RU2367827C1

RU2367827C1 - Electropneumatic actuator for multipurpose accessories of gas-, oil- and products pipe lines

Info

Publication number: RU2367827C1
Application number: RU2008127157/06A
Authority: RU
Inventors: Вадим Васильевич Саяпин (RU); Вадим Васильевич Саяпин
Original assignee: Вадим Васильевич Саяпин
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2009-09-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: drive is provided for control of accessories control, particularly ball cocks of gas pipeline. Drive contains electropneumatic control device, air jet motor, reducer, link-screw rotation gear. Drive contains also compressor, inlet of which is connected to electric motor, and outlet - with receiver, outlet of which is connected to inlet of electropneumatic control device.

EFFECT: reliability growth.

2 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области пневмомашиностроения, в частности к механизмам, предназначенным для осуществления перестановки (поворота) затворов шаровых кранов при дистанционном и местном управлении.The invention relates to the field of pneumatic engineering, in particular to mechanisms intended for the implementation of the permutation (rotation) of the valves of ball valves with remote and local control.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известен пневматический привод с поршневым двигателем, содержащий пневмоцилиндры, поршни, поворотный механизм, конечные выключатели (см., например, А.Ф.Гуревич и др. Справочник по арматуре для газо- и нефтепроводов, Ленинград, «Недра», 1988 г., стр.346). Техническими недостатками этого привода являются наличие второго рабочего тела (масла или специальной жидкости); наличие мягких подвижных трущихся уплотнений (поршневых колец), возможность несанкционированного поворота выходного вала привода (затвора шарового крана) под действием потока транспортируемого газа. Техническим недостатком привода является также то, что рабочий газ, забираемый непосредственно из газопровода, после прохода через привод выбрасывается непосредственно в окружающую среду, что наносит ущерб экологии.Known pneumatic drive with a piston engine, containing pneumatic cylinders, pistons, a rotary mechanism, limit switches (see, for example, A.F. Gurevich and other Handbook of valves for gas and oil pipelines, Leningrad, "Nedra", 1988, p. 346). The technical disadvantages of this drive are the presence of a second working fluid (oil or special fluid); the presence of soft movable rubbing seals (piston rings), the possibility of unauthorized rotation of the output shaft of the drive (shutter ball valve) under the action of the flow of transported gas. The technical drawback of the drive is also that the working gas taken directly from the gas pipeline, after passing through the drive, is discharged directly into the environment, which is detrimental to the environment.

Известен пневматический привод со струйным двигателем (например, патент РФ №2131065 «Пневматический привод Саяпина и электропневматическое управляющее устройство»), содержащий электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, редуктор, кулисно-винтовой поворотный механизм. Привод, в отличие от предыдущего, не требует второго рабочего тела, не имеет подвижных трущихся уплотнений. Основным его техническим недостатком, как и у предыдущего привода, является то, что выхлоп отработанного газа, также забираемого непосредственно из газопровода, происходит в окружающую среду, что наносит ущерб экологии окружающей среды.Known pneumatic drive with a jet engine (for example, RF patent No. 2131065 "Sayapin pneumatic drive and electro-pneumatic control device") containing an electro-pneumatic control device, a jet engine, gearbox, rocker-screw rotary mechanism. The drive, unlike the previous one, does not require a second working fluid, does not have moving friction seals. Its main technical drawback, as with the previous drive, is that the exhaust gas exhaust, also taken directly from the gas pipeline, occurs in the environment, which damages the ecology of the environment.

Известен также электрогидравлический привод, содержащий поршневой гидравлический двигатель. Источник гидропитания представляет собой гидропневмоаккумулятор, содержащий две полости: одну, содержащую рабочую жидкость, вторую, содержащую сжатый газ (азот); гидронасос, приводимый в действие электродвигателем; систему управления источником питания и гидродвигателем. Техническими недостатками данного привода являются наличие двух рабочих тел, газа и жидкости; наличие подвижных трущихся уплотнений; наличие двух полостей с переменным объемом (газовой и гидравлической) и необходимость обеспечения герметичности переменной газовой полости при высоком давлении газа в ней (до 30 МПа); сложность системы управления приводом («Приводы и устройства управления. Тип SST», рекламные материалы фирмы Schuck).Also known is an electro-hydraulic actuator comprising a piston hydraulic motor. The hydropower source is a hydropneumatic accumulator containing two cavities: one containing a working fluid, the second containing compressed gas (nitrogen); a hydraulic pump driven by an electric motor; power supply and hydraulic motor control system. The technical disadvantages of this drive are the presence of two working fluids, gas and liquid; the presence of moving friction seals; the presence of two cavities with a variable volume (gas and hydraulic) and the need to ensure the tightness of a variable gas cavity at high gas pressure in it (up to 30 MPa); complexity of the drive control system ("Drives and control devices. Type SST", Schuck advertising materials).

