RU2218504C2

RU2218504C2 - Pipeline gate valve electric drive

Info

Publication number: RU2218504C2
Application number: RU2001123616/06A
Authority: RU
Inventors: Ю.Г. Бакланов; ев В.А. Бел; В.А. Беляев; нов А.П. Кирь; А.П. Кирьянов
Original assignee: Уфимское приборостроительное производственное объединение
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-12-10

Abstract

FIELD: pipeline transport. SUBSTANCE: proposed electric drive contains electric motor, reduction gear with gear and worm trains, planetary gear train and control mechanism switching off electric motor in final positions of gate valve shutoff member and limiting value of torque by means of plate springs. Planetary gear train is arranged in mechanical circuit between worm of main and hand drives coaxially with hollow through drive shaft passing through worm wheel of main worm train with possibility of its free relative rotation. It has central wheel with external teeth with possibility of self-alignment relative to teeth of planet pinions meshing with central wheel with internal and external worm rim, and carrier provided, on one end, with worm of worm train mechanically coupled with control mechanism and on other end, with inner cams of clutch connecting carrier and hollow drive shaft. Such design of electric drive makes it possible to transmit torque to drive shaft in several equal power flows, reduces overall dimensions of drive and use the drive both with rotary cocks and extensible spindles as there is no necessity of clutch for changing over from automatic to manual duty as control system of electric drive can be used for this purpose. EFFECT: improved reliability and enlarged operating capabilities. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области трубопроводного транспорта и касается электропривода к задвижкам трубопроводов. Изобретение может быть использовано в электроприводах для управления запорной или регулирующей арматурой нефте- и газопроводов, тепловых и атомных станций, в водоканализационных сетях и трубопроводах химических предприятий. The invention relates to the field of pipeline transport and relates to an electric drive to the valves of pipelines. The invention can be used in electric drives to control shutoff or control valves of oil and gas pipelines, thermal and nuclear plants, in water supply networks and pipelines of chemical enterprises.

Известны электроприводы, в которых применяются планетарные передачи с наружным (рисунки 3.21 и 3.22) и внутренним (рисунки 3.23 и 3.24) зацеплением и электромеханической муфтой для переключения на ручное управление [1]. Для обеспечения прохода выдвижного шпинделя трубопроводной арматуры приводной вал электропривода выполнен со сквозным полым отверстием и вынесен в сторону от планетарной передачи. Вращающий момент от планетарной передачи к приводному валу передается одним потоком мощности обычной рядовой зубчатой передачей. Electric drives are known in which planetary gears are used with external (figures 3.21 and 3.22) and internal (figures 3.23 and 3.24) gearing and an electromechanical coupling for switching to manual control [1]. To ensure the passage of the sliding spindle of the pipe fittings, the drive shaft of the electric drive is made with a through hollow hole and is moved away from the planetary gear. The torque from the planetary gear to the drive shaft is transmitted in a single power stream by a conventional ordinary gear transmission.

Недостатком таких электроприводов является невысокая нагрузочная способность, увеличенные габаритные размеры, необходимость применения муфты для переключения на ручное управление. The disadvantage of such electric drives is a low load capacity, increased overall dimensions, the need to use a coupling to switch to manual control.

Известны также электроприводы с червячно-планетарными передачами, в которых приводной вал не имеет сквозного полого отверстия, а его ось совпадает с осью планетарной передачи. Electric drives with worm-planetary gears are also known, in which the drive shaft does not have a through hollow hole, and its axis coincides with the axis of the planetary gear.

Недостатком такой конструкции является то, что из-за отсутствия сквозного полого отверстия для прохода шпинделя арматуры в приводном валу, такие электроприводы могут применяться только для работы с поворотной арматурой. The disadvantage of this design is that due to the lack of a through hollow hole for passage of the spindle of the valve in the drive shaft, such electric drives can only be used to work with rotary valves.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является электропривод, содержащий электродвигатель, редуктор с червячной и планетарной передачами и механизм управления, в котором ось планетарной передачи совпадает с осью приводного вала, имеющего полое отверстие только до планетарной передачи (рисунки 3.25 и 3.26) [1]. The closest technical solution selected for the prototype is an electric drive containing an electric motor, a gearbox with a worm and planetary gears and a control mechanism in which the planetary gear axis coincides with the axis of the drive shaft having a hollow hole only before the planetary gear (Figures 3.25 and 3.26) [ 1].

