа конструкции, неудобству его эксплуатации, а также сложности обслуживания и контроля из-за необходимости постоянного разбора пневмопривода. Разборка пневмопривода снижает надежность его работы. Кроме того, конструкция пневмопривода имеет сложный в изготовлении пневмоцилиндр, реализующий в себе цилиндр пружинного блока, рабочую полость и ресивер, причем данный пневмоцилиндр изготовляется из двух штампованных заготовок сваренных между собой под последующую механическую обработку, что безусловно усложняет процесс изготовления, требует значительных затрат времени и ресурсов.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы пневмопривода, удобство его обслуживания и повышение технологичности изготовления.
Указанная техническая задача достигается тем, что, пневмопривод для клапана осесимметричного, содержащий закрепленный на стойке пневмоцилиндр с размещенным в нем поршнем, шток которого жестко связан со штоком клапана осесимметричного, упругие элементы в виде пружин, расположенные вокруг штока поршня и имеющие противоположное направление навивки в количестве не менее четырех каждого направления и установленные через одну с возможностью сжатия при подаче давления в рабочую полость, гидроцилиндр со штоком, взрывозащищенные концевые выключатели, закрепленные на стойке, фиксирующие конечные положения поршня, и позиционер приводных механизмов, определяющий текущее положение штока клапана, ручной дублер в виде гидросистемы, являющийся одновременно гидродемпфером, согласно изобретению, над пневмоцилин-дром размещен корпус с проходящим через него штоком поршня, жестко соединенным со штоком гидроцилиндра, закрепленного сверху на корпусе, упругие элементы установлены в корпусе под кондуктором, закрепленным на штоке поршня с установленным на нем дополнительным упругим элементом с возможностью реализации силовой характеристики пневмопривода.
При этом гидроцилиндр оснащен системой обогрева и маслобаком.
При этом гидросистема, используемая в качестве ручного дублера, размещена на стойке.
При этом шток гидроцилиндра соединен со штоком поршня посредством резьбового соединения с нанесенным на него фиксирующим герметиком.
Закрепление гидроцилиндра на установочной плите сверху на корпусе, обеспечивает удобство его монтажа при сборке, прокачке гидросистемы при заполнении ее рабочей жидкостью. Это связано с тем, что гидроцилиндр является верхней точкой в системе и имеются средства для сброса воздуха, что обеспечивает удобство его обслуживания и осуществление демонтажа в случае его ремонта без разборки основных узлов пневмопривода за счет расположения гидроцилиндра за пределами корпуса, в результате чего улучшается технологичность изготовления пневмопривода.
Закрепление пневмоцилиндра с поршнем на стойке под корпусом и соединение штока поршня, проходящего через корпус, с одной стороны со штоком гидроцилиндра, с другой стороны со штоком клапана, повышает надежность работы пневмопривода, обеспечивается удобство его обслуживания.
Снабжение гидроцилиндра маслобаком обеспечивает в случае нештатной ситуации перевод гидросистемы в режим ручного управления нагнетанием давления масла в рабочую полость гидроцилиндра и компенсацию разности объемов масла, что способствует надежности работы пневмопривода за счет обеспечения возможности его непрерывной работы.
Расположение упругих элементов в виде пружин под кондуктором, закрепленным на штоке поршня, проходящего через корпус, а также установление на нем дополнительного упругого элемента, обеспечивает гарантированное открытие/закрытие клапана после сброса давления газа с рабочей полости пневмопривода, предотвращает проворот поршня вокруг оси, что исключает закусывание и задиры на трущихся поверхностях, в результате чего надежность работы пневмопривода повышается.
Оснащение пневмоцилиндра, гидроцилиндра и шкафа управления системой обогрева в виде греющего кабеля и обогревателя позволяет применять пневмопривод в районах с критически низкими температурами (до - 60°С) и обеспечить его нормальную работу.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - показан пневмопривод для клапана осесимметричного, поперечный разрез;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, показаны пружины, имеющие разное направление навивки, установленные через одну внутри корпуса на опоре средней под кондуктором, закрепленным на штоке поршня, в количестве не менее четырех штук каждой навивки и одна дополнительно установленная пружина на штоке поршня;
на фиг. 3 - показан пневмопривод, закрепленный на осесимметричном клапане, аксонометрия.
