Пневматический привод

Пневматический привод относится к области автоматизации управления арматурой трубопроводов и предназначен для осуществления перестановки и следящего движения запорного органа запорной и регулирующей арматуры газо- и нефтепродуктопроводов. Задачей настоящего технического решения является создание привода, который бы мог работать при низких давлениях рабочей среды и использование воздуха взамен газа. Поставленная задача решается за счет того, что привод содержит электропневматическое управляющее устройство, которое включает электромагниты, пневмоклапаны и устройство информации о положении выходного вала привода; струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора; механический редуктор, кулисно-винтовой механизм, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода. На плечах ротора установлены сменные цилиндрические вставки, по торцам которых выполнены сопла, разделенные телом вставки, зафиксированные в отверстиях плеч ротора например штифтами. Оси вставок расположены на расстоянии 90-100 мм от оси вращения ротора. Диаметры дросселирующих отверстий сменных вставок с соплами выполнены в диапазоне 7-9 мм при диаметрах подводящих каналов 10-12 мм. Применение данного пневматического привода обеспечивает энергосбережение при замене газа на воздух, исключает нанесение ущерба окружающей среде, создает возможность его использования в закрытых помещениях компрессорных станций. 1 с.п. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Полезная модель относится к области автоматизации управления арматурой трубопроводов и может быть использована на газо- и нефтеперерабатывающих предприятиях, а также на предприятиях, использующих трубопроводную арматуру (шаровые краны, задвижки, клапаны).

Известен пневматический привод [1], содержащий электропневматическое управляющее устройство, включающее электромагниты и пневмораспределители, реверсивный струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора; механический редуктор, кулисно-винтовой механизм, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода.

Источником рабочей среды для таких пневмоприводов является транспортирующий газ. Для работы пневматического привода используется давление газа 8МПа (80 кг/см ²). При таком давлении недопустимо направлять газ в струйный двигатель. Нормальная работа струйного двигателя может осуществляться при подаче газа под давлением 1,0-2,0 МПа (10-20 кг/см² ), но не более. При таком давлении скорость вращения ротора достигает 30000 оборотов в минуту, а подшипники качения выдерживают только до 20000 оборотов в минуту. Отсутствие в данном приводе регулятора давления создает опасность применения его на трубопроводе, а может применяться только на ответвлениях, где давление снижено до 4,0 МПа (40 кг/см²). Выброс газа в атмосферу при работе такого привода будет достаточно большим, что экономически нецелесообразно и экологически неприемлемо, особенно в закрытых помещениях компрессорных станций.

Известен пневматический привод [2], содержащий электропневматическое управляющее устройство, включающее электромагниты и пневмоклапаны; реверсивный струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора; механический редуктор, кулисно-винтовой механизм, ограничитель величины передаваемого крутящего момента, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода. Этот привод содержит устройство регулирования времени поворота выходного вала привода. После установки на шаровой кран и под нагрузкой скорость вращения ротора струйного двигателя снижается до 17-20 тысяч оборотов в минуту. Окружная скорость вращения сопел ротора, которые будут установлены на расстоянии 100 мм от оси вращения, составят 180-210 метров в секунду (Для сравнения скорость звука в воздухе - 342 м/сек при 18°С)

Таким образом выброс газа в атмосферу также будет экономически нецелесообразен и, кроме того наносится громадный ущерб окружающей среде. В закрытом помещении такой привод использовать невозможно -так как возникает опасность взрыва. Сменные сопла, выполненные по свободной посадке, не исключают самопроизвольного выпадении под действием центробежных сил и реактивных усилий газовой струи при реверсивной работе струйного двигателя. Нет фиксации деталей. Кроме того, сложна технология изготовления деталей ротора, так как неизвестны конкретные параметры струйного двигателя.

Задачей предлагаемого технического решения является создание такого привода, который бы мог работать при более низких давлениях рабочей среды (4-6 кг/см² ) и использовании воздуха взамен газа для защиты окружающей среды и энергосбережения.

Задача решается за счет использования воздуха давлением (4-6 кг/см²) от существующих компрессорных станций. В пневматическом приводе, содержащем электропневматическое управляющее устройство, включающее электромагниты, пневмоклапаны и устройство информации о положении выходного вала, реверсивный струйный двигатель, сопла, размещенные на плечах ротора; механический редуктор, кулисно-винтовой механизм с выходным валом для соединения с валом арматуры, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода. На плечах ротора струйного двигателя установлены сменные цилиндрические вставки, по торцам которых выполнены сопла, разделенные стенкой тела вставки. Вставки зафиксированы в отверстиях плеч ротора(например штифтами). Сопла своими радиальными отверстиями соединены с радиальными подводящими каналами плеч ротора, при этом диаметры дросселирующих отверстий сопел выполнены в диапазоне 7-9 мм, при диаметре подводящих каналов 10-12 мм, а их оси расположены на расстоянии 90-100 мм от оси вращения ротора с возможностью создания необходимого крутящего момента от давления рабочей среды в диапазоне 0,4-0,6 МПа (4-6 кг/см²). Для работы привода в закрытых помещениях с использованием газа между корпусом и крышкой устанавливается переходник, в полости которого на входном валу редуктора дополнительно установлено зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатым венцом вала ротора. Между полостями редуктора и переходника на входном валу редуктора выполнено уплотнение, а полость переходника и полость струйного двигателя соединены между собой отверстием. Для регулирования давления рабочей среды, подаваемой в струйный двигатель, электропневматическое управляющее устройство снабжено устройствами регулирования и стабилизации давления рабочей среды, подаваемой в струйный двигатель, которые размещены в базовой панели управляющего устройства на входах в панель и соединены каналами с пневмоклапанами.

