RU2616435C1

RU2616435C1 - Ball valve

Info

Publication number: RU2616435C1
Application number: RU2016115414A
Authority: RU
Inventors: Николай Александрович Вахрамов
Original assignee: Николай Александрович Вахрамов; Харитонов Николай Викторович; Канаев Александр Николаевич
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-04-14

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: intermediate drive shaft of the ball valve, with the ability to set the torque transfer, contains the drive. On the outer surface of the disc with evenly spaced steps, the teeth of trapezoidal profile are formed. Tangentially to the drive, two parallel rails are mounted. The teeth of trapezoidal profile on the disk surface are mated with teeth of similar profile of two parallel cylindrical rods. Each rack is spring-loaded and has the ability to move through the tangential coaxial rigidly fixed guide. During a power failure and power plant protection system deenergized floating sleeve under the action of axial movement of the spring moves up and disengages from the projections of the intermediate shaft. The actuator drive shaft is released from connection with intermediate shaft. The spring rails are able to turn over the tooth disc with the intermediate shaft up to 90 degrees and set the ball valve ball valve to the "CLOSED".

EFFECT: increased security of power units by providing instant automatic closing of the ball valve in the event of a power outage.

2 dwg

Description

Техническое решение относится к электроприводной арматуре, используемой, в частности, в системах топливообеспечения энергетических котлоагрегатов и газопотребляющих систем, и может быть использовано для обеспечения взрывобезопасного и экономичного сжигания углеводородного топлива в энергетических котлоагрегатах. Обеспечение взрывобезопасности и эффективного сжигания природного газа регламентируется документом: Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности сетей газораспределения и газопотребления». Правила указывают на необходимость установки быстрозапорных отсечных клапанов, время срабатывания которых не должно превышать 1 секунды.The technical solution relates to electric fittings used, in particular, in fuel supply systems of power boilers and gas consuming systems, and can be used to provide explosion-proof and economical combustion of hydrocarbon fuel in power boilers. Ensuring explosion safety and efficient burning of natural gas is regulated by the document: Federal Norms and Rules in the Field of Industrial Safety "Safety Rules for Gas Distribution and Gas Consumption Networks". The rules indicate the need to install quick-shut-off shut-off valves, the response time of which should not exceed 1 second.

Известны различные конструкции запорных и запорно-регулирующих кранов, отличающихся по типу затвора (шаровой, цилиндрический, конусный) и типу привода - электрический, электромагнитный, пневматический, гидравлический, ручной (Д.Ф. Гуревич, О.Н. Шпаков. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. Л.: Машиностроение, 1987, с. 68).There are various designs of shut-off and shut-off and control valves, differing in the type of shutter (ball, cylindrical, conical) and the type of actuator - electric, electromagnetic, pneumatic, hydraulic, manual (DF Gurevich, ON Shpakov. Pipeline designer reference fittings. L .: Engineering, 1987, S. 68).

Известен шаровой регулирующий кран, содержащий корпус, шаровой запорный элемент со шпинделем, который связан с приводным валом электропривода. Кран предназначен для автоматического управления расходом жидкостей в трубопроводах (кран шаровой регулирующий с электроприводом производства ОАО НИПОМ; http://WWW/nipom.ru/armature/11ng902.html).Known ball control valve comprising a housing, a ball locking element with a spindle, which is connected with the drive shaft of the electric drive. The crane is designed for automatic control of the flow of liquids in pipelines (a ball-regulating valve with an electric drive manufactured by NIPOM; http: //WWW/nipom.ru/armature/11ng902.html).

К недостаткам этого крана следует отнести невозможность мгновенного (менее 1 секунды) автоматического закрытия крана при прекращении подачи электроэнергии, что может привести к аварийной ситуации при работе с агрессивными и взрывоопасными средами.The disadvantages of this crane include the impossibility of instantly (less than 1 second) automatic closing of the crane when the power is cut off, which can lead to an emergency when working with aggressive and explosive atmospheres.

