ПРИВОД УПРАВЛЕНИЯ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРОЙ

Номер документа 4520170028

РУБРИКА:
6. Патентное дело, изобретательство, рационализаторство

РУБРИКА ГРНТИ:
73.39.35. Детали и элементы трубопроводов

АТРИБУТЫ:
Отрасли: Нефтегазовая
Тепловая энергия:
Электрическая энергия:
Виды топлива:
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Патент
Номер: 172361
Автор (принявший орган): 640023, Курганская обл., г . Курган , 6А мкр., 5А, кв. 25, Мальцеву Виктору Николаевичу
Дата: 05.07.2017
Регион: Курганская область
Источник информации: www.fips.ru

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве - повышение потребительских свойств привода управления запорным или регулирующим органом ТПА, заключающаяся в уменьшении времени цикла "открыто-закрыто" и усилия оператора или крутящего момента электропривода, необходимого для срыва запорного органа,что приводит к значительной экономии электроэнергии и трудозатрат при работе в районах Крайнего Севера и Запалярья. Поставленная техническая задача решается тем, что привод трубопроводной арматуры, содержащий установленную на подшипниках в верхней части корпуса бугеля (стойки) с указателем положения запорного органа ходовую втулку, управляющую ходовой гайкой, взаимодействующей со шпинделем, при этом на внутренней поверхности ходовой втулки и внешней поверхности ходовой гайки выполнены винтовые канавки одинакового направления, образующие винтовой канал в котором размещены шарики, а ходовая гайка в верхнем положении фиксируется относительно ходовой втулки крутящим моментом, превышающим крутящий момент холостого хода. Предложенный малогабаритный винтовой привод, встроенный в корпус стойки ТПА, является двухскоростным. Переключение режимов работы привода при открытии и закрытии ТПА происходит автоматически, за счет шариковых фиксаторов и не требует дополнительных переключателей или действий оператора.Полезная модель относится к машиностроению, а именно к арматуростроению и может быть использована в качестве привода для управления затвором трубопроводной арматуры (далее ТПА).Известен привод запорной ТПА, содержащий соединенный с корпусом арматуры, бугель, в нижней части которого размещено сальниковое уплотнение шпинделя арматуры, поджатое через втулку крышкой сальника, а в осевом отверстии верхней части ходовая гайка, установленная на подшипники и взаимодействующая со шпинделем через резьбовое соединение. Ходовая гайка управляется с помощью маховика или электропривода. При этом на ходовой втулке установлен указатель положения запорного органа с маркировкой "О" - открыто и "З" - закрыто (см. патент №2073158, C1, F16K 31/50, 1993 г., прототип).К недостаткам данной конструкции привода относятся низкий КПД резьбового соединения ходовая гайка-шпиндель, что приводит к необходимости прикладывать большой крутящий момент при управлении ТПА и односкоростной режим работы, а следовательно длительный по времени цикл "открыто-закрыто", так как привод рассчитан на максимальный крутящий момент необходимый для страгивания (срыва) запорного органа и преодоление сил трения покоя между запорным органом и уплотнительными полями затвора, а так же в резьбовом соединении ходовая гайка - шпиндель и сальниковом уплотнении, что значительно увеличивает время дальнейшего управления ТПА, когда требуется значительно меньший крутящий момент, необходимый только для преодоления сил трения в резьбовом соединении ходовая гайка - шпиндель, сальниковом уплотнении и сопротивления проводимой среды.Известен также привод запорной арматуры, содержащий корпус, размещенные в нем шпиндель, резьбовую втулку шпинделя, взаимодействующие с ней рычаги и маховик, состоящий из ступицы с отверстиями и сопряженной с ней втулки с резьбой и воздействующий на нее фиксатор, который выполнен шариковым (см. патент №934091, F16K 31/50, F16H 25/20, 1980 г.).Недостатками данного привода являются ограниченные возможности его применения, в основном это запорные вентили и низкий КПД соединений резьбовых втулок-шпиндель.Техническая задача, решаемая в предлагаемом устройстве - повышение потребительских свойств привода управления запорным или регулирующим органом ТПА, заключающееся в уменьшении времени цикла "открыто-закрыто" и усилия оператора или крутящего момента электропривода необходимого для срыва запорного органа.Поставленная техническая задача решается тем, что привод ТПА, содержащий установленную на подшипниках в верхней части корпуса бугеля (стойки) с указателем положения запорного органа, ходовую втулку, управляющую ходовой гайкой, взаимодействующей со шпинделем, при этом на внутренней поверхности ходовой втулки и внешней поверхности ходовой гайки выполнены винтовые канавки одинакового направления, образующие винтовой канал, в котором размещены шарики, а ходовая гайка в верхнем положении фиксируется относительно ходовой втулки крутящим моментом, превышающим крутящий момент холостого хода.Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен совмещенный разрез привода ТПА с шариковинтовой передачей (далее ШВП) в открытом положении (левая сторона разреза) и в закрытом положении (правая сторона разреза).