Комбинированный привод двухзапорного клапана
COMBINED DRIVE OF DOUBLE-LOCK VALVE

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, а именно, к трубопроводной арматуре энергетических установок.
Предлагаемый привод может быть использован в энергетических установках, работающих в сложных условиях эксплуатации, например, в составе атомных энергетических установок, к которым предъявляются высокие требования по надежности и ограничению по массогабаритным характеристикам.
К данному типу клапанов предъявляются жесткие требования по экстренному закрытию клапана при возникновении аварийной ситуации.
Известны клапаны, содержащие два запорных органа, управляемые комбинированным приводом (см., например, патент US №2009/0094970 А1 кл. F01N 7/00; патент ФРГ №1904971 кл. F16K 31/04, опубл. 1972 г.).
Известен клапан, содержащий корпус с седлами и взаимодействующими с ними основной и дополнительный запорные органы, управляемые приводами, обеспечивающими их независимое перемещение и расположенными в едином блоке (см., например, авторское свидетельство SU №1137848, кл. F16 11/20, опубл. 1983 г.).
Недостатком является низкая надежность работы клапана и высокие массогабаритные характеристики.
В данном клапане не обеспечена компенсация возможных деформаций рабочих деталей при температурных перепадах рабочей среды в дополнительном приводе, а поршень основного привода имеет сложную конструкцию. В его внутренней полости размещен пакет тарельчатых пружин, используемых в качестве компенсатора усилия, возникающего на штоке при передаче усилия при температурных перепадах рабочей среды в условиях эксплуатации.
Известен комбинированный привод двухзапорной арматуры (см., например, авторское свидетельство SU №1635663, кл. F16K 31/14 от 1987 г.).
Комбинированный привод состоит из привода для управления основным запорным органом и привода для управления дополнительным запорным органом, скомпанованным в едином блоке. Кроме того, привод для управления основным запорным органом выполнен в виде дистанционно управляемого пневмопривода и ручного дублирующего привода, выполненного в виде червячного редуктора, а привод для управления дополнительным запорным органом выполнен в ручном исполнении.
Поршень пневмопривода для управления основным запорным органом выполнен полым, во внутренней полости размещен пакет тарельчатых пружин, обеспечивающих передачу усилия в обоих направлениях: на открытие и на закрытие, а также воспринимает дополнительные нагрузки при температурных изменениях режимов работы при эксплуатации.
Известный комбинированный привод имеет сложную конструкцию основного привода, имеющего множество деталей пневмопривода и дублирующего привода, кинематически связанных между собой, что увеличивает трудоемкость работ при сборке и настройке, а также увеличивает массогабаритные характеристики и снижает надежность своей работы и работы двухзапорного клапана в целом.
Технической задачей является упрощение конструкции комбинированного привода, снижение его массогабаритных характеристик за счет исключения количества комплектующих элементов, упрощения их конструкции и взаимосвязей.
Решение поставленной задачи позволяет повысить надежность работы привода, обеспечить быстроту и точность его работы, а, следовательно, повысить надежность работы двухзапорного клапана. Его компактность в целом позволяет обеспечить быстроту отключения системы установки в аварийных условиях.
Кроме того, снижение массогабаритных характеристик привода позволяет снизить массогабаритные характеристики двухзапорного клапана в целом и расширить диапазон использования.
Указанная задача решается за счет того, что в комбинированном приводе двухзапорного клапана, включающего привод управления основным запорным органом и ручной привод управления дополнительным запорным органом, при этом привод управления основным запорным органом состоит из пневмопривода, имеющего установленный внутри корпуса поршень, связанный со штоком основного запорного органа и с дублирующим приводом, поршень пневмопривода выполнен в виде цельного диска, снабженного со стороны дублирующего привода полым цилиндрическим выступом, во внутренней полости которого размещен нижний конец штока дублирующего привода, а на верхнем конце штока дублирующего привода установлена ходовая гайка, причем расстояние Н между торцем нижнего конца штока дублирующего привода и внутренним торцем полого цилиндрического выступа поршня больше рабочего хода основного запорного органа, определяемого по формуле:
1
2
h=h+h,
где:
h - рабочий ход основного запорного органа;
1
h - рабочий ход дополнительного запорного органа;
2
h - рабочий ход основного запорного органа относительно дополнительного запорного органа.
Ходовая гайка выполнена в виде перевернутого стакана с отверстием для размещения штока и установки пакета тарельчатых пружин. Шток дублирующего привода снабжен шлицевой втулкой, взаимодействующей с шлицевым участком корпуса пневмопривода.
