ПРИВОД КЛАПАНА
VALVE DRIVE

Область изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к приводу клапана.
Предпосылки
[0002] Привод клапана, который управляет открыванием и закрыванием так называемого тарельчатого клапана, по существу известен (патент Японии № 5600760, Патентная литература 1).
[0003] Привод клапана, описанный в патентном источнике 1, содержит электродвигатель, являющийся источником привода, и преобразует вращение электродвигателя в линейное перемещение, используя шарико-винтовую пару для приведения в действие стержня тарельчатого клапана с постоянной скоростью и постоянной силой, независимо от длины хода.
Список литературы
Патентная литература
[0004]
Патентная литература 1: патент Японии № 5600760
Краткое описание изобретения
Техническая задача
[0005] В приводе клапана, описанном в патентной литературе 1, скорость открывания/закрывания тарельчатого клапана в некоторых случаях снижается, когда сила, приводящая в движение стержень клапана увеличивается для достижения запирающей силы, необходимой для закрывания капана. С другой стороны, когда скорость открывания/закрывания тарельчатого клапана увеличивается, запирающая сила, необходимая для закрывания клапана, в некоторых случаях не может быть достигнута из-за того, что сила, необходимая для работы клапана, уменьшается.
[0006] Ввиду этого целью настоящего изобретения является создание привода клапана, который может обеспечивать и скорость открывания/закрывания, необходимую для открывания и закрывания тарельчатого клапана, и запирающую силу, необходимую для закрывания клапана.
Решение задачи
[0007] Привод клапана согласно одному аспекту настоящего изобретения является приводом, который осуществляет открывание и закрывание тарельчатого клапана и содержит электродвигатель и механизм трансмиссии, который передает приводную силу электродвигателя на тарельчатый клапан. Механизм трансмиссии содержит бустерный механизм, а бустерный механизм является трехмерным коленно-рычажным механизмом, который содержит цилиндр, входной диск, вращающийся вокруг оси в цилиндре, выходной диск, совершающий возвратно-поступательные движения в цилиндре в осевом направлении, и соединительную штангу, которая соединяет входной и выходной диски.
[0008] Бустерный механизм может содержать шаровое шарнирное соединение, и это шаровое шарнирное соединение может быть расположено в цилиндре так, чтобы контактировать с внутренней периферией цилиндра и соединять участок внешней кромки входного диска с одним концом соединительной штанги, а также соединять участок внешней кромки выходного диска с другим концом соединительной штанги.
[0009] Бустерный механизм может содержать ограничитель нагрузки, расположенный между выходным диском и стержнем тарельчатого клапана и ограничивающей нагрузку, передаваемую от выходного диска на седло клапана через стержень диска.
[0010] Бустерный механизм может содержать стопор, сформированный на внутренней периферии цилиндра и ограничивающий движения соединительной штанги, при этом стопор может быть расположен в положении находящимся за положением, в котором соединительная штанга становится параллельной оси цилиндра.
Положительные эффекты
[0011] В приводе клапана по настоящему изобретению можно получить и скорость открывания/закрывания, необходимую для открывания и закрывания тарельчатого клапана, и запирающую силу, необходимую для закрывания клапана.
Краткое описание чертежей
[0012]
Фиг. 1 - сечение, схематически иллюстрирующее привод клапана по варианту настоящего изобретения.
Фиг. 2 - вид в перспективе, схематически иллюстрирующий трехмерный коленно-рычажный механизм.
Фиг. 3А - пояснительная диаграмма, схематически иллюстрирующая стопор.
Фиг. 3В - пояснительная диаграмма, схематически иллюстрирующая стопор.
Фиг. 4 - график, иллюстрирующий отношение между выходной силой бустерного механизма и положением стержня клапана.
Описание вариантов
[0013] Дале со ссылками на чертежи следует описание вариантов настоящего изобретения.
[0014] Привод 1 клапана по этому варианту осуществляет открывание и закрывание тарельчатого клапана 2, как показано на фиг. 1. Тарельчатый клапан 2 является клапаном, относящимся к типу, в котором стержень клапана движется в направлении, проходящем под прямым углом к поверхности седла клапана. Этот тарельчатый клапан 2 применяется, например, для открывания и закрывания проточного канала для подачи топлива в ракетный двигатель.
