Электропривод запорного органа трубопроводной арматуры

Полезная модель относится к области трубопроводной запорной арматуры, а именно к управляемым приводам с дистанционными средствами управления запорной арматурой трубопроводов и предназначено для управления потоками жидкости, газа и сыпучих тел. Полезная модель решает задачу расширения функциональных возможностей электропривода, повышении надежности его работы. Данная задача решается тем, что электропривод запорного органа трубопроводной арматуры, содержащий размещенный в корпусе редуктор с двумя дифференциальными механизмами, первый из которых выполнен в виде планетарной передачи, содержащей центральное зубчатое колесо, закрепленное на центральном валу, внешнее зубчатое колесо, выходной вал-водило с выходной шестерней, сателлиты, паразитные шестерни, взаимодействующие с внешним зубчатым колесом и шестерней, закрепленной на полом валу, охватывающим центральный вал, свободно установленное на полом валу и подпружиненное относительно корпуса, опорное колесо, в котором закреплены валы паразитных шестерен, а второй дифференциальный механизм, выполнен в виде центрального зубчатого колеса, установленного на полом валу, сателлитов, кинематически связанных зубчатыми колесами с валом электродвигателя и жестко закрепленного на центральном валу водила, и в котором опорное колесо кинематически связано с внешним зубчатым колесом первого дифференциального механизма и водилом второго дифференциального механизма, снабжен узлами путевых и моментных выключателей. При этом узел путевых выключателей содержит два параллельных вала, на которых установлены, по крайней мере, по два блока зубчатых колес, находящиеся в зацеплении по парно между собой, причем первый зубчатый блок кинематически связан с выходной шестерней редуктор. На первом валу блоки зубчатых колес установлены свободно, а на втором валу блоки зубчатых колес установлены с возможностью фиксации их на валу. Кроме того, на втором валу закреплено выходное зубчатое колесо, кинематически связанное, по крайней мере, с двумя валиками, на которых закреплены кулачки, каждый из которых взаимодействует с соответствующей кнопкой путевого микровыключателя. Узел моментных выключателей содержит кинематически связанный с опорным колесом редуктора первый валик, на котором закреплен первый кулачок, взаимодействующий посредством рычага с первьм моментным микровыключателем. Первый валик через паразитную шестерню связан со вторым валиком, на котором закреплен второй кулачок, взаимодействующий посредством рычага со вторым моментным микровыключателем. Узел моментных выключателей снабжен блокиратором положения рычагов микровыключателей в момент включения электродвигателя.

Полезная модель относится к области трубопроводной запорной арматуры, а именно к управляемым приводам с дистанционными средствами управления запорной арматурой трубопроводов при помощи электропривода, и предназначено для управления потоками жидкости, газа и сыпучих тел.

Известен электропривод запорной арматуры, содержащий электродвигатель, планетарный редуктор и дифференциальный механизм. Планетарный редуктор состоит из заторможенного входного вала-водила, первого центрального колеса с внешним червячным зацеплением и внутренним цилиндрическим зубчатым зацеплением, сателлитов и второго центрального колеса, жестко связанного с приводным валом запорного органа. Дифференциальный механизм электропривода выполнен в виде водила с сателлитами и двумя центральными колесами, одно из которых жестко соединено с валом электродвигателя, а другое колесо закреплено на валу, несущем самотормозящий червяк, находящемся в червячном зацеплении с первым центральным колесом редуктора, причем водило дифференциала кинематически связано с входным валом-водилом редуктора. Входной вал-водило заторможен, например, фиксатором положения, выполненным в виде колеса, жестко закрепленного на входном валу-водиле, в котором выполнены углубления, и подпружиненного шарика, размещенного в корпусе. (Патент РФ №2076255, МПК 6 F 16 H 37/08, 27.03.97).

Хотя данный электропривод хорошо зарекомендовал себя в работе, он имеет существенный недостаток, обусловленный наличием двух червячных пар. Наличие червячных пар не только снижает кпд привода, но и существенно повышает его себестоимость, поскольку колеса червячных пар изготавливают из медных дорогостоящих сплавов.

