ПРИВОД МНОГОХОДОВОГО КРАНА С ПОДЪЕМНО-ПОВОРОТНЫМ КОНУСООБРАЗНЫМ ЗАТВОРОМ

Полезная модель относится к приводу многоходового крана с подъемно-поворотным конусообразным затвором и предназначена для управления многоходовыми кранами с целью отклонения (диверсификации) потока среды, в частности, для управления четырехходовым краном с целью отклонения потока среды в турбопоршневой поверочной установке для двунаправленной поверки счетчиков (расходомеров), входящих в состав систем измерений количества и показателей качества нефти или нефтепродуктов.
В многоходовых кранах с конусообразным затвором необходимо избегать задира на скользящих относительно друг друга поверхности затвора и поверхности седла при переходе затвора из одного запирающего положения в другое. Для этого затвор высвобождают из наклонной поверхности седла, перемещая вдоль продольной оси вала, на котором смонтирован затвор. Между поверхностью затвора и седлом образуется зазор. Далее затвор поворачивают вокруг продольной оси вала для перехода в другое запирающее положение. Затем затвор перемещают в обратном направлении вдоль указанной продольной оси, чтобы установить затвор в седло. Конусообразный затвор запирает отверстия многоходового крана с хорошим уплотнением.
Известен привод четырехходового крана для отклонения потока с подъемно-поворотным конусообразным затвором («Руководство по установке, действию и поддержанию четырехходового отклоняющего крана GENERAL» («GENERAL FOUR-WAY DIVERTER VALVE») (далее Руководство), фирма Камерон (Cameron), США, дата издания не указана). На страницах 2, 6, 7 Руководства представлено действие крана, а также описание и работа привода крана. Привод служит для высвобождения наклонной поверхности седла за цикл, определяемый как промежуток между двумя запирающими положениями конусообразного затвора в седле. Привод содержит корпус и редуктор, входное звено которого выполнено с возможностью кинематического соединения с источником движения (электродвигателем, ручным дублером). Привод содержит также верхний стержень (upper stem) (выходное звено редуктора), средний стержень (middle stem) (промежуточный вал привода) и нижний стержень (lower stem) (выходной вал привода). Верхний, средний и нижний стержни расположены соосно, соединены один за другим резьбовыми соединениями и последовательно образуют между собой передачи «винт-гайка». Привод содержит два ролика: верхний ролик, прикрепленный к среднему стержню, и нижний ролик, прикрепленный к нижнему стержню. Ролики перемещаются в вертикальных прорезях на корпусе. На среднем стержне имеется стопорное гнездо для нижнего ролика. В это гнездо нижний ролик попадает в конечной точке своего перемещения по вертикальной прорези на корпусе. Нижний ролик выполнен таким образом, что при попадании в это гнездо он соединяет нижний и средний стержни и предотвращает их поворот относительно друг друга по резьбе. На верхнем стержне имеется стопорное гнездо для верхнего ролика. В это гнездо верхний ролик попадает в конечной точке своего перемещения по вертикальной прорези на корпусе. Верхний ролик выполнен таким образом, что при попадании в это гнездо он соединяет средний и верхний стержни и предотвращает их поворот относительно друг друга на резьбе. Корпус соединен с нижним стержнем подвижным пазовым соединением. Пазовое соединение состоит из паза (groove), выполненного на нижнем стержне, и выступа (guide pin) на корпусе. Паз содержит три последовательно соединенные части (три отрезка). Первая и третья части паза одинаковы, параллельны друг другу и продольной оси нижнего стержня (следовательно, среднего и верхнего стержней). Вторая часть паза соединяет первую и третью части и перпендикулярна продольной оси нижнего стержня. Подобная форма паза названа в Руководстве - U-образной (U-shaped groove). Выступ пазового соединения выполнен в виде направляющего штифта (guide pin). При необходимости отклонения потока, например, вправо, входное звено редуктора вращают по часовой стрелке. Вращательное движение передается верхнему стержню (выходному звену редуктора) и среднему стержню (промежуточному валу), которые соединены между собой резьбовым соединением и дополнительно замкнуты от взаимного поворота верхним роликом. Верхний ролик вместе с верхним и нижним стержнем вращается, опираясь на внутреннюю стенку корпуса, вокруг общей продольной оси стержней. Нижний стержень (выходной вал), соединенный со средним стержнем (промежуточным валом) резьбовым соединением и с корпусом с помощью подвижного пазового соединения, закреплен от вращения выступом (guide pin) этого пазового соединения. Нижний стержень (выходной вал) перемещается от седла вдоль своей продольной оси. Одновременно с нижним стержнем по вертикальной прорези в корпусе перемещается нижний ролик. Когда выступ (guide pin) пазового соединения совпадет со второй частью указанного U-образного паза, перпендикулярной продольной оси нижнего стержня, то нижний ролик совпадет со стопорным гнездом на среднем стержне и соединит нижний и средний стержень. Нижний буртик на среднем стержне войдет в контакт с верхним буртиком на нижнем стержне. Все три стержня становятся сомкнутыми вместе и вращаются по часовой стрелке заодно.
