RU184632U1

RU184632U1 - Привод запорной арматуры трубопроводов

Info

Publication number: RU184632U1
Application number: RU2018117384U
Authority: RU
Inventors: Наталья Николаевна Архангельская; Артем Иванович Жукаев; Игорь Васильевич Лопа; Николай Евгеньевич Проскуряков
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2018-11-01

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к приводам трубопроводной арматуры и предназначено для использования в качестве привода запорного устройства. Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в реализации привода, обеспечивающего более эффективную, безаварийную и надежную работу затвора за счет плавного снижения скорости протекания потока рабочей среды через запорный орган, что позволяет устранить процессы вибрации и перекрывать части трубопровода без перепадов давления, способных разрушить трубопровод. Для этого в привод запорной арматуры трубопроводов, содержащий запорный орган, расположенный в нижнем корпусе, верхний корпус, крышку с отверстием, ведомую гайку винтовой передачи и связанный с ней шпиндель приводного механизма, дополнительно введены ведущий ролик и неподвижный промежуточный винт с расположенным на нем цилиндрическим роликом, который подвижен относительно своей оси за счет двух типов резьбы: внутренней на самом ролике и наружной на неподвижном промежуточном винте, а ведомая гайка винтовой передачи и ведущий ролик выполнены в форме усеченных конусов, при этом гайка приведена во вращение от ведущего ролика через промежуточный цилиндрический ролик за счет трения. Эффективность предложенного технического решения подтверждена необходимыми расчетами. Получены зависимости изменения перепадов давления во времени для привода с постоянной скоростью опускания шпинделя и для предлагаемого варианта непрерывного уменьшения скорости в 4 раза. Таким образом, в задвижке реализуется режим «быстро - медленно» непрерывного опускания шпинделя, что обеспечивает наиболее эффективную, безаварийную и надежную работу затвора. 2 ил.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к приводам трубопроводной арматуры и предназначено для использования в качестве привода запорного устройства.

Устройствами-аналогами являются задвижки, состоящие из ручного привода в виде маховика, корпуса, крышки с отверстием и сальниковой камерой, шпинделем и запорным органом. (Д.Ф. Гуревич, О.Н. Шпаков «Справочник конструктора трубопроводной арматуры» - Л.: Машиностроение, 1987 г., с. 108).Недостатками этих устройств является невозможность обеспечения режима опускания шпинделя быстро - медленно, что обеспечивает меньшую нагрузку на элементы трубопроводной арматуры и, как следствие, наиболее эффективную, безопасную и надежную работу затвора.

Устройство-прототип (Патент РФ №144208 МПК⁸F16K 3/02 Шиберная задвижка / А.И. Ефимова, И.В. Лопа, Е.В. Панченко, К.А. Туркин. Опубл. 10.08.2014. Бюл. №22.) содержит верхний корпус, крышку с отверстием, гайку винтовой передачи приводного механизма, шпиндель и запорный орган, расположенный в нижнем корпусе. Шпиндель имеет в верхней части резьбу, контактирующую с гайкой приводного механизма, а в нижней части -контактирующую с гайкой, встроенной в запорный орган. В верхней части шпинделя расположена стопорная шайба. Достоинством устройства-прототипа является обеспечение двухскоростного режима опускания шпинделя.

Недостатком этого технического решения является невозможность осуществления режима опускания задвижки с переменной скоростью для снижения нагрузки на элементы арматуры и существенного повышения надежности и безаварийности запорного устройства.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в реализации конструкции привода, обеспечивающего более эффективную, безаварийную и надежную работу затвора за счет плавного снижения скорости протекания потока рабочей среды через запорный орган, что позволяет устранить процессы вибрации и перекрывать части трубопровода без перепадов давления, способных разрушить трубопровод.

Поставленная задача достигается тем, что в привод запорной арматуры трубопроводов, содержащий запорный орган, расположенный в нижнем корпусе, верхний корпус, крышку с отверстием, ведомую гайку винтовой передачи и связанный с ней шпиндель приводного механизма, дополнительно введены ведущий ролик и неподвижный промежуточный винт с расположенным на нем цилиндрическим роликом, который подвижен относительно своей оси за счет двух типов резьбы: внутренней на самом ролике и наружной на неподвижном промежуточном винте, а ведомая гайка винтовой передачи и ведущий ролик выполнены в форме усеченных конусов, при этом гайка приводится во вращение от ведущего ролика через промежуточный цилиндрический ролик за счет трения.