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Технической задачей изобретения является:An object of the invention is:

- создание экологически чистого привода для запорно-регулирующей арматуры газо-, нефте- и продуктопроводов;- creation of an environmentally friendly drive for shut-off and control valves of gas, oil and product pipelines;

- расширение диапазона применения приводов как на газонапорных станциях, так и на магистральных газопроводах;- expanding the range of application of actuators both at gas pressure stations and at main gas pipelines;

- повышение надежности работы привода.- improving the reliability of the drive.

Эта техническая задача решается тем, что в электропневматическом приводе, содержащем последовательно соединенные источник питания и исполнительный привод, выходной элемент которого соединен с входным элементом арматуры, источник питания выполнен в виде последовательно соединенных электродвигателя, пневмонасоса и ресивера, выход которого соединен со входом исполнительного привода, который выполнен в виде пневматического привода со струйным двигателем, содержащим последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ручным дублером, кулисно-винтовой поворотный механизм, включающий в себя ходовой винт, соединенный с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, кулису, вход которой связан через ходовую гайку с ходовым винтом, а выход - с выходным валом привода.This technical problem is solved in that in an electro-pneumatic drive containing a serially connected power source and an actuator, the output element of which is connected to the input element of the valve, the power source is made in the form of series-connected electric motor, air pump and receiver, the output of which is connected to the input of the actuator, which is made in the form of a pneumatic drive with a jet engine containing a series-connected electro-pneumatic control device a device, a jet engine, a mechanical gearbox with a handwheel, a rocker-screw rotary mechanism including a spindle connected to a device for absorbing the kinetic energy of the moving parts of the drive, a rocker whose input is connected through a spindle nut to the spindle and the output to the output drive shaft.

Эта техническая задача решается также тем, что привод снабжен устройством ограничения максимальной величины движущего момента привода.This technical problem is also solved by the fact that the drive is equipped with a device for limiting the maximum value of the drive torque.

Технический результат, достигаемый настоящим изобретением, состоит в следующем.The technical result achieved by the present invention is as follows.

Экологическая чистота привода обеспечивается за счет того, что рабочим телом привода является сжатый воздух.Ecological cleanliness of the drive is ensured due to the fact that the working fluid of the drive is compressed air.

Расширение области применения приводов достигается за счет того, что рабочим телом привода является сжатый воздух, что позволяет применять привода как на магистральных газопроводах, так и в закрытых помещениях, не ухудшая состояния окружающей среды.The expansion of the scope of application of the drives is achieved due to the fact that the drive fluid is compressed air, which allows the drive to be used both on gas pipelines and in enclosed spaces, without affecting the environment.

Повышение надежности работы электропневматического привода достигается за счет того, что исполнительный привод выполнен в виде пневматического привода со струйным двигателем, который не требует наличия второго рабочего тела (масла или специальной жидкости), не имеет подвижных трущихся уплотнений. Повышение надежности достигается также за счет того, что в восстанавливаемом источнике энергии емкость, содержащая рабочее тело (сжатый воздух), выполнена в виде ресивера (баллона).Improving the reliability of the electro-pneumatic drive is achieved due to the fact that the actuator is made in the form of a pneumatic drive with a jet engine, which does not require a second working fluid (oil or special fluid), does not have moving friction seals. The increase in reliability is also achieved due to the fact that in the renewable energy source, the container containing the working fluid (compressed air) is made in the form of a receiver (balloon).

Повышение надежности электропневматического привода достигается за счет того, что источник питания выполнен в виде последовательно соединенных электродвигателя, пневмонасоса (компрессора) и ресивера, выход которого соединен со входом исполнительного привода, который выполнен в виде пневматического привода со струйным двигателем, содержащим последовательно соединенные электропневматическое управляющее устройство, струйный двигатель, механический редуктор с ручным дублером, кулисно-винтовой поворотный механизм, включающий в себя ходовой винт, соединенный с устройством поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, кулису, вход которой через ходовую гайку связан с ходовым винтом, а выход - с выходным валом привода.Improving the reliability of the electro-pneumatic drive is achieved due to the fact that the power source is made in the form of a series-connected electric motor, air pump (compressor) and a receiver, the output of which is connected to the input of the actuator, which is made in the form of a pneumatic drive with a jet engine containing an electro-pneumatic control device connected in series , jet engine, mechanical gearbox with manual override, rocker screw rotary mechanism, including x A single screw connected to the kinetic energy absorption device of the moving parts of the drive, a link, the input of which is connected to the lead screw through the lead nut, and the output - to the output shaft of the drive.

