РЕГУЛЯТОР ПРОПУСКА ПОДВИЖНОЙ СРЕДЫ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
REGULATOR FOR PASSING MOVABLE MEDIUM OF HYDRAULIC OBJECT

Изобретение относится к запорно-регулировочной арматуре, в частности к клапанам или задвижкам запорно-регулировочной трубопроводной арматуры, применяемым для регулирования расхода транспортируемой среды, и может быть использовано для регулирования расхода газа, нефти, воды в магистральных трубопроводах, а также в технологической обвязке газовой, газоконденсатной, нефтегазовой, нефтяной скважин, на компрессорных станциях, в хранилищах газа или нефти.
Из существующего уровня техники известен регулятор пропуска подвижной среды, включающий корпус с установленным внутри него клетковым запорным узлом и приводной механизм, который смонтирован на корпусе регулятора (см., напр., RU 2308627 С1, опубл. 20.10.2007).
Из существующего уровня техники известен регулятор пропуска подвижной среды, включающий пневматический привод, а также устройство механического открытия клапана (см., напр., RU 2174629 С1, опубл. 27.12.2000).
Недостатками этих известных решений являются сложность конструкций, высокая материалоемкость, энерго- и трудоемкость их изготовления.
Задачей данного изобретения является улучшение основных эксплуатационных и экономических показателей, а именно снижение материалоемкости, энергоемкости и трудозатрат на изготовление привода, упрощении конструкции при одновременном повышении надежности его эксплуатации, увеличении срока службы запорно-регулировочной арматуры, а также избежание незапланированных остановок подачи и регулирования транспортируемой среды.
Данная задача решается за счет того, что регулятор пропуска подвижной среды гидравлического объекта содержит корпус, в котором установлен с возможностью отсекания или регулируемого пропуска подвижной среды имеющий привод рабочий орган регулятора, при этом привод выполнен содержащим не менее одного соединенного с рабочим органом силового элемента типа штока, к которому подключены с возможностью автономного или сочетательного приведения в имеющее совпадающий вектор направления рабочее движение последнего не менее двух приводных механизмов, объединенных сочетательно или автономно общим для упомянутых и подключенным к тому же силовому элементу, по меньшей мере, одним приводным механизмом возвратного движения штока, при этом не менее чем один приводной механизм выполнен ручным или механическим и имеет преобразователь вращательного движения приводного механизма в поступательное движение штока, выполненный в виде стержня со сквозным продольным цилиндрическим каналом и содержащий не менее трех опорных частей - винтовую, зацепную со скольжением на заданную длину и упорную для обеспечения возможности восприятия вращательного движения от элемента ручного или механического приводного механизма, преобразования его в винтовое и передачи поступательной составляющей последнего штоку.
Сквозной цилиндрический канал стержня преобразователя вращательного движения приводного механизма в поступательное движение штока может быть выполнен с возможностью заведения в него ненагружаемого моментом вращения штока привода.
Винтовая опорная часть преобразователя вращательного движения приводного механизма в поступательное движение штока может быть выполнена в виде спиральной резьбы на внешней поверхности стержня, предпочтительно в зоне, удаленной от упорной части стержня. При этом угол атаки или захода спиральной резьбы, выражаемый углом наклона условной касательной к спирали, относительно проведенной через точку ее касания к спирали образующей условного цилиндра, описывающего указанную спираль, в предпочтительном варианте выполнения составляет менее 45°.
Упорная часть преобразователя вращательного движения приводного механизма в поступательное движение штока может быть выполнена на торце стержня, предпочтительно наиболее удаленного от его винтовой опорной части, и антифрикционно обработана или оборудована для преимущественно бесфрикционного контакта и передачи поступательной составляющей винтового движения стержня через ответную упорную опору, выполненную на элементе системы, которому предназначен создаваемый при вращательном движении по спирали импульс поступательного движения
Зацепная опорная часть стержня преобразователя вращательного движения приводного механизма в поступательное движение штока может быть выполнена цилиндро-призматической многогранной, предпочтительно не менее чем четырехгранной, например, шестигранной формы с продольной образующей, параллельной образующей стержня, или многорадиусной полицилиндрической формы, при этом длина образующей зацепной опорной части может быть принята не менее необходимой для обеспечения заданного поступательного хода элементу системы, которому предназначен создаваемый при вращательном движении по спирали импульс поступательного движения в соответствии с его целевым назначением.
