ПНЕВМОПРИВОД
PNEUMATIC ACTUATOR

Изобретение относится к машиностроению и обеспечит повышение надежности работы пневмопривода и гарантированное срабатывание арматуры.
Известна быстродействующая задвижка, чертеж Л13075-200 (Арматура-2006. Номенклатурный каталог-справочник по трубопроводной арматуре, выпускаемой в СНГ. В 2-х частях. М.: Текскомп-Китэма», 2006. Том 2, с.641). В качестве аккумулятора энергии в ней использованы тарельчатые пружины, которые сжимаются (аккумулируют энергию) под действием сжатого воздуха из внешней пневмосистемы. При аварийных ситуациях внешняя пневмосистема посредством пневмораспределителя отсоединяется, воздух из пневмопривода сбрасывается, и под действием пружины арматура быстро закрывается. В качестве недостатка такой арматуры следует отметить большие габариты, большой вес и, как следствие, высокую стоимость.
Известна быстродействующая запорная трубопроводная арматура (патент SU 1359509 A1), в которой в качестве аккумулятора энергии используется пневмоаккумулятор (фиг.1). Для повышения надежности работы в пневмоприводе установлен предохранительный клапан (7), соединенный каналом (24) с полостью (23) в поршне (4). Таким образом, исключается попадание воздуха высокого давления из пневмосистемы в пневмоаккумулятор (2), т.к. клапан (7) настроен на давление пневмоаккумулятора (2). К недостаткам данного изобретения следует отнести:
а) отсутствие защиты пневмоаккумулятора (2) от утечки из него воздуха. В описании сказано, что при утечке воздуха из одной из рабочих полостей 21 через кольцо 5 в полость 23 срабатывает клапан 7 и перепускает воздух в атмосферу. Таким образом, отмечается возможность утечки воздуха через кольца 5 из пневмоаккумулятора 2. При отсутствии дополнительной подачи воздуха в пневмоаккумулятор 2 через обратный клапан 3 (установлена заглушка) давление в пневмоаккумуляторе 2 понизится, и пневмопривод перестанет срабатывать с требуемым усилием на штоке 6;
б) отсутствие защиты от температурных колебаний. При разогреве арматуры давление в пневмоаккумуляторе будет повышаться. Под действием этого арматура может самопроизвольно закрываться, а при наличии протечек через кольца 5 предохранительный клапан 7 сбросит избыточное давление в атмосферу. При охлаждении арматуры (после разогрева) давление в пневмоаккумуляторе снизится. Усилие на штоке 6 пневмопривода уменьшится. Для восстановления его значения необходимо подать дополнительный воздух через обратный клапан 3.
Данное изобретение направлено на исключение недостатков пневмоприводов по патенту SU 1359509 А1.
Пневмопривод нормально закрытого действия (фиг.1) состоит из пневмоаккумулятора 1, пневмоцилиндра 2, имеющего верхнюю полость 10, соединенную с пневмоаккумулятором 1 посредством каналов 3, и нижнюю (подпоршневую) полость 4, поршня 5, штока 6, клапана быстрого сброса 7, пневмораспределителя 8 и устройства поддержания давления 9.
К пневмоцилиндру 2 подведены две воздушных магистрали. Одна воздушная магистраль соединена через пневмораспределитель 8 и клапан быстрого сброса 7 с нижней полостью 4 пневмоцилиндра 2, вторая воздушная магистраль через устройство поддержания давления 9 соединена с верхней полостью 10 пневмоцилиндра 2.
Устройство поддержания давления 9 (фиг.1) состоит из трех блоков (фиг.2). Блок 1 обеспечивает поддержание давления в пневмоаккумуляторе и состоит из корпуса 11, золотника 12 с отверстием 13, мембраны 14 и пружины 15. Блок 2 обеспечивает сброс воздуха из пневмоаккумулятора при повышении давления и представляет собой предохранительный клапан, состоящий из корпуса 16, шарика 17 и пружины 18. Блок 3 перекрывает подачу воздуха в пневмоаккумулятор при срабатывании пневмопривода и состоит из золотника 19, пружины 20, мембраны 21 и крышки 22. При этом пневмосистема всегда соединена с устройством поддержания давления.
Задачей изобретения является обеспечение гарантированного срабатывания запорной арматуры при термоциклировании и возможных утечках в пневмоаккумуляторе, в т.ч. и через поршневые кольца.
