МЕМБРАННЫЙ ПРИВОД

Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения, гидравлическим и пневматическим приводам, работающим от воздействия газа или жидкости.
Наиболее эффективно применение устройства в качестве приводного механизма регулирования перемещения, прижатия к седлу запорного органа клапанов гидропневмоаппаратуры.
Известен мембранный привод (см. А.С. №427206, Бондарчука Л.С. и др., опубл. 05.05.74 г., БИ №17), в котором используют одну мембрану. Конструкция устройства выполнена с возможностью соединения и разъединения надмембранной полости с дополнительной пневмолинией давления рабочей среды. Это позволяет увеличивать усилие возврата штока при снятии избыточного давления в подмембранной полости. Однако не решается задача увеличения усилия на штоке в конце его рабочего хода, требуемого, например, для обеспечения надежности запирания клапана при прямом ходе штока. Данный привод имеет ограниченные функциональные возможности, так как требуемое силовое воздействие на подвижный рабочий орган создают только величиной давления рабочей среды на мембрану.
Известен мембранный привод (см. патент №143729, Сысоева С.Н. и др., опубл. 27.07.2014 г., Бюл. №21), в котором используют две мембраны с жесткими центрами, а в процессе функционирования используют эффективные площади его мембран. Данный привод является частью системы приводов и работает совместно с камерным приводом. В известных мембранных приводах повышение давления рабочей среды в рабочей камере сразу же приводит к перемещению подвижного рабочего органа. В данном устройстве перемещение подвижного органа начинается только при достижении в рабочей камере определенного давления, что определяет его конструктивное исполнение. Привод выполнен в виде корпуса с рабочей камерой, ограниченной двумя мембранами с жесткими центрами, соединенными со штоком. Причем площади жестких центров в исходном положении одинаковы, а один из них выполнен из двух составных частей с возможностью разъединения при определенном силовом воздействии на него от давления рабочей среды. Части жесткого центра удерживаются от разъединения магнитной защелкой. При подаче рабочей среды в рабочую камеру первоначально шток не перемещается, так как эффективные площади мембран одинаковы и силовые воздействия на него с противоположных сторон от мембран равны. При достижении в рабочей камере определенного давления рабочей среды силовое воздействие от него разъединяет части жесткого центра и эффективная площадь мембраны уменьшается. Это приводит к перемещению штока в направлении мембраны с большим по площади жестким центром.
В данном устройстве расширяются функциональные возможности привода за счет организации дополнительной зависимости величины силового воздействия на шток от давления рабочей среды в рабочей камере.
Однако устройство отличается конструктивной сложностью, т.к. используются две мембраны и не обеспечивается увеличение усилия на штоке в конце его прямого хода, что ограничивает его функциональные возможности.
эфф
Наиболее близким по технической сущности из известных является мембранный привод с одной мембраной (см. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. М., Машиностроение, 1964, с. 275-280), под которую подается рабочая среда. Мембрана соединена через закрепленный на ней жесткий центр со штоком, выполняющим функцию подвижного рабочего органа. Жесткий центр предотвращает изгиб части поверхности мембраны, увеличивая ее эффективную площадь. Привод работает следующим образом. При повышении давления рабочей среды мембрана прогибается, перемещая шток. Величина перемещения штока определяется силовым воздействием на мембрану от величины давления рабочей среды. Для мембраны с жестким центром силовое воздействие F определяется произведением давления р на эффективную площадь S в соответствии с известным (см. Сысоев С.Н. Элементы гидравлического и пневматического оборудования: Учеб. пособие / Владим. гос. ун-т; Владимир, 2001. с. 32) выражением:
где: R - радиус мембраны; r - радиус жесткого центра.
Величина перемещения подвижного рабочего органа в данных устройствах задается перед началом работы только величиной давления рабочей среды, что ограничивает функциональные возможности привода и область его применения.
Таким образом, данное устройство и все известные ограничивают функциональные возможности мембранного привода.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей мембранных приводов путем обеспечения увеличения усилия на штоке в конце его прямого хода без изменения габаритных размеров устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в мембранном приводе, включающем мембрану, соединенную со штоком, на штоке закреплен упор с возможностью перемещения вдоль него и регулирования расстояния до мембраны.
Пример предлагаемого устройства и этапы его работы представлен на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3. Устройство (фиг.1) состоит из корпуса 1 с рабочей камерой 2, ограниченной мембраной 3 с закрепленным на ней штоком 4. На штоке установлен упор 5, зафиксированный ограничителем 6 на расстоянии l от поверхности мембраны.
0
В исходном положении, когда в рабочей камере манометрическое давление воздуха равно нулю (р=0), шток занимает исходное положение на расстоянии Х от края корпуса.
1
1
1
При подачи пневмопитания в рабочую камеру давление в ней повышается. Возрастает сила, действующая на шток до F (фиг.2). Шток перемещается на расстояние X от величины давления р в рабочей камере. При этом эффективная площадь мембраны остается постоянной, так как мембрана еще не контактирует с упором 5.
2
1
2
При дальнейшем увеличении давления до p (фиг.3) в рабочей камере мембрана прогибаясь, входит в контакт с упором. Это приводит к увеличению эффективной площади мембраны, увеличивая силу F на штоке до F.
При снижении величины давления в рабочей камере происходит размыкание контакта мембраны с упором, что приводит к уменьшению эффективной площади мембраны и снижению силового воздействия на шток от величины давления.
Таким образом, расширяются функциональные возможности мембранных приводов путем обеспечения увеличения усилия на штоке в конце его прямого хода от величины давления рабочей среды и уменьшения усилия на штоке при обратном его ходе за счет изменения эффективной площади мембраны без изменения габаритных размеров устройства.
В лаборатории СКБ «Поиск» Владимирского государственного университета исследован предлагаемый мембранный привод. Моделирование, макетирование, натурные исследования показали его промышленную применимость и эффективность.