В качестве прототипа по наибольшему числу совпадающих существенных признаков с заявленным выбран электропривод по патенту РФ №2173420, МПК F 16 Н 37/08, F 16 К 31/04, 09.10.2001 г. Данный электропривод содержит, размещенный в корпусе редуктор с двумя дифференциальными механизмами. Первый дифференциальный механизм, выполнен в виде планетарной передачи с

центральным зубчатым колесом, закрепленным на центральном валу, внешним зубчатым колесом, выходного вала-водила, сателлитами, паразитными шестернями, взаимодействующими с внешним зубчатым колесом и шестерней, установленной на полом валу, охватывающим центральный вал, при этом валы паразитных шестерен закреплены на опорном колесе, свободно установленном на полом валу. введен второй дифференциальный механизмом. Второй дифференциальный механизм выполнен в виде центрального зубчатого колеса установленного на полом валу, сателлитов, кинематически связанных зубчатой парой с валом электродвигателя, и нормально заторможенного относительно корпуса тормозом водила, жестко закрепленного на центральном валу. Кроме того, первый дифференциальный механизм снабжен стопором, содержащим подпружиненную относительно корпуса защелку, взаимодействующую внешним колесом, а опорное колесо снабжено подпружиненным относительно корпуса упорами от поворота вокруг центрального вала и кинематически связана с защелкой стопора внешнего колеса и тормозом водила второго дифференциального механизма.

К недостаткам данного электропривода следует отнести отсутствие средств управления электроприводом. К тому же при закрытии арматуры не учитывается усилие как на открывание, так и на закрывания запорного органа, что может привести к повреждению привода, в зависимости от развиваемой величины момента на валу электродвигателя при открытии и закрытии задвижки трубопроводной арматуры.

Полезная модель решает задачу расширения функциональных возможностей электропривода, повышении надежности его работы, с обеспечением отключения привода при заданном рабочем положении запорного органа трубопроводной арматуры с использованием регулируемых путевых выключателей, а также полного плотного закрытия арматуры с использованием моментных выключателей с сохранением автоматического переключения с повышенной скорости на пониженную скорость с повышенным крутящим моментом, при наличии увеличенной нагрузки на приводном валу запорного органа. Кроме того, заявленная конструкция электропривода упрощает настройку средств управления положение запорного органа.

Данная задача решается тем, что электропривод запорного органа трубопроводной арматуры, содержащий размещенный в корпусе редуктор с двумя дифференциальными механизмами, первый из которых выполнен в виде планетарной передачи, содержащей центральное зубчатое колесо, закрепленное на центральном валу, внешнее зубчатое колесо, выходной вал-водило с выходной шестерней, сателлиты, паразитные шестерни, взаимодействующие с внешним зубчатым колесом и шестерней, закрепленной на полом валу, охватывающим центральный вал, свободно установленное на полом валу и подпружиненное относительно корпуса, опорное колесо, в котором закреплены валы паразитных шестерен, а второй дифференциальный механизм, выполнен в виде центрального зубчатого колеса, установленного на полом валу, сателлитов, кинематически связанных зубчатыми колесами с валом электродвигателя и жестко закрепленного на центральном валу водила, и в котором опорное колесо кинематически связано с внешним зубчатым колесом первого дифференциального механизма и водилом второго дифференциального механизма, снабжен узлами путевых и моментных выключателей. При этом узел путевых выключателей содержит два параллельных вала, на которых установлены, по крайней мере, по два блока зубчатых колес, находящиеся в зацеплении по парно между собой, причем первый зубчатый блок кинематически связан с выходной шестерней редуктор. На первом валу блоки зубчатых колес установлены свободно, а на втором валу блоки зубчатых колес установлены с возможностью фиксации их на валу. Кроме того, на втором валу закреплено выходное зубчатое колесо, кинематически связанное, по крайней мере, с двумя валиками, на которых закреплены кулачки, каждый из которых взаимодействует с соответствующей кнопкой путевого микровыключателя. Узел моментных выключателей содержит кинематически связанный с опорным колесом редуктора первый валик, на котором закреплен первый кулачок, взаимодействующий посредством рычага с первым моментным микровыключателем. Первый валик через паразитную шестерню связан также со вторым валиком, на котором закреплен второй кулачок, взаимодействующий посредством рычага со вторым моментным микровыключателем. Узел моментных выключателей снабжен блокиратором положения рычагов микровыключателей в момент включения электродвигателя.

