УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКОМ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к трубопроводной арматуре для управления потоком различных рабочих сред (вода, нефть, газ, пар и пр.) в трубопроводных магистралях и может найти применение в нефтегазовой отрасли, энергетике, металлургии, жилищно-коммунальном хозяйстве, химической и целлюлозно-бумажной промышленности.
Известен шаровой клапан, содержащий корпус, в котором на оси размещен запорный поворотный элемент, причем запорный элемент выполнен из пористого спеченного материала и между ним и корпусом размещена антифрикционная прокладка из многослойной фольги, а привод выполнен в виде электрогидравлического разрядника, электроды которого расположены в отдельном эластичном армированном пружиной корпусе, а на основном корпусе закреплена кольцевая обечайка, скрепленная с эластичным корпусом.
При включении разрядника между электродами внутри эластичного корпуса, заполненного электропроводящей жидкостью, возникает электрический разряд, характеризующийся резким локальным повышением температуры, которое вызывает интенсивное локальное парообразование, поэтому в связи с высокой радиальной прочностью армированных пружиной стенок эластичного корпуса вызывает его осевое удлинение с воздействием через подпружиненный фиксатор на маховичок, что приводит к повороту последнего, а, следовательно, и запорного элемента, который либо открывает, либо перекрывает проходное сечение клапана.
(см. патент РФ №2005242, кл. F 16 K 5/00, 1993 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что известное устройство обладает низкими функциональными возможностями, так как его конструкция предусматривает только два положения «открыто» и «закрыто» и не предусматривает регулирования его пропускной способности изменением проходного сечения между корпусом и запорным элементом. Кроме того, привод поворота запорного элемента весьма сложен, что обуславливает его
невысокую надежность, и довольно громоздок, а это делает невозможным монтаж устройств в затесненных местах.
Задачей настоящего изобретения является создание устройства, обеспечивающего управление потоком рабочей среды посредством изменения проходного сечения устройства в процессе его функционирования, а также имеющего значительно меньшие габариты и относительно простую конструкцию, обеспечивающую за счет этого высокую надежность при эксплуатации.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве управления потоком рабочей среды, состоящем из полого корпуса, в котором установлен управляющий элемент, кинематически связанный с приводом его перемещения, новым является то, что управляющий элемент выполнен в виде поворотной заслонки, имеющей на своей периферии герметизирующее сферическое кольцо, обеспечивающее разгруженность конструкции в процессе эксплуатации и имеющее возможность самоустановки относительно имеющегося в корпусе сферического седла при контакте с ним, а привод перемещения запорного элемента установлен на корпусе устройства и снабжен блоком его управления, имеющим возможность соединения с системой управления потоком рабочей среды, причем в качестве привода может быть использован электродвигатель постоянного тока с дисковым печатным якорем или иной электродвигатель, который через внецентроидный редуктор кинематически связан с запорным элементом.
Использование электродвигателя постоянного тока с плоским печатным якорем позволяет обеспечить автоматическое бесступенчатое изменение скорости перемещения поворотной заслонки в технологически заданных пределах, а использование внецентроидного редуктора, за счет простоты его конструкции, позволяет обеспечить высокую надежность и получить устройство в целом со значительно меньшими габаритами и массой в сравнении с известными аналогами.
Предлагаемое устройство монтируется на магистрали между фланцами трубопровода с помощью герметизирующих прокладок и крепежных элементов - гаек, болтов или шпилек.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления полезной модели.
Выполнение узлов и элементов устройства, не раскрытых в настоящей заявке, является известным и не составляет предмета патентной охраны.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых:
на фиг.1 - устройство управления потоком рабочей среды, общий вид;
на фиг.2 - управляющий орган устройства.
Устройство управления потоком рабочей среды (см. фиг.1) представляет собой конструкцию, состоящую из полого корпуса 1, установленных на корпусе 1 редуктора 2, электродвигателя 3, а также блока управления 4. Устройство монтируется на трубопроводе магистрали с помощью фланцев 5 корпуса 1 и крепежных элементов (не показаны). Для исключения протечек рабочей среды при монтаже используются герметизирующие прокладки (не показаны).