[0015] Как показано на фиг. 1, тарельчатый клапан 2 содержит корпус 4, в котором сформирован проточный канал 3, и седло 5, расположенное в середине проточного канала 3. В корпусе 4 расположен стержень 6 клапана, который открывает и закрывает седло 5 клапана. Стержень 6 содержит шток 7, являющийся частью стержня 6, имеющей форму вала, и зонтичную часть 8, прикрепленную к концу штока 7. На фиг. 1 позицией 9а обозначено отверстие, выполненное в выходном диске 18, который будет описан ниже, для соединения со стержнем 6, а позицией 9b обозначена гайка для соединения со стержнем 6, позицией 10 обозначен механизм выравнивания стержня 6, а позицией 11 обозначен сильфон.
[0016] привод 1 клапана в этом варианте содержит электродвигатель 12 и механизм 13 трансмиссии, который передает приводную силу электродвигателя 12 на тарельчатый клапан 2.
[0017] Электродвигатель 12 является, например, шаговым двигателем. Электродвигатель 12 в приводе 1 приводится в действие электрическим сигналом, передаваемым от драйвера источника питания (не показан), расположенного за пределами привода 1 клапана, на электродвигатель 12. Электродвигатель 12 не ограничивается шаговым двигателем и может быть электродвигателем другого типа.
[0018] Механизм 13 трансмиссии содержит редуктор 14 и бустерный механизм 15.
[0019] Редуктор 14 является, планетарным шестеренчатым механизмом. Вращение электродвигателя 12 передается на бустерный механизм 15 после того, как редуктор 14 сократит частоту вращения и повысит крутящий момент. Редуктор 14 не ограничен планетарным шестеренчатым механизмом и может быть обычной зубчатой передачей, бесступенчатой трансмиссией, трансмиссией кулачкового типа и т.д.
[0020] Бустерный механизм 15 является трехмерным коленно-рычажным механизмом, который содержит цилиндр 16, входной диск 17, вращающийся вокруг оси CL в цилиндре 16, выходной диск 18, совершающий возвратно-поступательные движения вдоль оси CL в цилиндре 16, и соединительные штанги 19, которые соединяют входной диск 17 и выходной диск 18. Входной диск 17 соединен с выходным валом редуктора 14, а выходной диск 18 соединен со стержнем 6 тарельчатого клапана 2.
[0021] Входной диск 17 выполнен с возможностью вращения вокруг оси CL цилиндра 16, но не имеет возможности совершать возвратно-поступательные движения вдоль оси CL. Наоборот, выходной диск 18 не имеет возможности вращаться вокруг оси CL цилиндра 16, но выполнен с возможностью совершать возвратно-поступательные движения вдоль оси CL. В этом варианте входной диск 17 и выходной диск 18 имеют круглую форму; однако они не ограничены этой формой. Входной диск 17 и выходной диск 18 могут иметь форму, отличающуюся от круглой.
[0022] Как показано на фиг. 2, входной иск 17 и выходной диск 18 соединены друг с другом тремя штангами 19. Шаровые шарниры 20 соединяют внешнюю кромку входного диска 17 с концами одной стороны штанг 19, а также внешнюю кромку выходного диска 18 с концами другой стороны штанг 19. Шаровой шарнир 20 содержит шарик 21, расположенный на внешней кромке входного диска 17 и на внешней кромке выходного диска е18, и полусферическое гнездо 22, расположенное на конце штанги 19. Эти шаровые шарниры 19 расположены в цилиндре 16 так, чтобы контактировать с внутренней периферией цилиндра 16.
[0023] Вращение электродвигателя 12 преобразуется в линейное перемещение, и его сила увеличивается и передается на стержень 6 тарельчатого клапана 2 бустерным механизмом 15. Более конкретно, вращение электродвигателя 12, передаваемое от редуктора 14 на входной диск 17 выводится выходным диском 18 в форме возвратно-поступательных перемещений вдоль оси CL цилиндра 16.
