Прямоходный электропривод

Полезная модель относится к электроприводам для управления трубопроводной арматурой с поступательным перемещением рабочего органа и может быть использована в трубопроводном транспорте для управления потоком рабочей среды, например, нефти, газа и других продуктов.
Прямоходный электропривод запорно-регулирующей арматуры в самом общем случае содержит электродвигатель, редуктор, прямоходную передачу винт-гайка, блок управления и ручной дублер для ввода в работу привода и вывода его из эксплуатации, в частности, в условиях аварийного отключения электричества. При этом прямоходные электроприводы трубопроводной арматуры имеют, как правило, вертикальную компоновку. В связи с тем, что к электроприводам в заявленной области применения предъявляются нормативные требования соблюдения определенных габаритных размеров, в том числе по их высоте, возникают проблемы из-за большой высоты прямоходных электроприводов, особенно прямоходных электроприводов с большой длиной хода выходного звена (от 120 мм до 200 мм).
Из патента РФ 199688 (опубл. 14.09.2020) известен прямоходный электропривод для управления трубопроводной арматурой. Электропривод содержит электродвигатель, кинематически соединенный с передачей винт-гайка посредством двухступенчатого редуктора, состоящего из цилиндрической передачи и волновой передачи с промежуточными телами качения (ПТК). Ручной дублер своим маховиком кинематически связан через червячную передачу с волновой передачей с ПТК.
Для оптимизации осевого размера электропривода ходовой винт передачи винт-гайка имеет возможность прохождения через центральное отверстие электропривода. Однако электропривод имеет большие габариты и сложную конструкцию. Это обусловлено использованием волновой передачи с ПТК в кинематической связи электродвигателя с передачей винт-гайка, использованием червячной передачи в кинематической связи маховика ручного привода с волновой передачей с ПТК, а также размещением электродвигателя и блока управления электроприводом в отдельных корпусах.
Известен прямоходный электропривод, используемый для перемещений рабочего органа трубопроводной арматуры (http://www.tulaprivod.ru/upload/iblock/0d2/rukovodstvo_po_ekspluatatsii_epp_1.pdf, свободный доступ), выбранный за ближайший аналог (прототип) по совокупности его признаков, наиболее близкой к совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели. Электропривод содержит электродвигатель, кинематически соединенный с передачей винт-гайка. На гайке передачи винт-гайка соосно с ней жестко установлено зубчатое колесо. На валу электродвигателя жестко установлена шестерня. Привод снабжен маховиком и валом маховика, на котором жестко посажена шестерня. Вал маховика выполнен с возможностью зацепления своей шестерней с зубчатым колесом для обеспечения ручного управления приводом.
Для уменьшения габаритов электропривода электродвигатель и блок управления размещены в едином корпусе. Однако этот единый корпус размещен над передачей винт-гайка, что ограничивает перемещение винта, и винт может перемещаться только по одну сторону относительно зубчатого колеса, а именно, в пространстве между зубчатым колесом и арматурой. Поэтому, в случае увеличения длины рабочего хода на определенную величину, осевой размер электропривода увеличится на эту же величину, что не позволяет существенно увеличить длину рабочего хода привода.
Кроме того, последовательное размещение на одной продольной оси передачи винт-гайка и единого корпуса с электродвигателем и блоком управления увеличивает осевой габарит электропривода, особенно при увеличении мощности электродвигателя. К увеличению габаритных размеров электропривода приводит и наличие промежуточных зубчатых передач между шестерней на валу электродвигателя и зубчатым колесом.
Таким образом, остается актуальной задача разработки прямоходного электропривода простой конструкции, обеспечивающего большие линейные перемещения рабочего органа трубопроводной арматуры без увеличения габаритов.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение габаритов электропривода, в том числе осевого габарита, при обеспечении большой длины хода выходного звена привода.
Указанная задача решается и технический результат достигается тем, что прямоходный электропривод, как и ближайший аналог, содержит электродвигатель, кинематически соединенный с передачей винт-гайка, на гайке которой соосно с ней жестко установлено зубчатое колесо, при этом на вал электродвигателя жестко посажена шестерня, и привод снабжен валом маховика, выполненным с возможностью зацепления своей шестерней с зубчатым колесом для обеспечения ручного управления приводом.
В отличие от ближайшего аналога, зубчатое колесо образует цилиндрическую передачу с шестерней на валу электродвигателя, а винт передачи винт-гайка выполнен с возможностью перемещения через зубчатое колесо в обе стороны относительно колеса.
Кроме того, вал маховика установлен параллельно валу электродвигателя.
Кроме того, блок электронного управления приводом размещен в одном корпусе с электродвигателем.
