УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЗАПОРНО-РЕГУЛИРУЮЩИМ ОРГАНОМ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к исполнительным механизмам и приводам, управляющим трубопроводной арматурой, например, задвижками или шаровыми кранами. Может быть использовано для дистанционного и/или автоматического регулирования и управления потоками жидких или газообразных сред с помощью аппаратуры, установленной на трубопроводах различного назначения (нефтегазовая отрасль, энергетика, в том числе атомная, металлургия, жилищно-коммунальное хозяйство, химическая, целлюлозно-бумажная промышленность и др.).
Обычной практикой для задвижек и кранов является использование исполнительных механизмов, приводимых электродвигателями и, для обеспечения безопасности, ручными дублерами (приводами), работающими, например, при отключении питания электродвигателя.
Известны серийно выпускаемые электрические исполнительные механизмы различного типа [см. "Introduction to Valve Automation Products". Seoul, HK Contromatic, 2006, P.35; Номенклатурный каталог продукции ОАО «Завод электроники и механики», Чебоксары - 2007, С.40].
Основными составными частями механизмов являются электродвигатель, редуктор, ручной привод, выходной вал, тормоз, предназначенный для быстрого торможения вала двигателя (при отключении последнего) с целью точного позиционирования запорно-регулирующего органа трубопроводной арматуры; для обеспечения самоторможения (сохранения заданного положения запорно-регулирующего органа трубопроводной арматуры) при отключенном электродвигателе и для обеспечения надежной работы ручного привода при отключении питания электродвигателя.
Недостатком известных устройств является использование механического тормоза постоянного действия, который состоит из диска, жестко укрепленного на выходном фланце двигателя коаксиально по отношению к выходному валу, и второго диска, размещенного на выходном валу с возможностью перемещаться вдоль вала, и прижатого пружиной к первому диску. Торможение осуществляется за счет фрикционного взаимодействия двух дисков.
Применение в известных устройствах механического тормоза постоянного действия приводит к значительному снижению к.п.д. всего устройства, к необходимости использования электродвигателя избыточной мощности, вызывает избыточное потребление электрической энергии и снижение точности управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры.
Известно устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры, взятое в качестве прототипа, состоящее из электродвигателя, тормоза, редуктора, ручного привода и выходного вала, в котором используется механический тормоз дискретного действия, работающий только при отключении двигателя и состоящий из установленных на входном валу редуктора полумуфты, расположенной с возможностью свободного вращения на входном валу и выполненной с равномерно расположенными на торцевой поверхности углублениями, тормозного диска, соединенного с помощью шлицов с входным валом и поджатого к фрикционному диску корпуса редуктора с помощью пружины, коаксиально расположенной на входном валу, при этом на торцевой поверхности тормозного диска выполнены углубления, расположение которых соответствует расположению углублений полумуфты, причем в углублениях размещены шарики, обеспечивающие взаимное зацепление полумуфты и тормозного диска (Патент РФ №2273784, МПК F16K 31/05). Устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры работает следующим образом.
В исходном состоянии тормозной диск прижат к неподвижному фрикционному диску тормоза. При этом шарики в углублениях полумуфты и тормозного диска находятся в свободном состоянии. Для перемещения запорно-регулирующего органа арматуры в требуемое положение включают электродвигатель. Вращение вала электродвигателя передается на входной вал редуктора через тормоз. Под действием нагрузки (силы сопротивления) происходит взаимное окружное смещение полумуфты и тормозного диска с углублениями. При этом под действием шариков тормозной диск отжимается от неподвижного фрикционного диска и, при сохранении нагрузки на выходном валу устройства, удерживается в отжатом состоянии.
При выключении электродвигателя происходит резкое уменьшение крутящего момента электродвигателя, и тормозной диск возвращается в исходное (заторможенное) состояние.
Причем, когда вал электродвигателя вращается, то тормоз не оказывает тормозящего действия и не вызывает потерь мощности и энергии, то есть, данное устройство устраняет часть недостатков ранее указанных устройств. Однако данное устройство также имеет недостатки. Силовой контур, обеспечивающий выполнение функции торможения, включает в себя большое число элементов (шарик - подвижный тормозной диск - неподвижный фрикционный диск - шарикоподшипник - выходной вал тормоза - шарик). Наличие большого числа элементов создает большие погрешности (неточности) в управлении запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры, усложняет конструкцию тормоза, увеличивает сложность его изготовления и снижает надежность работы всего устройства.
Технический результат - упрощение, повышение надежности, точности работы трубопроводной арматуры и снижение массогабаритных показателей устройства.
