ПРИВОД УПРАВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРОЙ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к арматуростроению и может быть использована в качестве привода для управления затвором трубопроводной арматуры (далее ТПА).
Известен привод запорной ТПА, содержащий соединенный с корпусом арматуры, бугель, в нижней части которого размещено сальниковое уплотнение шпинделя арматуры, поджатое через втулку крышкой сальника, а в осевом отверстии верхней части ходовая гайка, установленная на подшипники и взаимодействующая со шпинделем через резьбовое соединение. Ходовая гайка управляется с помощью маховика или электропривода. При этом на ходовой втулке установлен указатель положения запорного органа с маркировкой "О" - открыто и "З" - закрыто (см. патент №2073158, C1, F16K 31/50, 1993 г., прототип).
К недостаткам данной конструкции привода относятся низкий КПД резьбового соединения ходовая гайка-шпиндель, что приводит к необходимости прикладывать большой крутящий момент при управлении ТПА и односкоростной режим работы, а следовательно длительный по времени цикл "открыто-закрыто", так как привод рассчитан на максимальный крутящий момент необходимый для страгивания (срыва) запорного органа и преодоление сил трения покоя между запорным органом и уплотнительными полями затвора, а так же в резьбовом соединении ходовая гайка - шпиндель и сальниковом уплотнении, что значительно увеличивает время дальнейшего управления ТПА, когда требуется значительно меньший крутящий момент, необходимый только для преодоления сил трения в резьбовом соединении ходовая гайка - шпиндель, сальниковом уплотнении и сопротивления проводимой среды.
Известен также привод запорной арматуры, содержащий корпус, размещенные в нем шпиндель, резьбовую втулку шпинделя, взаимодействующие с ней рычаги и маховик, состоящий из ступицы с отверстиями и сопряженной с ней втулки с резьбой и воздействующий на нее фиксатор, который выполнен шариковым (см. патент №934091, F16K 31/50, F16H 25/20, 1980 г.).
Недостатками данного привода являются ограниченные возможности его применения, в основном это запорные вентили и низкий КПД соединений резьбовых втулок-шпиндель.
Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве - повышение потребительских свойств привода управления запорным или регулирующим органом ТПА, заключающееся в уменьшении времени цикла "открыто-закрыто" и усилия оператора или крутящего момента электропривода необходимого для срыва запорного органа.
Поставленная техническая задача решается тем, что привод ТПА, содержащий установленную на подшипниках в верхней части корпуса бугеля (стойки) с указателем положения запорного органа, ходовую втулку, управляющую ходовой гайкой, взаимодействующей со шпинделем, при этом на внутренней поверхности ходовой втулки и внешней поверхности ходовой гайки выполнены винтовые канавки одинакового направления, образующие винтовой канал, в котором размещены шарики, а ходовая гайка в верхнем положении фиксируется относительно ходовой втулки крутящим моментом, превышающим крутящий момент холостого хода.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен совмещенный разрез привода ТПА с шариковинтовой передачей (далее ШВП) в открытом положении (левая сторона разреза) и в закрытом положении (правая сторона разреза).
Привод ТПА содержит ходовую втулку 1, на верхней части которой, выполненной в виде входного элемента (для электропривода - кулачковой муфты, для ручного привода - шестигранника), устанавливается электропривод или маховик. На внутренней поверхности цилиндрической части ходовой втулки 1 выполнена винтовая канавка 2, которая взаимодействует с помощью шариков 3 с ответной и одинаково направленной винтовой канавкой 4, выполненной на наружной поверхности ходовой гайки 5, взаимодействующей через резьбовое соединение 6 со шпинделем 7. Шарики 3 размещаются в одинаково направленных винтовых канавках 2 и 4, образующих винтовую линию по периметру цилиндрической поверхности примыкания ходовой втулки 1 и ходовой гайки 5. Ходовая втулка 1 установлена в корпусе бугеля 8 на подшипниках 9 и фиксируется в осевом направлении гайкой 10. Количество шариков 3 (соответственно витков, заполненных шариками), определяется расчетом и зависит от максимального крутящего момента, передаваемого ШВП. Ходовая втулка 1 выполнена удлиненной для размещения дополнительных свободных витков, необходимых для перемещения шариков при работе ШВП.
В исполнении "под электропривод" на верхний торец корпуса бугеля 8 монтируется фланец 11 для установки электропривода, а верхняя часть ходовой втулки 1 выполняется в виде ответной части кулачковой муфты 12. В верхней части ходовой втулки 1 расположены регулируемые шариковые фиксаторы 13, а в верхней части ходовой гайки 5 соответствующая проточка 14 для удерживания в верхнем положении с заданным крутящим моментом ходовой гайки 5 относительно ходовой втулки 1.
В исполнении "под маховик" (не показано) на верхней части ходовой втулки 1 установливается кожух с указателем положения запорного органа ТПА и маркировкой "О" - открыто и "3" - закрыто, относительно которых по верхнему торцу шпинделя 7 считываются положения запорного органа.