В зависимости от условий, в которых будет работать двух скоростной электропривод, т.е. для обеспечения того или иного момента при работе привода в момент его «страгивания», возможны два варианта его конструктивного выполнения.

По первому варианту внешнее зубчатое колесо первого дифференциального механизма, нормально расторможено, и снабжено защелкой кинематически связанной с опорным колесом, а водило второго дифференциального механизма, нормально заторможено относительно корпуса, и его тормоз также кинематически связан с опорным колесом.

По второму варианту внешнее зубчатое колесо первого дифференциального механизма, нормально заторможенного относительно корпуса, и его тормоз кинематически связан с опорным колесом, а водило второго дифференциального механизма нормально расторможено, и снабжено защелкой кинематически связанной с опорным колесом.

Для обеспечения «страгивания» клиновой задвижки запорного органа трубопроводной арматуры в момент пуска электродвигателя, когда на нем развивается большой момент, электропривод снабжен блокиратором узла моментных выключателей. Как частный случай, блокиратор узла моментных выключателей может быть выполнен в виде ползуна, торцы которого имеют возможность взаимодействовать с соответствующим рычагом моментных микровыключателей, и толкатель которого кинематически связан с выходной шестерней редуктора.

На Фиг.1 представлена кинематическая схема электропривода с нормально расторможенным внешним колесом; на Фиг.2 - тоже самое с нормально заторможенным внешним колесом; на Фиг.3 - поперечный разрез узла путевых выключателей; на Фиг.4 - блок узла путевых и узла моментных выключателей, вид сверху при снятой крышке, разрез А-А на Фиг.3; на Фиг.5 - разрез В-В на Фиг.3 блока узла путевых и узла моментных выключателей; на Фиг.6 - поперечный разрез узла моментных выключателей - разрез С-С на Фиг.5.

Электропривод трубопроводной запорной арматуры по первому варианту исполнения (Фиг.1) содержит электродвигатель 1, размещенный в корпусе (на чертеже не показан) редуктор с двумя дифференциальными механизмами. Первый

дифференциальный механизм выполнен в виде планетарной передачи, содержащей центральное зубчатое колесо 2, закрепленное на центральном валу 3, нормально расторможенное внешнее зубчатое колесо 4, выходной вал-водило 5 с выходной шестерней 6, сателлиты 7, паразитные шестерни 8, взаимодействующие с внешним зубчатым колесом 4 и шестерней 9, закрепленной на полом валу 10, охватывающим центральный вал 3. Валы 11 паразитных шестерен 8 закреплены в опорном колесе 12 свободно установленном на полом валу 10. Второй дифференциальный механизм содержит центральное зубчатое колесо 13, установленное на полом валу 10, сателлитов 14, 15 кинематически связанных зубчатыми колесами 16, 17, 18 с валом электродвигателя 1, и нормально заторможенного относительно корпуса водила 19, жестко закрепленного на центральном валу 3. Причем опорное колесо 12 паразитных шестерен 8 снабжено, подпружиненным относительно корпуса упором 20 и кинематически связано с тормозом 21 водила 19 и стопором 22 внешнего зубчатого колеса 4. Опорное колесо 12 вместе с подпружиненными относительно корпуса упорами 20 играет роль датчика момента.

Второй вариант исполнения (Фиг.2) отличается от первого тем, что внешнее зубчатое колесо 4 первого дифференциального механизма, нормально заторможено относительно корпуса, и его тормоз 21 кинематически связан с опорным колесом 12, а водило 19 второго дифференциального механизма нормально расторможено, и снабжено защелкой 22 кинематически связанной с опорным колесом 12.