Нижний ролик, опираясь на внутреннюю стенку корпуса, вращается вместе со стержнями вокруг их общей продольной оси. Входное звено редуктора по-прежнему вращают по часовой стрелке. Выступ (guide pin) указанного пазового соединения окажется в третьей части U-образного паза, параллельной продольной оси нижнего стержня, а верхний ролик, до этого соединяющий верхний и средний стержни, окажется в вертикальной прорези на корпусе и выйдет из стопорного гнезда на верхнем стержне. В результате, верхний и средний стержни становятся незакрепленными от взаимного поворота по соединяющей их резьбе, а нижний и средний стержни продолжают быть сомкнутыми с помощью нижнего ролика и закреплены от вращения выступом (guide pin) указанного пазового соединения. Верхний стержень начинает вращаться, средний и нижний стержни движутся поступательно к седлу крана. Обратное направление этого поступательного движения достигается за счет разнонаправленности резьбового соединения между нижним и средним стержнями и резьбового соединения между средним и верхним стержнями.
К недостаткам данного привода можно отнести низкий к.п.д. передачи «винт-гайка» (около 0,25), что вызывает значительные тепловые потери и требует повышенной мощности для работы привода. Кроме того, выходной вал привода (нижний стержень) имеет относительно небольшой ход - на два шага резьбы. Следовательно, конусообразный затвор отходит от седла на небольшое расстояние. Однако в некоторых случаях требуется больший ход выходного вала привода, например, при загрязненном потоке, проходящем через многоходовой кран, чтобы увеличить расстояние, на которое затвор отходит от седла, и тем самым избежать накопления загрязнений между затвором и седлом.
Вышеописанный привод выбран за наиболее близкий аналог (прототип).
Задачей полезной модели является расширение возможности использования многоходового крана с заявляемым приводом для загрязненных сред, а также повышение экономичности работы привода.
Технический результат заключается в увеличении хода выходного вала привода вдоль его продольной оси и в повышении к.п.д. привода за счет исключения передачи «винт-гайка».
Как и в прототипе, привод многоходового крана с конусообразным затвором и седлом с наклонной поверхностью включает корпус, редуктор с входным и выходным звеном, промежуточный вал, выходной вал, выполненный с возможностью установки указанного затвора на его конце, средства для кинематического соединения промежуточного и выходного валов, при этом входное звено указанного редуктора выполнено с возможностью кинематического соединения с источником движения, а его выходное звено кинематически соединено с упомянутым промежуточным валом, корпус и выходной вал соединены пазовым соединением, включающим выступ и паз, выполненные с возможностью относительного перемещения, причем паз содержит две равные части, расположенные параллельно продольной оси выходного вала напротив друг друга, и соединяющую их часть, расположенную перпендикулярно продольной оси выходного вала, а указанные средства для соединения промежуточного и выходного валов выполнены с возможностью обеспечения при неизменном направлении вращения входного звена редуктора и в пределах оборота упомянутого промежуточного вала перемещения выходного вала вдоль его продольной оси, поворота вокруг этой оси и движения вдоль нее обратно.
