RU22214U1 - Привод поворотного запорного органа трубопроводной арматуры - Google Patents

Abstract

1. Привод поворотного запорного органа трубопроводной арматуры, содержащий базовый модуль, размещенный в корпусе с присоединительным фланцем и выполненный на базе плюсового планетарного редуктора, содержащего установленный на подшипниках в корпусе эксцентриковый входной вал-водило, установленный на нем посредством подшипников двухвенцовый блок сателлита с общей ступицей, закрепленное в корпусе неподвижное входное центральное зубчатое колесо с внутренними зубьями и подвижное выходное центральное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленное на подшипниках в корпусе и соединенное с выходным валом, отличающийся тем, что привод снабжен двумя съемными комплектами приставок, каждая из которых размещена в своем корпусе с присоединительным фланцем, аналогичным присоединительному фланцу корпуса базового модуля, причем первая приставка для электромеханического исполнения привода содержит рядовую двухпоточную зубчатую передачу с паразитными колесами, вал входного центрального зубчатого колеса которой соединен с двигателем, а выходное зубчатое колесо с внутренними зубьями закреплено на эксцентриковом входном валу-водиле базового модуля, вторая приставка для ручного исполнения привода содержит двухступенчатую передачу, выходная ступень которой аналогична передаче первой приставки, а входная ступень выполнена конической, содержащей входное коническое зубчатое колесо, которое установлено на валу маховика, а выходное коническое зубчатое колесо установлено на валу входного центрального зубчатого колеса выходной ступени, при этом выходной вал, соединенный с подвижным выходным центральным зуб�

Description

2001127175

Mlli|llpllil|U

ПРИВОД ПОВОРОТНОГО ЗАПОРПОГО ОРГАНА ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для комбинированного дистанционного или местного управления запорными органами трубопроводной арматуры с поворотной пробкой, имеющей поверхность тела вращения, для перекрытия магистральных трубопроводов большого диаметра преимущественно в нефтегазодобывающей промышленности.

Известен привод запорно-регулирующей арматуры (Патент РФ №2108513, МПК6 F16K 31/05, 10.04.98г.), содержащий электродвигатель и редуктор, выполненный из трех модулей. Первый модуль редуктора выполнен в виде двз хступенчатой рядовой зубчатой передачи, второй модуль редуктора выполнен в виде червячной передачи, а третий модуль содержит устройство ручного перемещения, выполненное в виде дополнительной планетарной ступени, содержащей водило, сателлиты, внутреннее и наружное колеса. При этом водило жестко связано с выходным валом, внутреннее колесо - с червячным колесом второго модуля, а наружное колесо снабжено червячным зубчатым венцом, кинематически связанным с червяком, на котором жестко закреплен маховик. К недостаткам данного привода следует отнести его малый к.п.д. за счет использования червячных передач, а также невозможность использования его для запорных органов с поворотной пробкой, имеющей поверхность тела вращения.

Известен электропривод запорной арматуры (Патент РФ №2170871, МПК6 F16K 31/05, 20.07.2001г.), содержащий электродвигатель, редуктор, выполненный на базе основного планетарного механизма с водилом, замыкающего планетарного механизма, червячной передачи ручного управления, муфту свободного хода и фрикционную муфту с механизмом управления. К недостаткам данного устройства следует отнести, прежде

МгаС7 F16K 31/05

всего, сложность конструктивного исполнения привода - использование двух дифференциальных и одного рядового зубчатого двухпоточного механизма, а также сложность его компоновки. Кроме того, данный привод предназначен для управления запорной арматуры небольшого диаметра, т.к. коэффициент редуцирования данного привода лежит в пределах 5-ьб, что требует использование электродвигателя большой мош;ности. К тому же данный полноповоротный электропривод невозможно использовать для запорных органов с поворотной пробкой, имеюш;ей поверхность тела вращения.