[0024] На фиг 4 приведен график, иллюстрирующий отношение между силой, выводимой бустерным механизмом 15 и положением стержня 6 клапана. На фиг. 4 горизонтальная ось представляет углы вращения входного диска 17, а угол вращения входного диска 17, когда штанги 19 расположены параллельно оси CL цилиндра 16, принят за 0°. В то же время, вертикальная ось представляет силы, выводимые бустерным механизмом 15 и положения стержня 6 клапана и показывает, что стержень 6 клапана приближается к седлу 5 клапана, когда кривая поднимается из нижней части в верхнюю часть графика.
[0025] Вращение электродвигателя 12 передается от входного диска 17 на выходной диск 18 через штанги 19. Как видно из фиг. 4, когда стержень 6 клапана находится в положении, приближенном к полностью закрытому положению (левая часть фиг. 4), скорость открывания/закрывания стержня 6 клапана невелика, но сила, выводимая бустерным механизмом 15 (сила, прижимающая стержень 6 клапана к седлу 5) велика. Наоборот, когда стержень 6 клапана находится в положении, удаленном от полностью закрытого положения (правая часть фиг. 4), сила, выводимая бустерным механизмом 15, невелика, но скорость открывания/закрывания стержня 6 клапана высока.
[0026] Как показано на фиг. 3А и 3В, бустерный механизм 15 далее содержит ограничитель 23 нагрузки и стопор (механический стопор) 24.
[0027] Ограничитель 23 нагрузки расположен между выходным диском 18 и стержнем 6 тарельчатого клапана 2 и ограничивает нагрузку, передаваемую от выходного диска 18 на седло 5 клапана через стержень 6. В этом варианте между выходным диском 18 бустерного механизма 15 и стержнем 6 тарельчатого клапана 2 расположена тарельчатая пружина 25. Это позволяет тарельчатой пружине 25 выполнять функцию ограничителя 23 нагрузки, который предотвращает передачу нагрузки, превышающей заранее определенную величину, от выходного диска 18 на седло 5 клапана через стержень 6 (см. фиг. 4). Наоборот, когда между выходным диском 18 и стержнем 6 клапана тарельчатая пружина 25 отсутствует, возникает возможность чрезмерного увеличения силы, выводимой бустерным механизмом 5, как показано штриховой линией на фиг. 4, когда стержень 6 клапана находится рядом с полностью закрытым положением. Характеристику ограничителя 23 нагрузки можно менять, заменяя количество и комбинацию тарельчатых пружин 25 (параллельная, прямая или параллельно-прямая).
[0028] Стопор 24 сформирован на внутренней периферии цилиндра 16 и ограничивает движение штанги 19. В этом варианте, как показано на фиг. 3А и 3В, стопор 14 находится в выдвинутом положении, которое штанга 19 достигает, смещаясь немного за положение, в котором штанга 19 расположена параллельно оси CL цилиндра 16, и стопор 24 позволяет штанге 19 двигаться только до положения стопора 14. Это позволяет тарельчатой пружине 25 и стопору 24 выполнять функцию механизма защелки, который позволяет стержню 6 клапана оставаться в полностью закрытом положении, даже если отключить подачу питания на электродвигатель 12. Другими словами, поскольку к стержню 6 клапана необходимо прилагать силу, определяемую пружиной 25, чтобы переместить стержень 6 клапана из состояния, показанного на фиг. 3В, обратно в направлении открывания, стержень 6 клапана не будет перемещаться в направлении открывания, пока к нему не будет приложена такая сила.
[0029] Ниже следует описание работы и эффектов этого варианта.
[0030] (1) Привод 1 клапана по этому варианту является приводом 1 клапана, который осуществляет открывание и закрывание тарельчатого клапана 2 и содержит электродвигатель 12 и механизм 13 трансмиссии, который передает приводную силу от электродвигателя 12 на тарельчатый клапан 2. Механизм 13 трансмиссии содержит бустерный механизм 15. Бустерный механизм 15 является трехмерным коленно-рычажным механизмом, который содержит цилиндр 16 входной диск 17, вращающийся вокруг оси CL в цилиндре 16, выходной диск 18, совершающий возвратно-поступательные движения вдоль оси CL в цилиндре 16, и штанги 19, которые соединяют входной диск 17 и выходной диск 18.
