Пневматический привод

Пневматический привод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области автоматизации управления арматурой трубопроводов и касается устройства для осуществления перестановки и следящего движения запорного органа запорной и регулирующей арматуры газо- и нефтепродуктопроводов.

Из уровня техники известен пневматический привод, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, кулисный механизм с выходным валом, ходовой винт и ходовую гайку, которая связана с поводком кулисы, устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода [1].

В известном приводе относительно узкий подшипник опоры ходового винта в устройстве поглощения кинетической энергии совместно с ходовым винтом совершает осевые перемещения. При такой конструкции возникает перекос узкого подшипника относительно посадочного отверстия большого диаметра в корпусе привода.

В результате перекоса происходит затирание, неравномерность движения подшипника и заклинивание по его наружному диаметру в корпусе привода. Обусловлено это тем, что пружины давят по периметру наружного кольца подшипника неравномерно.

Кроме того, расположение пакетов пружин с противоположных сторон подшипника увеличивает габариты.

Известен пневматический привод, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, кулисный механизм с выходным валом, ходовой винт и ходовую гайку, которая связана с поводком кулисы, устройство информации о положении выходного вала привода, включающее магнитно-герконовые конечные выключатели, устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, включающее упорные подшипники и пружины [2].

Устройство поглощения кинетической энергий в этом приводе выполнено в виде полого цилиндра с установленными на нем с наружной стороны упорными подшипниками и размещенными между ними пружинами, при этом цилиндр снабжен регулировочной гайкой и закреплен стопорным винтом на хвостовике ходового винта.

Выполнение пружины между упорными подшипниками более рационально. Однако выполнение в устройстве полого цилиндра, который устанавливается на хвостовик ходового винта и поджимается с торца стопорным винтом, усложняет конструкцию.

Кроме того, такое крепление цилиндра ненадежное, т.к. имеется возможность прокручивания хвостовика ходового винта в осевом сквозном круглом отверстии полого цилиндра (что и выявилось на практике).

Отсутствие в приводе радиальной опоры ходового винта снижает надежность работы кулисного механизма. Вероятно, предполагалась ориентация ходового винта по ходовой гайке, перемещающейся с поводком по направляющим. Но такая ориентация недостаточна.

В приводе использованы тарельчатые пружины, которые при непосредственном действии на периферию кольца упорного подшипника осуществляют изгиб сечения кольца упорного подшипника относительно точки опоры шарика подшипника. В результате кольцо подшипника не выдерживает напряжения и ломается.

Для исключения поломки колец упорных подшипников необходимо между тарельчатыми пружинами и кольцами упорных подшипников установить дополнительно стальные предохранительные кольца, которые обеспечат распределенную нагрузку на кольца упорных подшипников при воздействии на дополнительные кольца усилий тарельчатых пружин.

В основу настоящего изобретения положена задача создания такого привода, в котором устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода обеспечивало бы плавность и повышенную точность позиционирования элементов устройства информации о положении выходного вала и устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента, что обеспечит в свою очередь точность позиционирования выходного вала для выполнения поворота его на заданный угол.

Поставленная задача достигается тем, что в пневматическом приводе, содержащем электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, кулисный механизм с выходным валом, ходовой винт и ходовую гайку, которая связана с поводком кулисы, устройство информации о положении выходного вала привода, включающее магнитно-герконовые выключатели, устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента с магнитно-герконовыми выключателями, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, включающее упорные подшипники и тарельчатые пружины, согласно изобретению устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода снабжено радиальным подшипником, установленным в корпусе привода, в отверстие радиального подшипника с возможностью осевого перемещения установлен шип ходового винта, тарельчатые пружины расположены между упорными подшипниками, которые установлены между шипом и упором на торце хвостовика ходового винта, а между тарельчатыми пружинами и кольцами упорных подшипников установлены стальные предохранительные кольца, при этом магнитно-герконовые выключатели устройства информации о положении выходного вала и устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента снабжены механизмами перемещения стальных экранирующих шторок между неподвижно установленными постоянными магнитами и герконами.

Сущность изобретения заключается также в том, что устройство ограничения величины передаваемого движущего момента выполнено в виде механизма возвратно-поступательного перемещения стальной шторки между постоянными магнитами и герконами.

Сущность изобретения заключается также в том, что в устройстве информации о положении выходного вала постоянные магниты и герконы установлены неподвижно, а в зазоре между ними расположены стальные экранирующие шторки, установленные на поворотном валу, связанном с выходным валом привода.