Сущность технического решения поясняется чертежами и примером конкретного исполнения.

На Фиг.1 изображен общий вид привода.

На Фиг.2 - схема пневматического привода.

На Фиг.3 - струйный двигатель в разрезе в соединении со входным валом 30 редуктора привода.

На Фиг.4 - ротор струйного двигателя в разрезе вдоль его плеч и вставок с соплами.

На Фиг.5 - базовая панель 17 электропневматического управляющего устройства в разрезе.

Пневматический привод содержит струйный двигатель 1 (Фиг.1), редуктор 2, закрепленный к корпусу 3 кулисно-винтового механизма поворота выходного вала. В корпусе 3 кулисно-винтового механизма 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 8 соединена с выходным валом 9 привода. С выходным валом 9 связан вал 10 электропневматического управляющего устройства 11 с магнитногерконовыми переключателями. Вал 10 с постоянными магнитами и герконовые переключатели (герконы) представляют собой устройство информации о положении выходного вала 9 и соответственно запорного органа трубопроводной аппаратуры (например шарового крана). Штуцер 12 подвода рабочей среды (воздуха или газа) и выходные штуцеры расположены на базовой панели электропневматического управляющего устройства 11. Газоводы 13 и 14 подведены к входным штуцерам 15 и 16 струйного двигателя и соединены к выходным штуцерам базовой панели 17 (Фиг.1 и Фиг.5) В корпусе 3 кулисно-винтового механизма установлен радиальный подшипник 18 (Фиг.2), в отверстие которого с возможностью осевого перемещения установлен шип ходового винта 4. Тарельчатые пружины 19 расположены между упорными подшипниками 20 и 21, установленными на хвостовике 22 ходового винта между шипом и упором 23 на торце ходового винта 4. Все эти детали установлены в стакане, закрепленном к корпусу 3 и представляют собой устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода (демпфер). Между тарельчатыми пружинами 19 и подшипниками 20 и 21 установлены стальные предохранительные кольца 24, предотвращающие поломку упорных колец подшипников. Для точного позиционирования кулисы 8, связанного с ней выходного вала 9 и соответственно запорного органа шарового крана в корпусе 3 установлены регулируемые упоры.

В момент установки кулисы 8 на упор подача воздуха (газа) в струйный двигатель прекращается, но ходовой винт по инерции продолжает совершать обороты и сжимает пружины 19 демпфера. Шток 25 совершает перемещение в ту или иную сторону. Со штоком 25 связаны стальные шторки 26, расположенные на ползуне 27 между неподвижно установленными герконами 28 и неподвижно установленными постоянными магнитами 29. Струйный двигатель 1 (Фиг.1), укрепленный к редуктору 2 взаимодействует с входным валом 30(Фиг.3) редуктора 2. Струйный двигатель содержит корпус 31, крышку 32, ротор 33 и вал 34 ротора. Вал 34, снабженный зубчатым венцом взаимодействует с зубчатым колесом 35, установленным на входном валу 30 редуктора 2. Между корпусом 31 и крышкой 32 струйного двигателя установлен переходник 36, в полости которого расположено зубчатое колесо 35. Между полостями редуктора 2 и переходника 36 на входном валу 30 редуктора установлено уплотнение 37, исключающее попадание газа в полость редуктора, а из него в атмосферу или внутрь помещения. Полость переходника 36 и струйного двигателя соединены между собой отверстием 38. На корпусе 31 струйного двигателя установлен входной штуцер 16, а на крышке 32 входной штуцер 15. Оба штуцера снабжены патрубками 39, расположенными в осевых цилиндрических расточках каналов вала ротора. К корпусу 31 двигателя закреплен газоотводящий патрубок 40, который может соединяться с коллектором, выходящим за пределы помещения. На плечах ротора 33 (Фиг.4) установлены цилиндрические сменные вставки 41 и 42. По торцам вставок выполнены сопла, при этом дросселирующие отверстия d сопл выполнены с диаметром 7-9 мм при диаметре подводящих клапанов 43 в диапозоне 10-12 мм. Оси отверстий сопел вставок 41 и 42 расположены от оси вращения ротора на расстоянии 90-100 мм. От возможного выпадения вставок 41 и 42 из отверстий плеч ротора вставки зафиксированы (например штифтом 44). В базовой панели 17 (Фиг.5) электропневматического управляющего устройства 11 (Фиг.1) предусмотрено устройство регулирования и стабилизации давления рабочей среды, подаваемой в струйный двигатель, содержащее плунжер 45 (Фиг.5). На стержне 46 плунжера 45 выполнены два пояска 47 и 48 одного размера с плунжером. Между поясками 47 и 48 в базовой панели 17 выполнена цилиндрическая расточка 49 с выходным каналом к штуцеру. Между плунжером 45 и пояском 47 выполнено дросселирующее отверстие 50. Плунжер поджат пружиной 51 при помощи регулировочного стакана 52, установленного в резьбовом отверстии базовой панели 17.

