PL221829B1 - Wieloobrotowy napęd zaworów zwłaszcza pneumatyczny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wieloobrotowy napęd zaworów, zwłaszcza pneumatyczny. W przemysłowych instalacjach technologicznych związanych z przepływami mediów płynnych do kontrolowania przepływów niezbędne są zawory procesowe o rozmaitych konstrukcjach. Wspólnymi funkcjami zaworów procesowych są: otwieranie przepływu, zamykanie przepływu i nastawianie przepływu medium.

W aplikacjach przemysłowych stosowane są zawory o wieloobrotowej ilości obrotów wałka zaworu potrzebnej do pełnego otwarcia /zamknięcia/ nastawiania przelotu np. zasuwy nożowe, zasuwy klinowe, zawory zaporowe oraz zawory o niepełnych obrotowych wałkach zaworu, potrzebnych do pełnego otwarcia /zamknięcia/ nastawiania przekroju przepływu medium, np. zawory kulowe i przepustnice motylkowe.

Od napędów wieloobrotowych instalowanych na wałku zaworu wymagana jest pełna niezawodność w cyklach otwierania /zamykania/ nastawiania przekroju przepływowego medium przez zawór z jednoczesną realizacją funkcji bezpieczeństwa, dostosowaną do określonego procesu technologicznego.

Spełnianie tych wymagań realizowane jest poprzez napędy wieloobrotowe lub niepełno obrotowe napędy zabudowane na zaworach procesowych.

Znane i stosowane obecnie w przemysłowych technologiach procesów ciągłych napędy wieloobrotowe lub niepełno obrotowe, które generują moment obrotowy o charakterystyce analogowej.

Najbardziej rozpowszechnione są napędy elektromechaniczne wieloobrotowe w konfiguracji: silnik elektryczny z przekładnią ślimakową napędzającą wałek zaworu.

Jednocześnie te napędy muszą niezbędnie integrować funkcje bezpiecznego uruchamiania zaworu poprzez awaryjny napęd ręczny w stanach niesprawności napędu głównego.

Istotną wadą tych rozwiązań jest skomplikowana elektrycznie i mechanicznie konstrukcja zbudowana z dużej ilości detali, stanowiąca połączenie napędu elektrycznego i przekładni mechanicznej.

Inną wadą takich napędów są znaczne wymiary gabarytowe i duży ciężar własny, zwykle znacznie większy od ciężaru zaworu, na którym napęd jest zabudowany.

Inną wadą tych napędów jest brak elastycznej charakterystyki momentu napędowego w funkcji zmiennych oporów podczas otwierania i zamykania zaworu.

Znane napędy wieloobrotowe nie generują oddziaływania udarowego pożądanego dla pokonywania zwiększonych oporów ruchu wynikających z obliteracji zawieradeł zaworu, zwłaszcza po długotrwałym postoju zaworu wymaganym przez cykl procesu technologicznego. Rosnące w trakcie eksploatacji opory ruchu napędzanego zawieradła zaworu zmuszają projektantów do doboru napędów o znacznie powiększonych parametrach i wymiarach.

Inną wadą znanych napędów jest brak modułowości konstrukcji ułatwiającej czynności serwisowe odnośnie niesprawnych podzespołów poprzez szybką i łatwą wymianę, prowadzącą do redukcji kosztów przestojów w ruchu ciągłym eksploatowanej instalacji.

Znane są także napędy wieloobrotowe przystosowane do otwierania /zamykania/ nastawiania zaworów z wysuwanym trzpieniem. Konstrukcje tych napędów są jeszcze bardziej skomplikowane z uwagi na konieczność dostosowania się do zmiennej w trakcie pracy geometrii zaworu, związanej z wysuwanym trzpieniem.

Znane są również napędy pneumatyczne o ułamkowych obrotach.

Napędy takie najczęściej realizują ćwierć obrotu, rzadziej pół obrotu w celu pełnego otwarcia/zamknięcia zaworu.

Te znane napędy zwykle są stosowane do otwierania /zamykania/ nastawiania np. zaworów kulowych lub przepustnic motylkowych. Wadą tych rozwiązań jest zdeterminowana zasada działania siłowników pneumatycznych polegająca na ciągłej /analogowej/ charakterystyce otwierania i zamykania zawieradła zaworu.

