ПРИВОД УПРАВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРОЙ

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к арматуростроению и может быть использована в качестве привода управления трубопроводной арматурой.
Известен привод запорной трубопроводной арматуры (далее ТПА), содержащий соединенный с корпусом арматуры бугель, в нижней части которого размещено сальниковое уплотнение шпинделя арматуры, поджатое через втулку крышкой сальника, а в осевом отверстии верхней части ходовая гайка, установленная на подшипники и взаимодействующая со шпинделем через резьбовое соединение. Ходовая гайка управляется с помощью маховика или электропривода. При этом на ходовой втулке установлен указатель положения запорного органа с маркировкой "О" - открыто и "З" - закрыто (см. патент №2073158, C1, F16K 31/50, 1993 г.).
К недостаткам данной конструкции привода относится односкоростной режим работы, а следовательно длительный по времени цикл "открыто-закрыто", так как привод рассчитан на максимальный крутящий момент необходимый для страгивания (срыва) запорного органа и преодоление сил трения покоя между запорным органом и уплотнительными полями затвора, а так же в резьбовом соединении ходовая гайка - шпиндель и сальниковом уплотнении, что значительно увеличивает время дальнейшего управления ТПА, когда требуется значительно меньший крутящий момент, необходимый только для преодоления сил трения в резьбовом соединении ходовая гайка - шпиндель, сальниковом уплотнении и сопротивления проводимой среды.
Известен также привод трубопроводной арматуры, содержащий установленную на подшипниках в верхней части корпуса бугеля (стойки) с указателем положения запорного органа ходовую втулку, управляющую ходовой гайкой, взаимодействующей со шпинделем, при этом на внутренней поверхности ходовой втулки и внешней поверхности ходовой гайки выполнены винтовые канавки одинакового направления, образующие винтовой канал в котором размещены шарики, а ходовая гайка фиксируется в верхнем положении относительно ходовой втулки крутящим моментом, превышающим крутящий момент холостого хода трубопроводной арматуры (см. патент №172361, F16K 31/50, 2017 г., прототип).
Недостатком данного привода является ограниченные возможности его применения, в основном это клиновые задвижки, так как сложно обеспечить гарантированное самоторможение шпинделя на рабочем участке хода, где работает только шариковинтовая передача, например в конструкциях шиберных задвижек, различных заслонок, кранов, клапанов или регулирующей ТПА. Кроме того, при случайном попадании в резьбовое соединение между ходовой гайкой и шпинделем мелких посторонних предметов (заусениц от резьбы шпинделя, прилипших к шпинделю песчинок и т.д.), на рабочем участке холостого хода может резко вырасти крутящий момент и сорвать пружинные шариковые фиксаторы, отрегулированные на заданный момент, что может привести к преждевременному включению в работу второй «силовой» ступени (скорости) привода и нарушить алгоритм его работы.
Техническая задача решаемая в предлагаемом устройстве - повышение потребительских свойств привода управления запорным или регулирующим органом ТПА, заключающееся в гарантированном обеспечении условий самоторможения на всем рабочем участке движения шпинделя ТПА и невозможности преждевременного несанкционированного включения в работу второй ступени (скорости) привода.
Поставленная техническая задача решается тем, что привод ТПА, содержащий установленную на подшипниках в верхней части корпуса бугеля (стойки) с указателем положения запорного органа, ходовую втулку, управляющую ходовой гайкой, взаимодействующей со шпинделем, при этом на внутренней поверхности ходовой втулки и внешней поверхности ходовой гайки выполнены винтовые канавки одинакового направления, образующие резьбовое соединение, а ходовая гайка в верхнем положении кинематически жестко блокируется с ходовой втулкой фиксаторами.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где изображен совмещенный разрез привода управления ТПА с двухступенчатой, двухскоростной винтовой передачей с трением скольжения в открытом положении (левая сторона разреза) и в закрытом положении (правая сторона разреза).
Привод управления ТПА содержит ходовую втулку 1, на верхней части которой, выполненной в виде входного элемента (для электропривода - кулачковой муфты, для ручного привода - шестигранника), устанавливается электропривод или маховик. На внутренней поверхности цилиндрической части ходовой втулки 1 выполнена винтовая канавка 2, которая взаимодействует с ответной и одинаково направленной винтовой канавкой 3, выполненной на наружной поверхности ходовой гайки 4. Винтовые канавки 2 и 3, образуют силовое резьбовое соединение по периметру цилиндрической поверхности примыкания ходовой втулки 1 и ходовой гайки 4. Ходовая гайка 4 взаимодействует через подвижное резьбовое соединение 5 со шпинделем 6. Ходовая втулка 1 установлена в корпусе бугеля 7 на подшипниках 8 и фиксируется в осевом направлении гайкой 9. На верхнем торце шпинделя 6 закреплен упор 10 с кольцевой проточкой 11.
В исполнении "под электропривод" на верхний торец корпуса бугеля 7 монтируется фланец 12 для установки электропривода, а верхняя часть ходовой втулки 1 выполняется в виде ответной части кулачковой муфты 13. В верхней части ходовой гайки 4 в цилиндрических каналах расположены фиксаторы 14, а в верхней части ходовой втулки 1 соответствующая кольцевая проточка 15 для кинематической фиксации в верхнем положении ходовой гайки 4 относительно ходовой втулки 1.
