RU180223U1 - Электропривод трубопроводной арматуры - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к приводам управления трубопроводной арматурой и используется в трубопроводном транспорте для управления потоком рабочей среды, например нефти, газа и других продуктов. Электропривод трубопроводной арматуры содержит корпус, в котором расположены электродвигатель, электромагнитная муфта и вал ручного дублера с необратимой муфтой; электромагнитная муфта установлена на валу электродвигателя и своим валом кинематически соединена с валом ручного дублера, а вал электродвигателя со стороны электромагнитной муфты имеет возможность соединения с различными редукторами. Предложен универсальный электропривод, позволяющий обеспечить управление трубопроводной арматурой различных типов, таких как задвижки, затворы, шаровые краны, клапаны любых типов и т.д., и в широком диапазоне выходных характеристик по моменту и скорости, при надежной и безопасной работе электропривода.

Description

Полезная модель относится к приводам управления трубопроводной арматурой и может быть использована в трубопроводном транспорте для управления потоком рабочей среды, например нефти, газа и других продуктов.

Известен электропривод трубопроводной арматуры с ручным дублером (патент РФ 2323380, опубл. 27.04.2008). Привод содержит корпус с редуктором. На валу редуктора смонтирована обгонная муфта, посредством которой вал редуктора связан с валом электродвигателя. На наружной обойме обгонной муфты заодно с ней выполнено зубчатое колесо. Ручной дублер включает штурвал, установленный вокруг корпуса и соединенный своими спицами с колесом с внутренними зубьями. На колесе с внутренними зубьями установлена эластичная манжета. При вращении вала электродвигателя наружная обойма удерживается от вращения за счет силы трения между эластичной манжетой и корпусом.

Недостатком привода является то, что ручной дублер встроен в редуктор, что усложняет замену редуктора одного типа на редуктор другого типа или в пределах каждого типа замену редуктора с одними выходными характеристиками по моменту и скорости на редуктор с другими характеристиками. Это приводит к узкой области применения электропривода.

Следующим недостатком привода является то, что ввиду возможного разрушения материала манжеты при работе в неблагоприятных полевых условиях и от постоянных нагрузок возможна передача крутящего момента с электродвигателя на ручной дублер. Такая передача крутящего момента особенно опасна при неожиданном включении электродвигателя во время работы оператора с ручным дублером, т.к. может привести к травматизму персонала.

При остановленном электродвигателе и ручном дублере на выходной вал редуктора воздействует крутящий момент со стороны трубопроводной арматуры, который передается на входной вал редуктора и соединенную с ним звездочку обгонной муфты. Недостатком привода является то, что этот крутящий момент останавливают также за счет силы трения между эластичной манжетой и корпусом, что ненадежно по вышеуказанным причинам, и может привести к самопроизвольному изменению положения арматуры, а, следовательно, к аварийной ситуации на трубопроводе.

Известен электропривод трубопроводной арматуры (патент РФ 223401, опубл. 10.08.2004), выбранный за ближайший аналог. Электропривод содержит электродвигатель (26), электромагнитную муфту (30) с якорем (31), ручной дублер (25), необратимую муфту (35) на валу ручного дублера (25) и силовой редуктор, расположенные в корпусе исполнительного механизма (17). Силовой редуктор состоит из трех планетарных ступеней, первая из которых содержит корончатое колесо (29), вторая - корончатое колесо (32), третья - корончатое колесо (33). Корончатое колесо (29) первой планетарной ступени удерживается от проворота электромагнитной муфтой (30) с якорем (31). Корончатое колесо (32) второй планетарной ступени неподвижно закреплено в корпусе. Корончатое колесо (33) третьей планетарной ступени соединено с шестерней (34) на валу ручного дублера (25) и удерживается от проворота необратимой муфтой (35). Выходным органом силового редуктора является вал (36), выполненный заодно с водилом (37) третьей планетарной ступени. Вал (36), в свою очередь, связан со входным валом клапана для его открытия/закрытия. После отключения электродвигателя (26) якорь (31) электромагнитной муфты (30) осуществляет стопорение (торможение) силового редуктора (21). Вращение от маховика ручного дублера (25) через необратимую муфту (35) и шестерню (34) передается на силовой редуктор, и от него на арматуру.

Основным недостатком этого известного электропривода является то, что электромагнитная муфта и ручной дублер конструктивно и функционально связаны с силовым редуктором, расположенным в корпусе электропривода. Ввиду вышеуказанного, исключена возможность замены трехступенчатого планетарного редуктора на любой другой, а именно, замену с планетарного на редуктор другого типа или на планетарный редуктор с другими моментно-скоростными характеристиками, что исключает унификацию ряда электроприводов по основным конструктивным узлам, приводит к удорожанию электроприводов и узкой области их применения.