Недостатком конструкции таких приводов является ограниченная нагрузочная способность, обусловленная применением однопоточной схемы, увеличенные осевые размеры электропривода и небольшой ход выдвижного шпинделя, сложность сборки из-за использования двухвенцового сателлита. The design drawback of such drives is the limited load capacity due to the use of a single-threaded circuit, the increased axial dimensions of the electric drive and the small stroke of the retractable spindle, the complexity of assembly due to the use of a two-pin satellite.

Технической задачей изобретения является разработка конструкции электропривода, обеспечивающей передачу большого вращающего момента при небольших габаритах, работающей с трубопроводной арматурой как с поворотными кранами, так и с задвижками с выдвижными шпинделями, способной переключаться на ручное управление без использования муфты. An object of the invention is to develop a design of an electric actuator that provides large torque transmission with small dimensions, working with pipe fittings with slewing valves, and with valves with retractable spindles, capable of switching to manual control without using a coupling.

Поставленная задача решается тем, что в электроприводе к задвижкам трубопроводов, содержащем электродвигатель, редуктор с зубчатыми и червячными передачами, планетарной передачей и механизм управления, согласно изобретению планетарная передача расположена в кинематической цепи между червячными передачами основного и ручного приводов соосно со сквозным полым приводным валом, проходящим через червячное колесо основной червячной передачи, с возможностью его свободного относительного вращения, центральное колесо с внешними зубьями, с возможностью его самоустановки по зубьям сателлитов, зацепляющихся с центральным колесом с внутренними зубьями и наружным червячным венцом, и водило, имеющее на одном конце червяк червячной передачи механизма управления, а с другой - внутренние кулачки разгонной муфты, соединяющей водило и приводной вал. The problem is solved in that in the electric drive to the pipeline valves containing an electric motor, a gearbox with gear and worm gears, a planetary gear and a control mechanism, according to the invention, the planetary gear is located in the kinematic chain between the worm gears of the main and manual drives coaxially with the through hollow drive shaft, passing through the worm wheel of the main worm gear, with the possibility of its free relative rotation, the central wheel with external teeth, with the possibility of its self-installation on the teeth of the satellites, meshing with the central wheel with internal teeth and the outer worm gear, and the carrier, which has a worm on the one end of the worm gear of the control mechanism, and on the other, the internal cams of the acceleration clutch connecting the carrier and the drive shaft.

Сущность изобретения поясняется примерами конкретного ее выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает кинематическую схему электропривода при виде сверху;
фиг.2 - то же, при виде сбоку;
фиг.3 изображает общий вид электропривода в разрезе;
фиг.4 изображает переходник с гайкой для выдвижного шпинделя.The invention is illustrated by examples of its specific implementation and the accompanying drawings, in which:
figure 1 depicts a kinematic diagram of an electric drive when viewed from above;
figure 2 is the same, when viewed from the side;
figure 3 depicts a General view of the electric drive in the context;
4 shows an adapter with a nut for a retractable spindle.

Электропривод содержит электродвигатель 1 (фиг.1), редуктор 2, кинематическая схема которого приведена на фиг.2, а конструкция - на фиг.3, механизм управления 3 (фиг.1), выключающий электродвигатель при конечных положениях запорного органа задвижки и ограничивающий величину вращающего момента, переходник с гайкой 4 (фиг.4) для выдвижного шпинделя. The electric drive contains an electric motor 1 (Fig. 1), a reducer 2, the kinematic diagram of which is shown in Fig. 2, and the design is shown in Fig. 3, a control mechanism 3 (Fig. 1), which turns off the electric motor at the end positions of the gate valve body and limits the value torque, adapter with nut 4 (figure 4) for a retractable spindle.

Электродвигатель и электропривод могут быть выполнены в обычном и во взрывозащищенном исполнении. The electric motor and electric drive can be made in the usual and explosion-proof versions.

В электроприводе на валу электродвигателя 1 (фиг.1) установлено зубчатое колесо 5, которое через зубчатые колеса 6, 7 и 8 кинематически связано с червяком 9. На валу червяка расположен комплект тарельчатых пружин 10 (фиг.1), обеспечивающих необходимый вращающий момент на выходе электропривода. A gear 5 is installed in the electric drive on the shaft of the electric motor 1 (Fig. 1), which is connected kinematically through the gears 6, 7 and 8 to the worm 9. A set of Belleville springs 10 (Fig. 1) are located on the worm shaft, which provide the necessary torque for electric drive output.