Сущность изобретения заключается также в том, что привод содержит устройства регулирования давления газа, подаваемого в струйный двигатель, которые выполнены в панели с каналами подвода газа, а также дополнительно снабжен манометрами, установленными на газоводах перед входами в струйный двигатель.

Сущность изобретения заключается также в том, что на фланце ходовой гайки привода вдоль оси резьбы выполнены отверстия или пазы, а на поводке кулисы выполнены выступающие стержни или кулачки, которые размещены в соответствующих отверстиях или пазах фланца ходовой гайки.

Сущность изобретения заключается также в том, что кулиса кулисного механизма снабжена скобами, которые установлены на концы плеч кулисы и закреплены на них так, что образуют замкнутый рабочий паз кулисы.

Сущность изобретения заключается также в том, что привод дополнительно снабжен регулируемым реле времени (таймером), который установлен в цепи питания электромагнитов электропневматического управляющего устройства.

Сущность изобретения заключается также в том, что кулиса дополнительно снабжена ступицей, в которой выполнен поперечный паз, а на бурту выходного вала выполнены лыски с возможностью установки в ориентированном положении выходного вала лысками в поперечный паз ступицы кулисы.

Сущность изобретения заключается также в том, что в варианте устройства поглощения кинетической энергии подвижных частей привода упорные подшипники установлены на цилиндрических поверхностях резьбовых втулок с буртиками, которые навинчены на резьбу хвостовика ходового винта, а тарельчатые пружины расположены на цилиндрических втулках, которые также установлены на цилиндрических поверхностях резьбовых втулок с возможностью осевого перемещения по ним на величину суммарной деформации тарельчатых пружин.

Сущность изобретения поясняется примерами конкретного выполнения и чертежами.

На фиг.1 изображен общий вид пневматического привода.

На фиг.2 - электро-пневмо-кинематическая схема пневматического привода.

На фиг.3 - устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента.

На фиг.4 - сечение Б-Б по фиг.3.

На фиг.5 - устройство информации о положении выходного вала в электропневматическом управляющем устройстве.

На фиг.6 - то же, вид сверху.

На фиг.7 - базовая панель электропневматического управляющего устройства с устройствами регулирования давления газа.

На фиг.8 - передача "винт-гайка" с поводком кулисного механизма.

На фиг.9 - вид В на фиг.8.

На фиг.10 - вариант выполнения устройства поглощения кинетической энергии подвижных частей привода.

На фиг.11 - разрез Г-Г по фиг.2.

На фиг.12 - сечение по фиг.11.

Пневматический привод содержит струйный двигатель 1 (фиг.1), редуктор 2, который закреплен к корпусу 3 кулисного механизма поворота выходного вала.

В корпусе 3 на подшипниках установлен ходовой винт 4 (фиг.2).

Ходовая гайка 5 ходового винта с помощью поводка 6 и сухарей 7 на поводке связана с направляющими пазами кулисы 8. Кулиса соединена с выходным валом 9.

Соединение кулисы 8 с выходным валом 9 осуществляется в ориентированном положении при помощи шпонки.

Для передачи повышенных крутящих моментов кулиса 8 (фиг.11) дополнительно снабжена ступицей, в которой выполнен поперечный паз, а на бурту выходного вала выполнены лыски.

Вал 9 в ориентированном положении лысками устанавливается в паз ступицы кулисы.

С выходным валом 9 (фиг.2) связан валик 10 электропневматического управляющего устройства 11 с магнитно-герконовыми выключателями.

На электропневматическом управляющем устройстве 11 выполнен штуцер 12 для подвода рабочего газа и расположены выходные штуцера с газоводами 13 и 14, которые подведены к входным штуцерам струйного двигателя 1.

Направляющие пазы кулисы выполнены сквозными. Кулиса 8 снабжена съемными скобами 15, которые установлены на концах плеч 16 и 17 кулисы и закреплены на них. Скобы 15 соединяют концы плеч и тем самым обеспечивают повышенную прочность кулисы 8.

В корпусе 3 установлен радиальный подшипник 18, в отверстие которого с возможностью осевого перемещения установлен шип ходового винта 4. Тарельчатые пружины 19 расположены между упорными подшипниками 20 и 21. Подшипники установлены на хвостовике 22 ходового винта между шипом и упором 23 на торце хвостовика ходового винта. Между тарельчатыми пружинами 19 и подшипниками 20 и 21 установлены стальные предохранительные кольца 24, которые предотвращают поломку колец упорных подшипников.

Для точного позиционирования кулисы 8, связанного с ней выходного вала 9 и запорного органа арматуры в корпусе 3 установлены регулируемые упоры.

В момент установки кулисы 8 на упор подача газа в двигатель 1 прекращается, но ходовой винт 4 по инерции продолжает совершать несколько оборотов и сжимает пружины 19 демпфера.