Пневмопривод работает следующим образом. При подаче давления в пневмосистему (фиг.1) воздух попадает во вход (канал А, фиг.2) устройства поддержания давления 9 (фиг.1). Давление Р1 (фиг.2) воздействует на мембрану 14 блока 1, сжимает пружину 15 и перемещает золотник 12 вниз, открывая отверстие 13, через которое воздух попадает в канал Б блока 2 (фиг.2). Канал Б слева перекрыт шариком 17, подпружиненным пружиной 18, настроенной на давление, заданное для пневмоаккумулятора, которое меньше давления Р1. Для заполнения пневмоаккумулятора шток (фиг.2) необходимо переместить вверх, приподняв тем самым золотник 19, воздействуя на него через мембрану 21 и пружину 20. Воздух попадает из канала Б в канал В блока 3 (фиг.2) и далее заполняет пневмоаккумулятор 1 (фиг.1) и верхнюю полость 10 (над поршнем) пневмоцилиндра 2.
При повышении давления в пневмоаккумуляторе до заданного значения (определяется жесткостью пружины 15, фиг.2) мембрана 14 под действием давления в пневмоаккумуляторе и усилия пружины 15 перемещается вверх, запирает отверстие 13 золотника 12, прекращая подачу воздуха. После этого шток (фиг.2) может быть освобожден, и под действием пружины 20 и давления в канале В золотник 19 запирает подачу воздуха из канала Б в канал В. Таким образом, при отсутствии воздействия на шток (фиг.2) устройство 9 (фиг.1) «выключено».
Для открытия (закрытия) арматуры (подъема поршня 5, фиг.1) подается команда на пневмораспределитель 8, который открывает доступ воздуха из пневмосистемы через клапан быстрого сброса 7 в нижнюю полость 4. Под действием этого давления, которое больше давления в пневмоаккумуляторе (в полости 10, фиг.1), поршень 5 перемещается вверх вместе со штоком 6, связанным с запорным органом арматуры. Перемещение поршня может ограничиваться либо повышением давления в полости 10 за счет уменьшения объема и уравниванием его с давлением в пневмосистеме, т.е. в нижней полости 4, либо механически.
В самой верхней точке движения поршня 5 (фиг.1) шток 6 воздействует на шток (фиг.2) устройства 9 (фиг.1), перемещая его вверх и обеспечивая соединение канала В с каналом Б через отверстие, в котором размещен золотник 19. Привод (арматура) готов к срабатыванию.
При разогреве арматуры давление в пневмоаккумуляторе (полость 10) начнет повышаться и будет воздействовать на шарик 17 (фиг.2), сжимая пружину 18, сбрасывая тем самым излишек давления.
При охлаждении пневмопривода давление в пневмоаккумуляторе будет падать, шарик 17 (фиг.2) перекроет сбросное отверстие. Мембрана 14, за счет снижения давления под ней, переместится вниз, открыв отверстие 13, и воздух из канала А (пневмосистема) поступит через отверстие 13, каналы Б и В в пневмоаккумулятор. При достижении заданного давления в полости 10 мембрана 14 поднимется вверх, и отверстие 13 перекроется.
Для срабатывания арматуры на закрытие (открытие) подается команда на пневмораспределитель 8, который открывает клапан быстрого сброса 7 посредством снятия с него давления Р1. Воздух из нижней полости 4 сбрасывается в атмосферу через клапан быстрого сброса 7. Поршень 5 под действием сжатого воздуха в пневмоаккумуляторе 1 и полости 10 перемещается вниз (фиг.1), закрывая (открывая) арматуру. При этом шток (фиг.2) освобождается, золотник 19 (фиг.2) перекрывает проход воздуха из канала Б в канал В и воздух в пневмоаккумулятор (когда поршень внизу) не поступает.
Для открытия (закрытия) арматуры подается команда на пневмораспределитель 8 (фиг.1), который подает давление Р1 в клапан быстрого сброса 7. Воздух из пневмосистемы подается в нижнюю полость 4 через клапан быстрого сброса 7. Поршень 5 вместе со штоком 6 поднимается вверх, сжимая воздух в полости 10 и в пневмоаккумуляторе 1 до исходного значения, которое было при срабатывании на закрытие.