Пневмопривод для клапанов осесимметричных
PNEUMATIC ACTUATOR FOR AXISYMMETRIC VALVES

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для управления клапаном при регулировании расхода и давления природного, нефтяного и искусственного углеводородного газов на трубопроводах технологических линий, технологических обвязках компрессорных станций, дожимных компрессорных станций, подземных хранилищ газа и газопроводах, а также на участках газопроводов из районов их добычи, производства и хранения.
Известен пневмопривод запорного клапана, описанный в патенте RU №74433 U1, МПК F16K 1/12, приоритет от 04.02.2008, опубл. 27.06.2008, содержащий пневмоцилиндр, шток которого соединен со шпинделем клапана, на верхнем основании стойки закреплена плоская крышка, на которой закреплены пневмоклапан подачи сжатого воздуха и бесконтактные выключатели конечных положений, закрытые кожухом, ручной дублер кинематически связан с поршнем, расположенным во внутренней полости пневмоцилиндра, взаимодействующим с возвратной пружиной.
Однако надежность работы пневмопривода снижается из-за того, что в данной конструкции не предусмотрено демпферных механизмов, которые бы сглаживали рывки перемещения штока, что в свою очередь приводит к ударам при перемещении поршня в крайние положения. Данное явление приводит к более частому выходу изделия из строя и нарушению изначальных настроек, а также недостатком известного устройства являются невысокие эксплуатационные характеристики, отсутствие защитных кожухов, недостаточные удобство в эксплуатации, для приведения в действие поршень-штока и при использовании ручного дублера выполняются вращательные движения.
Наиболее близким по назначению, технической сущности и достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа является пневмопривод, содержащий корпус в виде пневмоцилиндра, в полости которого размещен поршень, жестко связанный со штоком исполнительного элемента, взаимодействующий с упругими элементами в виде пружин, опора, ручной дублер (патент RU №2075655 С1, МПК F15B 15/00, F15B 13/10, F16K 31/50, приоритет от 29.06.1994, опубл. 20.03.1997).
Однако надежность работы пневмопривода снижается из-за того, что в данной конструкции не предусмотрено демпферных механизмов, которые бы сглаживали рывки перемещения штока, что в свою очередь приводит к ударам при перемещении поршня в крайние положения. Данное явление приводит к более частому выходу изделия из строя и нарушению изначальных настроек, недостаточное удобство в эксплуатации, для приведения в действие поршень-штока и при использовании ручного дублера выполняются вращательные движения.
Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является повышение надежности работы пневмопривода при управлении клапаном при регулировании расхода и давления природного, нефтяного и искусственного углеводородного газов, на трубопроводах.
Для решения указанной технической проблемы, в пневмоприводе для клапанов осесимметричных, содержащем корпус в виде пневмоцилиндра, в полости которого размещен поршень, жестко связанный со штоком исполнительного органа, взаимодействующий с упругими элементами в виде пружин, опора, ручной дублер, согласно изобретению пневмоцилиндр снабжен гидроцилиндром, установленным под поршнем на опоре, шток которого связан с исполнительным органом, пружины имеют противоположное направление навивки в количестве не менее четырех каждого направления и установлены через одну вокруг гидроцилиндра между поршнем и опорой, к которой прикреплены взрывозащищенные концевые выключатели, фиксирующие конечные положения поршня, и позиционер приводных механизмов, определяющий текущее положение штока исполнительного органа, при этом в качестве ручного дублера используют гидросистему, элементы которой соединены между собой трубопроводами, и являющуюся одновременно гидродемпфером.
При этом пневмоцилиндр и гидросистема оснащены системой обогрева.
Кроме того, элементы электрической сети имеют вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» и «искробезопасная электрическая сеть».
Установление упругих элементов в виде пружин, имеющих противоположное направление навивки в количестве не менее четырех каждого направления, и установление их с чередованием вокруг гидроцилиндра между поршнем и опорой в кондукторы обеспечивает гарантированное открытие/закрытие клапана после сброса давления газа с рабочей полости пневмопривода. Такое расположение пружин предотвращает проворот поршня вокруг оси, что исключает закусывание и задиры на трущихся поверхностях, в результате чего надежность работы пневмопривода повышается.
Снабжение пневмопривода взрывозащищенными концевыми выключателями, входные цепи которых, а также их управляющие информационно электрические кабели, имеющие вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» и «искробезопасная электрическая сеть», обеспечивают контроль за остановкой штока привода в конечных положениях, что влияет на выполнение приводом своих функций во всем диапазоне работ, в результате чего повышается надежность работы пневмопривода.
Снабжение пневмопривода позиционером приводных механизмов обеспечивает надежную работу пневмопривода в различных режимах (режиме регулирования, отсечном режиме, антипомпажном).
Использование в качестве ручного дублера гидросистемы, являющейся одновременно гидродемпфером при нормальной работе пневмопривода, повышает надежность пневмопривода при нештатных ситуациях, позволяя оперативно реагировать на отклонения в работе, а также обеспечивает плавное перемещение штока в процессе работы пневмопривода, исключая удары об ограничитель хода, что приводит к повышению точности и надежности его работы.
Оснащение пневмоцилиндра и шкафа управления системой обогрева в виде греющего кабеля позволяет применять пневмопривод в районах с критически низкими температурами (до -60°С) и обеспечить его нормальную работу.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан пневмопривод для клапанов осесимметричных, поперечный разрез;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, показаны пружины, имеющие разное направление навивки, установленные через одну вокруг гидроцилиндра между опорой и поршнем в кондуктора в количестве не менее четырех штук каждой навивки;
на фиг. 3 - пневмопривод, закрепленный на осесимметричном клапане, аксонометрия.