Нумерация деталей пневмопривода для клапана осесимметричного представлена в следующей последовательности:
1 - стойка
2 - плита установочная
3 - пневмоцилиндр
4 - поршень в пневмоцилиндре
5 - шток поршня
6 - фланец регулировочный
7 - шток клапана осесимметричного
8 - клапан осесимметричный
9 - плита средняя
10 - корпус
11 - кондуктор
12 - пружины
13 - пружины
14 - пружина на штоке поршня
15 - рабочая полость пневмопривода
16 - установочная плита
17 - гидроцилиндр
18 - шток гидроцилиндра
19 - маслобак гидроцилиндра
20 - концевые выключатели
21 - позиционер
22 - кожух нижний
23 - кожух гидроцилиндра
24 - кожух пневмоцилиндра и корпуса
25 - гидросистема (ручной дублер)
26 - пневмосистема
27 - разветвительная коробка
28 - шкаф управления для пневмо - и гидросистемы
29 - разветвительная коробка
Пневмопривод для клапана осесимметричного содержит опору в виде сварной стойки 1, на которой размещена плита установочная 2 с закрепленным на ней пневмоцилиндром 3. Внутри пневмоцилиндра 3 установлен поршень 4 со штоком 5 (фиг. 1). Шток 5 проходит через фланец регулировочный 6, закрепленный в центральном отверстии плиты установочной 2, и соединен со штоком 7 клапана осесимметричного 8. Сверху на пневмоцилиндре 3 установлена плита средняя 9. На плите средней 9 размещен корпус 10 с проходящим через него штоком 5 поршня 4, на котором жестко закреплен кондуктор 11. Внутри корпуса 10 между плитой средней 9 и кондуктором 11 вокруг штока 5 расположены упругие элементы (фиг. 2). В качестве упругих элементов использованы пружины 12, 13. Пружины 12 и 13 имеют противоположное направление навивки в количестве не менее четырех каждого направления и установлены через одну, обеспечивают открытие/закрытие клапана осесимметричного 8 после подачи или сброса давления газа в рабочей полости 15 пневмопривода. На штоке 5 в корпусе 10 установлена дополнительная пружина 14 для реализации силовой характеристики пневмопривода. Рабочая полость 15 пневмопривода ограничена плитой средней 9, поршнем 4, пневмоцилиндром 3. Сверху на корпусе 10 закреплена болтовым соединением установочная плита 16. На установочной плите 16 закреплен гидроцилиндр 17. Шток 18 гидроцилиндра 17 соединен со штоком 5 поршня 4. Гидроцилиндр 17 снабжен маслобаком 19 для запаса масла на случай протечек и компенсации разницы объемов рабочих полостей гидроцилиндра 17. Штоки 5 и 18 соединены между собой посредством резьбового соединения, на которое нанесен фиксирующий герметик. На стойке 1 закреплены взрывозащищенные концевые выключатели 20, фиксирующие конечные положения поршня 4 в пневмоцилиндре 3, и позиционер 21 приводных механизмов, определяющий текущее положение штока 7 клапана осесимметричного 8. Концевые выключатели 20 и позиционер 21 закрыты от воздействия окружающей среды кожухом нижним 22. (фиг. 3). Оборудование, установленное вокруг гидроцилиндра 17, защищено от воздействия окружающей среды кожухом 23. Оборудование, установленное вокруг пневмоцилиндра 3 и корпуса 10, защищено от воздействия окружающей среды кожухом 24. Пневмопривод оснащен ручным дублером для перемещения поршня клапана осесимметричного 8 в нужное положение в случае нештатной ситуации. В качестве ручного дублера используют размещенную на опоре 1 гидросистему 25, являющуюся одновременно гидродемпфером при нормальной работе пневмопривода.