Червяк 9 и червячное колесо 11 (фиг.1, 2, 3) образуют основную червячную передачу, работающую в автоматическом режиме - от электродвигателя. Червячное колесо 11 установлено на подшипниках скольжения 12 (фиг.3) с возможностью свободного его вращения относительно полого приводного вала 13, имеющего сквозное отверстие диаметром больше диаметра шпинделя трубопроводной арматуры. The worm 9 and the worm wheel 11 (Figs. 1, 2, 3) form the main worm gear operating in an automatic mode - from an electric motor. The worm wheel 11 is mounted on sliding bearings 12 (Fig. 3) with the possibility of its free rotation relative to the hollow drive shaft 13 having a through hole with a diameter larger than the diameter of the spindle of the pipe fitting.

Зубья на ступице 14 червячного колеса 11 и зубья центрального колеса 15 (фиг. 3) имеют одинаковые геометрические параметры и соединены между собой зубчатой втулкой 16. Центральное колесо 15 с наружными зубьями расположено относительно приводного вала 13 с зазором и самоустанавливается по сателлитам 17 (фиг.3), обеспечивая равномерную передачу мощности по потокам. The teeth on the hub 14 of the worm wheel 11 and the teeth of the central wheel 15 (Fig. 3) have the same geometrical parameters and are interconnected by a gear sleeve 16. The central wheel 15 with the outer teeth is positioned with respect to the drive shaft 13 and self-aligns with the satellites 17 (Fig. 3), ensuring uniform transmission of power over streams.

Сателлиты 17 установлены на подшипниках 18 на осях 19 в щеках водила 20, которое в свою очередь установлено цапфами в подшипниках скольжения 21. На внутренней поверхности нижней цапфы водила 20 выполнены два радиальных кулачка, которые зацепляются с аналогичными кулачками на наружной поверхности полого приводного вала 13 и образуют разгонную муфту. На верхней цапфе водила 20 расположен червяк 22, зацепляющийся с червячным колесом 23 (фиг.2, 3). Данная червячная передача кинематически связана с механизмом управления 3 (фиг. 1) и управляет выключением электродвигателя при конечных положениях запорного органа задвижки. The satellites 17 are mounted on bearings 18 on the axes 19 in the cheeks of the carrier 20, which in turn is mounted with pins in the sliding bearings 21. On the inner surface of the lower journal of the carrier 20 there are two radial cams which engage with similar cams on the outer surface of the hollow drive shaft 13 and form an accelerating clutch. On the upper axle of the carrier 20 is a worm 22, which engages with the worm wheel 23 (Fig.2, 3). This worm gear is kinematically connected with the control mechanism 3 (Fig. 1) and controls the shutdown of the electric motor at the final positions of the gate valve.

Сателлиты 17 находятся в зацеплении с центральным зубчатым колесом 24 (фиг. 3) с внутренними зубьями и наружным червячным венцом. Этот червячный венец на колесе 24 вместе с червяком 25 (фиг.1) является червячной передачей ручного привода. На валу червяка 25 установлен штурвал 26 (фиг.1) для ручного привода. Satellites 17 are engaged with the central gear 24 (FIG. 3) with internal teeth and an external worm gear. This worm gear on the wheel 24 together with the worm 25 (FIG. 1) is a manual drive worm gear. On the shaft of the worm 25 mounted steering wheel 26 (figure 1) for manual drive.

Приводной вал 13 проходит через весь электропривод и установлен на подшипниках качения 27 (фиг.3). Он имеет на нижнем торце кулачки, которыми зацепляется с бугелем или валом запорной арматуры при работе с поворотным краном или зацепляется с гайкой 4 (фиг.4) переходника при работе с выдвижным шпинделем запорной арматуры. Для восприятия осевой силы от шпинделя в переходнике установлен упорный подшипник 28 (фиг.4). The drive shaft 13 passes through the entire electric drive and is mounted on rolling bearings 27 (figure 3). It has cams on the lower end that engage with the yoke or shutoff valve shaft when working with a slewing crane or engage the nut 4 (Fig. 4) of the adapter when working with the pop-up spindle of the shutoff valve. For the perception of axial force from the spindle in the adapter mounted thrust bearing 28 (figure 4).