Работа пневматического привода

Из газовой или воздушной магистрали рабочая среда под давлением Р1 подается через штуцер 12 на электропневматическое управляющее устройство 11 (Фиг.2). При поступлении сигнала с диспетчерского пульта срабатывает соответствующий электромагнит, открывающий соответствующий пневмоклапан. При этом рабочая среда по газоводу 14 поступает в ротор 33 струйного двигателя 1. Вращение ротора 33 (Фиг.3) через вал 34 с зубчатым венцом и зубчатое колесо 35 передается на входной вал 30 редуктора 2. От редуктора 2 вращение передается на ходовой винт 4 (Фиг.2) кулисно-винтового механизма. Ходовой винт 4 с помощью ходовой гайки преобразует вращательное движение в поступательное. Поступательное движнение ходовой гайки 5 через поводок 6 и сухари 7 передается на кулису 8, которая 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), воздействуя на запорный орган (шар) шарового крана. В момент установки кулисы на упор, подача газа в двигатель прекращается, но ходовой винт 4 продолжает по инерции совершать обороты, сжимая при этом пружину 24. Ходовой винт 4 торцем воздействует на шток 25 ограничителя крутящего момента, совершая осевое перемещение в ту или иную сторону. При превышении крутящего момента больше допустимого, шторка 26 перекрывает действие постоянного магнита 29 на геркон 28 и струйный привод останавливается. Вал 10, связанный с выходным валом 9, поворачивается и производит переключение герконов устройства информации о положении выходного вала. При этом привод подготавливается к работе в обратном направлении. При последующей команде с диспетчерского пульта рабочая среда будет поступать в другой газовод (например 13). Привод будет работать в обратном направлении.

По сравнению с известными техническими решениями предлагаемый пневматический привод имеет преимущества.

Подбор параметров деталей ротора струйного двигателя позволил использовать рабочую среду с давлением 0,4-0,6 МПа (4-6 кг/см²) для достижения необходимого крутящего момента при перестановке запорного органа шарового крана (или другой арматуры) из одного крайнего положения в другое.

За счет редукции редуктора (i=330 для шаровых кранов Dy=700 мм и кулисно-винтового механизма (i=80) крутящий момент на выходе достигает около 13200 кГм, что практически обеспечит работу привода для любого типоразмера шаровых кранов.

Выполнение предлагаемого привода позволит обеспечить энергосбережение, используя воздух вместо природного газа, применяемого в качестве рабочего тела, а также исключит выброс газа в атмосферу, нарушая экологию окружающей среды.

Пневматический привод выполним в условиях серийного производства машиностроительного предприятия.

Источники информации:

1. Патент РФ 2050478 МПК F15В 9/03,1994 г.

2. Патент РФ 2131065 МПК F15В 9/03, 1998 г.

1. Пневматический привод, содержащий электропневматическое управляющее устройство, включающее электромагниты, пневмоклапаны и устройство информации о положении выходного вала; реверсивный струйный двигатель, сопла которого размещены на плечах ротора; механический редуктор, кулисно-винтовой механизм с выходным валом для соединения с валом арматуры, а также устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, отличающийся тем, что на плечах ротора струйного двигателя установлены сменные цилиндрические вставки, по торцам которых выполнены сопла, разделенные стенкой тела вставки; вставки зафиксированы в отверстиях плеч ротора (например штифтами), сопла своими радиальными отверстиями соединены с радиальными подводящими каналами плеч ротора, при этом диаметры дросселирующих отверстий сопел выполнены в диапазоне 7-9 мм, при диаметрах подводящих каналов 10-12 мм, а их оси расположены на расстоянии 90-100 мм от оси вращения ротора с возможностью создания необходимого крутящего момента от давления рабочей среды в диапазоне 0,4-0,6 МПа (4-6 кг/см²).

2. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что между корпусом и крышкой струйного двигателя установлен переходник, в полости которого на входном валу редуктора дополнительно установлено зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатым венцом вала ротора, причем между полостями редуктора и переходника на входном валу редуктора выполнено уплотнение, а полость переходника и полость струйного двигателя соединены между собой отверстием.

3. Пневматический привод по п.1, отличающийся тем, что электропневматическое управляющее устройство снабжено устройствами регулирования и стабилизации давления рабочей среды, подаваемой в струйный двигатель, которые размещены в базовой панели управляющего устройства на входе в панель и соединены каналами с пневмоклапанами.