Пневматический привод арматуры трубопроводов
Пневматический привод арматуры трубопроводов относится к области пневмомашиностроения и конкретно к устройствам для осуществления слежения за движением запорного органа запорной и регулирующей арматуры газо-нефтепродуктов при дистанционном и местном ручном управлении. Он может быть использован на трубопроводной арматуре химических предприятиях. Задачей данного технического решения является повышение надежности и долговечности привода путем исключения перегрузки арматуры при ложных срабатываниях, заклинивании запорного органа, страгивания с места запорного органа при использовании ручного дублера. Поставленная задача достигается тем, что в пневматическом приводе арматуры трубопроводов, содержащем устройство информации о конечных положениях выходного вала привода установлены дополнительно герконы попарно с основными герконами, причем дополнительный геркон, установленный в паре с основным герконом закрытия арматуры подключен параллельно с герконом открытия арматуры, расположенным в ограничителе крутящего момента, а дополнительный геркон, установленный в паре с основным герконом открытия арматуры подключен параллельно с герконом закрытия арматуры, расположенным в ограничителе крутящего момента, причем каждая пара параллельно подключенных герконов находится в цепях питания электромагнитов последовательно с основным герконом.
Полезная модель относится к области пневмомашиностроения и касается устройства для осуществления перестановки и следящего движения запорного органа, запорной и регулирующей арматуры газонефтепродуктопроводов при дистанционном и местном управлении. Пневматический привод может быть использован на трубопроводной арматуре магистральных нефте- и газопроводов, на нефте- и газодобывающих и химических предприятиях.
Известен пневматический привод, содержащий электропневматическое управляющее устройство [1], включающее электромагниты и пневмораспределители;, реверсивный струйный двигатель, механический редуктор, поворотный кулисно-винтовой механизм, устройство информации о положении выходного вала, включающее в себя магнитно-герконовые конечные переключатели; ограничитель максимальной величины передаваемого движущего момента, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода. Ограничитель передаваемого движущего момента содержит механизм поворотного перемещения постоянных магнитов и неподвижно установленные герконы.
Недостатком известного привода является то, что ограничитель передаваемого движущего момента ненадежен в работе, трудно поддается настройке. Нестабильно срабатывают герконы под воздействием приближающегося магнитного поля постоянного магнита на поворотном держателе. Кроме того, при включении в работу привода, установленного на арматуре, иногда происходит ложное срабатывание ограничителя движущегося момента. Обусловлено это тем, что запорный орган арматуры длительное время стоит без движения в открытом или закрытом состоянии отложение частиц твердых фракций из состава транспортируемого продукта и закоксованность их на запорном органе, седле и уплотнениях.
Для того, чтобы сдвинуть запорный орган с места, в момент пуска привода, необходимо обеспечить повышенный крутящий момент. Привод обладает такой возможностью, но при повышенном крутящем моменте, который превышает максимально допустимый для арматуры передаваемый крутящий момент, срабатывает ограничитель крутящего момента и привод останавливается. В таких случаях приходится срывать запорный орган арматуры с помощью ручного дублера.
Известен пневматический привод [2], содержащий электропневматическое управляющее устройство, включающее электромагниты и пневмоклапаны; реверсивный струйный двигатель, механический редуктор, поворотный кулисно-винтовой механизм, устройство информации о положении выходного вала привода, включающее магнитно-герконовые конечные переключатели; ограничитель максимально допустимого движущего момента, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода. Ограничитель максимально допустимого для арматуры крутящего момента выполнен в виде механизма возвратно-поступательного перемещения стальной экранирующей шторки, которая расположена между неподвижно установленными герконами и неподвижно установленными постоянными магнитами.
Такое выполнение ограничителя более надежно и легче поддается настройке. Герконы стабильнее и надежнее срабатывают при нормальных условиях эксплуатации. Однако, сохранились случаи остановки привода сразу после пуска на открытие или закрытие арматуры, долгое время находящейся в открытом или закрытом состоянии.