Центральное колесо 24 с внутренними зубьями и наружным червячным венцом расположено в подшипнике скольжения 29 (фиг.3). На торцах колеса 24 установлены упорные кольца 30, выполняющие роль упорных подшипников. The Central wheel 24 with internal teeth and an external worm gear is located in the sliding bearing 29 (Fig.3). At the ends of the wheel 24, thrust rings 30 are installed, which serve as thrust bearings.

Электропривод работает следующим образом. При наличии электроэнергии и автоматизированном управлении запорной или регулируемой арматурой электродвигатель включается дистанционно или, при необходимости, на месте. При включении электродвигателя вращающий момент передается зубчатыми колесами 5, 6, 7 и 8 на "плавающий" вал-червяк 9 и далее на червячное колесо 11. Блок тарельчатых пружин 10 на валу-червяке 9 настраивается на определенное осевое усилие, соответствующее заданному моменту на приводном валу 13. Перемещаясь в осевом направлении вал-червяк 9 взаимодействует с механизмом управления 3 (фиг.1) и ограничивает величину вращающего момента на приводном валу 13 электропривода. The electric drive operates as follows. In the presence of electric power and automated control of shutoff or adjustable valves, the electric motor is switched on remotely or, if necessary, on the spot. When the motor is turned on, the torque is transmitted by the gears 5, 6, 7 and 8 to the "floating" worm shaft 9 and then to the worm wheel 11. The disk spring unit 10 on the worm shaft 9 is adjusted to a certain axial force corresponding to a given moment on the drive the shaft 13. Moving in the axial direction, the worm shaft 9 interacts with the control mechanism 3 (figure 1) and limits the magnitude of the torque on the drive shaft 13 of the electric drive.

Червячное колесо 11 вращается на подшипниках скольжения 12 относительно приводного вала 13. Осевые силы, действующие на червячное колесо 11, через детали, установленные на приводном валу 13, передаются на подшипники качения 27 и через крышки 31 замыкаются на корпусе редуктора 2 (фиг.3). The worm wheel 11 rotates on sliding bearings 12 relative to the drive shaft 13. The axial forces acting on the worm wheel 11, through the parts mounted on the drive shaft 13, are transmitted to the rolling bearings 27 and are closed through the covers 31 on the gear housing 2 (Fig. 3) .

Далее вращающий момент с червячного колеса 11 через зубчатую втулку 16 передается на центральное колесо 15 с внешними зубьями планетарной передачи. Центральное колесо 15 установлено относительно приводного вала 13 с зазором, что позволяет ему самоустанавливаться по зубьям сателлитов 17 и обеспечивать равномерную передачу мощности по потокам. Next, the torque from the worm wheel 11 through the gear sleeve 16 is transmitted to the Central wheel 15 with the outer teeth of the planetary gear. The Central wheel 15 is mounted relative to the drive shaft 13 with a gap, which allows it to self-mount on the teeth of the satellites 17 and to ensure uniform transmission of power in streams.

При автоматическом режиме работы от электродвигателя центральное колесо 24 с внутренними зубьями и червячным венцом остановлено за счет самотормозящей червячной передачи ручного привода с червяком 25 (фиг.1). In the automatic mode of operation from the electric motor, the central wheel 24 with internal teeth and the worm gear is stopped due to a self-braking worm gear of a manual drive with a worm 25 (Fig. 1).

Сателлиты 17, обкатываясь по внутренним зубьям центрального колеса 24, приводят в движение водило 20, вращающееся в подшипниках скольжения 21. Далее вращающий момент с водила 20 через кулачки разгонной муфты передается на приводной вал 13, а с червяка 22 передается на червячное колесо 23, кинематически связанное с механизмом управления 3 (фиг.1), управляющим выключением электродвигателя при конечных положениях запорного органа задвижки. The satellites 17, rolling around the inner teeth of the central wheel 24, drive the carrier 20, rotating in the sliding bearings 21. Next, the torque from the carrier 20 through the cams of the accelerating clutch is transmitted to the drive shaft 13, and from the worm 22 is transmitted to the worm wheel 23, kinematically associated with the control mechanism 3 (figure 1), controlling the shutdown of the electric motor at the final positions of the gate valve.

