УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИМ ОРГАНОМ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Заявляемое решение относится к машиностроению, в частности к приводам, управляющим трубопроводной арматурой, например задвижками или шаровыми кранами, и может быть использовано для дистанционного и автоматического регулирования и управления потоками жидких или газообразных сред запорной аппаратуры, установленной на магистральных трубопроводах.
Известен привод запорно-регулирующей арматуры по US 4754949, МПК F16K 31/05, 05.07.1988, который содержит электродвигатель, узел блокировки, планетарный редуктор, ручной дублирующий червячный привод, червяк которого находится в зацеплении с зубьями, расположенными на наружной поверхности центрального колеса редуктора. Данный привод снабжен блоком конечных выключателей, кинематически связанным с выходным валом привода и соединенным со штоком запорно-регулирующего органа, что обеспечивает своевременное отключение электродвигателя при достижении конечных положений запорно-регулирующего органа.
Недостатками привода запорно-регулирующей арматуры являются значительные массогабаритные показатели и ограниченное удобство в обслуживании.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату, взятым в качестве прототипа, является устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры по патенту RU2273784, содержащее электродвигатель, узел блокировки, редуктор со ступенью в виде планетарной передачи, ручной дублирующий червячный привод, подвижный червяк которого находится в зацеплении с зубьями, расположенными на наружной поверхности центрального колеса планетарной передачи, чувствительный элемент, блок датчиков положения выходного вала кинематически связанный с выходным валом устройства, ограничитель максимального крутящего момента, включающий в свой состав подвижный червяк ручного привода и пружинное нагрузочное устройство.
Недостатками прототипа являются:
- повышенные массогабаритные показатели, обусловленные конструктивным выполнением подвижного червяка с нагрузочным устройством, в виде ограничителя максимального крутящего момента, содержащего установленные шарнирно на опорной пластине два рычага с микровыключателями, упорами и расположенной между ними пружиной, два настроечных кулачка, два блокирующих кулачка и два коромысла, плечи которых установлены с возможностью зацепления с подвижным червяком ручного привода, снабженного пружинами, расположенными с двух его сторон на валу ручного привода;
- недостаточное удобство обслуживания за счет размещения пружинного нагрузочного устройства в корпусе редуктора.
Техническим результатом заявляемого решения являются снижение массогабаритных показателей и повышение удобства в обслуживании устройства управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры.
Технический результат достигается тем, что в устройство управления запорно-регулирующим органом, содержащее электродвигатель, узел блокировки, редуктор со ступенью в виде планетарной передачи, ручной дублирующий червячный привод, чувствительный элемент, блок датчиков положения выходного вала кинематически связанный с выходным валом устройства, ограничитель максимального крутящего момента, включающий в свой состав подвижный червяк ручного привода и пружинное нагрузочное устройство, введено передаточное устройство, связывающее подвижный червяк ручного привода с пружинным нагрузочным устройством, размещенным с наружной стороны корпуса планетарного редуктора и выполненным в виде свободно установленных на неподвижном стержне пружины и фланцевых втулок. Передаточное устройство содержит воздействующий элемент, рычаги, одними концами соединенные между собой с помощью вала, а другими концами с подвижным червяком ручного привода и с пружинным нагрузочным устройством соответственно, при чем один рычаг в точке наибольшего плеча соединен с воздействующим элементом, связанным с чувствительным элементом. Конец одного рычага передаточного устройства выполнен в виде вилки. Цилиндрические части фланцевых втулок пружинного нагрузочного устройства расположены в двух противоположных боковых отверстиях вилки рычага передаточного устройства. Воздействующий элемент выполнен в виде шарнирного Г-образного поводка. Рычаг передаточного устройства с червяком ручного привода соединен шарнирно.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена кинематическая схема устройства управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры, на фиг.2 - схема ограничителя максимального крутящего момента при предельно допустимой нагрузке соответствующего направления.