В исполнении "под маховик" (не показано) на верхней части ходовой втулки 1 устанавливается кожух с указателем положения запорного органа ТПА и маркировкой "О" - открыто и "3" - закрыто, относительно которых по кромке упора 10 закрепленного на верхнем торце шпинделя 6 считываются положения запорного органа.
Привод работает следующим образом:
При открытии ТПА для страгивания (срыва) запорного органа крутящий момент от электропривода или оператора передается ходовой втулке 1. При вращении ходовой втулки 1 за счет смещения винтовой линии подвижного резьбового соединения с ходовой гайкой 4, последняя будет перемещаться в осевом направлении вверх. При этом ходовая гайка 4, находясь в зацеплении с неподвижной резьбой 5 шпинделя 6, охватывая и оставаясь неподвижной относительно его, перемещается только в осевом направлении вместе со шпинделем 6 вверх, перемещая при этом запорный орган ТПА. Крутящий момент, приложенный к приводу ТПА и передаваемый силовой резьбовой ступенью, имеющей более мелкий шаг, должен обеспечить страгивание запорного органа.
После страгивания запорного органа и уменьшения усилия на шпинделе 6, ходовая гайка 4 за счет подвижного резьбового соединения перемещается вверх до соприкосновения с верхним торцом ходовой втулки 1 и самоблокируется от дальнейшего вращения. При этом фиксаторы 14, расположенные в каналах верней части ходовой гайки 4, под действием радиальной составляющей от крутящего момента ходовой втулки 1 передаваемой стенкой проточки 11 переместятся по цилиндрическому каналу в проточку 15, выполненную в верхней части ходовой втулки 1, дополнительно кинематически жестко блокируя ходовую втулку 1 относительно ходовой гайки 4. После этого крутящий момент от внешнего привода будет передаваться на ходовую втулку 1, а через неподвижное резьбовое соединение на ходовую гайку 4, которые, находясь в заблокированном положении, начнут вращаться вокруг шпинделя 6 как одно целое, при этом крутящий момент передается непосредственно на разблокированное резьбовое соединение 5 ходовой гайки 4 со шпинделем 6. В этом режиме работы привода увеличивается скорость осевого перемещения шпинделя 6 и, соответственно, запорного органа, т.к. шаг резьбового соединения 5 ходовой гайки 4 со шпинделем 6 задается конструктивно значительно больше, чем шаг резьбового соединения между ходовой втулкой 1 и ходовой гайкой 4. Таким образом, привод работает последовательно в двухскоростном режиме. Затвор открыт.
При закрытии ТПА привод работает в обратном порядке. Внешний крутящий момент вначале передается на ходовую втулку 1, а через неподвижное резьбовое соединение на ходовую гайку 4, которые, находясь в заблокированном положении, вращаются вокруг шпинделя 6 как одно целое, что позволяет через подвижное резьбовое соединение 5 перемещать шпиндель 6 и запорный орган ТПА с увеличенной скоростью до касания уплотнительных полей запорного органа с ответными полями седел, согласованного с расположением упора 10 на шпинделе 6. При дальнейшем увеличении усилия на шпинделе 6, фиксаторы 14 под действием радиальной составляющей от крутящего момента ходовой втулки 1 передаваемой стенкой проточки 15 переместятся по цилиндрическому каналу в проточку 11 и разблокируют ходовую втулку 1, одновременно ходовая гайка 4, заблокированная упором 10 и дополнительно фиксаторами 14 перестает вращаться вокруг шпинделя 6 в резьбовом соединении 5. При этом крутящий момент начинает передаваться только ходовой втулке 1. При вращении ходовой втулки 1, она начнет обкатываться по ставшему подвижным разблокированному резьбовому соединению с ходовой гайкой 4 и за счет смещения винтовой линии будет перемещать ходовую гайку 4 в осевом направлении вниз. При этом ходовая гайка 4, находясь в зацеплении с неподвижной резьбой 5 шпинделя 6, перемещается в осевом направлении вместе со шпинделем 6, перемещая вниз запорный орган ТПА до ее полного закрытия. Затвор закрыт.
В исполнении "под маховик" кромка упора 10, закрепленного на верхнем торце шпинделя 6, перемещается от отметки "З" до отметки "О" на кожухе указателя положения запорного органа. Затвор открыт.
Таким образом, предложенный малогабаритный двухскоростной, двухступенчатый привод управления ТПА, встроенный в корпус бугеля (стойки) не только уменьшает время цикла "открыто-закрыто", но и гарантированно обеспечивает самоторможение на всем рабочем участке движения шпинделя ТПА, т.к. и «ходовое» и «силовое» резьбовые соединения выполнены с условиями самоторможения, а фиксаторы дополнительно кинематически жестко блокируют ходовую втулку 1 относительно ходовой гайки, что делает невозможным преждевременное несанкционированное включение в работу второй ступени (скорости) привода. Это позволит применять его в качестве привода управления ТПА различных типов конструкций, включая клапаны и регулирующую ТПА, что значительно расширит область его применения в арматуростроении.
Переключение режимов работы привода при открытии и закрытии ТПА происходит автоматически, за счет упоров и фиксаторов и не требует дополнительных переключателей или действий оператора. Такой режим работы привода управления ТПА позволяет оператору, при вращении маховика или при работе установленного электропривода, автоматически получать две скорости перемещения шпинделя в соответствии с действующими силами сопротивления запорному органу.