При работе электропривода с запорной арматурой с поворотным краном вращающий момент с приводного вала 13 (фиг.3) передается на исполнительный орган через торцевые кулачки. При работе с запорной арматурой с выдвижным шпинделем на нижний фланец корпуса редуктора 2 (фиг.3) устанавливается переходник с гайкой 4 (фиг.4). В этом случае вращающий момент с приводного вала 13 через кулачки передается на гайку 4 и выдвижной шпиндель может проходить через весь электропривод в сквозном полом приводном валу 13. Осевая сила, возникающая в передаче винт-гайка, воспринимается упорным подшипником 28. When the electric drive with shut-off valves with a rotary valve, the torque from the drive shaft 13 (Fig.3) is transmitted to the actuator through the end cams. When working with shut-off valves with a sliding spindle, an adapter with a nut 4 (figure 4) is installed on the lower flange of the gearbox housing 2 (Fig. 3). In this case, the torque from the drive shaft 13 is transmitted through the cams to the nut 4 and the retractable spindle can pass through the entire electric drive in the through hollow drive shaft 13. The axial force arising in the transmission of the screw-nut is perceived by the thrust bearing 28.

При ручном режиме управления, когда отсутствует электроэнергия, электропривод работает от штурвала 26 (фиг.1). При вращении штурвала в необходимом направлении вращающий момент с червяка 25 (фиг.1) ручного привода передается на центральное колесо 24 с внутренними зубьями и червячным венцом, вращающееся в подшипнике скольжения 29. Так как электродвигатель не работает, самотормозящая основная червячная передача, состоящая из червяка 9 и червячного колеса 11, будет неподвижна, а центральное колесо 15 с внешними зубьями будет остановлено. При вращении центрального колеса 24 начинают вращаться сателлиты 17 и, обкатываясь по остановленному центральному колесу 15, вращают водило 20. Далее вращающий момент с водила 20 через разгонную муфту передается на приводной вал 13, а через червяк 22 (фиг.3) на червячное колесо 23, вал которого кинематически связан с механизмом управления 3 (фиг.1, 2, 3). In manual control mode, when there is no electric power, the electric drive operates from the helm 26 (Fig. 1). When the steering wheel rotates in the necessary direction, the torque from the worm 25 (Fig. 1) of the manual drive is transmitted to the central wheel 24 with internal teeth and the worm gear rotating in the sliding bearing 29. Since the electric motor does not work, the self-braking main worm gear consisting of the worm 9 and the worm wheel 11 will be stationary, and the central wheel 15 with external teeth will be stopped. When the central wheel 24 rotates, the satellites 17 begin to rotate and, rolling around the stopped central wheel 15, rotate the carrier 20. Then, the torque from the carrier 20 is transmitted through the acceleration clutch to the drive shaft 13, and through the worm 22 (Fig. 3) to the worm wheel 23 , the shaft of which is kinematically connected with the control mechanism 3 (1, 2, 3).

Из доступных источников информации авторы не обнаружили устройство со сходными признаками. From available sources of information, the authors did not find a device with similar features.

Предлагаемое техническое решение осуществимо в промышленности в условиях серийного производства машиностроительного предприятия. The proposed technical solution is feasible in industry in terms of serial production of a machine-building enterprise.

В устройстве использованы широко известные материалы, стандартные детали и сборочные единицы, уникальных материалов или оборудования для изготовления и испытания такого электропривода не требуется. The device uses widely known materials, standard parts and assembly units, unique materials or equipment for the manufacture and testing of such an electric drive is not required.

В устройстве используются серийно выпускаемая система управления, включающая механизм управления, клеммную коробку, тарельчатые пружины, а также переходники и ряд других деталей. The device uses a commercially available control system, including a control mechanism, a terminal box, disk springs, as well as adapters and a number of other details.

Источник информации
1. Гуревич Д.Ф. и др. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. Л. : Машиностроение, Л-О, 1987, с. 518, рис.3.21, 3.22, 3.23, 3.24, 3.25, 3.26.Sourse of information
1. Gurevich D.F. and other Reference designer of pipe fittings. L.: Mechanical Engineering, L-O, 1987, p. 518, Fig. 3.21, 3.22, 3.23, 3.24, 3.25, 3.26.

Claims

An electric actuator for pipeline valves containing an electric motor, a reducer with gear and worm gears, a planetary gear and a control mechanism, characterized in that the planetary gear is located in the kinematic chain between the worm gears of the main and manual drives coaxially with the through hollow drive shaft passing through the main gear worm wheel a worm gear, with the possibility of its free relative rotation, the central wheel with external teeth with the possibility of its self-installation on the teeth satellites engaged with a central wheel with internal teeth and an external worm gear, and a carrier having a worm gear of a control mechanism at one end of the worm, and on the other, the internal cams of the acceleration clutch connecting the carrier and the drive shaft.