В качестве прототипа выбран планетарный зубчатый редуктор по авторскому свидетельству СССР №1384859, М1Ж4 F16H 1/48, 30.03.88г. Данный привод выбран в качестве прототипа по наибольшему числу суш,ественных признаков совпадаюп1;их с заявляемым приводом поворотного органа трубопроводной арматуры. Он содержит корпус, в котором размеш,ен плюсовой планетарный редуктор с ведуш;им и ведомым валами. Два центральных колеса с внутренними зубьями, первое из которых связано с ведомым валом, а второе - с корпусом. На водиле планетарной передачи установлен двухвенцовый сателлит. Данный привод не обеспечивает маломощное управление: маломощный электродвигатель и ручное управление, с созданием больщих моментов на его выходе из-за низкого коэффициента передачи. Это обстоятельство не позволяет использовать его в нефтяных и газовых трубопроводах большого диаметра d 1м (до 2-х метров) с давлением до 200 атм., где потребные поворотные моменты достигают от 50 кН-м до 200 кН-м. В противном случае привод должен иметь больщие габариты и мощный электродвигатель, а о ручном управлении не может быть и речи. К тому же данный полноповоротный электропривод невозможно использовать для запорных органов с поворотной пробкой, имеющей поверхность тела вращения.

кинематических характеристик, обеспечивающих при этом большой (до 800) коэффициент ред5щирования. Кроме того, она позволяет обеспечить управление поворотным запорным органом, например шаровым краном, с возможностью регулирования поворота выходного вала.

Поставленная задача решается тем, что привод поворотного запорного органа трубопроводной арматуры, содержащий базовый модуль, размещенный в корпусе с присоединительным фланпем, выполненный на базе плюсового планетарного редуктора, содержащего установленный на подшипниках в корпусе эксцентриковый входной вал-водило, установленный на нем посредством подшипников двухвенцовый блок сателлита с общей ступицей, закрепленное в корпусе неподвижное входное центральное зубчатое колесо с внутренними зубьями и подвижное выходное центральное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленное на подшипниках в корпусе и соединенное с выходным валом, снабжен двумя съемными комплектами приставок, каждая из которых размещена в своем корпусе с присоединительным фланцем аналогичным присоединительному фланцу корпуса базового модуля. Причем первая приставка для электромеханического исполнения привода содержит рядовую двухпоточную зубчатую передачу с паразитными колесами, вал входного центрального зубчатого колеса которой соединен с двигателем, а выходное зубчатое колесо с внутренними зубьями закреплено на эксцентриковом входном валу-водиле базового модуля. Вторая приставка для ручного исполнения привода содержит двухступенчатую передачу, выходная которой аналогична передаче первой приставки, а входная стзшень выполнена конической. Коническая ступень содержит входное коническое зубчатое колесо, которое установлено на валу маховика и выходное коническое зубчатое колесо, установленное на валу входного центрального зубчатого колеса выходной ступени. При этом выходной вал, соединенный с подвижным выходным центральным зубчатым колесом с внутренними

зубьями базового модуля выполнен неполноповоротным с углом поворота на 90° ± 10° и снабжен ограничителем поворота.

Для повышения к.п.д. привода все подвижные элементы базового модуля установлены в корпусе или на эксцентриковом валу-водиле на подшипниках качения с короткими роликами.

С целью обеспечения возможности регулирования угла поворота неполноповоротного выходного вала, его ограничитель поворота выполнен в виде двух регулируемых упоров, диаметрально закрепленных в корпусе базового модуля. Каждый из упоров выполнен в виде вала размеш;енного с возможностью поворота и фиксации его в отверстиях корпуса базового модуля и имеющего фланец, в котором выполнены с равным угловым шагом две пары равных секторных пазов под крепежные элементы. На торцах валов эксцентрично их осям вращения закреплены оси, на которых установлены упорные ролики, размещенные в ответных секторных пазах, выполненных в неполноповоротном выходном валу и имеющих длину по дуге, равную 105° ± 15°. При этом расстояние по дуге между секторными пазами с одной из сторон в сумме с величенной диаметра упорного ролика по дуге равно 90°.