Известен шаровой кран, содержащий корпус, шаровой запорный элемент со шпинделем, электропривод с приводным валом. Между корпусом и электроприводом установлен пустотелый цилиндр с основанием и крышкой, внутри которого размещен промежуточный вал, сопряженный, с возможностью передачи крутящего момента, со шпинделем и муфтой сцепления. При этом муфта сцепления сопряжена с плавающим в аксиальном направлении фланцем, который в свою очередь жестко связан с цилиндрической пружиной, закрепленной на основании цилиндра. При этом муфта сцепления может входить в зацепление, при передаче крутящего момента, с приводным валом электропривода. Кроме этого на крышке цилиндра закреплена шарнирная пластина, сопряженная с плавающим фланцем и сердечником электромагнита. Пластина может складываться при аксиальном перемещении плавающего фланца (см., например, патент РФ №2364777 С1, МПК F16K 5/06, 31/02 от 20.11.2007 г.)Known ball valve comprising a housing, a ball locking element with a spindle, an electric drive with a drive shaft. Between the body and the electric drive there is a hollow cylinder with a base and a cover, inside of which there is an intermediate shaft, coupled, with the possibility of transmitting torque, with a spindle and clutch. In this case, the clutch is coupled with a flange floating in the axial direction, which in turn is rigidly connected with a coil spring fixed to the base of the cylinder. In this case, the clutch may engage, when transmitting torque, with the drive shaft of the electric drive. In addition, a hinge plate fixed to the cylinder cover is coupled to the floating flange and the core of the electromagnet. The plate can be folded during axial movement of the floating flange (see, for example, RF patent No. 2364777 C1, IPC F16K 5/06, 31/02 of November 20, 2007)

К недостаткам указанного устройства следует отнести:The disadvantages of this device include:

Во-первых, несвойственная для цилиндрической пружины функция создания крутящего момента путем закручивания относительно собственной оси может привести к релаксации упругих свойств.Firstly, the unusual function for a cylindrical spring to create a torque by twisting about its own axis can lead to relaxation of the elastic properties.

Во-вторых, асимметрично установленная шарнирная пластина создает изгибающий момент, который может привести к перекосу плавающего фланца и, как следствие, заклиниванию последнего в процессе осевого перемещения.Secondly, an asymmetrically mounted hinge plate creates a bending moment, which can lead to a skew of the floating flange and, as a result, jamming of the latter during axial movement.

Указанные недостатки приведут к невозможности мгновенного автоматического закрытия крана при прекращении подачи электроэнергии. Это соответственно может привести к аварийной ситуации при работе с агрессивными и взрывоопасными средами.These shortcomings will lead to the inability to instantly automatically close the tap when the power is cut off. This, accordingly, can lead to an emergency when working with aggressive and explosive atmospheres.

Известен и является прототипом шаровой кран, содержащий корпус, шаровой запорный элемент со шпинделем, электропривод с приводным валом, пустотелый цилиндр с основанием и крышкой. Внутри цилиндра установлен промежуточный вал, сопряженный со шпинделем шарового крана устройством передачи крутящего момента. На промежуточном валу установлена плавающая в аксиальном направлении подпружиненная втулка с фланцем. Втулка сопряжена с промежуточным валом и приводным валом электропривода соответственно муфтой сцепления типа штифт-паз и устройством передачи крутящего момента. При этом фланец связан с сердечниками электромагнитов рычажным механизмом. На основании пустотелого цилиндра коаксиально промежуточному валу установлена цилиндрическая пружина сжатия. Пружина одним концом жестко зафиксирована на основании, а другим сопряжена с промежуточным валом с возможностью передачи крутящего момента. Электропривод через промежуточный вал имеет возможность закручивать пружину относительно собственной оси при угловом повороте шпинделя. В процессе работы закрученная пружина создает крутящий момент, который может закрыть шаровой кран при обесточивании электропривода (см., например, патент РФ №2495312 С1, МПК F16K 5/06, 31/02 от 12.05.2012 г.)Known and is the prototype ball valve containing a housing, a ball locking element with a spindle, an electric drive with a drive shaft, a hollow cylinder with a base and a cover. An intermediate shaft is installed inside the cylinder, coupled to a spindle of a ball valve by a torque transmission device. An axially-floating spring-loaded sleeve with a flange is mounted on the intermediate shaft. The sleeve is interfaced with the intermediate shaft and the drive shaft of the electric drive, respectively, a pin-groove type clutch and a torque transmission device. In this case, the flange is connected to the cores of the electromagnets by a linkage mechanism. On the basis of the hollow cylinder, a cylindrical compression spring is installed coaxially with the intermediate shaft. The spring at one end is rigidly fixed on the base, and the other is coupled to the intermediate shaft with the possibility of transmitting torque. The electric drive through the intermediate shaft has the ability to tighten the spring relative to its own axis during angular rotation of the spindle. During operation, the twisted spring creates a torque that can close the ball valve when the electric drive is de-energized (see, for example, RF patent No. 2495312 C1, IPC F16K 5/06, 31/02 of 05/12/2012)

Недостатком прототипа является релаксация упругих свойств пружины при ее закручивании в процессе работы Это обстоятельство приводит к потере работоспособности пружины и, как следствие, может привести к аварийной ситуации при работе со взрывоопасными и агрессивными средами при обесточивании энергоблока.The disadvantage of the prototype is the relaxation of the elastic properties of the spring when it is twisted during operation.This circumstance leads to the loss of spring performance and, as a result, can lead to an emergency situation when working with explosive and aggressive environments when the power unit is de-energized.