Техническая задача полезной модели - создание универсального электропривода с ручным дублером, позволяющего обеспечить управление трубопроводной арматурой различных типов, таких как задвижки, затворы, шаровые краны, клапаны любых типов и т.д., и в широком диапазоне выходных характеристик по моменту и скорости. При этом предлагаемый электропривод надежен и безопасен в работе.

Техническая задача решена тем, что электропривод трубопроводной арматуры, как и ближайший аналог, содержит корпус, в котором расположены электродвигатель, электромагнитная муфта и вал ручного дублера с необратимой муфтой. В отличие от ближайшего аналога, установленная на валу электродвигателя электромагнитная муфта своим валом кинематически соединена с валом ручного дублера, и вал электродвигателя со стороны электромагнитной муфты имеет возможность соединения с различными редукторами.

Сущность полезной модели поясняет схематичное изображение электропривода с ручным дублером.

Электропривод с ручным дублером содержит корпус 1, в котором расположены электродвигатель 2, электромагнитная муфта 3 фрикционного типа, ручной дублер 4 и блок управления (на фиг. не показан). При этом корпус 1 может быть изготовлен взрывозащищенного исполнения. Электромагнитная муфта 3 установлена на валу 6 электродвигателя с возможностью удержания от вращения вала 6 электродвигателя при обесточенном электродвигателе 2. Вал 6 электродвигателя со стороны электромагнитной муфты 3 имеет возможность соединения с валом редуктора 7, с возможностью замены одного редуктора на другой. Вал 6 электродвигателя выполнен выступающим из корпуса 1 для удобства упомянутой замены. Сменные редукторы 7 могут быть различных типов, например, многооборотного или неполнооборотного или прямоходного типа. При этом в пределах каждого типа сменные редукторы могут иметь различные выходные характеристики по моменту и скорости. Например, могут быть использованы многооборотные редукторы с различными максимальными моментами (усилиями) на выходном звене и максимальной скоростью движения выходного звена. Аналогично для неполнооборотных и прямоходных редукторов.

Вал 8 дублера выполнен из двух полувалов, первый полувал 9 несет на себе штурвал 10, второй полувал 11 - шестерню 12. Необратимая муфта 13 на валу 8 дублера выполнена с возможностью передачи вращения только со стороны штурвала 10.

Электромагнитная муфта 3 содержит электромагнит 14, якорь 15, фрикционный диск 16 и вал 17. Электромагнит 14 включает в себя магнитопровод 18 и катушку 19 кольцевого электромагнита. Электромагнитная муфта 3 своим валом 17 кинематически соединена с валом 8 ручного дублера. Для осуществления указанной кинематической связи вал 17 муфты может быть жестко соединен или выполнен заодно с шестерней 20, образующей коническую зубчатую передачу 21 с шестерней 12 на валу 8 ручного дублера. Фрикционный диск 16 зафиксирован на валу 6 электродвигателя в окружном направлении с помощью шлицов 22, и имеет возможность осевого перемещения до упора в неподвижный в осевом направлении вал 17 муфты. При отсутствии напряжения в катушке 19 якорь 15 прижат пружинами 23 подшипниковой опоры 24 к фрикционному диску 16.

На валу 6 электродвигателя установлен датчик положения/скорости 25, связанный информационной линией связи с блоком управления.

Работа электропривода осуществляется следующим образом.

При обесточенном электродвигателе 2 электромагнитная муфта 3 по сигналу блока управления № обесточена. В этом случае фрикционный диск 16 прижат подпружиненным якорем 15 к валу 17 муфты. Одновременно с этим вал 17 муфты застопорен через зубчатую передачу 21 необратимой муфтой 13. Т.к. фрикционный диск 16 зафиксирован на валу 6 электродвигателя в окружном направлении, то вал 6 электродвигателя удерживается от вращения (застопорен). Таким образом, при обесточенном электродвигателе 2 обеспечено застопоренное положение вала 6 электродвигателя. На выходной вал редуктора 7 воздействует крутящий момент со стороны трубопроводной арматуры (от действия давления текучей среды), который передается через входной вал 27 редуктора 7 на вал 6 электродвигателя. Благодаря застопоренному положению вала 6 электродвигателя, исключено самопроизвольное изменение положения арматуры от воздействия неуравновешенных усилий, создаваемых находящейся под давлением текучей средой, и, следовательно, исключены аварийные ситуации на трубопроводе.

При работе от электродвигателя 2 происходит вращение вала 6, который в свою очередь через редуктор 7 воздействует на трубопроводную арматуру 26. Перед началом работы электродвигателя 2 блок управления отправляет сигнал подачи напряжения на катушку 19 электромагнитной муфты 3. Якорь 15 под воздействием магнитного поля, сжимая пружины 23, притягивается к электромагниту 14. Одновременно якорь 15 отходит от фрикционного диска 16 и фрикционный диск 16 свободно вращается вместе с валом 6 электродвигателя. При этом кинематическая связь вала 8 ручного дублера с валом 6 электродвигателя отсутствует, т.к. отсутствует механическая связь вала 17 муфты с фрикционным диском 16. Таким образом, исключена передача крутящего момента с вала 6 электродвигателя на штурвал 10 ручного дублера в режиме электрического управления.

