ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД ДЛЯ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ ГАЗО-, НЕФТЕ- И ПРОДУКТОПРОВОДОВ
ELECTROPNEUMATIC ACTUATOR FOR MULTIPURPOSE ACCESSORIES OF GAS-, OIL- AND PRODUCTS PIPE LINES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области пневмомашиностроения, в частности к механизмам, предназначенным для осуществления перестановки (поворота) затворов шаровых кранов при дистанционном и местном управлении.
Предшествующий уровень техники
Известен пневматический привод с поршневым двигателем, содержащий пневмоцилиндры, поршни, поворотный механизм, конечные выключатели (см., например, А.Ф.Гуревич и др. Справочник по арматуре для газо- и нефтепроводов, Ленинград, «Недра», 1988 г., стр.346). Техническими недостатками этого привода являются наличие второго рабочего тела (масла или специальной жидкости); наличие мягких подвижных трущихся уплотнений (поршневых колец), возможность несанкционированного поворота выходного вала привода (затвора шарового крана) под действием потока транспортируемого газа. Техническим недостатком привода является также то, что рабочий газ, забираемый непосредственно из газопровода, после прохода через привод выбрасывается непосредственно в окружающую среду, что наносит ущерб экологии.
Известен пневматический привод со струйным двигателем (например, патент РФ №2131065 «Пневматический привод Саяпина и электропневматическое управляющее устройство»), содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, кулисно-винтовой поворотный механизм. Привод, в отличие от предыдущего, не требует второго рабочего тела, не имеет подвижных трущихся уплотнений. Основным его техническим недостатком, как и у предыдущего привода, является то, что выхлоп отработанного газа, также забираемого непосредственно из газопровода, происходит в окружающую среду, что наносит ущерб экологии окружающей среды.
Известен также электрогидравлический привод, содержащий поршневой гидравлический двигатель. Источник гидропитания представляет собой гидропневмоаккумулятор, содержащий две полости: одну, содержащую рабочую жидкость, вторую, содержащую сжатый газ (азот); гидронасос, приводимый в действие электродвигателем; систему управления источником питания и гидродвигателем. Техническими недостатками данного привода являются наличие двух рабочих тел, газа и жидкости; наличие подвижных трущихся уплотнений; наличие двух полостей с переменным объемом (газовой и гидравлической) и необходимость обеспечения герметичности переменной газовой полости при высоком давлении газа в ней (до 30 МПа); сложность системы управления приводом («Приводы и устройства управления. Тип SST», рекламные материалы фирмы Schuck).
Раскрытие сущности изобретения
Технической задачей изобретения является:
- создание экологически чистого привода для запорно-регулирующей арматуры газо-, нефте- и продуктопроводов;
- расширение диапазона применения приводов как на газонапорных станциях, так и на магистральных газопроводах;
- повышение надежности работы привода.
Эта техническая задача решается тем, что в электропневматическом приводе, содержащем последовательно соединенные источник питания и исполнительный привод, выходной элемент которого соединен с входным элементом арматуры, источник питания выполнен в виде последовательно соединенных электродвигателя, пневмонасоса и ресивера, выход которого соединен со входом исполнительного привода, который выполнен в виде пневматического привода со струйным двигателем, содержащим последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ручным дублером, кулисно-винтовой поворотный механизм, включающий в себя ходовой винт, соединенный с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, кулису, вход которой связан через ходовую гайку с ходовым винтом, а выход - с выходным валом привода.
Эта техническая задача решается также тем, что привод снабжен устройством ограничения максимальной величины движущего момента привода.
Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в следующем.
Экологическая чистота привода обеспечивается за счет того, что рабочим телом привода является сжатый воздух.
Расширение области применения приводов достигается за счет того, что рабочим телом привода является сжатый воздух, что позволяет применять привода как на магистральных газопроводах, так и в закрытых помещениях, не ухудшая состояния окружающей среды.
Повышение надежности работы электропневматического привода достигается за счет того, что исполнительный привод выполнен в виде пневматического привода со струйным двигателем, который не требует наличия второго рабочего тела (масла или специальной жидкости), не имеет подвижных трущихся уплотнений. Повышение надежности достигается также за счет того, что в восстанавливаемом источнике энергии емкость, содержащая рабочее тело (сжатый воздух), выполнена в виде ресивера (баллона).
Повышение надежности электропневматического привода достигается за счет того, что источник питания выполнен в виде последовательно соединенных электродвигателя, пневмонасоса (компрессора) и ресивера, выход которого соединен со входом исполнительного привода, который выполнен в виде пневматического привода со струйным двигателем, содержащим последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ручным дублером, кулисно-винтовой поворотный механизм, включающий в себя ходовой винт, соединенный с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, кулису, вход которой через ходовую гайку связан с ходовым винтом, а выход - с выходным валом привода.