Система управления пневмопривода состоит из пневмосистемы 26 (фиг. 1), в состав которой входит: позиционер (главный управляющий орган), фильтр -осушитель, редукторы высокого давления, бустеры, обратные клапаны, дроссельные заслонки (не показаны). Управляющая среда (природный газ трубопровода), посредством пневмопровода, подведена к фильтру - осушителю (не показано). Положение поршня 4 в пневмоцилиндре 3 определяется позиционером 21 в зависимости от управляющего электрического сигнала, который к нему подается (от 4,0 мА до 20 мА). Управляющие кабели концевых выключателей 20 и позиционера 21 выведены в разветвительную коробку 27 (фиг. 3). Оборудование пневмо - и гидросистемы размещено в шкафу управления 28, который оснащен системой обогрева. В качестве греющего элемента выступает обогреватель взрывозащищенный, закрепленный на внутренней стенке шкафа управления 28. Питающий кабель греющего элемента выведен в разветвительную коробку 29. Пневмоцилиндр 3 так же оснащен системой обогрева, в качестве греющего элемента выступает аналогичной обогреватель взрывозащищенный. Все оборудование пневмопривода установлено в отдельных кожухах 22, 23, 24, что является доступным для замены в случае выхода одного из строя и удобно для обслуживания и контроля.
Пневмопривод для клапана осесимметричного работает следующим образом.
Пневмопривод закрепляют на клапане 8 и соединяют шток 7 клапана со штоком 5 поршня 4, размещенного в пневмоцилиндре 3 посредством муфты. Крайнее верхнее положение поршня 4 - нормально открытое состояние клапана осесимметричного 8. Крайнее нижнее положение поршня 4 - нормально закрытое состояние клапана 8. Исходное положение пневмопривода - поршень 4 в верхнем положении. Природный газ через клапан 8 поступает в трубопроводы. При подаче управляющего электрического сигнала (от 4 мА до 20 мА) на позиционер 21, происходит подача давления газа на поршень 4 в рабочую полость 15, ограниченную плитой средней 9, поршнем 4 и пневмоцилиндром 3. Поршень 4 плавно без рывков начинает перемещаться вниз. Шток 5 поршня 4 также перемещается вниз с закрепленным на нем кондуктором 11. Пружины 12, 13, установленные в корпусе 10 между плитой средней 9 и кондуктором 11 вокруг штока 5 поршня 4, и пружина 14 на штоке 5, начинают сжиматься. После подачи максимального давления поршень 4 сжимает пружины 12, 13 и 14 и, переместившись на 100 мм, упирается во фланец регулировочный 6, закрепленный в центральном отверстии плиты установочной 2. Шток 5 поршня 4 при этом опускается вниз, перемещает соединенный с ним шток 7 клапана осесимметричного 8, и перекрывает клапан.
При прекращении подачи давления газа в рабочую полость 15 поршень 4 под действием пружин 12, 13 и 14 поднимается вверх в исходное положение, приводя клапан 8 в открытое состояние.
При работе пневмопривода от ручного дублера (гидросистемы 25) в случае внештатной ситуации, гидросистему 25 переводят в режим ручного управления, после чего осуществляется нагнетание давления масла в рабочую полость гидроцилиндра 17. Под действием давления масла шток 18 гидроцилиндра 17 опускается вниз. Соединенный со штоком 18 гидроцилиндра 17 шток 5 поршня 4, также опускается вниз. Установленные между кондуктором 11 и плитой средней 9 пружины 12, 13 и 14 сжимаются, и поршень 4 под действием пружин 12, 13 и 14 перемещается вниз, приводя клапан 8 в закрытое состояние.
После восстановления нормальных условий работы пневмопривода, гидросистему переводят в режим автоматического управления, после чего клапан 8 переводится в открытое состояние за счет поднятия поршня 4 вверх под действием пружин 12, 13 и 14.
Таким образом, использование предлагаемого пневмопривода повышает надежность работы пневмопривода при управлении клапаном при регулировании расхода газов на трубопроводах.