Привод работает следующим образом:
При открытии ТПА для страгивания (срыва) запорного органа крутящий момент от электропривода или оператора передается ходовой втулке 1. При вращении ходовой втулки 1, шарики 3, входящие с ней в зацепление начнут обкатываться по винтовому каналу, образованному винтовыми канавками 2, 4 и за счет смещения винтовой линии будут перемещаться в осевом направлении вверх. При этом ходовая гайка 5, находясь в зацеплении с резьбой шпинделя 6, охватывая и оставаясь неподвижной относительно его, при обкатывании шариков 3 перемещается только в осевом направлении вместе со шпинделем вверх, перемещая при этом запорный орган ТПА. Крутящий момент, приложенный к приводу ТПА и передаваемый первой силовой ступенью, должен обеспечить страгивание запорного органа.
После страгивания запорного органа и уменьшения усилия на шпинделе 7, шарики 3 сделав заданное конструктивно количество оборотов смещают ходовую гайку 5 по оси вверх до соприкосновения ее с верхним торцом ходовой втулки 1 и блокируются от дальнейшего вращения. При этом шариковые фиксаторы 13, расположенные в верней части ходовой втулки 1, входят в зацепление с соответствующей проточкой 14, выполненной в верхней части ходовой гайки 5, фиксируя таким образом ходовую втулку 1 относительно ходовой гайки 5 заданным крутящим моментом. После этого крутящий момент от внешнего привода будет передаваться на ходовую втулку 1, шарики 3 и ходовую гайку 5, которые, находясь в заблокированном положении, вращаются вокруг шпинделя 7 как одно целое, при этом крутящий момент передается непосредственно на резьбовое соединение 6 ходовой гайки 5 со шпинделем 7. В этом режиме работы привода увеличивается скорость осевого перемещения шпинделя 7 и, соответственно, запорного органа, т.к. шаг резьбового соединения ходовой гайки 5 со шпинделем 7 задается конструктивно значительно больше, чем шаг ШВП. Таким образом, привод работает последовательно в двухскоростном режиме. Затвор открыт.
При закрытии ТПА привод работает в обратном порядке. Внешний крутящий момент вначале передается через ходовую втулку 1, шарики 3 и ходовую гайку 5, которые, находясь в заблокированном положении, вращаются вокруг шпинделя 7 как одно целое, на резьбовое зацепление 6 и напрямую перемещает запорный орган с увеличенной скоростью до соприкосновения уплотнительных полей запорного органа с ответными полями седел. При дальнейшем увеличении усилия на шпинделе 7 ходовая гайка 5 под действием крутящего момента, превышающего крутящий момент холостого хода и, соответственно, превышающего усилие сжатия пружин шариковых фиксаторов 13, разблокируется с ходовой втулкой 1и перестает вращаться вокруг шпинделя 7. При этом крутящий момент начинает передаваться только ходовой втулке 1. При вращении ходовой втулки 1, шарики 3, входящие с ней в зацепление начнут обкатываться по винтовому каналу, образованному винтовыми канавками 2, 4, и за счет смещения винтовой линии будут перемещаться в осевом направлении вниз. При этом ходовая гайка 5, находясь в зацеплении с резьбой шпинделя 7 и оставаясь неподвижной относительно его, перемещается в осевом направлении вниз вместе со шпинделем 7 и, соответственно, перемещая вниз запорный орган ТПА до ее полного закрытия. Затвор закрыт.
В исполнении "под маховик" верхний торец шпинделя 7, перемещается от отметки "З" до отметки "О" на кожухе указателя положения запорного органа. Затвор открыт.
Таким образом, предложенный малогабаритный двухскоростной винтовой привод встроенный в корпус бугеля (стойки) позволяет не только уменьшить время цикла "открыто-закрыто", но и максимальный крутящий момент при открытии и закрытии запорного органа ТПА, что достигается за счет применения ШВП, имеющей значительно больший КПД по сравнению с применяемой в существующих конструкциях резьбовой парой. Использование ШВП без обводного канала и замкнутой цепочки шариков обусловлено коротким рабочим ходом, т.к. ШВП работает только при "срыве" или "дожиме" запорного органа в седлах ТПА. При дальнейшем вращении заблокированной ШВП работает только вторая скоростная ступень, когда крутящий момент передается непосредственно через резьбовое соединение 6 ходовой гайки 5 на шпиндель 7, которое выполняется с увеличенным шагом, что позволит, соответственно увеличить скорость перемещения запорного органа на холостом ходу. Так как крутящий момент холостого хода значительно меньше (в 5-10 раз) максимального момента, низкое КПД резьбового соединения ходовой гайки 5 и шпинделя 6, применяемого в существующих конструкциях ТПА повсеместно, практически не повлияет на время управления ТПА.
Переключение режимов работы привода при открытии и закрытии ТПА происходит автоматически, за счет шариковых фиксаторов и не требует дополнительных переключателей или действий оператора. Такой режим работы привода ТПА позволяет оператору, при вращении маховика или при работе установленного электропривода, автоматически получить две скорости перемещения шпинделя в соответствии с действующими силами сопротивления запорному органу.