Изобретение поясняется далее описанием примера осуществления со ссылкой на чертежи, где изображены:The invention is further illustrated by the description of an example implementation with reference to the drawings, which depict:

на Фиг.1 - схема электропневматического привода;figure 1 is a diagram of an electro-pneumatic drive;

на Фиг.2 - схема устройства ограничения максимальной величины движущего момента привода.figure 2 is a diagram of a device for limiting the maximum magnitude of the drive torque.

Электропневматический привод (Фиг.1) содержит последовательно соединенные источник пневмопитания 1, электропневматическое управляющее устройство 2, пневматический привод со струйным двигателем 3. Источник питания 1 включает в себя последовательно соединенные электродвигатель 5, пневмонасос 6, ресивер 7, систему управления электродвигателем 8. Электропневматическое устройство управления 2 включает в себя электропневмоклапаны 10, 11, регуляторы давления газа 12, 14, нормально замкнутые герконы 15, 16, постоянные магниты 17, 18, соединенные с выходным валом привода 19. Пневматический привод со струйным двигателем 3 включает в себя струйный двигатель 30, редуктор 31 с ручным дублером 32, ходовой винт 33, через ходовую гайку 34 соединенный с кулисой 35, устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода 36, содержащее упругий элемент 37, при этом ходовой винт 33 соединен через механическую передачу 38 с устройством ограничения движущего момента струйного двигателя 39 (Фиг.1, 2), выполненного в виде золотника 40, помещенного в гильзу 41 с окнами 43, 44, 45, 46, соединенным со входами в струйный двигатель. На Фиг.1 изображены также задающее устройство 40 с «ключом» 41, контактами 42, 43, клеммы внешней электросети 42, 43, 44, 45. Обозначено также давление Р в ресивере 7.The electro-pneumatic drive (Figure 1) contains a serially connected pneumatic power supply 1, an electro-pneumatic control device 2, a pneumatic drive with a jet engine 3. The power supply 1 includes a serially connected electric motor 5, an air pump 6, a receiver 7, an electric motor control system 8. An electro-pneumatic device Control 2 includes electro-pneumatic valves 10, 11, gas pressure regulators 12, 14, normally closed reed switches 15, 16, permanent magnets 17, 18 connected to the output the drive shaft 19. The pneumatic drive with a jet engine 3 includes a jet engine 30, a gearbox 31 with a handwheel 32, a lead screw 33, through a nut 34 connected to the link 35, the kinetic energy absorption device of the moving parts of the drive 36 containing an elastic element 37 , while the spindle 33 is connected through a mechanical transmission 38 with a device for limiting the driving moment of the jet engine 39 (Figs. 1, 2), made in the form of a spool 40 placed in a sleeve 41 with windows 43, 44, 45, 46 connected to the inputs in inkjet wiggler. Figure 1 also shows a master device 40 with a "key" 41, contacts 42, 43, terminals of the external power supply 42, 43, 44, 45. The pressure P in the receiver 7 is also indicated.