Задачей предлагаемого технического решения является создание привода, исключающего ложные срабатывания перегрузки при пуске привода на арматуре. При этом привод должен исключить поломку частей привода и арматуры при постановке кулисы на упоры корпуса, заклинивании запорного органа при попадании посторонних предметов, тем самым предотвратить аварию на трубопроводе, т.е. повысить надежность и долговечность привода. Необходимо исключить страгивание с места запорного органа арматуры с помощью ручного дублера, особенно на оборудовании значительно удаленной от компрессорной станции
Поставленная задача решается за счет того, что в пневматическом приводе арматуры трубопроводов, содержащем струйный двигатель, механический редуктор, кулисно- винтовой механизм, ограничитель крутящего момента с магнитно-герконовыми переключателями, а также электропневматическое управляющее устройство, включающее электромагниты, пневмоклапаны и устройство информации о конечных положениях выходного вала;
содержащее магнитно-герконовые переключатели открытия и закрытия арматуры и поворотный вал, связанный с выходным валом привода
Полезная модель содержит устройство информации о конечных положениях выходного вала привода, дополнительно снабженное герконами, установленными попарно с основными герконами, при этом дополнительный геркон, установленный в паре с основным герконом закрытия арматуры подключен параллельно с герконом открытия арматуры, расположенным в ограничителе крутящего момента, а дополнительный геркон, установленный в паре с основным герконом открытия арматуры подключен параллельно с герконом закрытия арматуры, расположенным в ограничителе крутящего момента, причем, каждая пара параллельно подключенных герконов находится в цепях питания электромагнитов последовательно с основным герконом.
Вход и выход дополнительного геркона, установленного в паре с герконом закрытия арматуры соединены соответственно со входом и выходом геркона открытия арматуры, расположенного в ограничителе крутящего момента, а вход и выход дополнительного геркона, установленного в паре с герконом открытия арматуры соединены соответственно со входом и выходом геркона закрытия арматуры, расположенного в ограничителе крутящего момента.
Поворотный вал устройства информации о конечных положениях выходного вала привода связан с выходным валом привода муфтовым узлом свободного хода. Муфтовый узел свободного хода может быть выполнен в виде паза на торце одного вала и в виде планки на конце другого вала, при этом планка расположена в пазу первого вала с гарантированным зазором. Сущность полезной модели поясняется чертежами и примерами конкретного выполнения
На Фиг.1 изображен общий вид привода.
На Фиг.2 - схема пневматического привода.
На Фиг.3 - ограничитель крутящего момента.
На Фиг.4 - разрез А-А на Фиг.3.
На Фиг.5 - вид Б на Фиг.4 при снятой крышке 50
На Фиг.6 - электропневматическое управляющее устройство.
На Фиг.7 - вид сверху на Фиг.6 со снятым кожухом 66.
На Фиг.8 - пример выполнения муфты свободного хода в нейтральном и в рабочем положении.
Пневматический привод (Фиг.1) содержит струйный двигатель 1 на редукторе 2. Редуктор соединен с корпусом винтового механизма. В корпусе 3 на подшипниках установлен ходовой винт 4 (Фиг.2), связанный с редуктором 2. В корпусе 3 на подшипниках установлена кулиса 5. Ходовой винт 4 выполнен с возможностью осевого перемещения при возникновении осевых нагрузок и при передаче усилия на кулису 5. Для гашения кинетической энергии подвижных частей привода один конец ходового винта 4 снабжен демпфером 6, другой конец винта 4 связан торцем с толкателем ограничителя 7 крутящего момента. На корпусе установлено электропневматическое управляющее устройство 8 (Фиг.1). Струйный двигатель 1 (Фиг.2) содержит турбину, установленную на подшипниках в корпусе 10 двигателя. Турбина выполнена в виде «сегнерова колеса» с соплами 11 и имеет возможность реверсивного вращения. Вал турбины снабжен шестерней для передачи вращения зубчатым колесам редуктора 2. На редукторе установлен штурвал 12 ручного дублера. При помощи рычага 13 и фиксатора 14 штурвал соединен с муфтой 15. Муфта в свою очередь расположена на валу 16 с помощью шлицевого соединения. Для разгона турбины двигателя 1 и зубчатых колес редуктора 2 в нем предусмотрена разгонная муфта, одни кулачки которой выполнены на торце зубчатого колеса 17, а другие на полумуфте 18, связанной с валом ходового винта 4 с помощью пустотелой шлицевой втулки. На ходовом винте 4 предусмотрена ходовая гайка 19, связанная при помощи поводка с сухарями, установленными в пазах кулисы 5.
