ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРИВОД

Пневматический привод предназначен для автоматизации управления четверть оборотной запорной арматурой (кранами с шаровым затвором, дисковыми заслонками), используемой на нефте- и газопроводах.
Известен пневматический привод [Патент РФ №2268401 МПК F15B 9/00, 2004 г.], содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, кулисный механизм с выходным валом, ходовой винт и ходовую гайку, которая связана с поводком кулисы, устройство информации о положении выходного вала привода, включающее магнитно-герконовые выключатели, устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента с магнитно-герконовыми выключателями, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, включающее упорные подшипники и тарельчатые пружины.
В указанном приводе используется двигатель с высокой кинетической энергией ротора, обусловленной большими частотами вращения от 10000 до 20000 об/мин, причем после отключения давления газа (воздуха или природного газа), питающего двигатель, ротор продолжает вращаться длительное время. Эти обстоятельства вынуждают вводить в конструкцию кулисно-винтового механизма устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода. Пружины, входящие в такое устройство, большую часть времени за период эксплуатации привода находятся в сжатом состоянии, что может привести к изменению их упругой характеристики и как следствие стать причиной заклинивания привода в крайних положениях.
Известен также пневматический привод [Патент РФ №98226 МПК F15В 9/00, 2010 г.], содержащий электропневматическое управляющее устройство, включающее электромагниты, пневмоклапаны и устройство информации о положении выходного вала; реверсивный струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора; механический редуктор, кулисно-винтовой механизм с выходным валом для соединения с валом арматуры, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода. Для обеспечения безударной остановки ротора по аналогии с предыдущим приводом используется устройство поглощения кинетической энергии. Так как крутящий момент струйного двигателя зависит в первую очередь от расхода газа (воздуха или природного газа), то в случае его работы от источника сжатого газа (воздуха или природного газа), не обеспечивающего требуемый расход, крутящий момент на двигателе будет снижаться. В этом случае возникнет угроза остановки пневмопривода в промежуточном положении, что при дистанционном управлении приведет к продолжительному расходу воздуха через ротор, причем расход будет продолжаться до тех пор, пока привод не будет принудительно обесточен. Это является недостатком известного пневматического привода.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности пневматического привода при обеспечении возможности его работы от сжатого газа (воздуха или природного газа) под давлением 0,4-0,6 МПа.
Поставленная задача решается пневматическим приводом, содержащим кулисно-винтовой механизм, редуктор, двигатель и блок управления приводом, включающий устройство информации о положении выходного вала кулисно-винтового механизма в виде магнитно-герконовых выключателей, электромагниты, связанные с пневматическими клапанами, в котором в отличие от прототипа в качестве двигателя использован пневмомотор ротационного типа с устройством распределения потоков рабочей среды.
Согласно полезной модели устройство распределения потоков рабочей среды может быть расположено непосредственно на двигателе.
Согласно полезной модели пневмомотор может иметь каналы, соединяющие внутреннюю часть пазов ротора с каналами, подводящими рабочую среду, а противоположные пазы ротора соединены отверстиями, в которые установлены распорные пружины с толкателями.
Согласно полезной модели полости пневмомотора могут быть герметично изолированы от окружающей среды и внутренностей редуктора.
Согласно полезной модели распределитель потоков рабочей среды может содержать плунжер с торцевыми уплотнениями, имеющий либо сквозной паз, либо цилиндрическую ступень меньшего диаметра.
Согласно полезной модели кулисно-винтовой механизм может содержать ходовой винт с трапецеидальной резьбой, на котором установлен упорный подшипник, взаимодействующий с ним через промежуточные шайбы, а сам винт является неподвижным в направлении его оси вращения.
Используемый в предложенном техническом решении пневмомотор ротационного типа в отличие от струйного двигателя при одинаковом давлении газа развивает значительно больший крутящий момент, что позволяет уменьшить передаточное отношение редуктора в 4-5 раз, при этом частота вращения ротора пневмомотора находится в пределах от 2000 до 2800 об/мин, что соответствует максимальной мощности для данного двигателя. Эта особенность позволяет работать при невысоких значениях кинетической энергии, а в случае отключения давления газа, питающего пневмомотор, он будет стремительно останавливаться за счет разряжения, создаваемого во входной полости в двигатель. Благодаря невысоким значениям кинетической энергии пневмодвигателя и возможности останавливаться по команде, отпадает необходимость в устройстве поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, включающем упорные подшипники и тарельчатые пружины.
Особенностью конструкции и технической характеристикой пневмомотора является повышенный пусковой момент, что обеспечивает надежный пуск и начало движения пневматического привода в крайних положениях. По сравнению со струйным двигателем при снижении частоты вращения пневмомотора расход газа через последний снижается, а развиваемый крутящий момент при одном и том же входном давлении на двигатель - увеличивается. Эта особенность позволяет надежно работать с нестабильным источником давления. Например, в случае недостаточного расхода газа давление, подаваемое в двигатель, снизится, развиваемый пневматическим приводом крутящий момент также уменьшится, в этом случае увеличение нагрузки на выходном валу привода приведет к снижению частоты вращения ротора пневмомотора, при этом расход газа через пневмомотор уменьшится, давление во входной полости двигателя возрастет, и как следствие увеличится развиваемый пневмомотором крутящий момент, тем самым обеспечивая надежную перестановку запорного устройства арматуры. Герметичность пневмомотора привода обеспечивается при работе от давления газа до 0,7 МПа, что дает возможность работать в помещениях не только от сжатого воздуха, но и от сжатого природного газа. Для обеспечения повышенных характеристик при использовании пневмомотора ротационного типа в качестве реверсивного двигателя непосредственно к корпусу пневмомотора крепится пневматическое устройство распределения движения потоков сжатого газа через двигатель в направлениях открытия и закрытия. Расположение такого устройства непосредственно на пневмодвигателе позволяет повысить разницу давлений газа между каналами входа и выхода на двигателе и максимально уменьшить потери газового потока.