Po poddaniu sprężonego powietrza do siłowników następuje ciągły ruch organu napędowego od stanu zamknięcia do stanu otwarcia lub odwrotnie. Taka sytuacja zmusza do stosowania napędów o znacznie zwiększonych momentach wyznaczonych zmiennymi oporami ruchu zawieradła zaworu, zwłaszcza na początku otwierania zawieradła i przy domykaniu zawieradła.

Ponadto siłowniki napędowe wymagają zastosowania zaworów dławiących dla kontroli prędkości otwierania lub zamykania.

PL 221 829 B1

Znane są także napędy obrotowe pneumatyczno-mechaniczne o charakterystyce napędu krokowego.

W tym przypadku konstrukcja napędu zawiera autonomiczne siłowniki napędzające impulsowo koło zapadkowe połączone z wałkiem zaworowym, oraz inny siłownik specjalnie przeznaczony do zmiany kierunku obrotów.

Niedogodnością tego rozwiązania jest znacznie skomplikowana, ciężka i kosztowna konstrukcja o złożonej kinematyce, jak również zwiększone wymiary i ciężar własny napędu, znacznie przekraczające wymiary napędzanego zaworu procesowego.

Wspólną niedogodnością wspomnianych znanych rozwiązań napędów wieloobrotowych jest brak prostego rozwiązania napędu, przeznaczonego do obsługi zaworów zaporowych powszechnie stosowanych w instalacjach ciepłowniczych.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie urządzenia do napędu zaworu, zwłaszcza pneumatycznego, które usuwa wymienione niedogodności, jednocześnie wprowadzając nową jakość w technologiach automatyki przelotu przepływu zaworów stosowanych aktualnie w przemysłowych procesach ciągłych.

Nową nieznaną cechą napędu według wynalazku jest zintegrowanie w charakterystyce napędowej funkcji działania udarowego, nie analogowego, elastycznie przystosowanego do pokonywania zmiennych aparatów ruchu zawieradeł zaworów z jednoczesnym uproszczeniem konstrukcji, zwłaszcza zmniejszeniem masy i wymiarów napędu. Moment napędowy jest przekazywany na wałek zaworu udarowo co pozwala na elastyczne dostosowanie wartości momentu napędowego do pokonywania oporów ruchu zawieradła zaworu w cyklach otwierania /zamykania/ nastawiania.

Istotę rozwiązania napędu wieloobrotowego według wynalazku pokazano na rynkach: na których fig. 1 przedstawia napęd wieloobrotowy pneumatyczny zabudowany na zaworach armaturowych 1 wymagających do pełnego otwarcia lub do pełnego zamknięcia przepływu 4 od kilku do kilkudziesięciu obrotów w zależności od średnicy nominalnej zaworu. Są to najczęściej zasuwy nożowe i zasuwy klinowe.

Dla uproszczenia zawór 1, przedstawiony jest na fig. 1 symbolem stosowanym na schematach technologicznych.

Przez otwieranie zaworu 1, powiększamy przepływ 4 medium technologicznego.

Przez zamykanie zaworu 1, zmniejszamy przepływ 4 medium technologicznego.

Otwieranie lub zmykanie zaworu 1 realizowane jest odpowiednio głównym zespołem napędowym 13. Główny zespół napędowy 13 zawiera wysokoobrotowy silnik, zwłaszcza pneumatyczny dwustronnego działania 14 zintegrowany z mechanizmem udarowym 7.

Główny zespół napędowy 13 generuje moment napędowy 15, który jest przekazywany na wałek sprzęgłowy 5 wytwarza zależnie cyklu technologicznego, obroty 3 wałka zaworu 2 powodując: otwieranie, zamykanie bądź nastawianie przepływu 4 przez zawór 1. Obroty 3 wałka 2, zaworu 1, są kontrolowane sprzężeniem zwrotnym 21 i przekazywane do sterownika 20. Sterownik 20 steruje silnikiem wysokoobrotowym 14 dostarczając przewodami 19 energię sprężonego powietrza ze źródła 22 i jest zasilany elektrycznie ze źródła 23.

Na wałku sprzęgłowym 5 jest osadzony przesuwnie awaryjny napęd ręczny 8. Podstawowym położeniem awaryjnym napędu ręcznego 8 jest pozycja „A” dla trybu pracy automatycznej napędu 13.