В отличие от прототипа выходной вал расположен перпендикулярно промежуточному валу, указанные средства их соединения выполнены в виде кулачка и пальца, установленных на промежуточном валу,, установленного на выходном валу толкателя, образующего с указанным кулачком кулачковый механизм, вилки, соединенной с выходным валом подвижным шлицевым соединением, закрепленной на корпусе от перемещения вдоль упомянутого выходного вала и выполненной с возможностью ее поворота вокруг продольной оси этого выходного вала под действием вышеуказанного пальца при нахождении выступа упомянутого пазового соединения в части его паза, перпендикулярной продольной оси выходного вала.
Устройство изображено на фигуре со следующими обозначениями:
1 - корпус,
2 - редуктор,
3 - входное звено редуктора,
4 - выходное звено редуктора,
5 - промежуточный вал,
6 - выходной вал,
7 - шпоночное соединение между выходным звеном редуктора и промежуточным валом,
8 - отверстие на выходном валу для установки затвора,
9 - часть паза подвижного пазового соединения, параллельная продольной оси выходного вала,
10 - часть паза подвижного пазового соединения, перпендикулярная продольной оси выходного вала,
11 - часть паза подвижного пазового соединения, параллельная продольной оси выходного вала,
12 - выступ подвижного пазового соединения,
13 - кулачок кулачкового механизма,
14 - палец на промежуточном валу,
15 - толкатель кулачкового механизма,
16 - вилка на выходном валу,
17 - шпонка для присоединения пальца,
18 - подшипники кулачка,
19 - болтовое соединение для толкателя,
20 - шлицевое соединение для присоединения вышеуказанной вилки к выходному валу,
21 - втулка, обеспечивающая шлицевое соединение вышеуказанной вилки и выходного вала,
22 - буртик на корпусе для установки подшипника вышеуказанной втулки,
23 - буртик на втулке для установки ее подшипника,
24 - подшипник вышеуказанной втулки,
25 - стопорное кольцо,
26 - крышка корпуса,
27 - крепеж для крышки.
Привод многоходового крана с конусообразным затвором (на фигуре не показан) и седлом с наклонной поверхностью включает корпус 1, редуктор 2 с входным звеном 3 и выходным звеном 4, промежуточный вал 5, выходной вал 6, средства для кинематического соединения промежуточного вала 5 и выходного вала 6.
В конкретном исполнении редуктор 2 выполнен двухступенчатым, включающим червячную передачу и передачу с промежуточными телами качения.
Входное звено 3 редуктора 2 выполнено с возможностью соединения с источником движения: двигателем любого типа, ручным дублером. В конкретном исполнении на входе редуктора 2 установлен червяк, который взаимодействует с червячным колесом, установленным на выходном валу электродвигателя (не показано). Входным звеном 3 редуктора 2 может быть зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатым колесом на выходе ручного дублера (не показано).
Выходное звено 4 редуктора 2 соединено любым известным образом с промежуточным валом 5 так, чтобы обеспечить вращение промежуточного вала 5. В конкретном исполнении выходное звено 4 редуктора 2 соединено с промежуточным валом 5 неподвижным шпоночным соединением 7.
Выходной вал 6 расположен перпендикулярно промежуточному валу 5.
Один конец выходного вала 6 выполнен с возможностью установки на нем затвора многоходового крана. В конкретном исполнении на конце выходного вала 6 предусмотрено сквозное поперечное отверстие 8. Конец вала 6 с отверстием 8 и конец стержня затвора (не показан) вставляют во втулку (не показана). В отверстие 8 вставляют палец (не показан), проходящий одновременно через соответствующие отверстия на стенках втулки. Таким же образом присоединен к втулке стержень затвора (не показан). В результате, затвор присоединен к выходному валу 6.
Корпус 1 и выходной вал 6 соединены подвижным пазовым соединением.
