УСТРОЙСТВО ПРИВОДА ЗАПОРНОЙ АРМАТУРЫ
SHUT-OFF VALVE DRIVE DEVICE

Область техники
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к трубопроводной арматуре, а именно к устройствам привода запорной арматуры, предназначенным для дистанционного управления состоянием запорных элементов трубопроводной арматуры.
Уровень техники
Из уровня техники известно решение управления приводным механизмом для клапана (исполнительного элемента), связанного с электронным блоком управления – патент RU2534647, кл. F16K31/04, публ. 2014г. Известный привод управления клапаном включает в себя корпус, двигатель, электрически связанный с основным источником электропитания и соединенный с клапаном, с возможностью изменения положения клапана от первого положения, в котором поток жидкости может протекать, по меньшей мере, вдоль одного пути, до второго положения, в котором поток жидкости либо блокируется, либо может протекать, по меньшей мере, вдоль одного второго пути. По меньшей мере, один датчик выполнен с возможностью определения или положения клапана или скорости клапана. Переключатель управляет подачей электроэнергии двигателю. Схема электроснабжения соединена с переключателем и включает в себя контроллер, соединенный, по меньшей мере, с одним датчиком и схемой электроснабжения. Контроллер предназначен для сбора в реальном времени данных, относящихся к положению или к скорости клапана, и данных, относящихся к режиму энергоснабжения, для вычисления корректировки положения или скорости пропорционально рассогласованию между собранными данными, относящимися соответственно к положению или к скорости клапана, и собранными данными, относящимися к режиму энергоснабжения. Также контроллер предназначен для передачи новых настроек электроснабжения в схему электроснабжения, которая усиливает сигнал контроллера. Недостатком известного аналога является относительно невысокая надежность.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленного изобретения является уменьшение массогабаритных показателей устройства привода, увеличение срока эксплуатации за счет повышения надежности привода и упрощении конструкции устройства управления.
Технический результат изобретения заключается в исключении промежуточных деталей между электрическим двигателем и штатным стержнем запорной арматуры, в частности запорного шарового крана, минимизации конструктивных элементов устройства, за счет непосредственной связи электрического двигателя с входным элементом привода, в качестве которого выступает червячный вал, кинематически связанный с червячной шестерней, находящейся в соединении с штатным стержнем привода крана, в габаритных размерах, соответствующих длине этого стержня.
Принимая во внимание относительную сложность выделения и разделения существенных признаков при решении поставленной задачи и точности их изложения, формула изобретения составлена без разделения на отличительную и ограничительную части.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство привода запорной арматуры содержит корпус с червячной передачей, червячное колесо которого связано с выходным элементом привода запорной арматуры, выполненным в виде штатного стержня, имеющего отверстие с резьбой, а червячный вал червячной передачи связан с валом управляемого электродвигателя, при этом упомянутая связь червячного колеса с выходным элементом привода запорной арматуры выполнена в виде размещенной на упомянутом стержне с исключением поворота относительно его переходной пластины, расположенной в аналогичном по форме углублении, выполненным на боковой стороне червячного колеса с возможностью передачи вращения от червячного колеса  к запирающему элементу запорной арматуры, при этом упомянутое колесо оперто посредством подшипника на корпус и зафиксировано на упомянутом стержне фиксирующей втулкой, связанной с данным стержнем, причем корпус управляемого электродвигателя присоединен к упомянутому корпусу червячной передачи и кинематически связан с трубопроводом с возможностью демонтажа запорной арматуры.