При этом ходовой винт взаимодействует со штоком 25 устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента.

Шток 25 совершает осевое перемещение в ту или иную сторону.

Со штоком 25 жестко связана стальная шторка 26. Шторка 26 (фиг.3) расположена на ползуне 27 между неподвижно установленными герконами 28 и неподвижно установленными постоянными магнитами 29 (фиг.4).

Вместо герконов и постоянных магнитов могут быть использованы светорезисторы и светодиоды, индукционные излучатели и приемники сигналов.

Во всех случаях шторка является препятствием для воздействия излучателей на приемники сигналов. Только при перемещении шторки в сторону открывается возможность действия излучателей на приемники сигналов.

Во взрывонепроницаемой оболочке 30 (фиг.5) электропневматического управляющего устройства 11 расположены электромагниты 31 с якорем 32, которые воздействуют на пневмоклапаны 33 для подачи рабочего газа на входы струйного двигателя 1.

Кроме того, во взрывонепроницаемой оболочке 30 неподвижно установлены два геркона 34 и коммутирующая колодка 35.

В базовой панели 36 установлен поворотный валик 10, на одном конце которого выполнен паз 37 для сцепления с выходным валом 9 привода.

Вместо паза на конце валика 10 может быть выполнен штифт или иное муфтовое соединение.

На другом конце валика 10 установлена индикаторная стрелка 38, прикрытая стеклом 39 кожуха 40.

На валике 10 установлен держатель 41, на котором размещены раздвижные экранирующие шторки 42 и 43.

На кронштейне, закрепленном к корпусу взрывонепроницаемой оболочки 30, установлены неподвижно напротив герконов 34 постоянные магниты 44. Раздвижные экранирующие шторки 42 и 43 расположены в промежутке между неподвижно установленными герконами 34 и неподвижно установленными постоянными магнитами 44.

На базовой панели 36 (фиг.7) электропневматического управляющего устройства 11 расположен штуцер 12 подвода рабочего газа из магистрального газопровода и установлены штуцеры с газоводами 13 и 14 (фиг.2), которые подведены к входным штуцерам струйного двигателя 1.

В панели 36 (фиг.7) электропневматического управляющего устройства выполнены устройства регулирования давления газа, подаваемого в струйный двигатель 1.

В двух цилиндрических расточках панели 36 установлены поршни 45. Поршень 45 имеет шток 46 с буртиком 47. Шток 46 расположен в расточке 48, к которой подведен канал подачи газа.

Буртик 47 расположен в расточке 49, которая связана с каналами выхода газа в газовод.

Между расточками 48 и 49 выполнен буртик 50 корпуса панели 36.

Диаметр поршня 45, буртика 47 и внутреннего диаметра буртика 50 имеют одинаковый номинальный диаметр. Поршень 45 подпружинен пружиной 51 с регулировочным винтом 52.

Полость расположения пружины 51 и винта 52 заглушена герметично пробкой с уплотнением.

При открытии с помощью электромагнита того или иного пневмоклапана рабочий газ воздействует на торец поршня 45 и сжимает пружину 51 до тех пор, пока сила пружины и сила действия рабочего газа не сравняются. Давление газа на выходе будет зависеть от величины зазора между буртиком 47 поршня и буртиком 50 корпуса панели 36.

С помощью винта 52 можно изменять величину усилия пружины 51, изменяя тем самым величину давления рабочего газа, подаваемого на струйный двигатель.

На газоводах 13 и 14 перед входами в струйный двигатель 1 установлены манометры 53 (фиг.2), по показаниям которых настраивают устройство регулирования давления газа.

С помощью винтов 52 устанавливают заданную величину давления, которое соответствует заданной величине крутящего момента привода.

На опорной поверхности поводка 6 (фиг.8) кулисного механизма выполнены кулачки 54, выступающие в направлении вдоль оси отверстия поводка, в которое устанавливается ходовая гайка 5.

На фланце 55 ходовой гайки 5 выполнены сквозные продольные пазы, в которых расположены кулачки поводка. С противоположной стороны на ходовой гайке 5 установлена накидная упорная гайка 56 со стопорным винтом 57.

Такое выполнение ходовой гайки 5 и поводка 6 позволяет упростить конструкцию и упростить технологию обработки этих деталей. При этом повышается прочность поводка по сравнению с прототипом.

Вместо кулачков и пазов прямоугольной формы могут быть выполнены стержни на поводке и отверстия на фланце гайки круглого сечения. Такое выполнение упрощает технологию обработки и допустимо при небольших нагрузках.

