КРАН ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к области управления расходом потока жидкости или газа в системах управления технологическими процессами.
Краны для управления потоком рабочей среды известны. Известен кран [1] управления отопителем моторедуктора, содержащий крышку и основание, образующие корпус с входными и выходными каналами, размещенный в нем приводной вал, шиберную заслонку, электродвигатель и редуктор передачи вращения от электродвигателя к приводному валу. Недостатком крана-аналога являются большие габариты электродвигателя с редуктором и ненадежное перекрытие шиберной заслонкой выходного канала. Это объясняется тем, что
редуктор выполнен в виде планетарного механизма, встроенного в корпус электродвигателя. По этой причине электродвигатель имеет значительные размеры в длину и по диаметру. Ненадежность объясняется тем, что точка закрепления шиберной заслонки на приводном валу и точка приложения силы пружины и силы давления жидкости не совпадают. Происходит перекос шиберной заслонки, и она недостаточно надежно перекрывает выходной канал. Еще одним недостатком крана-аналога являются жесткие упоры, ограничивающие поворот приводного вала, что ограничивает срок службы редуктора и электродвигателя.
Наиболее близким к заявляемому является кран [2], содержащий крышку и основание, образующие корпус с входными и выходными каналами, в котором размещен приводной вал, шиберная заслонка и электродвигатель, на оси которого закреплено зубчатое колесо. Приводной вал выполнен в виде ведомого зубчатого сектора, установленного на оси вращения в крышке и имеет отверстие, совпадающее в одном из своих крайних положений с отверстиями входного и выходного каналов. Зубчатое колесо входит в зацепление с зубьями зубчатого сектора. Шиберная заслонка выполнена в виде круга и свободно установлена на зубчатом секторе в сквозном отверстии. С этой целью шиберная заслонка снабжена цилиндрическим отростком с концентричным отверстием, входящем в сборе в сквозное отверстие заслонки. На противолежащих концах зубчатого сектора выполнены демпфирующие упоры, отделенные прорезями от зубчатого сектора и взаимодействующие с ответными упорами на крышке. В кране -прототипе решены вопросы уменьшения габаритов электродвигателя и редуктора и надежного перекрытия шиберной заслонкой выходного канала. Однако демпфирующие упоры, выполненные в виде гибких «усиков» на зубчатом секторе, ненадежны: при малейших отклонениях в геометрических размерах или свойствах материала они являются чрезмерно «жесткими» и не обеспечивают демпфирующих свойств, или становятся недостаточно надежными. Со временем из-за «старения» материала (детали крана выполняются из пластмасс) упоры теряют упругость и их работоспособность нарушается. То, что шиберная заслонка свободно установлена в сквозном отверстии на зубчатом секторе, наряду с достоинством (надежное уплотнение выходного канала) имеет недостаток: усложняется процесс сборки-разборки крана.
Цель полезной модели заключается в исключении отмеченных выше недостатков крана-прототипа для управления потоком рабочей среды. Указанная цель обеспечивается тем, что кран содержит корпус и крышку с соосными входным и выходным каналами, зубчатый сегмент, установленный на оси в крышке, упругие упоры, шиберную заслонку для перекрытия выходного канала, свободно установленную на зубчатом сегменте, и электродвигатель, на оси которого установлено ведущее зубчатое колесо зубчатого сегмента. Новым является то, что упругие упоры организованы внутри зубчатого сегмента, для чего в нем выполнена сквозная прорезь, кромки которой выполнены по двум радиусам - большому и малому относительно оси вращения зубчатого сегмента - и по торцам скруглены по радиусу, равному полуразности большого и малого радиусов прорези, а также то, что в крышке установлен штифт, облицованный упругим и стойким материалом, например, вулканизированной резиной,
фторопластом и т.п.(или изготовлен из упругого материала). При сборке штифт входит в прорезь. В крайних положениях штифт контактирует с торцевыми стенками прорези и является упругим упором зубчатого сегмента. Прорезь расположена на зубчатом сегменте так, что в одном из крайних положений зубчатого сегмента она совпадает с отверстиями входного и выходного каналов и сообщает их между собой. В цилиндрическом отростке шиберной заслонки выполнен зацеп типа цанги, для чего на отростке выполнены усики и прорези. При установке шиберной заслонки в зубчиковый сегмент усики обжимаются и после выхода из сквозного отверстия - распрямляются за счет упругости. При этом они предотвращают выпадение заслонки из зубчатого сегмента, но не ограничивают ее свободу движения и не снижают качество уплотнения выходного канала.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 показана схема (общий вид) заявленного клапана, на фиг.2 и 3 - поперечный разрез по А-А при закрытом и при открытом клапане соответственно, и на фиг.4 - изображена схема установки шиберной заслонки на зубчатом сегменте.