Сущность данного технического решения поясняется чертежами:
Фиг.1. Изометрический внешний вид пневматического привода.
Фиг.2. Кинематическая и пневматическая схема пневматического привода.
Фиг.3. Пневмомотор с устройством распределения потоков рабочей среды, поперечный разрез.
Привод содержит пневмомотор 1 ротационного типа с устройством распределения потоков рабочей среды 2 (фиг.1, 2), редуктор 3 с устройством переключения на работу от ручного дублера-штурвала 4, кулисно-винтовой механизм 5 и блок управления приводом 6, который содержит устройство информации о положении выходного вала кулисно-винтового механизма в виде магнитно-герконовых переключателей 7, электромагниты, связанные с пневматическими клапанами 8, 9 системой рычагов. Пневматические клапаны расположены на единой плите, содержащей входные и выходные каналы. Пневматические клапаны 8, 9 блока управления приводом и подводные трубопроводы 10, 11 имеют проходные сечения, достаточные для нормального функционирования пневмомотора.
Кулисно-винтовой механизм 5 содержит кулису 12, установленную в корпусе на подшипниках скольжения и соединенную с выходным валом 13 привода, поводок 14, состоящий из ходовой гайки 15, закрепленной на оси поводка с возможностью самоустановки вдоль сопряженного с ней ходового винта 16, сухарей, взаимодействующих с пазами щек кулисы и направляющими, установленными в пазах корпуса. Винт 16 с трапецеидальной резьбой, установленный в корпусе на радиальных подшипниках, соединен с выходным валом редуктора посредством шлицевого соединения. Для восприятия осевой нагрузки ходовой винт 16 взаимодействует с упорным подшипником 17 через промежуточные шайбы, подшипник 17 удерживается в корпусе за счет крышки 18.
Для обеспечения точной регулировки крайних положений выходного вала в кулисно-винтовом механизме 5 используются упорные винты 19, законтренные гайками со стопорными шайбами.
Многоступенчатый редуктор 3 содержит ударную муфту, муфту автоматического переключения на работу от пневмомотора и ручной дублер 4. Входной вал редуктора соединен посредством шпоночного соединения с валом пневмомотора 1.
Пневмомотор 1 состоит из ротора 20 (фиг.3), в поперечных пазах которого расположены раздвижные пластины 21, корпуса 22 и крышек. Ротор установлен в корпусе на опорах качения с натягом, что обеспечивает простую регулировку зазоров между ротором и крышками корпуса. Ось ротора и ось отверстия корпуса расположены с эксцентриситетом, обеспечивающим минимальный зазор между вращающейся поверхностью корпуса и отверстием корпуса. Между поперечными пазами ротора выполнены соединяющиеся отверстия, в которых расположены распорные пружины с толкателями 23. В крышках корпуса выполнены каналы А, соединяющие внутреннюю часть пазов ротора с подводными каналами корпуса. Распорные пружины с толкателями и подводные каналы обеспечивают работу пневмомотора на малых частотах вращения с большими крутящими моментами. Кроме того, они необходимы для надежного старта двигателя. К корпусу пневмомотора через планку 24 крепится устройство распределения потоков рабочей среды, которое состоит из корпуса 25 с подводными штуцерами 26, отверстиями для подвода и отвода газа двигателя, центрального выхлопного отверстия, направляющего винта 27, плунжера 28 с торцевыми уплотнениями 29, и глушителя шума 30. В середине плунжера 28 выполнено сквозное отверстие овальной формы.
Работа пневматического привода осуществляется следующим образом:
Управляющий воздух под давлением поступает во входной штуцер блока управления приводом 6. После дистанционного или ручного включения одного из электропневмоклапанов газ (воздух или природный газ) направляется в соответствующий канал устройства распределения потоков рабочей среды по трубопроводам 10 или 11. Давлением, создаваемым потоком газа, плунжер 28 перемещается, открывая доступ к одной из полостей пневмомотора. В полости пневмомотора давление газа, воспринимаемое пластинами 21, создает крутящий момент. Попав в противоположную полость пневмомотора газ возвращается в устройство распределения потоков, проходит через овальное отверстие плунжера 28 и выходит в атмосферу через глушитель шума 30.
Крутящий момент с вала пневмомотора передается на многоступенчатый редуктор 3, в котором снижается угловая скорость вращения и увеличивается крутящий момент. Последняя шестерня редуктора, вращая поводок ударной муфты, передает крутящий момент через шлицевое соединение на винт 16 кулисно-винтового механизма. В винтовой передаче крутящий момент преобразуется в осевое усилие, которое через поводок передается на щеки кулисы 12 и далее на выходной вал 13 пневматического привода. Крутящий момент, образуемый на выходном валу пневматического привода, передается на затвор запорной арматуры (шарового крана, заслонки) и обеспечивает надежную перестановку запорного устройства.
После того, как запорное устройство достигнет заранее настроенной точки отключения пневматического привода, пневматические клапаны 8, 9 отключаются, и поток газа через пневмомотор прекращается. Продолжая вращаться по инерции ротор 19 создает разрежение в полости, которая до отключения являлась входной, т.е. начинает работать как компрессор, что заставляет его интенсивно снижать скорость. Выходной вал 13 останавливается.
Таким образом, предложенный пневматический привод, использующий в качестве источника энергии сжатый газ (воздух или природный газ) под давлением 0,4-0,6 МПа, обеспечивает надежное управление запорной арматурой.