W pozycji „A”, awaryjny napęd ręczny 8 jest utrzymywany bezobrotowo na powierzchni 7 wałka 5 i jest blokowany ryglem 11.

Po zwolnieniu rygla 11 obrotem 12 awaryjnym napęd ręczny 8 jest przemieszczany na kształtową powierzchnię 6 wałka sprzęgłowego 5 zajmując pozycję „R”.

Poruszając siłą mięśni awaryjny napęd ręczny 8 pozostający w pozycji „R”, generujemy obroty 3 wałka zaworu 2, otwierając zamykając bądź nastawiając przepływ 4 w zaworze 1.

Istotną nową zaletą rozwiązania według wynalazku, jest nieznane dotychczas skonfigurowanie zespołu 13 zawierającego silnik pneumatyczny wysokoobrotowy 14 wyposażony w mechanizm udarowy 16 jako głównego napędu zaworów armaturowych.

Inną istotną nową zaletą rozwiązania według wynalazku jest nie znane dotychczas wprowadzenie do procesu otwierania, zamykania i nastawiania przepływu 4 w zaworach 1 udarowo pulsującego momentu napędowego 15.

Inną nową zaletą jest dostosowanie dynamiki napędowej znanego wysokoobrotowego silnika pneumatycznego 14 wyposażonego w znany mechanizm udarowy 16 z bijakami 17, dla pokonywania

PL 221 829 B1 zmiennych oporów ruchu otwierania /zamykania/ nastawiania stawianych przez mechanizmy zawieradła zaworu armaturowego 1.

Inną nową zaletą jest przeniesienie momentu napędowego 15 od zespołu napędowego 13 na wałek 2 zaworu 1 za pomocą tylko jednego elementu mechanicznego w tym przypadku wałka sprzęgłowego 5.

Inną nową zaletą jest proste rozwiązanie niezbędne dla zaworów ręczne napędu awaryjnego 8 polegające na osadzeniu elementu napędowego w tym przypadku koła bezpośrednio na wałku sprzęgłowym 5.

Inną nową zaletą jest znaczna redukcja elementów konstrukcyjnych i wymiarów gabarytowych napędu w stosunku do znanych dotychczas powszechnie stosowanych rozwiązań, dzięki małym gabarytom zespołu napędowego 13 i bezpośredniemu przekazywaniu momentu napędowego 15 na wałek zaworu 2.

Inną nową zaletą rozwiązania według wynalazku jest modułowość konstrukcji polegająca na oddzieleniu przestrzennym funkcji zespołu napędowego 13 od wałka sprzęgłowego 5 i od sterownika 20. Modułowość rozwiązania według wynalazku wprowadza w tym przypadku istotną redukcję kosztów serwisowania eksploatacyjnego napędu.

Jeszcze inną nową zaletą rozwiązania według wynalazku jest jego uniwersalność aplikacyjna polegająca na bezproblemowym osadzaniu napędu według wynalazku na dowolnych wałkach napędowych 2 rozmaitych zaworów armaturowych 1, zarówno pełno obrotowych np.: zasuw nożowych, zasuw klinowych, zaworów zaporowych, jak i niepełno obrotowych, np.: zaworów kulowych i przepustnic.

Claims (4)

1. Urządzenie do napędu zaworu, zwłaszcza pneumatyczne posiadające główny zespół napędowy do obracania wałka zaworowego, w celu otwierania, zamykania, nastawiania przepływu medium, oraz awaryjny napęd ręczny i sterownik, znamienne tym, że główny zespół napędowy (13), stanowiący wysokoobrotowy silnik (14), zwłaszcza pneumatyczny jest zintegrowany z mechanizmem udarowym (16) połączonym z wałkiem sprzęgłowym (5), który poprzez sprzęgło jest połączony z wałkiem zaworowym (2) zaworu (1).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mechanizm udarowy (16) na wałku sprzęgłowym (5) jest wyposażony w bijaki (17).

3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że wałek sprzęgłowy (5) jest wyposażony w odcinek o gładkiej powierzchni cylindrycznej (7), oraz w leżący poniżej odcinek o powierzchni kształtowej (6), z którymi to odcinkami współpracuje awaryjny napęd ręczny (8).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że awaryjny napęd ręczny (8) jest wyposażony w rygiel (11) do przesuwania i blokowania w płożeniu „A” lub w położeniu „R”.