Нумерация деталей пневмопривода для клапанов осесимметричных представлена в следующей последовательности:
1 - корпус (пневмоцилиндр)
2 - гидроцилиндр
3 - опора
4 - пружины
5 - пружины
6 - поршень
7 - плита средняя
8 - плита верхняя
9 - клапан
10 - шток гидроцилиндра
11 - кожух пневмоцилиндра
12 - концевые выключатели
13 - позиционер приводных механизмов
14 - кожух концевого выключателя
15 - кожух защитный позиционера
16 - ручной дублер (гидросистема)
17 - шкаф управления
18 - греющий кабель
Б - ресивер
В - рабочая полость пневмопривода
Г - рабочая полость гидроцилиндра
Пневмопривод для клапанов осесимметричных состоит из корпуса в виде пневмоцилиндра 1 и гидроцилиндра 2, прикрепленных к опоре 3 при помощи болтового соединения (фиг. 1). Внутри пневмоцилиндра 1 установлены упругие элементы в виде пружин 4 и 5, поршень 6, плита средняя 7, плита верхняя 8. Пружины 4 и 5 имеют противоположное направление навивки в количестве не менее четырех каждого направления. Пружины 4 и 5 каждого направления навивки установлены через одну вокруг гидроцилиндра 2 между опорой 3 и поршнем 6 в кондукторы и обеспечивают открытие/закрытие исполнительного органа, например, клапана 9 после сброса давления газа в рабочей полости пневмопривода, исключая его скручивание при работе (фиг. 2). Поршень 6 жестко скреплен со штоком 10 гидроцилиндра 2. Плита средняя 7 установлена в пневмоцилиндре 1 и зафиксирована стопорным кольцом. Рабочая полость «Б» пневмопривода ограничена плитой средней 7, поршнем 6 и пневмоцилиндром 1. Плита верхняя 8 закреплена на пневмоцилиндре 1 при помощи разрезного кольца. Плита верхняя 8, плита средняя 7 и пневмоцилиндр 1 образуют ресивер «В». Ресивер «В» обеспечивает запас газа с рабочими параметрами для обеспечения бесперебойной работы пневмопривода в случае исчезновения давления в питающей магистрали. Пневмоцилиндр 1 с внутренним оборудованием защищен от воздействия окружающей среды кожухом 11, который крепится к опоре 3. На боковые стенки опоры 3 прикреплены взрывозащищенные концевые выключатели 12 и позиционер 13 приводных механизмов, например, ППМ-300. Концевые выключатели 12 служат для фиксации остановки штока 10 гидроцилиндра 2 в конечных положениях. Позиционер 13 служит для определения текущего положения штока 10 гидроцилиндра 2. Концевые выключатели 12 и позиционер 13 также защищены от воздействия окружающей среды кожухом 14 и кожухом защитным 15, соответственно. Пневмопривод оснащен ручным дублером в виде гидросистемы 16 (фиг. 3), которая в случае нештатной ситуации позволяет переместить плавно шток клапана 9 в процессе работы пневмопривода в нужное положение, исключая удары об ограничитель хода. Это достигается нагнетанием давления масла в рабочую полость «Г» гидроцилиндра 2. Гидросистема 16 также служит в качестве гидродемпфера при нормальной работе. Пневмоцилиндр 1 и гидросистема 16, размещенная в шкафу управления 17, оснащены системой обогрева, включающей взрывозащищенный греющий кабель 18. Греющий кабель 18 равномерно размещен вокруг пневмоцилиндра 1 и оборудования шкафа управления 17. Управление нагревом кабеля 18 осуществляется посредством взрывозащищенной коробки с термостатом, обогрев пневмоцилиндра 1 осуществляется по аналогичной схеме. Элементы электрической системы имеют вид взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» и «искробезопасная электрическая сеть».
Пневмопривод работает следующим образом.
Пневмопривод закрепляют на клапане 9, соединяют жестко шток клапана 9 со штоком 10 гидроцилиндра 2 посредством муфты. Крайнее верхнее положение поршня 6 - нормально открытое состояние клапана 9. Крайнее нижнее положение поршня 6 - нормально закрытое состояние клапана 9. Исходное положение пневмопривода - поршень 6 в верхнем положении. Природный газ через клапан 9 поступает в трубопроводы. При подаче управляющего электрического сигнала (от 4 мА до 20 мА) на позиционер 13 происходит подача давления газа на поршень 6 в рабочую полость «Б» пневмопривода, ограниченную плитой средней 7, поршнем 6, цилиндром 1. Поршень 6 начинает перемещаться вниз и сжимает пружины 4 и 5, расположенные под ним. После подачи максимального давления поршень 6 максимально сжимает пружины 4 и 5 и, переместившись на 100 мм, упирается в торец гидроцилиндра 2 и перекрывает клапан 9. При прекращении подачи давления газа в рабочую полость «Б», поршень 6 под действием пружин 4 и 5 (пружины разжимаются) поднимается вверх в исходное положение, приводя клапан 9 в открытое состояние.
При работе пневмопривода от ручного дублера (гидросистемы) 16 в случае нештатной ситуации гидросистему переводят в режим ручного управления, после чего осуществляется нагнетание давления масла в рабочую полость «Г» гидроцилиндра 2. Под действием давления масла шток 10 гидроцилиндра 2 опускается вниз, сжимая пружины 4 и 5, приводя клапан 9 в закрытое состояние.
После восстановления нормальных условий работы пневмопривода, гидросистему переводят в режим автоматического управления, после чего клапан 9 переводится в открытое состояние под действием пружин 4 и 5.
Таким образом, использование предлагаемого пневмопривода повышает надежность работы пневмопривода при управлении клапаном при регулировании расхода газов на трубопроводах.