Техническим результатом, достигаемым при реализации данного изобретения, является улучшение основных эксплуатационных и экономических показателей, а именно снижение материалоемкости, энергоемкости и трудозатрат на изготовление привода при одновременном улучшении его эксплуатационных качеств - увеличении долговечности запорного элемента, повышении надежности и независимости работы основного и дублирующего приводных механизмов при полном преобразовании вращательного движения приводного устройства в поступательное движение штока без прокручивания последнего и облегченном пресекании подачи рабочей среды посредством объединенного механизма возвратного хода при возникновении нештатных ситуаций, что направлено на эффективное предотвращение или значительное снижение аварийных утечек транспортируемой среды, например газа, и повышает противопожарную безопасность при ее транспортировке.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез регулятора пропуска подвижной среды с приводом, на фиг.2-5 изображен разрез по А-А на фиг.1, иллюстрирующий варианты выполнения зацепления опорно-поворотного блока с преобразователем вращательного движения; на фиг.6 изображен общий вид преобразователя движения.
Регулятор пропуска подвижной среды гидравлического объекта содержит корпус 1, в котором установлен с возможностью отсекания или регулируемого пропуска подвижной среды имеющий привод 2 рабочий орган 3 регулятора. Привод 2 выполнен содержащим не менее одного соединенного с рабочим органом 3 силового элемента типа штока 4. К штоку 4 подключены с возможностью автономного или сочетательного приведения в имеющее совпадающий вектор направления рабочее движение последнего два приводных механизма 5, 6. Приводные механизмы 5, 6 объединены сочетательно или автономно общим для них и подключенным к тому же силовому элементу - штоку 4 приводным механизмом 7 возвратного движения штока 4.
Приводной механизм 6 выполнен ручным или механическим. Он имеет опорно-поворотный блок 8, преобразователь 9 вращательного движения, установленный в торце привода, выполненном в виде обращенного внутрь привода стакана 10, имеющего отверстие для свободного пропуска штока 4 и упорную опору вращения 11, на которую опирается с возможностью вращения опорно-поворотный блок 8. В стакан 10 заведен и спирально опирается на его стенку преобразователь 9 вращательного движения. Преобразователь 9 вращательного движения (фиг.6) выполнен в виде стержня 12 со сквозным цилиндрическим каналом 13 и содержит три опорные части 14, 15, 16 соответственно - винтовую, зацепную и упорную. Зацепная опорная часть 15 выполнена со скольжением на заданную длину. Упорная часть 16 выполнена с обеспечением возможности восприятия вращательного движения от опорно-поворотного блока 8, преобразования его в винтовое и передачи поступательной составляющей последнего штоку 4. Сквозной цилиндрический канал 13 стержня 12 преобразователя 8 вращательного движения приводного механизма 6 в поступательное движение штока 4 выполнен с возможностью заведения в него ненагружаемого моментом вращения штока 4 привода. Винтовая опорная часть 14 преобразователя 8 вращательного движения выполнена в виде спиральной резьбы на внешней поверхности стержня 12 в зоне, удаленной от упорной части 16. При этом угол атаки или захода спиральной резьбы, выражаемый углом наклона условной касательной к спирали, относительно проведенной через точку ее касания к спирали образующей условного цилиндра, описывающего указанную спираль, в предпочтительном варианте выполнения составляет менее 45°. Упорная часть 16 преобразователя 9 вращательного движения выполнена на торце стержня 12, наиболее удаленного от его винтовой опорной части 14, и антифрикционно обработана или оборудована для бесфрикционного контакта и передачи поступательной составляющей винтового движения стержня 12 через ответную упорную опору штока 4. Упорная опора штока 4 может быть выполнена в виде упорного подшипника 17. Он устанавливается на кольцевом опорном выступе, выполненном на штоке 4. Зацепная опорная часть 15 стержня 12 преобразователя 9 вращательного движения выполнена цилиндро-призматической многогранной, предпочтительно не менее чем четырехгранной (фиг.3), например, шестигранной (фиг.2) формы с продольной образующей, параллельной образующей стержня, а также многорадиусной полицилиндрической формы (фиг.4, 5). Длина образующей зацепной опорной части 15 принята не менее необходимой для обеспечения заданного поступательного хода штока 4 в соответствии с его целевым назначением.