Суть технического решения поясняется чертежами, где:
- на фигуре 1 изображен разрез двухзапорного клапана;
- на фигуре 2 изображен разрез комбинированного привода.
Комбинированный привод установлен на корпусе 1 двухзапорного клапана имеющего боковой патрубок 2 подвода рабочей среды и осевой патрубок 3 отвода рабочей среды. В корпусе 1 размещены основной 4 и дополнительный 5 запорные органы, контактирующие с соответствующими седлами и предназначенные для перекрытия циркуляции рабочей среды.
Основной 4 и дополнительный 5 запорные органы размещены в корпусе 1 соосно друг другу и последовательно по отношению к направлению рабочей среды.
Основной запорный орган 4 соединен со штоком 6, расположенным внутри штока 7, на котором закреплен дополнительный запорный орган 5. Между седлами, контактирующими с основным и дополнительным 5 запорными органами, образована полость 8, предназначенная для сбора протечек рабочей среды и сброса ее через патрубок 9.
Управление основным 4 и дополнительным 5 запорными органами осуществляется комбинированным приводом, включающим привод управления основным запорным органом 4 и ручной привод управления дополнительным запорным органом 5.
Привод управления основным запорным органом 4 состоит из пневмопривода 10 и дублирующего привода 11. В корпусе пневмопривода 10 размещен поршень 12, выполненный в виде цельного диска, снабженный со стороны дублирующего привода 11 полым цилиндрическим выступом 13 и жестко закрепленный на штоке 14. Во внутренней полости полого цилиндрического выступа 13 размещен нижний конец штока 15, связывающего пневмопривод 10 с дублирующим приводом 11. На верхнем конце штока 15 установлена ходовая гайка 16, выполненная в виде перевернутого стакана с отверстием для размещения штока 15 и установки тарельчатых пружин 17. Расстояние Н между торцем нижнего конца штока 15 и внутренним торцем полого цилиндрического выступа 13 поршня 12 должно быть больше рабочего хода основного запорного органа и определяемого по формуле:
1
2
h=h+h,
где:
h - рабочий ход основного запорного органа;
1
h - рабочий ход дополнительного запорного органа;
2
h - рабочий ход основного запорного органа относительно дополнительного запорного органа.
Ходовая гайка 16 связана с червячной передачей дублирующего привода 11. Поршень 12 со стороны, противоположной цилиндрическому выступу 13, кинематически связан со штоком 6 основного запорного органа 4.
Верхний конец штока 15 дублирующего привода 11 снабжен шлицевой втулкой 18, взаимодействующей с шлицевым участком 19, выполненном в корпусе пневмопривода 10. Выполнение соединения шток 15 - шлицевая втулка 18 - шлицевый участок 19 обеспечивает возможность относительного перемещения указанных деталей и предохраняет шток 15 от проворота.
Ручной привод 20 управления дополнительным запорным органом 5 выполнен в виде расположенной в корпусе червячной передачи 21, обеспечивающей перемещение наружного штока 7.
Комбинированный привод двухзапорного клапана работает следующим образом.
Двухзапорный клапан показан в положении «закрыто» для основного запорного органа 4 при управлении от пневмопривода 10 и в аварийном положении «закрыто» дополнительного органа 5 от ручного привода.
При закрытии клапана от пневмопривода 10, управляющая среда подается в полость над поршнем 12, одновременно из полости под поршнем 12 управляющая среда выходит в атмосферу. Поршень 12 перемещается вниз вместе со штоком 14 и с внутренним штоком 6 до упора основного запорного органа 4 в соответствующее седло корпуса 1.
Перемещение основного запорного органа 4 при управлении от дублирующего привода 11 осуществляется при помощи червячной передачи, при этом ходовая гайка 16 перемещается поступательно вниз и перемещает шток 15 на расстояние Н.
2
Перемещение дополнительного запорного органа 5 осуществляется при помощи червячной передачи ручного привода 20, обеспечивающей перемещение наружного штока 7 на величину h, равную рабочему ходу дополнительного органа 5.
Работа клапана на открытие осуществляется в обратной последовательности.
За счет изменения формы поршня и вынесения пакета тарельчатых пружин за пределы поршня и корпуса пневмопривода упрощается конструкция комбинированного привода, уменьшаются массогабаритные характеристики, что позволяет повысить надежность работы клапана в целом, обеспечить быстроту и точность срабатывания.