Возможны и другие варианты выполнения изобретения, согласно которым необходимо, чтобы:
-устройство было бы оборудовано двухсторонним зажимом, с одной стороны охватывающим корпус управляемого электродвигателя, а с другой стороны – трубу   запорной арматуры с возможностью фиксации на ней посредством винтового соединения данного зажима;
- при выполнении штатного стержня с внутренним отверстием, имеющим резьбу, фиксирующая втулка была бы выполнена с резьбовым отверстием в торце и связана с ним посредством винта, ввинченного в упомянутое резьбовое отверстие данного стержня через резьбовое отверстие фиксирующей втулки, при этом на наружной поверхности упомянутой втулки выполнены лыски под ключ;
-  при выполнении штатного стержня с наружной резьбой, фиксирующая втулка была бы связана с ним посредством резьбы, выполненной внутри фиксирующей втулки, при этом на наружной поверхности упомянутой втулки выполнены лыски под ключ;
- упомянутая фигурная пластина была бы выполнена прямоугольной или ромбической формы, а отверстие внутри пластины - прямоугольной формы, соответствующей размерам штатного стержня запорной арматуры;
-  корпус червячной передачи был бы заполнен смазывающим веществом.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения указанного технического результата, заключающегося в исключении промежуточных деталей между электрическим двигателем и штатным стержнем запорной арматуры, в частности, запорного шарового крана, минимизации конструктивных элементов устройства за счет обеспечения непосредственной связи электрического двигателя с входным элементом привода, в качестве которого выступает червячный вал, контактирующий с червячным колесом, кинематически связанным в со штатным стержнем привода крана, в габаритных размерах, соответствующих длине этого стержня.
На фиг. 1 изображен разрез варианта выполнения устройства привода в плоскости штатного стержня крана;
на фиг.2 –вид А-А по фиг.1;
на фиг. 3–разрезы варианта выполнения устройства привода в плоскости зацепления с червячным валом;
на фиг.4 – вид Б-Б по фиг.3.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков технического результата.
Согласно изобретению, устройство привода запорной арматуры содержит корпус 1 (фиг.1, 2, 3, 4) с червячной передачей, червячное колесо 2 которого связано с выходным элементом привода запорной арматуры, выполненным в виде штатного стержня 3, имеющего отверстие 4 с резьбой, а червячный вал 5 связан с валом 6 управляемого электродвигателя 7. Применяемая в устройстве привода червячная передача представляет собой червячный вал, находящийся в зацеплении с червячным колесом. Червячный вал – это винт с нарезанной на нём резьбой, по профилю близкой к трапецеидальной. Червячное колесо, как правило - косозубое зубчатое колесо со специальным профилем зубьев. При вращении червячного вала витки резьбы перемещаются вдоль его оси и толкают в этом направлении зубья червячного колеса, причем ось червячного вала скрещивается под прямым углом с осью червячного колеса.
Упомянутая связь червячного колеса 2 с выходным элементом привода запорной арматуры выполнена в виде размещенной на упомянутом стержне 3 с исключением поворота относительно его переходной пластины 8, расположенной в аналогичном по форме углублении 9, выполненным на боковой стороне 10 червячного колеса 2, опертого посредством подшипника 11 на корпус 1 и зафиксированного на упомянутом стержне 3 фиксирующей втулкой 12.
Упомянутая втулка 12 связана с данным стержнем 3 с возможностью передачи вращения от червячного колеса 2 к запирающему элементу запорной арматуры (на чертежах не показан). Корпус 13 управляемого электродвигателя 7 присоединен к упомянутому корпусу 1 червячной передачи и кинематически связан с трубопроводом 14   с возможностью демонтажа. В одном из вариантов эта кинематическая связь выполнена в виде двухстороннего зажима 18, который с одной стороны охватывает корпус 13 управляемого электродвигателя 7, а с другой стороны – трубопровод 14 запорной арматуры с возможностью фиксации на ней посредством винтового соединения 15 данного зажима 18. К корпусу 13 управляемого электродвигателя 7 со свободной стороны присоединена крышка 19 с возможностью герметизации внутреннего пространства, заполненного клеем-герметиком.
В зависимости от выполнения штатного стержня 3, например, выполнение его с внутренним отверстием 4, имеющим резьбу, фиксирующая втулка 12 выполнена с резьбовым отверстием 16 в торце и связана с ним посредством винта 17, ввинченного в упомянутое резьбовое отверстие 4 данного стержня 3 через резьбовое отверстие 16 фиксирующей втулки 12, при этом на наружной поверхности упомянутой втулки 12 выполнены лыски под ключ, или, например, - с наружной резьбой, то фиксирующая втулка 12 в этом случае связана с ним посредством резьбы 20, выполненной внутри фиксирующей втулки 12, при этом на наружной поверхности упомянутой втулки 12 выполнены лыски под ключ.
Кроме этого, в предпочтительном варианте упомянутая фигурная пластина 8 выполнена прямоугольной или ромбической формы (фиг.3), а отверстие внутри пластины 8 - прямоугольной формы, соответствующей размерам штатного стержня 3 запорной арматуры.