В корпусе 1 устройства (см. фиг.2) соосно, с возможностью поворота, установлены ось 6 и шпиндель 7, на которых закреплен запорный элемент, выполненный в виде заслонки 8. На торце заслонки закреплено уплотнение 9, а по образующей заслонки установлено герметизирующее кольцо 10, имеющее форму поперечного сечения в виде треугольника или сферы. Часть кольца 10 установлена на уплотнении 9, в результате чего рабочая поверхность кольца 10 имеет возможность осевого перемещения и самоустановки.
В корпусе устройства установлены уплотнение 11 и седло 12, имеющее возможность взаимодействия с кольцом 10.
На корпусе устройства закреплен привод поворота заслонки, выполненный в виде электродвигателя и редуктора, выход которого соединен со шпинделем 7.
Управление работой привода осуществляется блоком управления 4.
В качестве привода может быть использован электродвигатель постоянного тока с дисковым печатным якорем, который характеризуется простотой
конструкции, высокой надежностью, малой инерционностью, малыми габаритами и массой.
Электродвигатель 3 соединен со шпинделем 7 управляющего органа устройства через редуктор 2. В качестве редуктора наиболее целесообразным предлагается использовать внецентроидный (шариковый) редуктор, который отличается от традиционных редукторов значительно меньшими габаритами и массой, а также простотой и надежностью конструкции.
Управление приводом предлагаемого устройства осуществляется блоком управления, включающем в себя датчик угла поворота и микропроцессорную схему, что позволяет обеспечить возможность дистанционного управления работой устройства. Исполнение датчика угла поворота и микропроцессорной схемы является известным и нет необходимости в их подробном описании.
Для осуществления эксплуатации устройство монтируют между фланцами на трубопроводе подачи рабочей среды с помощью герметизирующих прокладок и крепежных элементов.
Устройство управления потоком рабочей среды работает следующим образом.
При открытом положении заслонки 8 рабочая среда проходит в зазор, образованный между герметизирующим кольцом 10 и седлом 12. Величина зазора определяет пропускную способность устройства и определяется величиной угла поворота заслонки.
При необходимости изменения потока рабочей среды соответствующая команда с дистанционного пульта управления (не показан) подается на блок управления 4, управляющий сигнал с которого поступает на привод поворота заслонки 8, в результате чего двигатель 3 привода через редуктор 2 в соответствии с поданной командой поворачивает шпиндель 7, а следовательно, и заслонку 8 на заданный угол, регулируя тем самым положение заслонки, а следовательно, изменяя проходное сечение между кольцом 10 и седлом 12. Угол поворота заслонки определяется датчиком угла поворота (не показан).
При необходимости перекрывания потока рабочей среды, описанным выше образом управляющая команда поступает на блок управления 4, и
электродвигатель привода через редуктор, поворачивает заслонку 8 в положение «закрыто».
Поворот заслонки 8 в положение «закрыто» происходит до тех пор, пока кольцо 10 не окажется соосным седлу 12. Энергия потока рабочей среды воздействует на поверхность кольца 10 и поджимает его к седлу 12, самоустанавливаясь относительно седла и герметизируя стык. При этом сжимается уплотнение 11, в результате чего обеспечивается надежное запирание герметизирующего стыка.
Разгруженность конструкции обеспечивается тем, что сила, действующая на поверхность сферического седла от воздействия энергии потока рабочей среды в положении «закрыто» определяется площадью сечения только сферического кольца, а не всей площадью поворотной заслонки. Усилие же, действующее на поворотную заслонку, замыкается на шпинделе и оси, и не воздействует на элемент уплотнения, то есть на сферическое седло, тем самым не оказывает определяющего влияния на величину крутящего момента в конечном итоге. При повороте заслонки в положение «открыто» давление потока рабочей среды снижается и упругие свойства графлексового уплотнения сферического седла толкают последнее в осевом направлении обратно, а вместе с ним и сферическое кольцо, расположенное на заслонке, тем самым усилие контакта сферических поверхностей снижается, поэтому при повороте заслонки в процессе регулирования уплотняющие элементы не нарушают своей целостности, как это имеет место, например, у шаровых кранов, тем самым наравне с регулирующей функцией остается стабильной и надежной запорная функция предлагаемого устройства.