Узел моментных выключателей электропривода содержит первый валик 23, кинематически связанный с опорным колесом 12 второго дифференциального механизма редуктора посредством колеса 24. На валике 23 закреплен первый кулачок 25 «на открытие», взаимодействующий с первым моментным микровыключателем 26, первый валик 23 через паразитную шестерню 27 связан со вторым валиком 28, на котором закреплен второй кулачок 29 «на закрытие», взаимодействующий со вторым моментным микровыключателем 30.

Узел путевых выключателей содержит два параллельных вала 31 и 32, на которых установлены, по крайней мере, по два блока зубчатых колес 33, находящиеся в зацеплении по парно между собой. На первом валу 31 блоки

зубчатых колес 33 установлены свободно, причем его первый зубчатый блок кинематически связан с выходной шестерней редуктора 6. На втором валу 32 блоки зубчатых колес 33 установлены с возможностью фиксации любого из них, но не более одного на втором валу 32, например, посредством шпонок (не показано). Кроме того, на втором валу 32 закреплено выходное зубчатое колесо 34, кинематически связанное, посредством промежуточных колес 35 и 36, по крайней мере, с двумя валиками соответственно 37 и 38, на которых закреплены кулачки 39 и 40, каждый из которых взаимодействует с соответствующей кнопкой путевых микровыключателей 41, 42. На Фиг.4 показано четыре валика, кулачки которых взаимодействуют с четырьмя микровыключателями, два из которых рабочих, а остальные запасные (дублеры).

Узел моментных выключателей снабжен блокиратором кнопок микровыключателей 26 и 30. В частном случае, он выполнен в виде ползуна 43, размещенного в направляющих 44, торцы которого имеют возможность взаимодействовать с соответствующим рычагом 45 или 46 моментных микровыключателей, соответственно 26 или 30. Ползун 43 перемещается посредством толкателя, выполненного, например, в виде пальца 47 на колесе 48, кинематически связанного с выходной шестерней 6 редуктора. На чертежах показано, что колесо 48 кинематически связано с колесом 36, установленным на валике 38, путевого выключателя.

Электропривод с двухскоростной саморегулирующей передачей работает следующим образом.

Для случая конструктивного исполнения по первому варианту (Фиг.1) когда внешнее зубчатое колесо 4 нормально расторможено, а водило 19 нормально заторможено. При работе электропривода в режиме движения клина запорного органа, как на открытие, так и на закрытие, в момент его «страгивания» на выходном валу-водиле 5 развивается значительный тормозящий момент, который через сателлиты 7 передается на центральное колесо 4 первого дифференциального механизма, затормаживая его. Если тормозящий момент на колесе 4 будет достаточно большим, то паразитные шестерни 8 будут выполнять функцию сателлитов, а опорное колесо 12 - водило их валов. В этом случае крутящий момент передается паразитным шестерням 8 (сателлитам) от

электродвигателя 1 через зубчатые колеса 18, 17, 16, 15, 14, 13, 9, поворачивая опорное колесо 12 на некоторый угол , который ограничивается подпружиненными упорами 21. При повороте опорного колеса 13 срабатывает стопор 22 внешнего колеса 5 первого дифференциального механизма, надежно зафиксировав его от вращения. Заторможены будут и паразитные шестерни 8, шестерня 9, полый вал 10 и центральное колесо 13 второго дифференциального механизма. При данной кинематической схеме вращение вала электродвигателя 1 (в любую сторону) передается через зубчатые колеса 18, 17, 16, сателлитам 15, 14, и водилу 19 второго дифференциального механизма, а вместе с ним и центральному валу 3 с центральным колесом 2. При заторможенном внешнем колесе 4 крутящий момент, будет поступать на вал-водило 5, обеспечивая ему пониженную (вторую) скорость вращения с большим крутящим моментом на запорном органе. После страгивания запорного органа с места крутящий момент на выходном валу-водиле 5 резко упадает. При снижении нагрузки на приводном валу запорного органа до значений, когда упругие элементы упора 20 обеспечат обратный поворот опорного колеса 12, оно вернется в исходное положение. При этом стопор 22 освободит внешнее зубчатое колесо 4, а тормоз 21 затормозит водило 19. Электропривод перейдет к работе во второй режим с повышенной скоростью вращения выходной шестерни 6.