Таким образом, задачей изобретения является обеспечение автоматического мгновенного закрытия шарового затвора при прекращении подачи электроэнергии к электроприводу крана.Thus, the object of the invention is to provide automatic instantaneous closing of the ball valve when the power supply to the electric valve of the crane is cut off.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в шаровом кране, содержащем корпус, шаровой затвор со шпинделем, электропривод с приводным валом, пустотелый цилиндр с основанием и крышкой, промежуточный вал, сопряженный с возможностью передачи крутящего момента со шпинделем шарового затвора, плавающую и подпружиненную втулку, способную аксиально перемещаться относительно промежуточного вала, при этом втулка связана с приводным валом электропривода сопряжением квадрат в квадрате, а с промежуточным валом - зацеплением типа паз-выступ, кроме этого втулка соединена с сердечниками двух вертикальных электромагнитов, установленных на основании пустотелого цилиндра, предусмотрены следующие отличия: на промежуточном валу, с возможностью передачи крутящего момента, установлен диск, на наружной поверхности которого с равномерным шагом выполнены зубья трапецеидального профиля, которые могут сопрягаться с зубьями аналогичного профиля, выполненными на наружной поверхности двух параллельных цилиндрических реек, установленных тангенциально диску, при этом каждая рейка подпружинена и имеет возможность тангенциального перемещения по коаксиальным, жестко закрепленным направляющим.The problem is solved due to the fact that in a ball valve containing a housing, a ball valve with a spindle, an electric drive with a drive shaft, a hollow cylinder with a base and a cover, an intermediate shaft, coupled with the possibility of transmitting torque to the ball valve spindle, a floating and spring-loaded sleeve, able to axially move relative to the intermediate shaft, while the sleeve is connected to the drive shaft of the electric drive by mating squared, and to the intermediate shaft - gearing of the groove-protrusion type, In addition, the sleeve is connected to the cores of two vertical electromagnets mounted on the base of the hollow cylinder, the following differences are provided: on the intermediate shaft, with the possibility of transmitting torque, a disk is installed, on the outer surface of which teeth of a trapezoidal profile are made with uniform pitch, which can mate with the teeth similar profile, made on the outer surface of two parallel cylindrical rails mounted tangentially to the disk, with each rail supporting zhinena and is able to move through the tangential coaxial, rigidly fixed guides.

Техническое решение в аварийной ситуации, используя потенциальную энергию сжатой пружины, позволяет мгновенно (менее 1 секунды) закрыть шаровой кран и отсечь взрывоопасную и агрессивную среду от энергетического котлоагрегата.The technical solution in an emergency, using the potential energy of the compressed spring, allows you to instantly (less than 1 second) close the ball valve and cut off the explosive and aggressive environment from the power boiler.

Сущность технического решения поясняется чертежами:The essence of the technical solution is illustrated by the drawings:

- на фиг. 1 - продольный разрез шарового крана в положении «открыто»;- in FIG. 1 is a longitudinal section of a ball valve in the open position;

- на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1.- in FIG. 2 is a view along arrow A in FIG. one.

Предложенный шаровой кран состоит из корпуса 1, шарового затвора 2, шпинделя 3. На корпусе 1 установлен пустотелый цилиндр 4 с основанием 5 и крышкой 6. На крышке 6 закреплен электропривод 7 с приводным валом 8. Внутри цилиндра 4 установлен в подшипниках качения 9 промежуточный вал 10, сопряженный со шпинделем 3 соединением типа квадрат в квадрате. На промежуточном валу 10 установлена плавающая в аксиальном направлении втулка 11, которая связана с приводным валом 8 электропривода 7 сопряжением квадрат в квадрате. Кроме этого втулка 11 имеет паз 12, который при передаче крутящего момента может входить в зацепление с выступами 13 промежуточного вала 10. При этом втулка 11 через подшипник 14, диафрагму 15 связана с сердечниками 16 электромагнитов 17 и пружинами 18. На промежуточном валу 10 с возможностью передачи крутящего момента установлен диск 19, на наружной поверхности которого с равномерным шагом выполнены трапецеидальные зубья 20. Тангенциально диску 19 установлены цилиндрические рейки 21, на наружной поверхности которых выполнены трапецеидальные зубья 22. Зубья 20 диска 19 и зубья 22 реек 21 образуют зацепление «шестерня-рейка». При этом рейки 21 сопряжены с пружинами 23, установленными коаксиально, и могут тангенциально перемещаться вдоль цилиндрических направляющих 24, жестко закрепленных на основании 5The proposed ball valve consists of a housing 1, a ball valve 2, a spindle 3. A hollow cylinder 4 with a base 5 and a cover 6 is mounted on the housing 1. An electric drive 7 with a drive shaft 8 is mounted on the cover 6. An intermediate shaft is installed in the rolling bearings 4 inside the cylinder 4. 10 mated to spindle 3 by a squared connection. An axial-floating sleeve 11 is mounted on the intermediate shaft 10, which is connected to the drive shaft 8 of the electric drive 7 by mating squared. In addition, the sleeve 11 has a groove 12, which, when transmitting torque, can engage with the protrusions 13 of the intermediate shaft 10. Moreover, the sleeve 11 through the bearing 14, the diaphragm 15 is connected to the cores 16 of the electromagnets 17 and the springs 18. On the intermediate shaft 10 with the possibility A disk 19 has been installed for transmitting torque, on the outer surface of which the trapezoidal teeth 20 are made with uniform pitch. Tangentially, the cylindrical rails 21 are installed on the outer surface of which the trapezoidal teeth 22 are made. slaughter 20 of the disk 19 and the teeth 22 of the racks 21 form a gear-rack meshing. When this rails 21 are paired with springs 23 installed coaxially, and can tangentially move along the cylindrical guides 24, rigidly fixed to the base 5