Кроме того, зубчатое колесо может быть жестко установлено на гайке через полый вал.
При этом полый вал и гайка могут быть выполнены в виде единой детали.
Сущность полезной модели поясняет чертеж, на котором показан осевой разрез прямоходного электропривода.
Прямоходный электропривод содержит электродвигатель 1, кинематически связанный через цилиндрическую передачу с передачей винт-гайка, включающей в себя винт 2 и гайку 3. Цилиндрическая передача включает в себя шестерню 4, жестко установленную на валу 5 электродвигателя, и зубчатое колесо 6. Зубчатое колесо 6 жестко установлено на гайке 3 соосно с ней. Передача крутящего момента от зубчатого колеса 6 на гайку 3 может быть обеспечена любым известным способом, например, посредством шпоночного или шлицевого соединения. Винт 2 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения через зубчатое колесо 6, практически равноудаленно в обе стороны относительно колеса 6. На чертеже показан винт 2 в своем крайнем верхнем положении. При установке электропривода на запорно-регулирующей трубопроводной арматуре ее рабочий орган соединен с ходовым винтом 2.
В конкретном исполнении зубчатое колесо 6 может быть жестко установлено на гайке 3 через расположенный соосно между ними полый вал 7, для увеличения жесткости соединения гайки 3 с зубчатым колесом 6. В этом случае полый вал 7 и гайка 3 могут быть выполнены в виде единой детали.
В конкретном исполнении гайка 3 может быть выполнена в виде двух полугаек, установленных с зазором (не обозначен позицией) для исключения люфта в паре винт-гайка.
Блок управления 8 электроприводом размещен в едином корпусе 9 с электродвигателем 1. При этом конец вала 5 двигателя с установленной на нем шестерней 4 выходит из корпуса 9. Для обеспечения взрывозащиты указанный корпус 9 может быть изготовлен взрывозащищенного исполнения.
Ручной дублер содержит маховик 10 и вал 11 маховика, установленный параллельно валу 5 двигателя. На вал 11 маховика жестко посажена шестерня 12. Вал 11 маховика выполнен с возможностью перемещения в положение зацепления своей шестерней 12 с зубчатым колесом 6, для обеспечения ручного управления приводом. На валу 11 маховика расположена пружина 14 для его возврата в исходное положение при прекращении режима ручного управления. При работе от электродвигателя 1 шестерня 12 ручного дублера выведена из зацепления с зубчатым колесом 6, как показано на чертеже.
Привод скомпонован таким образом, что ручной дублер и единый корпус 9 с электродвигателем 1 и блоком управления 8 расположены на цилиндрическом редукторе в одной плоскости.
При работе электропривода от электродвигателя 1 приводится во вращение шестерня 4, являющаяся входным звеном цилиндрической передачи. Шестерня 4 передает вращение через зубчатое колесо 6 на гайку 3, за счет жесткого соединения зубчатого колеса 6 с гайкой 3. Вращение гайки 3 приводит в движение ходовой винт 2. Винт 2 совершает возвратно-поступательное движение, проходя в осевом направлении через зубчатое колесо 6 в обе стороны относительно плоскости колеса 6. Возвратно-поступательное движение винта 2 обеспечивает перемещение рабочего органа трубопроводной арматуры, например затвор клапана, в направлениях «открыто - закрыто».
При прекращении работы электродвигателя 1 и возникновении необходимости работы от ручного дублера вал 11 маховика посредством рычага 13 перемещают в нижнее положение, обеспечивающее зацепление шестерни 12 с зубчатым колесом 6. Вращая маховик 10 в том или ином направлении, перемещают выходное звено привода в сторону открытия или закрытия арматуры. При прекращении режима ручного управления вал 11 маховика возвращается в исходное положение за счет пружины 14.
Таким образом, перемещение ходового винта 2 относительно зубчатого колеса 6 в обе стороны (по сравнению с односторонним перемещением винта в прототипе) уменьшает осевой размер электропривода, что позволяет обеспечить большую длину хода его выходного звена. Находящиеся в зацеплении шестерня 4 на валу двигателя и зубчатое колесо 6 исключают промежуточные (паразитные) передачи в кинематической цепочке редуктора, что уменьшает габариты электропривода при упрощении его конструкции.
Кроме того, размещение блока управления 8 в едином корпусе 9 с электродвигателем 1 способствует уменьшению массогабаритных показателей привода. А также компоновка электропривода, в которой вал 5 двигателя и вал 11 ручного дублера установлены параллельно между собой на продольной оси привода, способствует уменьшению осевого габарита электропривода. Наряду с вышеуказанным, изготовление ряда электроприводов с различными выходными параметрами (скоростью и усилием выходного звена) можно обеспечить за счет изменения коэффициента редукции цилиндрической передачи, используя при этом один прямоходный модуль, что увеличивает унификацию ряда прямоходных электроприводов и улучшает их технико-экономические показатели.