Паз этого соединения содержит две равные части 9 и 11, расположенные напротив друг друга и параллельно продольной оси выходного вала 6. Части паза 9 и 11 соединяет часть паза 10, которая расположена перпендикулярно продольной оси выходного вала 6. Выступ 12 выполнен в виде направляющего штифта. Паз 9, 10, 11 может перемещаться относительно выступа 12 или наоборот. В конкретном исполнении паз, состоящий из указанных частей 9, 10, 11, выполнен на выходном валу 6, а выступ 12 установлен на корпусе 1. В этом случае форма паза U-образная, и паз вместе с выходным валом 6 перемещается относительно неподвижно установленного на корпусе 1 выступа 12. Однако возможно расположение паза 9, 10, 11 на корпусе 1, а выступа 12 на выходном валу 6. Форма паза 9, 10, 11 в этом случае П-образная, он неподвижно расположен на корпусе 1, и по нему вместе с выходным валом 6 перемещается выступ 12. В конкретном исполнении заявляемого привода установлены два выступа 12 для лучшей центровки выходного вала 6.
Как было указано выше, в заявляемом устройстве предусмотрены средства для кинематического соединения промежуточного вала 5 и выходного вала 6. При неизменном направлении вращения входного звена 3 редуктора 2 и в пределах оборота промежуточного вала 5 указанные средства обеспечивают перемещение выходного вала 6 вдоль его продольной оси, поворота выходного вала 6 вокруг его продольной оси и движения выходного вала 6 вдоль его продольной оси в обратном направлении.
В заявляемом устройстве такими средствами являются кулачок 13 и палец 14, установленные на промежуточном валу 5, а также толкатель 15 и вилка 16, установленные на выходном валу 6.
В конкретном исполнении палец 14 неподвижно присоединен к промежуточному валу 5 с помощью шпонки 17 и имеет изогнутую конфигурацию. Та часть промежуточного вала 5, на которой установлен кулачок 13, выполнена коленчатой, а соосный кулачок 13 установлен на подшипниках 18. Если часть промежуточного вала 5, на которой установлен кулачок 13, выполнена прямой, то эксцентричный кулачок 13 может быть установлен с помощью неподвижного шпоночного соединения.
Толкатель 15 образует с кулачком 13 кулачковый механизм и выполнен в конкретном исполнении в теле выходного вала 6 в виде отверстия (гнезда кулачка), сформированного из частей, присоединенных к выходному валу 6 шпоночным соединением (не показано) и болтовым соединением 19. Толкатель 15 может быть выполнен также как единое целое с выходным валом 6.
Вилка 16 соединена с выходным валом 6 подвижным шлицевым соединением 20. В конкретном исполнении вилка 16 неподвижно присоединена к втулке 21, охватывающей выходной вал 6. Пазы и выступы 20 на втулке 21 и на выходном валу 6 обеспечивают подвижное шлицевое соединение выходного вала 6 и втулки 21 с присоединенной к ней вилкой 16.
Вилка 16 закреплена на корпусе 1 от перемещения вдоль продольной оси выходного вала 6. В конкретном исполнении привода закрепление вилки 16 на корпусе 1 осуществлено следующим образом. На корпусе 1 и на внешней поверхности втулки 21 выполнены буртики 22 и 23, на которые опирается подшипник 24 одной своей стороной. С другой стороны подшипник 24 зафиксирован стопорным кольцом 25, смонтированным в проточке на внешней стороне втулки 21, и крышкой 26 корпуса 1, упирающейся в подшипник 24 и присоединяемой к корпусу 1 крепежом 27.
Вилка 16 выполнена с возможностью ее поворота вокруг продольной оси выходного вала 6 под действием пальца 14 при нахождении выступа 12 в той части паза 10 подвижного пазового соединения, которая перпендикулярна продольной оси выходного вала 6. Возможность поворота вилки 16 под действием пальца 14 вокруг продольной оси выходного вала 6 обусловлена (помимо ее присоединения к опирающейся на подшипник 24 втулке 21) размерами вилки 16 и пальца 14, их конфигурацией и взаимным расположением в пространстве относительно друг друга.