Во втором режиме работы электропривода водило 19 второго дифференциального механизма заторможено, поэтому заторможен и центральный вал 3, а внешнее колесо 4 первого дифференциального механизма расфиксировано. Сателлиты 14 и центральное колесо 13 второго дифференциального механизма образуют обычную зубчатую пару. В этом положении вращение вала электродвигателя 1 (в любую сторону) передается через зубчатые колеса 18, 17, 16, 15, 14, 13, 9, паразитным шестерням 8. Далее вращение от паразитных шестерен 8 передается внешнему колесу 4, сателлитам 7, которые, обкатываясь вокруг неподвижного центрального колеса 2, передают вращение выходному валу-водиле 5 с выходной шестерней 6.

Для случая конструктивного исполнения по второму варианту (Фиг.2) когда внешнее зубчатое колесо 4 нормально заторможено, а водило 19 нормально расторможено. При работе электропривода в режиме движения клина запорного

органа, как на открытие, так и на закрытие, в момент его «страгивания», происходит затормаживание внешнего зубчатого колеса 4 и растормаживание водила 19. В этом случае, вращение с вала электродвигателя 1 передается через зубчатые колеса 18, 17, 16, 15, 14, 13, 9, паразитным шестерням 8 и расторможенному зубчатому колесу 4. Поскольку водило 19 и вал 3 заторможены, вращение от внешнего зубчатого колеса передается валу-водилу 5 с выходной шестерней 6 с большим крутящим моментом, который обеспечивается соответствующим подбором диаметров и модулей зубчатых колес. После страгивания запорного органа с места крутящий момент на выходном валу-водиле 5 резко упадает. В этом случае водило 19 растормаживается, а внешнее колесо 4 затормаживается. Вращение от электродвигателя 1 передается зубчатым колесам 18, 17, 16, 15, 14. Поскольку внешнее колесо 4 заторможено, то паразитные шестерни 8, шестерня 9 и центральное зубчатое колесо 13 не вращаются. Сателлиты 14 обкатываются вокруг центрального колеса 13, передавая вращение центральному валу 3 с центральным зубчатым колесом 2, вращение от которого передается через сателлиты 7 и вал-водило 5 выходной шестерней 6 с повышенной скоростью.

Для обоих вариантов конструктивного исполнения редуктора электропривода, вращение от опорного колеса 12, на котором закреплен зубчатый сектор, находящийся в зацеплении с колесом 24, передастся первому валику 23 и соответственно первому кулачку 25, настроенного на определенный момент. Момент отключения электродвигателя настраивается положениями кулачков 25 и 29 относительно рычагов микровыключателей 25 и 30 по шкале «открыто» или «закрыто». На валике 23 закреплен первый кулачек 25, взаимодействующий с первым моментным микровыключателем 26, первый валик 23 через паразитную шестерню 27 связан со вторым валиком 28, на котором закреплен второй кулачек 29, взаимодействующий со вторым моментным микровыключателем 30.

Однако, несмотря на наличие большого момента на валу электропривода, в начальный момент включения электродвигателя, благодаря блокиратору, его отключение до отрыва клина запорного органа от седла и пока не начнут вращаться водило 5 с выходной шестерней 6, не происходит.

