Малогабаритный электропривод для трубопроводной арматуры

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для использования в приводах трубопроводной арматуры.
Для надежного функционирования трубопроводной арматуры нефтегазовых предприятий необходимы взрывозащищенные малогабаритные электроприводы, обладающие высокой надежностью, простотой и большим набором функций.
Они должны обеспечивать выполнение следующих основных функций:
вращение выходного вала для приведения в движение запорного органа запорной арматуры и его остановка в положении «открыто» и закрыто»;
обеспечение надежной работы при любых условиях внешней среды;
приведение в движение запорного органа с помощью ручного дублера;
отслеживание текущего положения запорного органа;
гарантированная фиксация приводного вала при остановке запорного органа и при отключении питающего напряжения.
Известен электропривод с ручным дублером по патенту РФ № 78893 U1 (F16K 31/05, опубл. 10.12.2008), содержащий корпус, в котором расположены электродвигатель, кинематически  соединенный с входным валом редуктора, и ручной дублер, установленный в корпусе с возможностью продольного перемещения, включающий вал с маховиком и зубчатое колесо, и на входном валу редуктора с возможностью поворота установлено зубчатое колесо с кулачковой поверхностью на торце его ступицы и втулка, подвижная в осевом направлении, один кулачковый торец которой сопряжен с кулачковой поверхностью ступицы зубчатого колеса, а на другом конце втулка выполнена с конусообразным выступом с возможностью  взаимодействия его поверхности торцом зубчатого колеса ручного дублера, выполненного с возможностью кинематического взаимодействия с зубчатой шестерней, неподвижно закрепленной на входном валу.
Недостатком данного электропривода с ручным дублером является его низкая надежность, связанная с нестабильностью работы кулачковой муфты.
Это обусловлено тем, что при включении электродвигателя перемещение кулачковой муфты происходит с резким ударом, что зачастую приводит к заклиниванию шестерни ручного дублера и отказу электропривода. Кроме того, при попытке включения ручного дублера, его необходимо поворачивать в разные стороны для введения в зацепление его шестерни с шестерней на валу. Это затрудняет работу электропривода, требует дополнительных затрат времени и приводит к повреждению зубьев шестерен при частом использовании.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является электропривод с ручным дублером по патенту РФ № 2323380 С2, (МКИ: F16K 31/05, опубл. 24.04.2008 г., бюл. №12), содержащий корпус, в котором расположены электродвигатель, редуктор и ручной дублер, причем на валу редуктора установлена двусторонняя муфта, которая является обгонной, и на наружной обойме которой заодно с ней выполнено зубчатое колесо, а ручной дублер закреплен на колесе с внутренними зубьями, установленном с возможностью вращения в корпусе соосно с зубчатым колесом на наружной обойме двусторонней обгонной муфты, при этом колесо с внутренними зубьями и зубчатое колесо на двусторонней обгонной муфте связаны между собой через паразитные шестерни.
Недостатком прототипа является низкая надежность двусторонней обгонной муфты, обусловленная тем, что для обеспечения ее работы требуется очень точное изготовление всех ее деталей, при низких температурах она перестает работать из-за появления наледи на деталях, эта муфта быстро изнашивается и приводит к отказу.
Указанные недостатки приводят к техническим проблемам, связанным с невысокой надежностью электропривода.
Основной задачей заявляемой полезной модели является создание малогабаритного электропривода для трубопроводной арматуры, обладающего высокой надежностью и безопасностью, и обеспечивающего автоматическое переключение на привод от электродвигателя или ручного дублера.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в обеспечении надежного и безопасного автоматического переключения на привод трубопроводной арматуры от электродвигателя или ручного дублера.
Технический результат достигается тем,что в известном  малогабаритном электроприводе для трубопроводной арматуры, содержащем корпус, в котором расположены электродвигатель, редуктор и ручной дублер, новым является то, что редуктор  состоит из генератора, промежуточных тел качения, сепаратора и зубчатого венца, причем генератор соединен с валом электродвигателя, снабженного электромеханическим тормозом, зубчатый венец соединен с выходным валом для соединения с трубопроводной арматурой,  ручной дублер выполнен в виде червячного колеса, выполненного на наружной поверхности зубчатого венца,  червячное колесо соединено с червяком,  а  на верхней стороне зубчатого венца выполнено дополнительное зубчатое колесо с внутренними зубьями, которое сопряжено с шестерней, соединенной с датчиком положения.
Оптимально в малогабаритном электроприводе для трубопроводной арматуры корпус выполнить преимущественно разделенным на две полости, где в первой полости установлен электродвигатель, редуктор, ручной дублер и датчик положения, а во второй полости размещены колодка электрических соединений, соединенная проводами с электрическими элементами первой полости, электрической сетью и внешним пультом управления.
Предпочтительно в малогабаритном электроприводе для трубопроводной арматуры корпус выполнить взрывозащищенным и герметичным.
Рекомендуется в малогабаритном электроприводе для трубопроводной арматуры полости взрывозащищенного корпуса выполнить взаимно герметизированными.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен малогабаритный электропривод для трубопроводной арматуры в осевом разрезе.