При отсутствии электропитания на электродвигателе 2 и электромагнитной муфте 3, управление трубопроводной арматурой осуществляют при помощи ручного дублера 4. Вращение штурвала 10 в любую сторону передается через необратимую муфту 13 и зубчатую передачу 21 на вал 17 муфты, к которому посредством подпружиненного якоря 15 прижат и сцеплен силой фрикционного трения фрикционный диск 16. Т.к. фрикционный диск 16 зафиксирован на валу 6 электродвигателя в окружном направлении, вал 6 электродвигателя вращается и через редуктор 7 передает вращение на трубопроводную арматуру. При этом максимальный крутящий момент, передаваемый от вала 17 муфты на вал 6 электродвигателя, регулируют путем установки пружин с заданным коэффициентом упругости. Так, при необходимости передачи максимального крутящего момента меньшей или большей величины предварительно устанавливают пружины 23 соответственно с меньшим или большим коэффициентом упругости, что предотвращает слом арматуры 26. При включении электропитания блок управления сначала подает напряжение на катушку 19 электромагнитной муфты, разрывая кинематическую линию связи вала 8 ручного дублера с валом 6 электродвигателя, а затем - на электродвигатель 2. Это обеспечивает безопасность оператора.

Компоновка привода, в которой установленная на валу 6 электродвигателя электромагнитная муфта 3 своим валом 17 кинематически соединена с валом 8 ручного дублера, и вал 6 электродвигателя со стороны электромагнитной муфты 3 имеет возможность соединения с различными редукторами 7, позволяет использовать сменные редукторы с различными выходными характеристиками по моменту и скорости, а также использовать редукторы различных типов в зависимости от типа и назначения трубопроводной арматуры 26. Так, использование многооборотного редуктора позволяет управлять всеми типами задвижек (клиновыми, шиберными и т.п.); использование неполнооборотного редуктора - управлять поворотными, дисковыми затворами, шаровыми кранами и т.п.; использование прямоходного редуктора - управлять клапанами любых типов (двухседельными, клеточными и т.п.).

Кроме того, благодаря упомянутой компоновке, при помощи одного датчика положения/скорости 25 на валу 6 электродвигателя блок управления управляет положением/скоростью входного вала 27 редуктора 7 при работе и от электродвигателя 2, и от ручного дублера 4. Это упрощает алгоритм управления и способствует повышению надежности работы электропривода.

Кроме того, установка пружин 23 с определенным коэффициентом упругости позволяет ограничить величину крутящего момента, передаваемого при работе от дублера 4 с вала 17 муфты на вал 6 электродвигателя, что предотвращает слом арматуры 26.

Кроме того, предложенный электропривод за счет своей унификации улучшает технико-экономические показатели изготовления и упрощает эксплуатацию и техническое обслуживание.

Claims (11)

1. Электропривод трубопроводной арматуры, содержащий корпус, в котором расположены электродвигатель, электромагнитная муфта и вал ручного дублера с необратимой муфтой, отличающийся тем, что установленная на валу электродвигателя электромагнитная муфта своим валом кинематически соединена с валом ручного дублера, и вал электродвигателя со стороны электромагнитной муфты имеет возможность соединения с различными редукторами.

2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что вал электродвигателя со стороны электромагнитной муфты имеет возможность соединения с многооборотными редукторами, имеющими различные выходные характеристики по моменту и скорости.

3. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что вал электродвигателя со стороны электромагнитной муфты имеет возможность соединения с неполнооборотными редукторами, имеющими различные выходные характеристики по моменту и скорости.

4. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что вал электродвигателя со стороны электромагнитной муфты имеет возможность соединения с прямоходными редукторами, имеющими различные выходные характеристики по моменту и скорости.

5. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что электромагнитная муфта своим валом жестко соединена или выполнена заодно с шестерней, образующей зубчатую передачу с шестерней на валу ручного дублера.

6. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что электромагнитная муфта содержит фрикционный диск, установленный между валом муфты и якорем, при этом фрикционный диск зафиксирован на валу электродвигателя в окружном направлении.

7. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что вал электродвигателя может быть выполнен выступающим из корпуса.

8. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что на валу электродвигателя установлен датчик положения/скорости для контроля положения/скорости входного вала редуктора при управлении от ручного дублера и от электродвигателя.

9. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что корпус может быть выполнен взрывозащищенного исполнения.

10. Электропривод по п. 6, отличающийся тем, что при обесточенной электромагнитной муфте фрикционный диск прижат подпружиненным якорем к валу электромагнитной муфты.

11. Электропривод по п. 10, отличающийся тем, что пружины могут иметь различный коэффициент упругости для ограничения величины крутящего момента, передаваемого от вала электромагнитной муфты на вал электродвигателя при работе от ручного дублера.

Images