ЗАДВИЖКА КЛИНОВАЯ С ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ

Полезная модель относится к промышленной трубопроводной арматуре, а именно к клиновым задвижкам, устанавливаемым на трубопроводах и емкостях, для управления потоком жидкой, газообразной, водной и смешанной рабочей среды путем изменения площади проходного сечения.
Известна задвижка клиновая [Пат. RU 193672 U1 РФ, Задвижка клиновая МПК F16K 3/12 (2006.01), / Соколов А.Б.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью "ЕвроМет" (RU). - №2019121499; заяв. 08.07.2019; опубл. 11.11.2019], содержащая корпус с крышкой, в котором установлены седло и клин. В нижней и верхней частях корпуса выполнены отверстия для сливостоя или продувки рабочей среды задвижки, в которые установлена запорная арматура. В рабочем состоянии при наличии давления среды в корпусе запорная арматура (кран) закрыта, при регламентных работах в отсутствии давления в корпусе задвижки запорная арматура (кран) открывается, и отстой сливается из корпуса.
Недостатком известной модели является то, что шток не обладает достаточной прочностью и устойчивостью из-за наличия резьбовой части.
Известна задвижка [Пат. RU 201864 U1 РФ, Задвижка клиновая МПК F16K 3/12 (2006.01), / Тихонов Е.А., Матвеев Е.К.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" (RU). - №2020132641; заяв. 01.10.2020; опубл. 15.01.2021], состоящая из корпуса с фланцем, на котором установлена крышка. Разъемная стойка, состоящая из двух половин, верхней поверхностью фланца сопряжена с нижней поверхностью фланца корпуса. Разъемная стойка, корпус и крышка скреплены крепежными соединениями. Между корпусом и крышкой присутствует прокладка. На верхнем фланце разъемной стойки смонтирован привод, с помощью которого перемещается шток с клином. Устройство работает следующим образом. При опускании штока с клином, при помощи привода, усилие от штока с клином будет передаваться разъемной стойке. От разъемной стойки усилие будет передаваться на нижнюю поверхность фланца корпуса. При этом никаких дополнительных нагрузок на крепежные соединения не будет, и сила обжатия прокладки не уменьшится.
Недостатком данного устройства является то, что шток не обладает достаточной прочностью и устойчивостью из-за наличия резьбовой части.
Наиболее близким аналогом, выбранном в качестве прототипа, является задвижка с электромагнитным приводом [Пат. RU 137589 U1 РФ, Задвижка с электромагнитным приводом МПК F16K 3/12 (2006.01), / Тихонов Е.А., Северцева О.В.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Петрозаводский государственный университет" (RU). - №2013141107/02; заяв. 06.09.2013; опубл. 20.02.2014], состоящая из корпуса, штока, который посредством Т-образного соединения связан с клином. Шток совершает поступательное движение по внутренним пазам корпуса. Верхняя часть штока имеет полость с пружиной и выполнена в виде сердечника, размещенного внутри катушки соленоида. Устройство работает следующим образом: на электромагнитную катушку подается электрическое напряжение, после чего магнитный сердечник втягивается в соленоид, шток поднимается, что приводит к открытию задвижки. Сердечник помещен внутри закрытой трубки электромагнитной катушки. Как только возникает необходимость в перекрытии потока, напряжение отключают, и магнитный сердечник 6 выдвигается из соленоида вниз, шток опускается.
Недостатком данного устройства является то, что скорость штока не контролируется. В связи с этим из-за резкого опускания клина напряжения между клином и тарелками увеличиваются.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении контроля скорости движения штока.
Технический результат достигается тем, что задвижка клиновая с пьезоэлектрическим приводом состоит из полого корпуса с двумя патрубками, в верхней части которого установлена крышка с отверстием, через которую проходит шток, снабженный на конце клином, причем клин расположен во внутренней части полого корпуса, а сверху на крышке установлен пьезоэлектрический линейный привод, пассивный элемент которого жестко соединен со штоком.
На фиг. 1 показан общий вид устройства в положение «Закрыто».