Шаровой кран работает следующим образом.Ball valve works as follows.

В процессе бесперебойного электропитания электромагниты 17 втягивают сердечники 16 и через диафрагму 15 сжимают пружины 18. При этом втулка 11 перемещается вдоль промежуточного вала 10 до зацепления паза 12 с выступами 13. Электропривод 7 через втулку 11, промежуточный вал 10 поворачивает шпиндель 3 на 90 градусов и открывает шаровой затвор 2 в рабочее положение «открыто». При этом диск 19 через зубчатое зацепление сдвигает рейки 21 по направляющим 24, сжимая пружины 23.In the process of uninterrupted power supply, the electromagnets 17 retract the cores 16 and compress the springs 18 through the diaphragm 15. In this case, the sleeve 11 moves along the intermediate shaft 10 until the groove 12 engages the protrusions 13. The electric drive 7 through the sleeve 11, the intermediate shaft 10 rotates the spindle 3 90 degrees and opens the ball valve 2 in the operating position "open". In this case, the disk 19 through the gearing shifts the racks 21 along the guides 24, compressing the springs 23.

В случае аварийного прекращения подачи электропитания на катушки электромагнитов 17 электромагнитное поле, которое удерживало пружины 18 в сжатом состоянии, пропадает. Пружины 18 через диафрагму 15 перемещают втулку 11 в осевом направлении до выхода паза 12 из зацепления с выступами 13.После этого сжатые пружины 23 начинают сдвигать рейки 21 по направляющим 24. При этом рейки 21 через зубчатое зацепление поворачивают диск 19, который через промежуточный вал 10, шпиндель 3 переводит шаровой затвор 3 в положение «закрыто». В этом положении шаровой кран отсекает подачу взрывоопасной среды в обслуживаемое помещение, обеспечивая безаварийную работу энергоагрегата.In the event of a power outage to the coils of the electromagnets 17, the electromagnetic field that kept the springs 18 in a compressed state disappears. The springs 18 through the diaphragm 15 move the sleeve 11 in the axial direction until the groove 12 is out of engagement with the protrusions 13. After this, the compressed springs 23 begin to move the rails 21 along the guides 24. In this case, the rails 21 rotate the disk 19 through the gearing, which through the intermediate shaft 10 , spindle 3 moves the ball valve 3 to the closed position. In this position, the ball valve cuts off the flow of explosive atmosphere into the serviced room, ensuring trouble-free operation of the power unit.

При возобновлении подачи электроэнергии оператор открывает шаровой кран вручную.When resuming power supply, the operator opens the ball valve manually.

Claims

A ball valve comprising a housing, a ball valve with a spindle, an electric drive with a drive shaft, a hollow cylinder with a base and a cover, an intermediate shaft coupled with the possibility of transmitting torque to the ball valve spindle, a floating and spring-loaded sleeve that can axially move relative to the intermediate shaft, this sleeve is connected with the drive shaft of the electric drive by mating squared squared, and with the intermediate shaft - groove-to-protrusion gearing, in addition, the sleeve is connected to the cores of two tical electromagnets mounted on the base of a hollow cylinder, characterized in that a disk is mounted on the intermediate shaft with the possibility of transmitting torque, on the outer surface of which teeth of a trapezoidal profile are made with uniform pitch, which mate with teeth of a similar profile made on the outer surface of two parallel cylindrical rails mounted tangentially to the disk, with each rail spring-loaded and has the ability to tangential movement along the coaxial m rigidly fixed guide.