ЭЛЕКТРОПРИВОД С РУЧНЫМ ДУБЛЕРОМ ПОВОРОТНОГО ЗАТВОРА КЛАПАНА, РЕГУЛИРУЮЩЕГО ДАВЛЕНИЕ В ТРУБОПРОВОДЕ В АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Полезная модель относится к трубопроводной арматуре, в частности, к электроприводам с ручным дублером. Полезная модель может быть использована в трубопроводном транспорте нефти, газа и другой среды для управления поворотными затворами клапанов, регулирующих давление среды в трубопроводе, в частности, для управления затворами клапанов, предназначенных для поддержания заданных величин давлений (минимального на входе и максимального на выходе) методом дросселирования потока среды при переходных процессах. К поворотным затворам относятся дисковые, шаровые и другие затворы, которые поворачиваются внутри трубопровода вокруг оси, на которой они установлены. Ось поворотного затвора соединена с приводной системой. В результате такого поворота изменяется площадь поперечного сечения трубопровода и, следовательно, давление среды в трубопроводе.
Известен электропривод с ручным дублером, представленный в материалах патента США №6079442, МКП F 16 K 31/05, F 16 K 31/053 (публикация в 27 июне 2000 г.) и предназначенный для управления
поворотным затвором клапана. Затвор клапана выполнен в виде диска, способен поворачиваться на четверть оборота между открытой и закрытой позицией и, в частности, регулировать давление в трубопроводе. Стержень (ось) 106, на котором установлен и относительно которого поворачивается диск (поворотный затвор), расположен по диаметру диска. Электропривод содержит корпус, выполненный с возможностью установки на клапане и имеющий отверстие в своей внешней стенке.
В электроприводе по патенту США №6079442 имеется также реверсивный электродвигатель, выходной вал которого приводит во вращение зубчатое колесо 121 (фиг.4). С зубчатым колесом 121 находится в зацеплении цилиндрическое прямозубое колесо 120 (фиг.4, 5, 7, 8), неподвижно установленное на входном валу (червячном валу 116) редуктора электропривода.
Редуктор, помимо указанных зубчатого колеса 120 и червячного вала 116, содержит червячный винт 115 и червячное колесо 114 (фиг.6). Червячное колесо 114 имеет рукав 114А (фиг.6), формирующий верхний конец стержня 106, на котором установлен затвор (диск) 105 (фиг.1) клапана. Таким образом, червячное колесо 114 является выходным звеном редуктора, установлено напротив отверстия в корпусе клапана и способно вращаться согласовано с вращением стержня 106. Червячный винт 115 и его червячный вал 116 свободно движутся вдоль своей оси в
ограниченном пространстве. И для этой цели зубчатое колесо 121 (фиг.4), соединенное с валом электродвигателя, выполнено настолько широким, что может поддерживать кинематическую связь с прямозубым цилиндрическим колесом 120 на червячном валу 116 во время движения червячного вала 116 и червячного винта 115 вдоль их оси.
Ручной дублер по патенту США №6079442 содержит (фиг.5, 7, 8) вал 126 ручного дублера, рукоятку для вращения 125, соединенную с валом 126, и механизм соединения и разъединения вала 126 ручного дублера и червяного вала 116. Этот механизм включает полость 127, в которой установлен конец вала 126 и которая обеспечивает возвратно-поступательное движение вала 126 в пределах полости 127 (фиг.5, 7, 8). Механизм соединения и разъединения вала 126 включает также рукав 132, расположенный в полости 127 (фиг.5, 7, 8). Один конец рукава 132 неподвижно соединен или выполнен за одно с концом вала 126 ручного дублера, а по внутреннему диаметру другого конца рукава 132 имеется ряд прорезей 140 (фиг.4А). Через правый конец червячного вала 116 проходит шпилька 141. Когда рукоятку 125 для вращения вместе с рукавом 132 тянут наружу, концы шпильки 141 входят в прорези 140. Это обеспечивает вращение червячного вала 116, червячного колеса 114 и стержня 106, на котором установлен диск (затвор) 105 от вращения рукоятки 125 (фиг.5, 7, 8, 1).