Для обеспечения большого коэффициента редуцирования (в раз) при минимальных габаритах, и высоком к.п.д. в базовом модуле его основные параметры имеют следуюшие характеристики:

-разница между числами зубьев неподвижного входного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями и подвижного выходного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями выбирают из диапазона равного 8... 10, при числе зубьев выходного центрального колеса с внутренними зубьями выбираемого из диапазона 40...50;

-разница между числами зубьев неподвижного входного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями и находящегося с ним в зацеплении венца сателлита равна разнице между числами зубьев подвижного выходного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями и находящегося с ним в зацеплении венца сателлита и выбирается из

диапазона 3...4. Эти параметры обеспечивают в зацеплениях зубьев гарантированные угол зацепления, лежащий в пределах 30...33°, и коэффициента перекрытия 1,3На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлены кинематические схемы привода в электромеханическом и ручном исполнениях соответственно; на Фиг. 3 и Фиг. 4 представлен продольный разрез конструкции привода в электромеханическом и ручном исполнениях соответственно; на Фиг. 5 представлен разрез А-А Фиг. 3 в зоне ограничителя поворота выходного неполноповоротного вала; на Фиг. 6 представлен разрез В-В Фиг. 5; на Фиг.7 представлен разрез Г-Г Фиг. 5.

Привод поворотного запорного органа трубопроводной арматуры, содержит базовый модуль 1, размещенный в корпусе 2 с присоединительным фланцем 3, а также два съемных комплекта приставок 4 и 5. Приставка 4 предназначена для электромеханического исполнения привода, а приставка 5 - для ручного исполнения. Каждая из приставок размещена в своем корпусе с присоединительным фланцем аналогичным присоединительному фланцу 3 корпуса базового модуля 2.

Базовый модуль 1 выполнен на базе плюсового планетарного редуктора, который содержит: установленный на подшипниках 6 в корпусе 2 эксцентриковый входной вал-водило 7; установленный на нем посредством подшипников 8 двухвенцовый блок сателлита 9 с обшей ступицей 10; закрепленное в корпусе 2 неподвижное входное центральное зубчатое колесо 11 с внутренними зубьями и подвижное выходное центральное зубчатое колесо 12 с внутренними зубьями, установленное на подшипниках 13 в корпусе 2 и соединенное с выходным неполноповоротным валом 14, который имеет возможность поворачиваться на угол 90 ± 10° за счет ограничителя поворота. Выходной неполноповоротный вал 14 через компенсационную муфту 15 соединен с валом-поводком поворотного запорного органа запорной арматуры 16.

Ш-/Г21Ц

Ограничитель поворота неполноповоротного выходного вала 14, выполнен в виде двух регулируемых упоров 17, диаметрально закрепленных в корпусе 2 базового модуля 1. Каждый из упоров выполнен в виде вала 18, размещенного с возможностью поворота и фиксации его в отверстиях 19 приливов корпуса базового модуля 1 и имеющего фланец 20, в котором выполнены с равным угловым щагом две пары равных секторных пазов 21 с углом равным 45° под четыре крепежных элемента 22. На фланцах приливов корпуса базового модуля 1 с равномерным угловым щагом, равным 45° выполнены две группы резьбовых отверстий под четыре крепежных элемента 22. На торцах 20 валов эксцентрично их осям вращения закреплены оси, на которых установлены упорные ролики 23, размещенные в ответных секторных пазах 24 длиной по дуге равной 105° ±15° выполненных в выходном неполноповоротном валу 14. Нри этом щирина секторных пазов 21 составляет величину не менее суммы диаметра ролика и двух сумм эксцентриситета, который он имеет относительно осей валов 18, а расстояние по дуге между секторными пазами 24 с одной из сторон в сумме с величенной диаметра упорного ролика 23 по дуге равно 90°.

Нервая приставка 4 (Фиг. 3) для электромеханического исполнения привода содержит рядовую двухпоточную зубчатую передачу с установленными в его корпусе паразитными колесами 25, вал 26 входного центрального зубчатого колеса 27, которой соединен с выходным валом управляемого электропривода (электродвигателя) 28, и выходное зубчатое колесо с внутренними зубьями 29, закрепленное на эксцентриковом входном валу-водиле 7 базового модуля 1.

Вторая приставка 5 (Фиг. 4) для ручного исполнения привода содержит двухступенчатую передачу, выходная стзшень которой аналогична передаче первой приставки, а входная ступень выполнена конической. Коническая ступень содержит входное коническое зубчатое колесо 30, которое установлено на валу 31 маховика 32 и выходное коническое

зубчатое колесо 33, установленное на валу 26 входного центрального зубчатого колеса 27 выходной ступени.