Средства для кинематического соединения промежуточного вала 5 и выходного вала 6, к которым относятся кулачок 13, толкатель 15, палец 14, вилка 16, выполнены с возможностью обеспечения при неизменном направлении вращения входного звена 3 редуктора 2 и в пределах одного оборота промежуточного вала 5 следующих последовательных перемещений выходного вала 6:
1) движения выходного вала 6 вдоль его продольной оси, во время которого затвор, если его установить на выходном валу 6, будет перемещаться до высвобождения наклонной поверхности седла (на фигурах не показано),
2) поворота выходного вала 6 вокруг его продольной оси,
3) движения выходного вала 6 вдоль его продольной оси обратно (до установки затвора на наклонной поверхности седла в новом запирающем положении).
Указанная последовательность перемещений выходного вала 6 обеспечивается конфигурацией, размерами и взаимным расположением кулачка 13, толкателя 15, пальца 14, вилки 16.
Устройство работает следующим образом.
От источника движения (от двигателя или от маховика ручного дублера) вращение передается на входное звено 3 редуктора 2, далее на выходное звено 4 редуктора 2 и промежуточный вал 5.
При вращении промежуточного вала 5 кулачок 13, установленный на нем, воздействует на толкатель 15, установленный на выходном валу 6.
За счет кулачкового механизма 13, 15 вращение промежуточного вала 5 преобразуется в перемещение выходного вала 6 вдоль его продольной оси. Затвор, установленный на выходном валу 6, выходит из седла. Первая часть паза 9, выполненного в конкретном исполнении на выходном валу 6 скользит относительно неподвижно установленного на корпусе 1 выступа 12 и параллельно продольной оси выходного вала 6. При этом выходной вал 6 за счет подвижного шлицевого соединения 20 перемещается продольно относительно втулки 21 с вилкой 16, которые остаются неподвижными.
Когда выступ 12 окажется в конец первой части паза 9 и одновременно в начале следующей части паза 10, перпендикулярной продольной оси выходного вала 6, палец 14 начинает взаимодействовать с вилкой 16. Палец 14 вращается вместе с промежуточным валом 5. Вектор силы, воздействующий на вилку 16 со стороны пальца 14, направлен вокруг продольной оси выходного вала 6. Вилка 16 увлекает во вращение втулку 21, которая за счет шлицевого соединения 20 поворачивает выходной вал 6 вокруг его продольной оси. Вторая часть паза 10 скользит относительно выступа 12. Когда для выступа 12 заканчивается вторая часть паза 10, палец 14 при своем вращении с промежуточным валом 5 уходит из зоны взаимодействия с вилкой 16, палец 14 и вилка 16 размыкаются. Поворот выходного вала 6 вокруг его продольной оси прекращается. Затвор готов к установке в седле в новом запирающем положении. При неизменном направлении вращения входного звена 3 редуктора 2 и, следовательно, промежуточного вала 5, кулачок 13, установленный на промежуточном валу 5, воздействует на толкатель 15, установленный на выходном валу 6, таким образом, что толкатель 15 перемещает выходной вал 6 опять продольно, но в другом направлении. Третья часть паза 11, параллельная продольной оси выходного вала 6, скользит относительно неподвижного выступа 12. Выходной вал 6 за счет подвижного шлицевого соединения 20 опять перемещается продольно относительно втулки 21 с вилкой 16, которые остаются неподвижными. Затвор многоходового крана, установленный на выходном валу 6, возвращается в седло.
Описанные выше перемещения выходного вала 6, соответствующие переходу затвора из одного запирающего положения в другое, происходят в пределах оборота промежуточного вала 5. В конкретном исполнении указанные перемещения осуществляют за 270 градусов поворота промежуточного вала 5, при этом выходной вал 6 (следовательно, затвор) поворачивается на 90 градусов.
В конкретном исполнении привода возможно продольное перемещение выходного вала 6 на 65 мм, но возможно исполнение данного устройства, обеспечивающее любое перемещение выходного вала 6 вдоль его продольной оси.
Таким образом, в заявляемом приводе увеличивается ход выходного вала 6 привода многоходового крана вдоль его продольной оси, что расширяет возможность использования многоходового крана для загрязненных сред. Кроме того, по сравнению с прототипом в заявляемом приводе повышается к.п.д. за счет исключения передачи «винт-гайка», что делает заявляемый привод экономичнее.