На фиг.1: Кран содержит крышку 1 и основание 2, образующие корпус с соосными входным 3 и выходным 4 каналами для подвода рабочей среды в магистраль 5 и ее отвода в магистраль 6 системы автоматики. Зубчатый сегмент 7 установлен в крышке 1 на оси 8. Зубчатое колесо 9 закреплено на оси 10 реверсивного электродвигателя 11, смонтированного на основании 2. Зубчатое колесо 9 входит в зацепление с зубчатым сегментом 7 и является ведущим. В крышке 1 установлен упор 12, облицованный стойким упругим материалом, например, вулканизированной резиной, фторопластом или изготовленный из упругого материала, входящий в прорезь 13, выполненную в зубчатом сегменте 7. Шиберная заслонка 14 установлена на зубчатом сегменте 7 в сквозном отверстии 15.Элементы уплотнения разъемов корпуса, оси 10 электродвигателя 11 и др. на чертеже не изображены.
На фиг.2: Прорезь 13 выполнена в зубчатом сегменте 7 по большому радиусу 16 и малому радиусу 17 относительно центра оси 8 вращения зубчатого сегмента 7. Торцевые стенки прорези 13 выполнены по радиусу 18, равному полуразности радиусов 16 и 17. Упор 12 установлен симметрично относительно боковых кромок прорези 13, причем радиус его облицованной части несколько меньше радиуса 18. В изображенном на чертеже положении, упор 12 ограничивает поворот зубчатого сегмента 7 (по чертежу) против часовой стрелки. Шиберная заслонка 14 при этом перекрывает выходной канал 4.
На фиг.3: На чертеже изображено положение деталей во втором крайнем положении. Прорезь 13 выполнена по размерам такой, что при повороте зубчатого сегмента 7 против часовой стрелки (до контакта второй торцевой кромки прорези 13 с упором 12), противоположный конец прорези 13 совмещается с каналами 3 и 4. Шиберная заслонка выведена в сторону, рабочая среда из магистрали 5 поступает через прорезь 13 в магистраль 6.
На фиг.4: Отросток 19 шиберной заслонки 14 трубчатого сечения диаметрами 20 и 21 снабжен усиками 22, диаметр 23 которых больше диаметра 24 сквозного отверстия 15 в зубчатой заслоне 7. На отростке 19 выполнены
радиальные прорези 25, благодаря чему при сборке-разборке усики работают как цанговые захваты: внутри сквозного отверстия они обжимаются и при выходе из него - распрямляются за счет сил упругости. В собранном виде усики 22 не ограничивают свободу перемещения шиберной заслонки 14 относительно зубчатого сегмента 7 (в пределах разницы диаметров 20 и 21), но предотвращают ее выпадение.
Кран работает как двухпозиционный механизм: в одном из своих положений кран закрыт. При этом шиберная заслонка 14 перекрывает, как это изображено на чертежах фиг.1 и 2, выходной канал 4 и прекращает подвод рабочей среды в магистраль 6. При подаче на электродвигатель 11 управляющего сигнала на открытие крана, ведущее зубчатое колесо 9 вращается (по чертежу) против часовой стрелки и зубчатый сегмент 7, соответственно, по часовой стрелке. Движение зубчатого сегмента 7 будет продолжаться до тех пор, пока торцевая кромка прорези 13 не соприкоснется с упором 12. В этот момент управляющий сигнал снимается с электродвигателя 11. В новом положении зубчатого сегмента 7 (фиг.3) шиберная заслонка 14 не перекрывает выходной канал 4, а противоположный конец прорези 13 открывает проход рабочей среды по каналам 3, 4 из магистрали 5 в магистраль 6. При подаче на электродвигатель 11 сигнала на закрытие крана процесс протекает аналогично, но в обратном направлении. Детали крана на окончательной стадии занимают положение, изображенное на чертежах фиг.1 и 2. Двигатель 11 выключают, кран закрыт.
Полезная модель разработана, изготовлена и испытана на Калужском турбинном заводе (ОАО «КТЗ»).
Источники информации
1. Кран управления отопителем с моторедуктором. РКНУ.8120020-20 - документация ЗАО «Пустынь».
2. Кран управления отопителя с моторедуктором. Патент на изобретение 2225554 МПК 7 F 16 К 3/04.