Привод устанавливают на поворотном запорном органе запорной арматуры 16, ось поводка которой вертикальна. Компенсационной зубчатой муфтой 15 соединяют вал-поводок запорного органа 16 с выходным неполноповоротным валом 14 базового модуля 1.

В зависимости от условий эксплуатации привода к базовому модулю 1 по фланцу 3 присоединяют ту или иную приставку (4 или 5). В зависимости от этого привод имеет разные режимы работы.

Пример для электромеханического исполнения привода.

Привод работает следующим образом.

Вращение от управляемого электропривода (электродвигателя) 28 поступает на вал 26 входного центрального зубчатого колеса 27 приставки 4. Далее через два паразитных зубчатых колеса 25 и выходное зубчатое колесо 29 вращение передается входному эксцентриковому валу-водиле 7 базового модуля 1. В планетарном редукторе базового моду.11я 1 при неподвижном входном центральном зубчатом колесе 11с внутренними зубьями вращение от эксцентрикового входного вала водила 7, сателлит 9 передается подвижному выходному центральному зубчатому колесу 12 с внутренними зубьями и далее на выходной неполноповоротный вал 14. Угол поворота, которого ограничивается в пределах 90 ± 10°.

Регулировку зпгла поворота выходного неполноповоротного вала 14 осуществляют следующим образом. Ослабляя четыре крепежных элемента 22 за счет секторных пазов 21, выполненных во фланцах 20 валов 18, производят их поворот в пределах 45° на заданный угол в отверстиях 19 регулируемых упоров 17. При этом упорные ролики 23 за счет эксцентриситета смещаются в ту или иную сторону относительно оси валов 18. Для поворота валов 18, на угол более чем 45°, крепежные элементы извлекают их из одной группы резьбовых отверстий, и переставляют их во

вторую. За счет этого появляется возможность поворота валов 18 еще на 45°. Дальнейшее регулирование осуществляют аналогичным образом.

Разработанная конструкция привода в электромеханическом исполнении позволила обеспечить следующий коэффищ1ент редуцирования:

Кэм Кпр1 -Кбм 7-71,37 «500,

Кпр1 - коэффициент ред)щирования первой приставки, Knpi 7;

Кбм - коэффициент редуцирования базового модуля, Кбм 71,37.

С использование маломощного электропривода (электродвигателя) мощностью « 0,5 КВТ. с крутящим моментом на выходе равном 180Н-М, привод в электромеханическом исполнении позволяет обеспечить на выходе крутящий момент до 75 кН-м.

Пример для исполнения привода.

По стандартам Газнадзора запрещается использовать маховик (щтурвал) с вертикальной осью вращения, поскольку человек в этом случае имеет неестественное положение в момент вращения маховика 31. Выполнение во второй приставке 5 входной ступени конической позволяет занять оси вращения (передачи мощности) маховика горизонтальное положение. Вращение от маховика 32, коническую передачу с коническими зубчатыми колесами 30 и 33 входной ступени приставки 5, вал 26 входного цеьгфального зубчатого колеса 27 выходной ступени приставки 5, далее через два паразитных зубчатых колеса 25 и выходное зубчатое колесо 29 передается входному эксцентриковому валу-водиле 7 базового модуля 1. Далее передача вращения в планетарном редукторе базового модуля 1 осуществляется аналогично в описанном выще примере при электромеханическом исполнении привода.

Разработанная конструкция привода в ручном исполнении позволила обеспечить следующий коэффициент редуцирования:

KKOH - коэффициент редуцирования входной конической ступени второй приставки, KKOH 3,5;

Кзуб - коэффициент редуцирования выходной зубчатой ступени второй приставки, Кзуб 3,5;

Кпр2 - коэффициент редуцирования второй приставки, Кпр2 KKOH Кзуб 12,25;

Кбм - коэффициент редуцирования базового модуля Кбм 71,37;

При диаметре маховика, равном 0,5 м, и усилии оператора, не превышающем ЗООН, на валу маховика 32 развивается момент до величины 150НМ, а на выходе привода в ручном исполнении момент может достигать до 100 кН-м.