Сущность технического решения поясняется чертежом, где на Фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого устройства, а на Фиг. 2показаны графики изменения давления в режиме с постоянной скоростью опускания шпинделя (кривая 1) и предлагаемом режиме с непрерывным уменьшением скорости (кривая 2), чем подтверждается, что в отличие от приводов с режимом постоянной скорости, в предлагаемом варианте перепад давления практически не изменяется во времени.

Привод задвижки (Фиг. 1) содержит конический ведущий ролик 1, ведомую коническую гайку 4 винтовой передачи приводного механизма в форме усеченного конуса, между которыми зажат промежуточный цилиндрический ролик 2, подвижный относительно своей оси за счет резьб: внутренней на самом ролике и наружной на неподвижном промежуточном винте 3, гайка винтовой передачи приводного механизма 4 закреплена на винтовом валу - шпинделе 5 с запорным органом (не показан). Ось промежуточного цилиндрического ролика 2 имеет угол наклона δ, равный половине угла конусности как ведущего ролика 1, так и ведомой конической гайки 4.

Устройство работает следующим образом. В момент подачи команды на закрытие затвора промежуточный ролик 2 находится в нижнем положении, при этом передаточное число привода равно единице. При вращении ведущего ролика 1 промежуточный ролик 2 за счет трения тоже начинает вращаться и приводит во вращение гайку 4 винтовой передачи приводного механизма. Одновременно с вращением промежуточный ролик 2 начинает перемещаться вверх по резьбе вдоль оси неподвижного промежуточного винта 3, вследствие этого передаточное число привода увеличивается пропорционально отношению текущих значений диаметров гайки 4 и ведущего ролика 1, при этом скорость вращения гайки 4 соответственно уменьшается, а крутящий момент на ней - возрастает. Гайка 4 закреплена в осевом направлении подшипниками и имеет возможность только вращательного движения, которое преобразуется в поступательное движение шпинделя 5, запорный орган (шибер) которого обеспечивает перекрытие рабочего потока, причем скорость опускания шибера при этом также уменьшается в передаточное число раз, а сила, перекрывающая трубопровод - увеличивается, что обеспечивает более безопасную и эффективную эксплуатацию как самого затвора, так и трубопровода.

Для обоснования эффективности предложенного технического решения, ниже приведены следующие расчеты.

Для горизонтальной линии тока жидкости справедливо уравнение Бернулли:

где ρ - плотность среды; V(t) - функция изменения скорости частиц во времени; P(t) - функция изменения давления в трубопроводе во времени.

Продифференцируем уравнение (1) во времени

Для несжимаемой жидкости согласно теореме о неразрывности струи для трубы переменного сечения имеем

где S(t) - функция изменения площади поперечного сечения во времени; Q - объемный расход жидкости (объем жидкости, проходящий через поперечное сечение за единицу времени).

Из уравнения (3) имеем

Подставляя (4) и (5) в правую часть (2) и интегрируя полученное уравнение на протяжении времени закрытия затвора Т, находим перепад давления ΔР, связанный с законом изменения площади поперечного сечения затвора во времени

Для шибера выражение для изменения площади поперечного сечения во времени при закрытии затвора имеет вид:

где r - радиус отверстия в шибере, м; ν - скорость опускания шпинделя, м/с; t - время опускания шпинделя, с.

Подставляя (7) в (6), получаем перепад давлений

На Фиг. 2 показаны полученные по формуле (8) изменения перепадов давления во времени для привода с постоянной скоростью опускания шпинделя ν₀ (кривая 1) и с непрерывным уменьшением скорости от первоначального значения ν₀ до значения 0,25 ν₀ (кривая 2). Видно, что в отличие от односкоростных приводов перепад давления практически не растет во времени и составляет относительно малую величину.

Таким образом, в задвижке реализуется режим «быстро - медленно» непрерывного опускания шпинделя 5, что обеспечивает более эффективную, безаварийную и надежную работу затвора. Следует отметить, что в результате использования данного технического решения положительный эффект достигается без изменения конструкции самой задвижки.

Claims

Привод запорной арматуры трубопроводов, содержащий запорный орган, расположенный в нижнем корпусе, верхний корпус, крышку с отверстием, ведомую гайку винтовой передачи и связанный с ней шпиндель приводного механизма, отличающийся тем, что дополнительно введены ведущий ролик и неподвижный промежуточный винт с расположенным на нем цилиндрическим роликом, который подвижен относительно своей оси за счет двух типов резьбы: внутренней на самом ролике и наружной на неподвижном промежуточном винте, а ведомая гайка винтовой передачи и ведущий ролик выполнены в форме усеченных конусов, при этом гайка приведена во вращение от ведущего ролика через промежуточный цилиндрический ролик за счет трения.