Вращение с выходной шестерни 6 передается одновременно запорному органу трубопроводной арматуры и второму валу 32, колесу 34 и промежуточным

колесам 35 и 36 узла путевых выключателей. В зависимости от пожелания потребителя, предварительно электропривод настраивают на то или иное рабочее положение запорного органа путем фиксации того или иного зубчатого блока 33 на втором валу 32 узла путевого выключателя и регулировкой положения кулачков 39 и 40 относительно рычагов, взаимодействующих с кнопками микровыключателей 41 и 42. Так при фиксации первого зубчатого блока 33 на валу 32 можно регулировать отключение привода при вращении выходной шестерни от 1 до 3 оборотов; второго зубчатого блока - от 3 до 12, а третьего - от 12 до 50, а четвертого - от 50 до 200. Соответствующим подбором фиксации зубчатых блоков 33 и регулировкой положения кулачков, взаимодействующих с микровыключателями можно изменять диапазон рабочего положения запорного органа трубопроводной арматуры.

Вращение с выходной шестерни 6 и соответствующее вращение промежуточного колеса 36 узла путевого выключателя передается колесу 48 с зубом 47, который толкает ползун 43 блокиратора, взаимодействующего с рычагом 46 и снимает с микровыключателя 30 блокировку на отключение электродвигателя в случае превышения предельного момента на выходе электропривода при закрытии запорного органа.

Таким образом, предложенная конструкция электропривода обеспечивает простоту и независимость настройки путевых и моментных выключателей, а также существенно повышает надежность работы электропривода в условиях перегрузки.

1. Электропривод запорного органа трубопроводной арматуры, содержащий размещенный в корпусе редуктор с двумя дифференциальными механизмами, первый из которых выполнен в виде планетарной передачи, содержащей центральное зубчатое колесо, закрепленное на центральном валу, внешнее зубчатое колесо, выходной вал-водило с выходной шестерней, сателлиты, паразитные шестерни, взаимодействующие с внешним зубчатым колесом и шестерней, закрепленной на полом валу, охватывающим центральный вал, свободно установленное на полом валу и подпружиненное относительно корпуса, опорное колесо, в котором закреплены валы паразитных шестерен, а второй дифференциальный механизм выполнен в виде центрального зубчатого колеса, установленного на полом валу, сателлитов, кинематически связанных зубчатыми колесами с валом электродвигателя и жестко закрепленного на центральном валу водила, при этом опорное колесо кинематически связано с внешним зубчатым колесом первого дифференциального механизма и водилом второго дифференциального механизма, отличающийся тем, что он снабжен узлами путевых и моментных выключателей, причем узел путевых выключателей содержит два параллельных вала, на которых установлены, по крайней мере, по два блока зубчатых колес, находящиеся в зацеплении попарно между собой, на первом валу блоки зубчатых колес установлены свободно, при этом его первый зубчатый блок кинематически связан с выходной шестерней редуктора, на втором валу блоки зубчатых колес установлены с возможностью фиксации их на валу, кроме того, на втором валу закреплено выходное зубчатое колесо, кинематически связанное, по крайней мере, с двумя валиками, на которых закреплены кулачки, каждый из которых взаимодействует с соответствующей кнопкой путевого микровыключателя, а узел моментных выключателей содержит кинематически связанный с опорным колесом редуктора первый валик, на котором закреплен первый кулачок, взаимодействующий посредством рычага с первым моментным микровыключателем, первый валик через паразитную шестерню связан также со вторым валиком, на котором закреплен второй кулачок, взаимодействующий посредством рычага со вторым моментным микровыключателем, при этом узел моментных выключателей снабжен блокиратором положения рычагов микровыключателей.

2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что внешнее зубчатое колесо первого дифференциального механизма нормально расторможено и снабжено защелкой, кинематически связанной с опорным колесом, а водило второго дифференциального механизма нормально заторможено относительно корпуса, его тормоз кинематически связан с опорным колесом.

3. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что внешнее зубчатое колесо первого дифференциального механизма, нормально заторможенного относительно корпуса, и его тормоз кинематически связан с опорным колесом, а водило второго дифференциального механизма нормально расторможено и снабжено защелкой, кинематически связанной с опорным колесом.

4. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что блокиратор узла моментных выключателей выполнен в виде ползуна, торцы которого имеют возможность взаимодействовать с соответствующим рычагом моментных микровыключателей, и толкатель которого кинематически связан с выходной шестерней редуктора.