Электропневматический привод работает следующим образом. В исходном положении электродвигатель 5 подключен к клеммам 44, 45, а ресивер 7 заполнен сжатым воздухом до давления Р, и ключ 41 находится в среднем (нейтральном) положении. При повороте ключа на клемму 42 (как показано на Фиг.1) поступает электрический сигнал (напряжение), который подается на обмотку электропневмоклапана 10 и далее через нормально замкнутый геркон 16 на клемму 43. В результате протекания тока по цепи срабатывает нормально закрытый электропневмоклапан 10 и открывает доступ сжатому воздуху из ресивера 7 через регулятор давления 14 и нормально открытый ограничитель движущего момента струйного двигателя 39 в двигатель 30. Ротор двигателя (не показан) начинает вращаться и через редуктор 31 передает вращение ходовому винту 33 и через ходовую гайку 34 поворачивает кулису 35 и через нее выходной вал привода 19. Одновременно с валом 19 поворачиваются постоянные магниты 17 и 18 (в данном случае - по часовой стрелке). При повороте вала 19 на 90° и посадке кулисы на механический упор магнит 18 подходит к геркону 16 и размыкает его контакты, разрывая электроцепь между клеммами 41 и 43. В результате электропневмоклапан 10 закрывается, прекращая доступ сжатого газа в струйный двигатель 30. При «посадке» кулисы на механический упор (не показан) ротор струйного двигателя и ходовой винт 33 продолжают вращаться по инерции. При этом ходовой винт перемещается в осевом направлении внутри неподвижной ходовой гайки и сжимает упругий элемент 37 до тех пор, пока вся кинетическая энергия подвижных частей не преобразуется в потенциальную энергию упругого элемента 37. Начальная сила поджатия упругого элемента 37 соответствует усилию на оси ходового винта 33, необходимому для создания требуемого движущего момента на выходном валу пневмопривода.Electro-pneumatic drive operates as follows. In the initial position, the electric motor 5 is connected to the terminals 44, 45, and the receiver 7 is filled with compressed air to a pressure P, and the key 41 is in the middle (neutral) position. When the key is turned to terminal 42 (as shown in FIG. 1), an electrical signal (voltage) is supplied, which is fed to the winding of the electro-pneumatic valve 10 and then through a normally closed reed switch 16 to terminal 43. As a result of the current flowing through the circuit, a normally closed electro-pneumatic valve 10 and provides access to compressed air from the receiver 7 through the pressure regulator 14 and the normally open torque limiter of the jet engine 39 into the engine 30. The rotor of the engine (not shown) begins to rotate and passes through the gearbox 31 The lead screw 33 and through the lead nut 34 rotates the link 35 and through it the output shaft of the drive 19. Permanent magnets 17 and 18 are rotated simultaneously with the shaft 19 (in this case, clockwise). When the shaft 19 is rotated 90 ° and the wings are mounted on a mechanical stop, the magnet 18 approaches the reed switch 16 and opens its contacts, breaking the circuit between terminals 41 and 43. As a result, the electro-pneumatic valve 10 closes, stopping the access of compressed gas to the jet engine 30. When “landing” »The scenes on the mechanical stop (not shown) the rotor of the jet engine and the spindle 33 continue to rotate by inertia. In this case, the lead screw moves axially inside the stationary lead nut and compresses the elastic element 37 until all the kinetic energy of the moving parts is converted to the potential energy of the elastic element 37. The initial compressive force of the elastic element 37 corresponds to the force on the axis of the screw 33, necessary to create the required driving torque on the output shaft of the pneumatic actuator.

Если по каким-либо причинам, например, вследствие нарушения работы регуляторов давления 12, 14, струйный двигатель начинает развивать движущий момент больше допустимого, происходит дополнительное поджатие упругого элемента 37 и перемещение золотника 40, который перекрывает одно из окон, например 45, что приводит к уменьшению подачи сжатого воздуха в двигатель 30 и тем самым к уменьшению величины движущего момента двигателя.If for some reason, for example, due to a malfunction of the pressure regulators 12, 14, the jet engine begins to develop a driving moment that is greater than the permissible one, additional compression of the elastic element 37 occurs and the spool 40 moves, which overlaps one of the windows, for example 45, which leads to reducing the supply of compressed air to the engine 30 and thereby to reducing the magnitude of the engine torque.

При работе пневмопривода вследствие расхода газа в течение нескольких секунд происходит падение давления в ресивере 7. При этом система 8 управления электродвигателем 5 (устройство системы в заявку не входит) включает электродвигатель 5, который приводит в действие пневмонасос 6 (миникомпрессор), который закачивает сжатый воздух в ресивер в течение времени между рабочими циклами пневмопривода до величины максимального давления, после чего система 8 отключает двигатель 5. Таким образом происходит восстановление энергосодержанием источника питания 1. Масса сжатого воздуха в ресивере при полном давлении обеспечивает 3-4-кратную перестановку регулирующего органа арматуры.When the pneumatic actuator is operating due to gas flow, a pressure drop occurs in the receiver 7. In this case, the electric motor control system 8 (the device is not included in the application) includes an electric motor 5, which drives the air pump 6 (minicompressor), which injects compressed air into the receiver during the time between the pneumatic actuator duty cycles to the maximum pressure value, after which the system 8 turns off the engine 5. Thus, the energy content is restored source and power 1. The mass of compressed air in the receiver at full pressure provides 3-4-fold permutation of the regulating body of the valve.

Claims

1. An electro-pneumatic drive containing a serially connected power source and an actuator, the output element of which is connected to the input element of the valve, characterized in that the power source is made in the form of series-connected electric motor, air pump and receiver, the output of which is connected to the input of the actuator, which is made in the form of a pneumatic drive with a jet engine containing a series-connected electro-pneumatic control device, the jet engine atel, mechanical gear with a handwheel, crank screw turning mechanism including a lead screw coupled with a device absorbing the kinetic energy of the moving parts of the actuator, the rocker having its input through a lead nut associated with the threaded spindle, and output - with output drive shaft.

2. The drive according to claim 1, characterized in that it is equipped with a device for limiting the maximum value of the driving torque of the drive.