В результате, предложенный прямоходный электропривод имеет простую конструкцию с малым количеством деталей и обеспечивает большие линейные перемещения рабочего органа трубопроводной арматурымаховика, на котором жестко посажена шестерня. Вал маховика выполнен с возможностью зацепления своей шестерней с зубчатым колесом для обеспечения ручного управления приводом.
Для уменьшения габаритов электропривода электродвигатель и блок управления размещены в едином корпусе. Однако этот единый корпус размещен над передачей винт-гайка, что ограничивает перемещение винта, и винт может перемещаться только по одну сторону относительно зубчатого колеса, а именно, в пространстве между зубчатым колесом и арматурой. Поэтому, в случае увеличения длины рабочего хода на определенную величину, осевой размер электропривода увеличится на эту же величину, что не позволяет существенно увеличить длину рабочего хода привода.
Кроме того, последовательное размещение на одной продольной оси передачи винт-гайка и единого корпуса с электродвигателем и блоком управления увеличивает осевой габарит электропривода, особенно при увеличении мощности электродвигателя. К увеличению габаритных размеров электропривода приводит и наличие промежуточных зубчатых передач между шестерней на валу электродвигателя и зубчатым колесом.
Таким образом, остается актуальной задача разработки прямоходного электропривода простой конструкции, обеспечивающего большие линейные перемещения рабочего органа трубопроводной арматуры без увеличения габаритов.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является уменьшение габаритов электропривода, в том числе осевого габарита, при обеспечении большой длины хода выходного звена привода.
Указанная задача решается и технический результат достигается тем, что прямоходный электропривод, как и ближайший аналог, содержит блок электронного управления и электродвигатель, кинематически соединенный с передачей винт-гайка, на гайке которой соосно с ней жестко установлено зубчатое колесо, при этом на вал электродвигателя жестко посажена шестерня.
В отличие от ближайшего аналога, зубчатое колесо образует цилиндрическую передачу с шестерней на валу электродвигателя, а винт передачи винт-гайка выполнен с возможностью перемещения через зубчатое колесо в обе стороны относительно колеса.
Кроме того, привод снабжен валом маховика, установленным параллельно валу электродвигателя и выполненным с возможностью зацепления своей шестерней с зубчатым колесом для обеспечения ручного управления приводом.
Кроме того, блок электронного управления приводом размещен в одном корпусе с электродвигателем.
Сущность полезной модели поясняет чертеж, на котором показан осевой разрез прямоходного электропривода.
Прямоходный электропривод содержит электродвигатель 1, кинематически связанный через цилиндрическую передачу с передачей винт-гайка, включающей в себя винт 2 и гайку 3. Цилиндрическая передача включает в себя шестерню 4, жестко установленную на валу 5 электродвигателя, и зубчатое колесо 6. Зубчатое колесо 6 жестко установлено на гайке 3 соосно с ней. Передача крутящего момента от зубчатого колеса 6 на гайку 3 может быть обеспечена любым известным способом, например, посредством шпоночного или шлицевого соединения. Винт 2 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения через зубчатое колесо 6, практически равноудаленно в обе стороны относительно колеса 6. На чертеже показан винт 2 в своем крайнем верхнем положении. При установке электропривода на запорно-регулирующей трубопроводной арматуре ее рабочий орган соединен с ходовым винтом 2.
В конкретном исполнении гайка 3 может быть выполнена в виде двух полугаек, установленных с зазором (не обозначен позицией) для исключения люфта в паре винт-гайка.
Блок управления 8 электроприводом размещен в едином корпусе 9 с электродвигателем 1. При этом конец вала 5 двигателя с установленной на нем шестерней 4 выходит из корпуса 9. Для обеспечения взрывозащиты указанный корпус 9 может быть изготовлен взрывозащищенного исполнения.
Ручной дублер содержит маховик 10 и вал 11 маховика, установленный параллельно валу 5 двигателя. На вал 11 маховика жестко посажена шестерня 12. Вал 11 маховика выполнен с возможностью перемещения в положение зацепления своей шестерней 12 с зубчатым колесом 6, для обеспечения ручного управления приводом. На валу 11 маховика расположена пружина 14 для его возврата в исходное положение при прекращении режима ручного управления. При работе от электродвигателя 1 шестерня 12 ручного дублера выведена из зацепления с зубчатым колесом 6, как показано на чертеже.
Привод скомпонован таким образом, что ручной дублер и единый корпус 9 с электродвигателем 1 и блоком управления 8 расположены на цилиндрическом редукторе в одной плоскости.