При включении электродвигателя и возникновении от этого в приводе внутреннего движения, шпилька 141 выходит из прорезей 140 (фиг.5). Это обусловлено тем, что червячный вал 116 подпружинен с двух сторон от червячного винта 115 и может свободно двигаться продольно в ограниченном пространстве. Причем в то время, когда привод работает от электродвигателя, червячный вал 116 не соединяется с ручным дублером.
Рукоятка для вращения 125 фиксируется во включенной или отключенной позиции посредством пружинных шариковых фиксаторов 135, которые пружинами вжаты в одну из протяженных канавок 136 и 137, расположенных вокруг внутреннего диаметра втулки 130 (фиг.5).
Ручной дублер также включает средства автоматического прекращения действия электродвигателя ранее, чем произойдет кинематическое соединение вала 126 ручного дублера и червячного вала 116 редуктора при включенном электродвигателе в случае, если оператор случайно решит присоединить ручной дублер. Для этих целей в верхней части корпуса смонтирован выключатель 145 (фиг.5), установленный в такой позиции, чтобы быть задействованным для выключения электродвигателя тогда, когда рукав 132 передвинут наружу с помощью рукоятки 125 (фигуры 7, 8) (включение ручного дублера). Затем во время возврата вала 126 в его внутреннюю позицию (отключение ручного дублера), рукав 132 будет действовать на
выключатель 145 и устанавливать его в положение для повторного отключения двигателя.
Выключатель 145 сделан так, чтобы быть задействованным от подпружиненного рычага 148 (фиг 4А), который проходит через сцентрированные отверстия в корпусе, а также через втулку 130, причем нижний конец подпружиненного рычага 148 выставлен для взаимодействия с рукавом 132. Когда ручной дублер разомкнут, рычаг 148 находится в верхней позиции за счет рукава 132. Выключатель 145 замкнут для обеспечения работы электродвигателя. Когда присоединяют ручной дублер, то рукав 132 перемещают вправо рукояткой 125, рычаг 148 переходит в нижнюю позицию, выключает выключатель 145 и отключает электродвигатель.
Если данный электропривод используется для управления поворотным затвором клапана, который регулирует давление в трубопроводе, в частности, поддерживает заданную величину давления в трубопроводе, то электропривод включается для поворота затвора и изменения площади проходного сечения трубопровода, когда давление в трубопроводе становится несоответствующим заданному значению, и выключается, когда давление в трубопроводе достигнет заданного значения. Наиболее удобным и точным является автоматическое регулирование давления в трубопроводе, при котором чувствительный элемент (датчик) измеряет регулируемую величину (давление в
трубопроводе) или возмущающее воздействие от регулируемой величины (например, увеличение нагрузки или крутящего момента на затвор) и в соответствии с законом регулирования вырабатывает воздействие на регулирующий орган, управляющий электродвигателем. В результате поворотный затвор клапана, соединенный с электроприводом, занимает положение, обеспечивающее заданное значение давления в трубопроводе.
Если поворотный клапан используется для регулирования давления и если это регулирование осуществляется автоматически, то конструкция данного электропривода, в частности, его ручного дублера, может быть упрощена.
Электропривод по патенту США №6079442 является наиболее близким аналогом к заявляемому электроприводу с ручным дублером.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции ручного дублера в электроприводе для поворотного затвора клапана, регулирующего давление в трубопроводе в автоматическом режиме.
Технический результат заключается в упрощении кинематической схемы ручного дублера и в ее выполнении с возможностью отключения ручного дублера от электропривода при прекращении работы с ним оператора.
Как и в наиболее близком аналоге заявляемый электропривод с ручным дублером для поворотного затвора клапана, регулирующего
давление в трубопроводе в автоматическом режиме, содержит корпус с отверстием, расположенные в корпусе электродвигатель с регулирующим органом, редуктор, входное звено которого кинематически соединено с валом электродвигателя, а выходное звено установлено напротив отверстия в корпусе, ручной дублер, включающий вал и рукоятку для вращения вала и выполненный с возможностью кинематического соединения и разъединения с электроприводом при продольном перемещении вала ручного дублера.