Изобретение поясняется далее описанием примера осуществления со ссылкой на чертежи, где изображены:
на Фиг.1 - схема электропневматического привода;
на Фиг.2 - схема устройства ограничения максимальной величины движущего момента привода.
Электропневматический привод (Фиг.1) содержит последовательно соединенные источник пневмопитания 1, электропневматическое управляющее устройство 2, пневматический привод со струйным двигателем 3. Источник питания 1 включает в себя последовательно соединенные электродвигатель 5, пневмонасос 6, ресивер 7, систему управления электродвигателем 8. Электропневматическое устройство управления 2 включает в себя электропневмоклапаны 10, 11, регуляторы давления газа 12, 14, нормально замкнутые герконы 15, 16, постоянные магниты 17, 18, соединенные с выходным валом привода 19. Пневматический привод со струйным двигателем 3 включает в себя струйный двигатель 30, редуктор 31 с ручным дублером 32, ходовой винт 33, через ходовую гайку 34 соединенный с кулисой 35, устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода 36, содержащее упругий элемент 37, при этом ходовой винт 33 соединен через механическую передачу 38 с устройством ограничения движущего момента струйного двигателя 39 (Фиг.1, 2), выполненного в виде золотника 40, помещенного в гильзу 41 с окнами 43, 44, 45, 46, соединенным со входами в струйный двигатель. На Фиг.1 изображены также задающее устройство 40 с «ключом» 41, контактами 42, 43, клеммы внешней электросети 42, 43, 44, 45. Обозначено также давление Р в ресивере 7.
Электропневматический привод работает следующим образом. В исходном положении электродвигатель 5 подключен к клеммам 44, 45, а ресивер 7 заполнен сжатым воздухом до давления Р, и ключ 41 находится в среднем (нейтральном) положении. При повороте ключа на клемму 42 (как показано на Фиг.1) поступает электрический сигнал (напряжение), который подается на обмотку электропневмоклапана 10 и далее через нормально замкнутый геркон 16 на клемму 43. В результате протекания тока по цепи срабатывает нормально закрытый электропневмоклапан 10 и открывает доступ сжатому воздуху из ресивера 7 через регулятор давления 14 и нормально открытый ограничитель движущего момента струйного двигателя 39 в двигатель 30. Ротор двигателя (не показан) начинает вращаться и через редуктор 31 передает вращение ходовому винту 33 и через ходовую гайку 34 поворачивает кулису 35 и через нее выходной вал привода 19. Одновременно с валом 19 поворачиваются постоянные магниты 17 и 18 (в данном случае - по часовой стрелке). При повороте вала 19 на 90° и посадке кулисы на механический упор магнит 18 подходит к геркону 16 и размыкает его контакты, разрывая электроцепь между клеммами 41 и 43. В результате электропневмоклапан 10 закрывается, прекращая доступ сжатого газа в струйный двигатель 30. При «посадке» кулисы на механический упор (не показан) ротор струйного двигателя и ходовой винт 33 продолжают вращаться по инерции. При этом ходовой винт перемещается в осевом направлении внутри неподвижной ходовой гайки и сжимает упругий элемент 37 до тех пор, пока вся кинетическая энергия подвижных частей не преобразуется в потенциальную энергию упругого элемента 37. Начальная сила поджатия упругого элемента 37 соответствует усилию на оси ходового винта 33, необходимому для создания требуемого движущего момента на выходном валу пневмопривода.
Если по каким-либо причинам, например, вследствие нарушения работы регуляторов давления 12, 14, струйный двигатель начинает развивать движущий момент больше допустимого, происходит дополнительное поджатие упругого элемента 37 и перемещение золотника 40, который перекрывает одно из окон, например 45, что приводит к уменьшению подачи сжатого воздуха в двигатель 30 и тем самым к уменьшению величины движущего момента двигателя.
При работе пневмопривода вследствие расхода газа в течение нескольких секунд происходит падение давления в ресивере 7. При этом система 8 управления электродвигателем 5 (устройство системы в заявку не входит) включает электродвигатель 5, который приводит в действие пневмонасос 6 (миникомпрессор), который закачивает сжатый воздух в ресивер в течение времени между рабочими циклами пневмопривода до величины максимального давления, после чего система 8 отключает двигатель 5. Таким образом происходит восстановление энергосодержанием источника питания 1. Масса сжатого воздуха в ресивере при полном давлении обеспечивает 3-4-кратную перестановку регулирующего органа арматуры.