Малогабаритный электропривод для трубопроводной арматуры (фиг. 1) содержит: взрывозащищенный корпус 1, выполненный с двумя герметизированными первой (16) и второй (17) полостями. В первой полости 16 установлен волновой редуктор с промежуточными телами качения, содержащий генератор 2, тела качения 3, сепаратор 4, зубчатый венец 5. Генератор 2 соединен с валом электродвигателя 6, имеющего электромеханический тормоз 7. Зубчатый венец 5 соединен с выходным валом 8. Выходной вал 8 кинематически жестко связан с зубчатым венцом 5, а через шестерню 15 связан с датчиком положения 11, который отслеживает текущее положение запорного органа трубопроводной арматуры.
Во второй (17) герметично изолированной полости взрывозащищенного корпуса 1 установлена колодка электрических соединений 9, с которой электрическими проводами 10 через герметичные взрывозащищенные проходы осуществляются соединения с электродвигателем 6, электромеханическим тормозом (7), датчиком положения 11, электрической сетью и внешним пультом управления (на чертеже не показаны). На наружной поверхности зубчатого венца 5 выполнено червячное колесо 12, взаимодействующее с червяком 13. На верхней стороне зубчатого венца 5 выполнено дополнительное зубчатое колесо 14, которое сопряжено с шестерней 15, соединенной с датчиком положения 11.
Малогабаритный электропривод для трубопроводной арматуры имеет малые габариты и вес за счет применения редуктора с телами качения 3, который по техническим характеристикам превосходит все известные передачи.
Автоматическое переключение на электродвигатель 6 или на ручной дублер осуществляется за счет дифференциальной кинематической схемы электропривода, где вообще не требуется переключающая муфта.
Слежение за текущим положением запорного органа трубопроводной арматуры осуществляется с помощью датчика положения 11, который за счет зубчатых шестерен связан с выходным звеном электропривода.
Гарантированная фиксация запорного органа от перемещений при исчезновении питания и при остановке электропривода обеспечивается за счет электромеханического тормоза 7 на электродвигателе 6 и дифференциальной кинематической схемы электропривода.
Заявляемое устройство работает следующим образом. При помощи внешнего пульта управления (на чертеже не показан) задается управляющий сигнал запирания/отпирания арматуры, который передается через колодку 9 электрических соединений и далее на электродвигатель 6. При вращении вала электродвигателя 6 крутящий момент передается на генератор 2, установленный с эксцентриситетом, который перемещает за счет эксцентриситета промежуточные тела 3 в радиальных пазах сепаратора 4, усилия от которых передаются на наклонные поверхности зубьев зубчатого венца 5 и обеспечивают его вращение и передачу крутящего момента на выходной вал 8, приводящий в движение запорный орган трубопроводной арматуры.
При отключении электродвигателя 6 автоматически отключается питающее напряжение на электромеханическом тормозе 7, его тормозные колодки замыкаются, и он затормаживает вал электродвигателя 6. Путем вращения маховика червяка 13 возможно ручное перемещение запорного органа трубопроводной арматуры. Это обеспечивается за счет дифференциальной кинематической схемы электропривода. Когда одна из ее ветвей заторможена, например, электродвигатель 6, путем вращения червяка 13 можно приводить в движение выходной вал 8. Когда заторможена другая ее ветвь, например, червяк 13, то при вращении электродвигателя 6 приводится в движение выходной вал 8. Таким образом, в предлагаемом малогабаритном электроприводе для трубопроводной арматуры для перехода из одного режима работы в другой не требуется переключающая муфта, что значительно повышает надежность устройства и упрощает его конструкцию. Эта дифференциальная схема позволяет даже при работе электродвигателя 6 ввести в работу червяк 13 ручного дублера, помогая или препятствуя работе электродвигателя 6.
При снятии питающего напряжения с электродвигателя 6, выходной вал 8, связанный с запорным органом трубопроводной арматуры, не будет вращаться, т.к. этому препятствует электромеханический тормоз 7 и самотормозящаяся червячная передача, состоящая из червяка 13 и червячного колеса 12.
Датчик положения 11 через шестерню 15 связан с зубчатым венцом 5 и отслеживает текущее положение запорного органа трубопроводной арматуры.
В одном из вариантов выполнения взрывозащищенный корпус 1 можно выполнить двухполостным. Выполнение взрывозащищенного корпуса электропривода двухполостным обеспечивает дополнительную изоляцию объема электропривода с механизмами и электроаппаратурой от внешней среды при подключениях внешних кабелей, за счет исключения попадания в нее влаги, пыли, посторонних частиц. При этом через колодку соединений 9 при  открытой герметичной крышке изолированного объема второй полости 17 взрывозащищенного корпуса 1 осуществляется подключение силовых и информационных кабелей к электроприводу, но исключается  попадание влаги, пыли и посторонних частиц в первую 16 полость  взрывозащищенного корпуса 1, где расположены электродвигатель 6, электромеханический тормоз 7 и датчик положения 11, что способствует уменьшению числа отказов и обеспечивает более надежную работу электропривода.
Малогабаритный электропривод для трубопроводной арматуры может использоваться в нефтегазовой промышленности, на нефтепроводах, газопроводах и других предприятиях, где присутствуют взрывоопасные и агрессивные газы и жидкости.
Заявляемая полезная модель может быть широко использована в различных областях техники при создании малогабаритных электроприводов для трубопроводной арматуры, поскольку техническое решение обеспечивает высокую надежность и безопасность, и автоматическое переключение на привод от электродвигателя или ручного дублера.