Для точного позиционирования в конечных положениях кулисы связанного с ней выходного вала 20 и запорного органа арматуры, в корпусе 3 установлены регулируемые упоры 21 и 22. Ходовой винт 4 связан с одной стороны с тарельчатыми пружинами 24, а с другой - со штоком 25 ограничителя крутящего момента 7.
Со штоком 25 (Фиг.3) связана экранирующая стальная шторка 26, расположенная на ползуне 27 между неподвижно установленными герконами 28.1, 28.2 и неподвижно установленными постоянными магнитами 29.1 и 29.2. Выходной вал 20 (Фиг.2) связан с валом 30 электропневматического управляющего устройства 8.
Устройство 8 содержит электромагниты 31 и 32, пневмоклапаны 33 и 34 и переключатели, выполненные в виде герконов 35 и 36, установленные внутри взрывонепроницаемой оболочки.
Для подвода рабочего газа на электропневматическом управляющем устройстве 8 (Фиг.1) предусмотрен штуцер 37. Поступление рабочего газа в турбину осуществляется по газоводам 38 или 39 в зависимости от необходимого направления вращения турбины и поворота выходного вала на открытие или закрытие трубопроводной арматуры (например шарового крана).
Герконы 28.1 и 28.2 установлены на электроизоляционной колодке 40 (Фиг.3) во взрывонепроницаемой оболочке 41 корпуса 42 ограничителя крутящего момента 7. Постоянные магниты 29.1 и 29.2 выполнены в виде цилиндрических таблеток и установлены в отверстиях кронштейна 43 (Фиг.4) между упором 44 и амортизатором. 45..
Шторка 26 выполнена их 2-ух тонких стальных пластинок 26.1 и 26.2 (Фиг.5), имеющих Г-образный профиль. Обе пластины прикреплены к ползуну 27 (Фиг.4) винтами 46. На конце штока 25 (Фиг.3) выполнен упор 47 с шариком на конце и резьбой для регулировки при взаимодействии с торцем ходового винта 4. Поджатие упора 47 со штоком 25 к торцу винта 4 осуществляется пружиной 48. Ползун 27 расположен на направляющей пластине 49 (Фиг.5) в нижней полости корпуса 42, которая закрыта крышкой 50 (Фиг.4)
Электропневматическое управляющее устройство, включающее базовую панель 51 (Фиг.6),взрывонепроницаемую оболочку 52, состоящую из корпуса 53 и крышки 54. В корпусе 53 установлены два электромагнита 31 и 32 (Фиг.7). Якорь 55 (Фиг.6) каждого электромагнита с помощью толкателя 56 связан с рычагом 57, который через винтовой упор 58 с контргайкой 59 и рычаг 60 связан с толкателем 61 пневмоклапана 33 или 34.Взрыво непроницаемая оболочка выполнена из немагнитного материала, преимущественно из алюминиевого сплава. В корпусе 53 установлена коммутационная колодка 62 с герконами 35 и 36 (Фиг.7). В базовой панели 51 (Фиг.6) установлен поворотный вал 30, на одном конце которого выполнен паз 63 для сцепления его с валом 20 пневмопривода, а на другом конце установлена индикаторная стрелка 64, прикрытая стеклом 65 кожуха 66. На валу 30 закреплена платформа 67 (Фиг.7), на которой установлены регулируемые держатели 68 и 69 с укрепленными на них постоянными магнитами 70 и 71. Держатели снабжены регулируемыми винтовыми упорами 72 с контргайками 73. Вал с постоянными магнитами 70 и 71 снаружи корпуса 53 и герконы 35 и 36 внутри взрывонепроницаемой оболочки представляют собой устройство информации о положении выходного вала и, соответственно запорного органа арматуры. Стрелка 64 является местным указателем, а переключаемые герконы подают соответствующие сигналы «Открыто» и «Закрыто» на диспетчерский пульт. Устройство информации дополнительно снабжено герконами 74 и 75, которые установлены в паре с основными герконами 35 и 36 с возможностью одновременного воздействия на каждую пару постоянными магнитами 70 и 71 при установке магнитов под каждой парой герконов в конечных положениях «Открыто», «Закрыто» после поворота вала 30 в соответствующее положение. При этом дополнительный геркон 75, установленный в паре с герконом 35 закрытия привода, подключен параллельно с герконом 28.2 открытия привода, установленным в ограничителе крутящего момента 7. А дополнительный геркон 74, установленный в паре с герконом 36 открытия привода подключен параллельно с герконом 28.1 закрытия привода, установленным в ограничителе крутящего момента. При этом, каждая пара параллельных герконов 75 и 28.2 или 74 и 28.1 установлена в цепи питания электромагнитов 34 и 33 соответственно.