Скорость поворота запорного органа, которая обеспечивается данным приводом, вполне соответствует тем нормативным требованиям, которые им предъявляются.

Заявленный привод конструктивно прост, имеет простую компоновку, что практически не требует технического обслуживания, обеспечивая ему срок службу до 35 лет. Использование съемных приставок, кроме повышения редуцирования привода, позволяют легко переналаживать привод с рз чного обслуживания на электромеханическое и, наоборот, в зависимости от условий, в которых будет эксплуатироваться запорный орган.

Кинематическая схема привода и его конструктивное исполнение позволяет обеспечить к.п.д. приводу более 0,8 и развить на выходном валу большие моменты при небольших моментах на входе.

Данный привод может найти широкое применение при эксплуатации магистральных нефтегазопроводов, в которых используются неполноповоротные запорные органы трубопроводной арматзфы.

V,/2 y;t5

Claims (4)

1. Привод поворотного запорного органа трубопроводной арматуры, содержащий базовый модуль, размещенный в корпусе с присоединительным фланцем и выполненный на базе плюсового планетарного редуктора, содержащего установленный на подшипниках в корпусе эксцентриковый входной вал-водило, установленный на нем посредством подшипников двухвенцовый блок сателлита с общей ступицей, закрепленное в корпусе неподвижное входное центральное зубчатое колесо с внутренними зубьями и подвижное выходное центральное зубчатое колесо с внутренними зубьями, установленное на подшипниках в корпусе и соединенное с выходным валом, отличающийся тем, что привод снабжен двумя съемными комплектами приставок, каждая из которых размещена в своем корпусе с присоединительным фланцем, аналогичным присоединительному фланцу корпуса базового модуля, причем первая приставка для электромеханического исполнения привода содержит рядовую двухпоточную зубчатую передачу с паразитными колесами, вал входного центрального зубчатого колеса которой соединен с двигателем, а выходное зубчатое колесо с внутренними зубьями закреплено на эксцентриковом входном валу-водиле базового модуля, вторая приставка для ручного исполнения привода содержит двухступенчатую передачу, выходная ступень которой аналогична передаче первой приставки, а входная ступень выполнена конической, содержащей входное коническое зубчатое колесо, которое установлено на валу маховика, а выходное коническое зубчатое колесо установлено на валу входного центрального зубчатого колеса выходной ступени, при этом выходной вал, соединенный с подвижным выходным центральным зубчатым колесом с внутренними зубьями базового модуля выполнен неполноповоротным с углом поворота на 90^o ± 10^o и снабжен ограничителем поворота.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что все подвижные элементы базового модуля установлены в корпусе или на эксцентриковом валу-водиле на подшипниках качения с короткими роликами.

3. Привод по п.1, отличающийся тем, что ограничитель поворота неполноповоротного выходного вала выполнен в виде двух регулируемых упоров, диаметрально закрепленных в корпусе базового модуля, каждый из которых выполнен в виде вала, размещенного с возможностью поворота и фиксации его в отверстиях корпуса базового модуля и имеющего фланец, в котором выполнены с равным угловым шагом две пары равных секторных пазов под крепежные элементы, на торцах валов эксцентрично их осям закреплены оси, на которых установлены упорные ролики, размещенные в ответных секторных пазах длиной по дуге, равной 105^o ± 15^o, выполненных в выходном неполноповоротном валу, при этом расстояние по дуге между секторными пазами с одной из сторон в сумме с величиной диаметра упорного ролика по дуге равно 90^o.

4. Привод по п.1, отличающийся тем, что в базовом модуле разница между числом зубьев неподвижного входного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями и подвижного выходного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями выбирают из диапазона, равного 8-10, при числе зубьев выходного центрального колеса с внутренними зубьями, выбираемого из диапазона 40-50, а разница между числами зубьев неподвижного входного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями и находящегося с ним в зацеплении венца сателлита равна разнице между числами зубьев подвижного выходного центрального зубчатого колеса с внутренними зубьями и находящегося с ним в зацеплении венца сателлита и выбирается из диапазона 3-4, с обеспечением в этих двух зацеплениях зубьев гарантированных угла зацепления, лежащего в пределах 30-33^o, и коэффициента перекрытия ξ ≥ 1,3.