Устройство управления запорно-регулирующим органом, содержит электродвигатель 1, связанный через узел блокировки 2 выполненный в виде тормозного устройства с входным валом 3 редуктора 4 со ступенью в виде планетарной передачи 5, ручной дублирующий червячный привод 6, червяк 7 которого находится в зацеплении с зубьями 8, расположенными на наружной поверхности центрального колеса 9 планетарной передачи, чувствительный элемент 10, блок датчиков положения выходного вала 11 кинематически связанный с выходным валом 12 устройства, ограничитель максимального крутящего момента, включающий в свой состав подвижный червяк 7 ручного привода и пружинное нагрузочное устройство 13, соединенные друг с другом посредством передаточного устройства 14. Ручной привод снабжен рукояткой или маховиком. Передаточное устройство содержит соединенные между собой с помощью вала рычаги, где конец рычага 15 шарнирно соединен с подвижным червяком 7, а выполненный в виде вилки 16 конец рычага 17 соединен с пружинным нагрузочным устройством 13, а также воздействующий элемент 18 в виде шарнирного Г-образного поводка прикрепленного в точке наибольшего плеча рычага 17. Воздействующий элемент 18 соединен с чувствительным элементом 10 поворотного действия. Пружинное нагрузочное устройство 13 выполнено в виде свободно установленных на неподвижном стержне 19 пружины 20 и фланцевых втулок 21 и 22, цилиндрические части которых расположены в двух противоположных боковых отверстиях вилки 16 рычага 17.
Червяк 7 закреплен на валу 23, расположенного в подшипниковых опорах 24, 25 корпуса редуктора 4, который соединен с валом ручного привода 6 посредством шлицевой или вилочной муфты 26 с возможностью осевого перемещения независимо от положения вала ручного привода. На валу 23 выполнена кольцевая канавка 27, в которой с двух противоположных сторон расположены пальцы 28 выполненного в виде вилки рычага 15. Рычаг 15 посредством вала соединен с наружным рычагом 17, который взаимодействует с подвижно установленными на неподвижном стержне 19 фланцевыми втулками 21, 22 и пружиной 20 пружинного нагрузочного устройства 13. Длина рычага 17 значительно больше длины рычага 15, что позволяет в сравнении с прототипом применять вместо двух одну, но менее мощную пружину. Усилие пружины соответствует усилию, возникающему в рабочем диапазоне перемещения червяка 7 с валом 23. Под действием пружины 20 фланцевые втулки фланцами прижаты к внутренним стенкам вилки 16, а расстояние между противоположно расположенными сторонами цилиндрических частей фланцевых втулок соответствует расстоянию между неподвижными упорами 29, 30 в которых закреплен неподвижный стержень 19.
Устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры работает следующим образом. В исходном состоянии блокирующее устройство находится в режиме торможения, входной вал удерживается от самопроизвольного вращения под действием внешней нагрузки, действующей на выходной вал.
Для перемещения запорно-регулирующего органа арматуры в одном из направлений, включают электродвигатель 1. Вращение вала электродвигателя 1 передается на входной вал 3 редуктора 4 через блокирующее устройство 2. Под действием нагрузки (силы сопротивления) происходит разблокировка блокирующего устройства. От электродвигателя 1 через редуктор 4 вращение передается на выходной вал 12 устройства.
При выключении электродвигателя 1 происходит резкое уменьшение крутящего момента, действующего на электродвигатель, блокирующее устройство возвращается в заторможенное состояние. Причем когда вал электродвигателя 1 вращается, блокирующее устройство не создает потери энергии.
При достижении запорно-регулирующим органом арматуры положений "Закрыто" или "Открыто" или в промежуточном положении его движения, превышении предельной величины крутящего момента из-за возникших помех выходной вал 12 останавливается. Так как электродвигатель 1 остается подключенным к сети, то крутящий момент от вала электродвигателя 1 передается центральному колесу 9, которое заставит переместиться червяк 7 с валом 23 в осевом направлении. Осевое движение вала 23, в зависимости от направления смещения червяка, преобразуется в угловое перемещение рычага 15. Рычаг 17, жестко соединенный с рычагом 15, перемещает фланцевую втулку 21 или 22 нагрузочного устройства 13, сжимая пружину, усилие которой соответствует предельной величине крутящего момента на выходном валу 12 редуктора. При перемещении рычага 17 воздействующий элемент 18 поворачивает чувствительный элемент 10, который механическое движение преобразует в электрический сигнал на отключение двигателя 1. Величина сигнала на срабатывание (отключение двигателя) настраивается электронными средствами управления.
Таким образом, экспериментальные испытания и сравнение с наиболее близким аналогом показали, что в заявленном устройстве управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры, массогабаритные показатели снижаются, обусловленные конструктивным выполнением подвижного червяка с нагрузочным устройством, позволяющим применять вместо двух одну, но менее мощную пружину. Кроме того, компоновка устройства с размещением пружинного нагрузочного устройства вне корпуса редуктора позволяет обеспечивать достаточное удобство обслуживания.
Заявляемое устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры реализовано в разрабатываемых нами механизмах исполнительных электрических.