Кожух 66 (Фиг.6) электропневматического управляющего устройства снабжен дверкой 76 для доступа к рычагам 57 при вынужденном управлении вручную. Поворотный вал 30 электропневматического управляющего устройства связан с выходным валом 20 привода муфтовым узлом, выполненным в виде паза на конце одного вала и в виде планки на конце другого вала. При этом планка 77 установлена в пазу 63 с гарантируемым зазором.
Работа пневматического привода.
В качестве рабочего тела для работы пневмопривода, установленного на шаровом кране используется газ газопровода под давлением 8 МПа (80 кг/см2). Для оптимальной работы привода давление газа снижается и регулируется регулятором давления, установленным в базовой панели 51 электропневматического управляющего устройства 8. В качестве рабочего тела может использоваться воздух или инертный газ (например азот), подаваемый по трубопроводам от компрессоров или баллонов высокого давления. Регулятор давления обладает возможностью снижать давление до 0,5-1 МПа (5-10 кг/см 2).
На схеме (Фиг.2) привод и шаровой кран находятся в состоянии «Открыто». Постоянный магнит 70 на поворотном валу 30 электропневматического управляющего устройства 8 приблизился к герконам 36 и 74. При этом геркон 36 выключился и выключил электромагнит 32. Подача газа через пневмоклапан 34 прекратилась и привод остановился, а геркон 74 включился. Геркон 74 подключен параллельно с герконом 28.1 ограничителя крутящего момента и оба они установлены последовательно с герконом 35 в цепи питания электромагнита 31. Таким образом цепь питания электромагнита подготовлена к работе.
При подаче с диспетчерской на электропневматическое управляющее устройство 8 сигнала Un срабатывает электромагнит 31, который включает пневмоклапан 33. Газ по газо воду 39 поступает в турбину 9. Под давлением выброса газа с большой скоростью через сопла 11 турбина вращается, передает вращение через редуктор 2 ходовому винту 4. Винт 4 перемещает ходовую гайку 19 и через поводок и сухари перемещает кулису 5 из одного крайнего положения в другое, когда кулиса станет на упор 21. При нормальных условиях работы необходим крутящий момент, величина которого всегда меньше максимально допустимой для шарового крана. При длительном нахождении арматуры в открытом или закрытом состоянии происходит отложение частиц твердых фракций транспортируемого продукта, образуется закоксованность на запорном органе, уплотнениях и седле шарового крана. Может иметь место увеличения трения между запорным органом и седлом за счет диффузии металлов и тепловых явлений. При таких обстоятельствах для страгивания с места запорного органа необходимо приложить крутящий момент, который может значительно превышать максимально допустимый, на который настроен ограничитель крутящего момента. В таком случае ходовой винт 4 вращается, но кулиса стоит на месте. Винт 4 перемещается в левую сторону (Фиг.2), сжимаются тарельчатые пружины 24. Шторка 26 перекрывает воздействие постоянного магнита 29.1 на геркон 28.1, геркон 28.1 отключается. Однако остановки привода не происходит, так как включен геркон 74, который установлен в цепи питания электромагнита 31 параллельно с герконом 28.1. При достижении крутящего момента, величина которого достаточна для страгивания с места запорного органа, происходит движение кулисы. Для дальнейшего движения кулисы, после срыва запорного органа, необходимая величина крутящего момента должна быть меньше пусковой. Тарельчатые пружины приводят систему, связанную с ходовым веществом в равновесное состояние.