Приводной механизм 5 может быть выполнен гидравлическим. Для этого шток 4 снабжен поршнем 18 с образованием герметичной подпоршневой камеры 19, выполненной с возможностью подачи в нее рабочей среды.
Приводной механизм 7 возвратного движения штока 4 имеет пружину 20, которая установлена на штоке 4 между поршнем 19 и торцом привода, выполненным в виде обращенного внутрь привода стакана 10. Поршень 19 является подвижной опорой для пружины 20 приводного механизма 7 возвратного движения штока.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
В исходном положении рабочий орган 3 регулятора находится в закрытом положении.
Для открытия рабочего органа 3 регулирующего клапана с помощью приводного механизма 5 в его подпоршневую камеру 19 подают под давлением рабочую среду, например жидкость, которая перемещает поршень 18. Поршень 18 перемещается совместно со штоком 4, на котором он жестко закреплен. Шток 4, перемещаясь, открывает рабочий орган 3 регулятора, регулируя при этом расход транспортируемой среды. Во время перемещения штока 4 пружина 20 приводного механизма 7 возвратного движения штока 4 накапливает кинетическую энергию, которая преобразуется в потенциальную энергию.
Для закрытия рабочего органа 3 подача рабочей среды в подпоршневую камеру 19 приводного механизма 5 прекращается, снимается избыточное давление в подпоршневой камере 19 и поршень 18 возвращается в исходное положение с помощью пружины 20 приводного механизма 7 возвратного движения штока, благодаря накопленной кинетической энергии, преобразуемой в потенциальную, при открытии рабочего органа 3. Именно таким способом закрытия клапана и достигается исключение незапланированных остановок подачи транспортируемой среды и поддержание на заданном уровне давления.
Для открытия регулирующего клапана с помощью ручного или механического приводного механизма 6 приводят во вращательное движение вручную или механически опорно-поворотный блок 8. От опорно-поворотного блока 8 крутящий момент передается на преобразователь 9 вращательного движения. Крутящий момент передается благодаря выполнению зацепной опорной части 15 преобразователя 9 вращательного движения не менее чем с одной плоской или разнорадиусной гранью, конгруэнтному по форме выполнения отверстия в опорно-поворотном блоке 8. Такое зацепление способствует передаче вращательного момента без ограничения продольного перемещения преобразователя 9 вращательного движения относительно опорно-поворотного блока 8. Благодаря спиральному опиранию на стенку стакана 10 преобразователь 9 вращательного движения, вращаясь, перемещается вдоль оси штока 4. Упираясь в упорный подшипник 17, он перемещает шток 4 и открывает рабочий орган 3 регулятора пропуска подвижной среды. Во время перемещения штока 4 пружина 20 приводного механизма 7 возвратного движения штока 4 накапливает кинетическую энергию, преобразуемую в потенциальную.
Закрытие клапана происходит путем вращения опорно-поворотного блока 8 в противоположную сторону и вызванного этим возвратного смещения преобразователя 9 вращательного движения, обеспечивающего при этом возможность возвратного перемещения штока 4, а последнее осуществляется механизмом 7 возвратного движения штока 4 путем разжатия пружины 20, благодаря накопленной кинетической энергии при открытии рабочего органа 3.