В случае остановки привода в промежуточном положении, например при падении давления, при попадании в пробку крана посторонних предметов или при поломке элементов передачи редуктора и кулисно-винтового механизма, рабочий газ продолжает поступать в струйный двигатель и выходит в окружающее пространство неопределенное время.

Создается экологически опасная аварийная ситуация, а также большая потеря газа.

В цепь питания электромагнитов ЭМ1 и ЭМ2 (фиг.2) дополнительно установлено регулируемое реле времени (таймер) 58.

Время перестановки пробки шарового крана из одного положения в другое составляет 7-15 секунд в зависимости от величины давления рабочего газа и величины крутящего момента.

При этом регулируемое реле времени устанавливают на время большее, чем время поворота кулисы привода из одного крайнего положения в другое, например, на 20 секунд.

При остановке кулисы привода в промежуточном положении не произойдет срабатывание геркона, не выключается пневмоклапан и газ будет продолжать выходить в окружающее пространство.

В этом случае регулируемое реле времени разорвет цепь питания электромагнитов по истечении установленного времени.

На хвостовик ходового винта 4 (фиг.10) навинчены резьбовые втулки 59 и 60, на цилиндрических поверхностях которых установлены упорные подшипники 20 и 21.

На цилиндрических поверхностях резьбовых втулок 59 и 60 установлены также гладкие цилиндрические втулки 61 и 62.

Тарельчатые пружины 19 расположены между упорными подшипниками 20 и 21 на цилиндрических втулках 61 и 62. Втулки 61 и 62 установлены с возможностью осевого перемещения навстречу друг к другу на величину суммарной деформации тарельчатых пружин.

Такое выполнение варианта устройства поглощения кинетической энергии подвижных частей привода исключает механическое воздействие тарельчатых пружин на цилиндрическую поверхность втулок 59 и 60, по которой перемещаются в осевом направлении упорные подшипники 20 и 21 при осевых перемещениях ходового винта 4 под нагрузкой и в момент установки кулисы на упор.

При этом цилиндрические поверхности втулок 59 и 60 не повреждаются кромками тарельчатых пружин, что обеспечивает перемещение по ним без заклинивания, рывков и заеданий.

Работает пневматический привод следующим образом.

Из газовой магистрали рабочий газ под давлением Р1 подается через штуцер 12 на электропневматическое управляющее устройство 11 (фиг.2).

При поступлении сигнала с диспетчерского пункта срабатывает соответствующий электромагнит, который открывает пневмоклапан электропневматического управляющего устройства.

При этом рабочий газ, например, по газоводу 14 поступает в турбину струйного двигателя 1. Вращение турбины струйного двигателя 1 через редуктор 2 передается на ходовой винт 4. Ходовой винт 4 с помощью ходовой гайки 5 преобразует вращательное движение в поступательное.

Поступательное движение ходовой гайки 5 через поводок 6 и сухари 7 передается на кулису 8. Кулиса поворачивается из одного крайнего положения в другое до упора в регулируемые винты-упоры, при этом кулиса поворачивает выходной вал 9 привода на заданный угол (90° для шаровых кранов).

Валик 10, связанный с выходным валом 9 привода, поворачивается и производит переключение герконов устройства информации о положении выходного вала. При этом подготавливается привод к работе в обратном направлении.

При последующем поступлении сигнала с диспетчерского пункта рабочий газ уже будет поступать в другой газовод, например 13.

Пневматический привод произведет работу в обратном направлении.

При установке кулисы 8 на регулируемый упор одновременно срабатывает магнитно-герконовый выключатель и прекращается подача рабочего газа в струйный двигатель 1.

При работе привода ходовой винт 4, вращаясь, перемещает ходовую гайку 5, которая через поводок 6 и сухари 7 поворачивает кулису 8. При этом ходовой винт испытывает осевую нагрузку, которая будет зависеть от момента сопротивления, возникающего на пробке шарового крана.

Под действием осевой нагрузки ходовой винт начнет перемещаться в осевом направлении и будет сжимать тарельчатые пружины 19. Кроме того, ходовой винт другим своим концом взаимодействует со штоком 25 устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента (крутящего момента).

Устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента путем перестановки и регулирования шторок настраивается на заданные крутящие моменты.

При возникновении максимального заданного крутящего момента срабатывает геркон 28 (фиг.2, фиг.3), который отключает пневмоклапан 33 (фиг.5), и подача рабочего газа прекращается.

В случае, если не сработают герконы 34 (фиг.5) устройства информации о положении выходного вала или герконы 28 (фиг.2) устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента (крутящего момента), то через заданное количество времени (15-20 секунд) срабатывает регулируемое реле времени 58, установленное в цепи питания электромагнитов электропневматического управляющего устройства 11 (фиг.1). Подача газа прекращается.