Геркон 28.1 включается, подготавливая дальнейшую работу электромагнита 31. Поворачивается вал 20 и после некоторой задержки, КОТОРУЮ ОБЕСПЕЧИВАЕТ МУФТА СВОБОДНОГО ХОДА 77, НАЧИНАЕТ поворачиваться вал 30. Магнит 70 отходит от герконов 36 и 74. При этом геркон 36 включается, подготавливая цепь питания электромагнита 32, а геркон 74 отключается, подготавливая отключение электромагнита 31 при подходе магнита 71 к геркону 35 или отключение геркона 28.1 при перегрузке.
При перегрузке ходовой винт 4 взаимодействует с толкателем 25 ограничителя крутящего момента, шторка перекрывает воздействие магнита 29.1 на геркон 28.1. и привод останавливается. При нормальных условиях эксплуатации постоянный магнит 71 подходит к герконам 35 и 75. Геркон 35 отключается и привод останавливается. При этом кулиса устанавливается на упор 21, а шаровой кран закрывается.
Геркон 75 включается, подготавливая цепь питания электромагнита 32 на включение привода для работы в обратном направлении.
Выполнение привода с дополнительными герконами в устройстве информации о положении выходного вала, а также выполнение муфты свободного хода между валом электропневматического управляющего устройства и выходным валом привода исключает вероятность остановки привода от ложного срабатывания ограничителя крутящего момента при пуске привода после его длительного пребывания в положении «Открыто» или «Закрыто». В результате повышается надежность и долговечность привода.
Предлагаемое выполнение привода возможно в условиях серийного производства машиностроительного предприятия.
Источники информации:
1. Патент РФ. 
2131065, МПК. F15В 9/03, 1998 г.
2. Патент Р.Ф. 2174628, МПК F15В 9/03, 2000 г.
1. Пневматический привод арматуры трубопроводов, содержащий струйный двигатель, механический редуктор, кулисно-винтовой механизм, ограничитель крутящего момента с магнитно-герконовыми переключателями, а также электропневматическое управляющее устройство, включающее в себя электромагниты, пневмоклапаны и устройство информации о конечных положениях выходного вала с магнитно-герконовыми переключателями открытия и закрытия арматуры, а также поворотный вал, связанный с выходным валом привода, отличающийся тем, что устройство информации о конечных положениях выходного вала привода дополнительно снабжено герконами, установленными попарно с основными герконами, причем дополнительный геркон, установленный в паре с основным герконом закрытия арматуры, подключен параллельно с герконом открытия, расположенным в ограничителе крутящего момента, а дополнительный геркон, установленный в паре с основным герконом открытия арматуры, подключен параллельно с герконом закрытия арматуры, расположенным в ограничителе крутящего момента, а каждая пара параллельно подключенных герконов находится в цепях питания электромагнитов последовательно с основным герконом, при этом поворотный вал устройства информации о конечных положениях выходного вала привода связан с выходным валом привода муфтовым узлом свободного хода.
2. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что вход и выход дополнительного геркона, установленного в паре с основным герконом закрытия арматуры, соединены соответственно со входом и выходом геркона открытия арматуры, расположенного в ограничителе крутящего момента.
3. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что вход и выход дополнительного геркона, установленного в паре с основным герконом открытия арматуры, соединен соответственно со входом и выходом геркона закрытия арматуры, расположенной в ограничителе крутящего момента.
4. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что муфтовый узел свободного хода выполнен в виде паза на торце одного вала и в виде планки на конце другого вала.