В отличие от наиболее близкого аналога, вал ручного дублера расположен перпендикулярно валу электродвигателя, на валу ручного дублера неподвижно установлено зубчатое колесо, на валу электродвигателя неподвижно установлено зубчатое колесо, зубчатый венец которого расположен на его торцевой поверхности и выполнен с возможностью кинематического соединения и разъединения с зубчатым колесом на валу ручного дублера при продольном перемещении вала ручного дублера, причем на валу ручного дублера расположена пружина сжатия, установленная с возможностью сжатия при продольном перемещении вала ручного дублера по направлению к валу электродвигателя.
Заявленное устройство изображено на фигурах 1 и 2 со следующими обозначениями: 1 - корпус, 2 - отверстие в корпусе, 3 -электродвигатель, 4 - регулирующий орган электродвигателя, 5 -
редуктор, 6 - входное звено редуктора, 7 - вал электродвигателя, 8 - выходное звено редуктора, 9 - вал ручного дублера, 10 - рукоятка для вращения вала ручного дублера, 11 - зубчатое колесо на валу электродвигателя, 12 - зубчатый венец колеса 11, 13 - зубчатое колесо на валу ручного дублера, 14 - пружина на валу ручного дублера.
У заявленного электропривода с ручным дублером для поворотного затвора клапана, регулирующего давление в трубопроводе в автоматическом режиме, в корпусе 1 расположен электродвигатель 3, имеющий орган 4, регулирующий работу электродвигателя 3. Например, регулирующий орган 4 может осуществлять включение и выключение электродвигателя при заданном значении давления среды в трубопроводе (на фигурах не показан), на котором установлен клапан (на фигурах не показан), соединяемый с заявляемым электроприводом. Регулирующий орган 4 может отключать электродвигатель 3 при чрезмерном крутящем моменте. Регулирующий органом 4 может являться любое устройство, которое может отключить электродвигатель от источника питания или подключить электродвигатель к нему (контактор, реверсивный пускатель, преобразователь частоты тока в сети питания электропривода). Например, для плавной остановки или пуска поворотного затвора клапана, регулирующего давление, регулирующим органом 4 электродвигателя 3 может являться преобразователь частоты тока в сети электропривода, на который подается сигнал от
микропроцессорной системы автоматического регулирования давления. Последняя, в свою очередь, взаимодействует с датчиками давления, установленными на трубопроводе.
В корпусе заявленного устройства находится также редуктор 5. Редуктор 5 может являться червячным, волновым с промежуточными телами качения или любым другим. В примере конкретного исполнения, изображенном на фигуре 1, редуктор 5 выполнен волновым с промежуточными телами качения.
Входное звено 6, которым может являться в зависимости от типа редуктора, например, червячный вал, генератор волнового редуктора с промежуточными телами качения и т.п., кинематически соединено с валом 7 электродвигателя 3. Кинематическое соединение может осуществляться, например, при червячном редукторе за счет кинематической связи между шестерней, установленной на входном звене (валу червяка), и цилиндрическим прямозубым колесом (на фигурах не показаны), расположенным на валу 7 электродвигателя 3. Если редуктор 5 является волновым с промежуточными телами качения, то взаимодействие его входного звена 6 (генератора) может осуществляться за счет того, что входное звено 6 редуктора 5 и вал 7 электродвигателя 3 неподвижно соединены своими концами (фигура 1) при их последовательной и соосной установке.
Выходное звено 8 редуктора 5 установлено напротив отверстия 2 в корпусе 1. Такое исполнение необходимо для осуществления кинематического соединения заявленного электропривода с поворотным затвором клапана, для которого этот электропривод предусмотрен, при установке клапана и его электропривода на трубопроводе.
Ручной дублер включает вал 9 и рукоятку 10 для вращения вала 9. Вал 9 ручного дублера расположен перпендикулярно валу 7 электродвигателя 3. На валу 9 ручного дублера неподвижно установлено зубчатое колесо 13.
На валу 7 электродвигателя 3 неподвижно установлено зубчатое колесо 11, зубчатый венец 12 которого расположен на его торцевой поверхности и выполнен с возможностью кинематического соединения и разъединения с зубчатым колесом 13 на валу 9 ручного дублера при продольном перемещении вала 9 ручного дублера.
Подобного вида передача называется цилиндроконической передачей с углом 90° между осями и описана на страницах 540-542 в Справочнике конструктора оптико-механических приборов под редакцией М.Я.Кругера и В.А.Панова (издательство «Машиностроение», 1968 г. 760 страниц).