Для улучшения эксплуатационных параметров корпус 1 червячной передачи заполнен смазывающим веществом.
Корпус 1 в наилучшем варианте реализации изобретения изготавливается методом фрезеровки. В корпус 1 устанавливается червячное колесо 2 с коаксиально напрессованным на него подшипником 11. На боковой поверхности 10 червячного колеса 2 методом фрезерования выполняется фигурное углубление 9, являющееся посадочным для размещения переходной пластины 8 для крепления к запорной арматуре, в частности к штатному стержню 3 шарового крана (Фиг.1, 2, 3). К червячному колесу 2 примыкает червячный вал 5, расположенный в корпусе 1 с возможностью вращения и связанный с валом электродвигателя 7. Электродвигатель 7 крепится к корпусу 1 через установочную пластину 21, для чего последняя выполнена с отверстием под вал 6, и присоединена к корпусу 1 и к электродвигателю 7 винтами. При этом все движущиеся детали устройства обрабатываются смазочным веществом. После установки и смазки всех деталей корпус 1 закрывается крышкой и фиксируется винтами (на чертежах не показано). Электродвигатель 7 также герметично закрыт прочным корпусом 13, выполненным из материала, не подверженного коррозии и крышкой 19.
Крепление устройства к исполняющему элементу запорной арматуры (крану, задвижке, затвору, клапану и т.д.) осуществляется с помощью, по крайней мере одной переходной пластины 8, устанавливаемой в углублении 9 червячного колеса 2 передачи, и имеющей отверстие под штатный стержень 3. С другой стороны, после размещения на упомянутом стержне 3 корпуса 1 с червячной передачей, все закрепляется при помощи фиксирующей втулки 12, выполненной в зависимости от типа и размера запорной арматуры, имеющей соответствующий ей стержень 3. Для этого, фиксирующая втулка 12 (фиг.1) размещается на стержне 3 и закрепляется на нем или по резьбе 20 (см.фиг.4), или винтом 17. Такое решение устройства привода запорной арматуры позволило минимизировать установочные размеры в размерах штатного крепления штатной рукоятки (не показана) на штатном стержне 3 запорной арматуры.
Вся механическая часть устройства, расположенная на запорной арматуре, фиксируется на ней, в частности на трубопроводе 14, быстросъемным зажимом 18 (фиг. 1, 2), исключающим поворот корпуса 1 во время работы червячной передачи. При снятии зажима 18 все устройство является «рукояткой», с помощью которой возможно перевести исполняющий элемент, в частности стержень 3, в одно из положений «открыто» или «закрыто». Этому способствует конструкция червячной передачи, блокирующей червячное колесо от поворота.
При вращении вала 6 электродвигателя 7 приводится во вращение червячный вал 5, который в свою очередь посредством большого передаточного числа в данной передаче осуществляет поворот червячного колеса 2, опирающегося посредством подшипников 11 на корпус 1, а с другой стороны через переходную пластину 8, посаженную на стержень 3 и связанную с ним для передачи крутящего момента, осуществляет поворот стержня 3 и запираемого элемента запорной арматуры в положение «открыто» или «закрыто».
В качестве электродвигателя 7 в наилучшем варианте выполнения устройства используют электродвигатель (типа 30RMP) постоянного тока, рабочего напряжения пять вольт, совмещенный с червячной передачей и с установленным магнитным энкодером. Электродвигатель может быть выполнен с шестью контактами: по два контакта, соответственно, – на питание электродвигателя, - на питание электронной схемы энкодера и – на сигнальные контакты энкодера.
Применение устройства привода запорной арматуры, выполненного в соответствии с изобретением, позволяет устанавливать его на любой запорной арматуре без изменения её конструкции. Размеры корпуса устройства привода минимизированы в направлении длины стержня, что позволяет монтировать и демонтировать устройство в ограниченном пространстве существующей трубопроводной арматуры.
Устройство не требует замены или изменений исполнительного элемента, в частности конструкции штатного стержня 3 запорной арматуры, для его монтажа (при условии работоспособности конструктивных элементов запорной арматуры - не «закисли» соединения, не заржавели поверхности, детали поворачиваются без приложения сверх усилий и т.п.).
Изобретение соответствует условию патентоспособности “промышленная применимость”, поскольку осуществимо с использованием известных средств производства.