На фиг. 2 показан общий вид устройства в положение «Открыто».
На фиг. 3-6 показан цикл работы пьезоэлектрического привода.
Устройство, состоит из полого корпуса 1 с двумя патрубками 2, через которые транспортируется рабочая среда. В верхней части полого корпуса 1 установлена крышка 3 с отверстием и с уплотнением 4, через которую проходит шток 5, который имеет форму цилиндра. На конце штока 5 установлен запирающий элемент - клин 6. Для перемещения штока 5 внутри полого корпуса 1 на крышке 3 установлен кожух пьезоэлектрического линейного привода 7, внутри которого смонтирован пьезоэлектрический линейный привод 8, соединенный со штоком 5. Пьезоэлектрический линейный привод 8 состоит из выполненных из пьезоэлектрических материалов пассивного элемента - верхнего кольца 8.1, жестко зафиксированного со штоком 5, первого активного элемента - средней втулки 8.2, соединенной с верхним кольцом 8.1, и второго активного элемента - нижнего кольца 8.3, соединенного со средней втулкой 8.2. Причем средняя втулка 8.2 и нижнее кольцо 8.3 не находятся в зацеплении со штоком 5 и выполнены с возможностью скольжения по его поверхности.
Устройство работает следующим образом.
В положении «Открыто» (см. фиг. 2) на верхнее кольцо 8.1 пьезоэлектрического линейного привода 8 подается напряжение. За счет действия обратного пьезоэффекта верхнее кольцо 8.1 находится в расширенном состоянии и поэтому зацеплено за стенку кожуха пьезоэлектрического линейного привода 7, будучи при этом жестко зафиксированным со штоком 5, удерживает его в стационарном положении (см. фиг. 3). На среднюю втулку 8.2 и нижнее кольцо 8.3 напряжение не подается, и они находятся в сжатом состоянии. Для закрытия задвижки на верхнее кольцо 8.1 по-прежнему подается напряжение, и оно удерживает шток 5 в стационарном положении. На среднюю втулку 8.2 тоже подается напряжение, и за счет действия обратного пьезоэффекта она расширяется, скользя по поверхности штока 5 и толкая при этом вдоль его оси вниз нижнее кольцо 8.3, которое также скользит по его поверхности, так как они не находятся с ним в зацеплении. На нижнее кольцо 8.3 в этот момент напряжение не подается (см. фиг. 4). Затем на нижнее кольцо 8.3 подается напряжение, за счет действия обратного пьезоэффекта оно расширяется и входит в зацепление за стенку кожуха пьезоэлектрического линейного привода 7, а на верхнее кольцо 8.1 напряжение перестает подаваться, и за счет действия обратного пьезоэффекта оно сжимается и перестает контактировать со стенкой кожуха пьезоэлектрического линейного привода 7. На среднюю втулку 8.2 напряжение подается. Шток 5 все еще удерживается в стационарном положении, так как нижняя втулка 8.3 находится в зацеплении со стенкой пьезоэлектрического элемента 7 и через среднюю втулку 8.2 соединена с жестко зафиксированным со штоком 5 верхним кольцом 8.1 (см. фиг. 5).
После чего на среднюю втулку 8.2 перестает подаваться напряжение, и она за счет действия обратного пьезоэффекта сжимается, притягивая к находящемуся в зацеплении со стенкой пьезоэлектрического элемента 7 нижнему кольцу 8.3 верхнее кольцо 8.1, жестко зафиксированное со штоком 5 (см. фиг. 6). Таким образом, шток 5 совершает перемещение на расстояние, равное разнице между размером средней втулки 8.2 под напряжением и без напряжения. Далее процесс повторяется до момента положения «закрыто» (см. фиг. 1), когда, когда шток 5 опущено до момента перекрытия клином 6 прохода патрубков 2. Для возвращения в положение «открыто» выполняется обратный цикл операций.
Устройство позволяет осуществлять контроль за скоростью движения штока. За счет того, что на поверхности штока отсутствует резьбовая поверхность, при работе шток не испытывает крутящего момента, что придает ему большую устойчивость и прочность.