Технический результат достигается тем, что, в устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры, содержащее электродвигатель с фланцем, тормоз, редуктор, ручной привод, выходной вал, подвижный диск с отверстиями, неподвижный диск, введены дополнительный подвижный диск с отверстиями, элемент соединения выходного вала и дисков, тормоз состоит из фланцевой втулки, установленной на вал двигателя и соединенной с выходным валом тормоза соосно, с возможностью свободного взаимного кругового перемещения, в которой выполнены симметрично расположенные отверстия, в каждом из которых свободно размещены элементы сцепления, подвижные диски расположены с обеих сторон неподвижного диска и зафиксированы элементом соединения выходного вала, содержащего, по крайней мере, два симметрично расположенных выступа, на концах которых расположены ограничительные элементы, на фланце электродвигателя, причем, подвижные диски обжимают неподвижный диск с помощью обжимного элемента, коаксиально размещенного на выходном валу тормоза, требуемое усилие которого устанавливается регулирующим элементом, причем, элементы сцепления выполнены, по крайней мере, в виде шариков, толщина рабочей части неподвижного диска меньше диаметра шариков, диаметр отверстий в подвижных дисках меньше диаметра шариков, элемент соединения выходного вала выполнен единым в валом, на концах которого симметрично расположенные выступы, в виде пальцев, а обжимной элемент выполнен в виде пружины и ограничительные элементы выполнены в виде ограничительных колец, расположенных на пальцах таким образом, чтобы в разжатом состоянии подвижных дисков расстояние между внутренними поверхностями подвижных дисков не превышало диаметр шариков, регулирующий элемент выполнен, по крайней мере, в виде регулирующей гайки.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявляемому, и, следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Полезная модель поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1 устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры (блок - схема);
на фиг.2 - тормоз (в разрезе),
на фиг.3 тормоз в разрезе А-А
на фиг.4 тормоз в разрезе Б
Устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры содержит (см. фиг.1) электродвигатель 1, тормоз 2, редуктор 3, ручной привод 4 и выходной вал редуктора 5.
Выходной вал 6 электродвигателя 1 связан с входным валом редуктора через тормоз 2 (см. фиг.1). Механический тормоз (см. фиг.2) состоит из фланцевой втулки 7, неподвижного диска 8 и двух подвижных дисков 9, 10. Фланцевая втулка 7 установлена на выходном валу 6 двигателя 1 и соединена с выходным валом тормоза 11 соосно с возможностью свободного взаимного кругового перемещения. Фланцевая втулка 7 имеет, по крайней мере, два симметрично расположенных отверстия, в каждом из которых свободно размещены элементы сцепления 12 (шарики 12) одинакового диаметра. Неподвижный диск 8 закреплен на выходном фланце электродвигателя. Подвижные диски 9, 10 размещены с обеих сторон неподвижного диска 8 и свободно соединены друг с другом, по крайней мере, двумя симметрично расположенными на элементе соединения выходного вала выступами 13 (пальцами 13), на концах которых установлены ограничивающие элементы 14 (ограничивающие кольца). Подвижные диски 9, 10 имеют отверстия, число и расположение которых соответствует числу и расположению отверстий во фланцевой втулке 7. Подвижные диски 9, 10 обжимают неподвижный диск 8 с помощью обжимного элемента 15 (пружины 15), коаксиально размещенной на
выходном валу тормоза 11 и воздействующей на подвижные диски 9, 10 через опорную втулку 16. Требуемое усилие пружины 15 устанавливают с помощью регулирующего элемента 17 (регулирующей гайки 17). Толщина рабочей части неподвижного диска 8 меньше диаметра шариков 12; диаметр отверстий в подвижных дисках 9, 10 меньше диаметра шариков 12, а ограничительные кольца 14 расположены на пальцах 13 таким образом, чтобы в разжатом состоянии подвижных дисков расстояние между внутренними поверхностями подвижных дисков не превышало диаметр шариков 12.
Предлагаемое устройство управления запорно-регулирующим органом трубопроводной арматуры работает следующим образом.
В исходном состоянии подвижные диски 9, 10 за счет пружины 15 прижаты к неподвижному диску 8 тормоза 2. При этом шарики 12 в отверстиях фланцевой втулки 7 находятся в свободном состоянии и частично входят в отверстия подвижных дисков 9, 10. Для перемещения запорно-регулирующего органа арматуры в нужное положение включают электродвигатель 1. Вращение вала электродвигателя 1 передается на входной вал редуктора через механический тормоз 2. Под действием нагрузки (силы сопротивления) происходит взаимное окружное смещение фланцевой втулки 7 и подвижных дисков 9, 10. При этом шарики 12 смещаются относительно отверстий в подвижных дисках 9, 10. В результате этого подвижные диски 9, 10 отжимаются от неподвижного диска 8 и, при сохранении нагрузки на выходном валу 5 устройства, удерживается в отжатом состоянии, при этом вращение вала 6 двигателя 1 через шарики 12, подвижные диски 9 и пальцы 13 передается на выходной вал 10. При выключении электродвигателя 1 происходит резкое уменьшение крутящего момента электродвигателя 1, и подвижные диски 9, 10 возвращаются в исходное (заторможенное) состояние. Причем когда вал электродвигателя 1 вращается, то тормоз 2 не создает потери энергии. В случае, когда электродвигатель 1 находится в нерабочем состоянии (проведение пусконаладочных
работ, закрытие и открытие арматуры при отказе электродвигателя и т.д.), для управления запорно-регулирующего органом арматуры используют ручной привод 4, который выполняет необходимые операции независимо от движения (вращения) силовых элементов редуктора 3.
В предлагаемом устройстве силовой контур, обеспечивающий выполнение функции торможения, включает в себя меньшее, чем у известного устройства, число элементов (шарик - первый подвижный диск - неподвижный диск - второй подвижный диск - шарик), что обеспечивает высокую эффективность торможения, надежность работы и точность срабатывания устройства в целом. В предлагаемом устройстве большая эффективность торможения достигается также за счет фрикционного взаимодействия поверхностей подвижных дисков с обеими поверхностями неподвижного диска. Это позволяет также уменьшить размеры дисков и, соответственно, тормоза и снизить массогабаритные показатели устройства.