Зубчатое колесо 13 может быть выполнено в виде цилиндрической шестерни с эвольвентным профилем и с зубьями, совпадающими с зубьями 12 зубчатого колеса 11 при их сцеплении.
Продольное перемещение вала 9 может быть осуществлено, например, при помощи направляющей втулки, установленной в корпусе 1 (на фигурах позицией не указана).
Если зубчатый венец 12 расположен на торцевой поверхности зубчатого колеса 11, то последнее не требует осевой регулировки в отличие, например, от конических зубчатых колес, используемых для обеспечения передачи вращения при перпендикулярном расположении валов. Поэтому зубчатое колесо 11 может обеспечить разрыв кинематической связи между ним и зубчатым колесом 13 при отключенном ручном дублере и свое гарантированное кинематическое соединение с зубчатым колесом 13 при включении ручного дублера. Кроме того, в случае конических зубчатых колес для обеспечения разрыва кинематической связи между ручным дублером и остальным электроприводом потребовались бы дополнительные кинематические звенья, усложняющие ручной дублер. Преимуществом зубчатого колеса 11 с зубчатым венцом 12, расположенным на его торцевой поверхности, перед коническими зубчатыми колесами является также простота его изготовления.
На валу 9 ручного дублера расположена пружина сжатия 14. Пружина 14 установлена с возможностью сжатия при продольном перемещении вала 9 ручного дублера по направлению к валу 7 электродвигателя 3. Сжатие пружины 14 может быть обеспечено,
например, за счет упора (на фигурах позицией не указан) для пружины 14, находящегося в стенке корпуса 1, с одной стороны и за счет упора пружины 14 в рукоятку для вращения 10 с другой стороны.
Устройство работает следующим образом.
При поступлении сигнала об изменении заданного давления среды в трубопроводе на регулирующий орган 4, последний включает электродвигатель 3. Вал 7 электродвигателя 3 приводит в движение входное звено 6 редуктора 5. От входного звена 6 движение в редукторе 5 передается на его выходное звено 8, находящееся напротив отверстия 2 в корпусе 1 заявленного электропривода. При установке электропривода на трубопроводе выходное звено 8 кинематически соединено с поворотным затвором клапана (на фигурах не показан), регулирующего давление рабочей среды трубопровода. Затвор поворачивается до тех пор, пока давление в трубопроводе не достигнет заданного значения. После этого регулирующий орган 4 отключает электродвигатель 3. Электропривод останавливается. Затвор прекращает поворот.
При необходимости ручного регулирования положений звеньев передаточного механизма электропривода для проверки правильности их работы после сборки электропривода, а также для проверки работоспособности звеньев электропривода и клапана, например, после их монтажа на трубопроводе применяется ручной дублер. Для этого нажимают на рукоятку для вращения 10 ручного дублера по
направлению к валу 7 электродвигателя 3. При этом пружина 14 сжимается. На рукоятку 10 нажимают до тех пор, пока зубчатое колесо 13, расположенное на валу 9 ручного дублера, не достигнет зубчатого колеса 11 на валу 7 электродвигателя 3 и не войдет с ним в зацепление, образуя кинематическое соединение. После этого, не прекращая нажимать на рукоятку 10, начинают ее вращать. При вращении рукоятки 10 вращательное движение передается по цепи: вал 9 ручного дублера, зубчатое колесо 13 на валу 9, зубчатое колесо 11 на валу 7 электродвигателя 3, вал 7, соединенный с входным звеном 6 редуктора 5, редуктор 5, выходное звено 8 редуктора 5, поворотный затвор клапана, кинематически соединенный с редуктором 5. После завершения работ с ручным дублером отпускают рукоятку для вращения 10. Вал 9 ручного дублера вместе с установленными на нем рукояткой 10 и зубчатым колесом 13 возвращаются в исходное положение под действием разжимающейся пружины 14. Зубчатое колесо 13 и зубчатое колесо 11 разъединяются. Ручной дублер отключается.
Таким образом, по сравнению с наиболее близким аналогом в заявленном электроприводе с ручным дублером для поворотного затвора клапана, регулирующего давление в трубопроводе в автоматическом режиме, кинематическая схема его ручного дублера упрощается и выполнена с возможностью отключения от электропривода при прекращении работы с ним оператора.