Технические решения пневматического привода обеспечивают плавность и надежность перемещения без рывков и заеданий ходового винта 5 вдоль его оси, что в свою очередь облегчает процесс регулирования устройства информации о положении выходного вала и устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента (крутящего момента) и повышает точность позиционирования выходного вала для выполнения поворота на заданный угол (90° для шаровых кранов).

Точное позиционирование выходного вала необходимо для обеспечения правильного положения отверстия шара шарового крана, чтобы обеспечить беспрепятственное прохождение очистительных и диагностических снарядов. При неправильном положении отверстия шара шарового крана возможно застревание таких снарядов.

Повышается надежность работы привода за счет повышения прочности кулисы, поводка и ходовой гайки и возможности передачи повышенных крутящих моментов.

Кроме того, привод исключает поломку узлов и деталей как самого привода, так и арматуры трубопровода (шарового крана) за счет дублирования отключения подачи рабочего газа в струйный двигатель путем последовательного срабатывания герконов 34 (фиг.5) устройства информации о положении выходного вала, герконов 28 (фиг.2, фиг.3) устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента (крутящего момента) и регулируемого реле времени 58 (фиг.2).

Из доступных источников информации авторы не выявили устройство со сходными признаками.

Пневматический привод выполним в условиях серийного производства машиностроительного предприятия.

Для изготовления деталей привода не требуется специальных материалов и уникального оборудования, используются широко известные материалы и покупные изделия.

Конструкция привода прошла испытания в заводских и полевых условиях.

Источники информации

1. Патент Российской федерации №2050478, 29.11.1994 г.

2. Патент Российской федерации №2131065, 17.03.1998 г.

1. Пневматический привод, содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, кулисный механизм с выходным валом, ходовой винт и ходовую гайку, которая связана с поводком кулисы, устройство информации о положении выходного вала привода, включающее магнитно-герконовые выключатели, устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента с магнитно-герконовыми выключателями, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, включающее упорные подшипники и тарельчатые пружины, отличающийся тем, что устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода снабжено радиальным подшипником, установленным в корпусе привода, в отверстие радиального подшипника с возможностью осевого перемещения установлен шип ходового винта, тарельчатые пружины расположены между упорными подшипниками, которые установлены между шипом и упором на торце хвостовика ходового винта, а между тарельчатыми пружинами и кольцами упорных подшипников установлены стальные предохранительные кольца, при этом магнитно-герконовые выключатели устройства информации о положении выходного вала и устройства ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента снабжены механизмами перемещения стальных экранирующих шторок между неподвижно установленными постоянными магнитами и герконами.

2. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что устройство ограничения максимальной величины передаваемого движущего момента выполнено в виде механизма возвратно-поступательного перемещения стальной шторки, которая расположена между неподвижно установленными герконами и неподвижно установленными постоянными магнитами.

3. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что в устройстве информации о положении выходного вала постоянные магниты и герконы установлены неподвижно, а в зазоре между ними расположены стальные экранирующие шторки, которые установлены на поворотном валу, связанном с выходным валом привода.

4. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что привод содержит устройства регулирования давления газа, подаваемого в струйный двигатель, которые выполнены в панели с каналами подвода газа, а также дополнительно снабжен манометрами, установленными на газоводах перед входами в струйный двигатель.

5. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что на фланце ходовой гайки вдоль оси резьбы выполнены отверстия или пазы, а на поводке кулисы выполнены выступающие стержни или кулачки, которые размещены в соответствующих отверстиях или пазах фланца ходовой гайки.

6. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что кулиса кулисного механизма снабжена съемными скобами, которые установлены на концы плеч кулисы и закреплены на них так, что образуют замкнутый рабочий паз кулисы.

7. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен регулируемым реле времени (таймером), который установлен в цепи питания электромагнитов электропневматического управляющего устройства.

8. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что кулиса дополнительно снабжена ступицей, в которой выполнен поперечный паз, а на бурту выходного вала выполнены лыски с возможностью установки в ориентированном положении выходного вала лысками в поперечный паз ступицы кулисы.

9. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что в устройстве поглощения кинетической энергии подвижных частей привода упорные подшипники установлены на цилиндрических поверхностях резьбовых втулок с буртиками, которые навинчены на резьбу хвостовика ходового винта, а тарельчатые пружины расположены на цилиндрических втулках, которые также установлены на цилиндрических поверхностях резьбовых втулок с возможностью осевого перемещения по ним на величину суммарной деформации тарельчатых пружин.