[0031] В приводе 1 клапана по этому варианту трехмерный коленно-рычажный механизм применяется для преобразования вращения электродвигателя 12 в линейное движение. Это позволяет получить как запирающую силу, необходимую ля закрывания клапана, когда стержень 6 тарельчатого клапана 2 находится в полностью закрытом положении и упирается в седло 5 клапана, так и скорость открывания/закрывания, необходимую для открывания/закрывания этого тарельчатого клапана 2. Другими словами, вращение электродвигателя 12 передается от входного диска 17 на выходной диск 18 через штанги 19 и, таким образом, сила, выводимая бустерным механизмом 15 увеличивается, когда стержень 6 клапана находится рядом с положением полного закрывания, хотя скорость открывания/закрывания стержня клапана 6 невелика. С другой стороны, когда стержень 6 клапана удален от положения полного закрывания, скорость открывания/закрывания стержня 6 клапана увеличивается, а сила, выводимая бустерным механизмом 15 уменьшается. Поэтому можно получить и скорость открывания/закрывания, необходимую для открывания и закрывания тарельчатого клапана 2, и запирающую силу, необходимую для закрывания этого клапана.
[0032] (2) В приводе 1 клапана по этому варианту бустерный механизм 15 содержит шаровые шарниры 20. Эти шаровые шарниры 20 соединяют внешнюю кромку входного диска 17 и концы одной стороны штанг 19, а также внешнюю кромку выходного диска 18 и концы другой стороны штанг 19. Шаровые шарниры 29 расположены в цилиндре 16 и контактируют с внутренней периферией цилиндра 16.
[0033] это позволяет шаровым шарнирам 20 двигаться в цилиндре 16, используя внутреннюю периферию цилиндра 16 как направляющую, и шаровых шарниров 20 таким образом, сохраняются в собранном состоянии. Следовательно, структуру шаровых шарниров можно легко собирать без винтов и пр., что приводит к уменьшению количества деталей.
[0034] (3) В приводе 1 клапана по этому варианту бустерный механизм 15 содержит тарельчатую пружину 25 (ограничитель 23 нагрузки), расположенную между выходным диском и стержнем 6 тарельчатого клапана 2 и ограничивающую нагрузку, передаваемую от выходного диска 18 на седло 5 клапана через стержень 6 клапана.
[0035] Поскольку бустерный механизм 15 включает тарельчатую пружину 25 (ограничитель 23 нагрузки), предотвращается передача нагрузки, превышающей заранее определенную величину, от выходного диска 18 на седло 5 клапана через стержень 6 клапана. Это позволяет надежно предотвратить полоску седла 5 клапана.
[0036] (4) В приводе 1 клапана по этому варианту бустерный механизм 15 содержит стопор 24, сформированный на внутренней периферии цилиндра 16, который ограничивает движение штанги 19. Стопор 24 расположен в выдвинутом положении за положением, в котором штанга 19 принимает ориентацию, параллельную оси CL цилиндра 16.
[0037] Поскольку бустерный механизм 15 содержит стопор 24, стержень 6 клапана соединенный с выходным диском 18, может надежно останавливаться в заранее определенном положении (например, в полностью закрытом положении). Дополнительно, поскольку стопор 24 расположен в выдвинутом положении ща положением, в котором штанга 19 принимает ориентацию, параллельную оси CL цилиндра 16, стопор 24 может выполнять функцию механизма защелки.
[0038] В то же время, хотя привод клапана по настоящему изобретению был описан на примере вышеприведенного варианта, он не ограничивается этим вариантом. Можно использовать разные другие варианты, не выходящие за пределы объема настоящего изобретения.
[0039] Например, соединительные участки между входным диском и штангами и соединительные участки между выходным диском и штангами не ограничиваются шаровыми шарнирами. Можно использовать и шарниры Гука. Дополнительно, количество штанг, которые соединяют входной диск и выходной диск, не ограничивается тремя, но это количество можно выбирать произвольно.