Привод ТПА содержит ходовую втулку 1, на верхней части которой, выполненной в виде входного элемента (для электропривода - кулачковой муфты, для ручного привода - шестигранника), устанавливается электропривод или маховик. На внутренней поверхности цилиндрической части ходовой втулки 1 выполнена винтовая канавка 2, которая взаимодействует с помощью шариков 3 с ответной и одинаково направленной винтовой канавкой 4, выполненной на наружной поверхности ходовой гайки 5, взаимодействующей через резьбовое соединение 6 со шпинделем 7. Шарики 3 размещаются в одинаково направленных винтовых канавках 2 и 4, образующих винтовую линию по периметру цилиндрической поверхности примыкания ходовой втулки 1 и ходовой гайки 5. Ходовая втулка 1 установлена в корпусе бугеля 8 на подшипниках 9 и фиксируется в осевом направлении гайкой 10. Количество шариков 3 (соответственно витков, заполненных шариками), определяется расчетом и зависит от максимального крутящего момента, передаваемого ШВП. Ходовая втулка 1 выполнена удлиненной для размещения дополнительных свободных витков, необходимых для перемещения шариков при работе ШВП.В исполнении "под электропривод" на верхний торец корпуса бугеля 8 монтируется фланец 11 для установки электропривода, а верхняя часть ходовой втулки 1 выполняется в виде ответной части кулачковой муфты 12. В верхней части ходовой втулки 1 расположены регулируемые шариковые фиксаторы 13, а в верхней части ходовой гайки 5 соответствующая проточка 14 для удерживания в верхнем положении с заданным крутящим моментом ходовой гайки 5 относительно ходовой втулки 1.В исполнении "под маховик" (не показано) на верхней части ходовой втулки 1 установливается кожух с указателем положения запорного органа ТПА и маркировкой "О" - открыто и "3" - закрыто, относительно которых по верхнему торцу шпинделя 7 считываются положения запорного органа.Привод работает следующим образом:При открытии ТПА для страгивания (срыва) запорного органа крутящий момент от электропривода или оператора передается ходовой втулке 1. При вращении ходовой втулки 1, шарики 3, входящие с ней в зацепление начнут обкатываться по винтовому каналу, образованному винтовыми канавками 2, 4 и за счет смещения винтовой линии будут перемещаться в осевом направлении вверх. При этом ходовая гайка 5, находясь в зацеплении с резьбой шпинделя 6, охватывая и оставаясь неподвижной относительно его, при обкатывании шариков 3 перемещается только в осевом направлении вместе со шпинделем вверх, перемещая при этом запорный орган ТПА. Крутящий момент, приложенный к приводу ТПА и передаваемый первой силовой ступенью, должен обеспечить страгивание запорного органа.После страгивания запорного органа и уменьшения усилия на шпинделе 7, шарики 3 сделав заданное конструктивно количество оборотов смещают ходовую гайку 5 по оси вверх до соприкосновения ее с верхним торцом ходовой втулки 1 и блокируются от дальнейшего вращения. При этом шариковые фиксаторы 13, расположенные в верней части ходовой втулки 1, входят в зацепление с соответствующей проточкой 14, выполненной в верхней части ходовой гайки 5, фиксируя таким образом ходовую втулку 1 относительно ходовой гайки 5 заданным крутящим моментом. После этого крутящий момент от внешнего привода будет передаваться на ходовую втулку 1, шарики 3 и ходовую гайку 5, которые, находясь в заблокированном положении, вращаются вокруг шпинделя 7 как одно целое, при этом крутящий момент передается непосредственно на резьбовое соединение 6 ходовой гайки 5 со шпинделем 7. В этом режиме работы привода увеличивается скорость осевого перемещения шпинделя 7 и, соответственно, запорного органа, т.к. шаг резьбового соединения ходовой гайки 5 со шпинделем 7 задается конструктивно значительно больше, чем шаг ШВП. Таким образом, привод работает последовательно в двухскоростном режиме. Затвор открыт.При закрытии ТПА привод работает в обратном порядке. Внешний крутящий момент вначале передается через ходовую втулку 1, шарики 3 и ходовую гайку 5, которые, находясь в заблокированном положении, вращаются вокруг шпинделя 7 как одно целое, на резьбовое зацепление 6 и напрямую перемещает запорный орган с увеличенной скоростью до соприкосновения уплотнительных полей запорного органа с ответными полями седел. При дальнейшем увеличении усилия на шпинделе 7 ходовая гайка 5 под действием крутящего момента, превышающего крутящий момент холостого хода и, соответственно, превышающего усилие сжатия пружин шариковых фиксаторов 13, разблокируется с ходовой втулкой 1и перестает вращаться вокруг шпинделя 7. При этом крутящий момент начинает передаваться только ходовой втулке 1. При вращении ходовой втулки 1, шарики 3, входящие с ней в зацепление начнут обкатываться по винтовому каналу, образованному винтовыми канавками 2, 4, и за счет смещения винтовой линии будут перемещаться в осевом направлении вниз. При этом ходовая гайка 5, находясь в зацеплении с резьбой шпинделя 7 и оставаясь неподвижной относительно его, перемещается в осевом направлении вниз вместе со шпинделем 7 и, соответственно, перемещая вниз запорный орган ТПА до ее полного закрытия. Затвор закрыт.В исполнении "под маховик" верхний торец шпинделя 7, перемещается от отметки "З" до отметки "О" на кожухе указателя положения запорного органа. Затвор открыт.Таким образом, предложенный малогабаритный двухскоростной винтовой привод встроенный в корпус бугеля (стойки) позволяет не только уменьшить время цикла "открыто-закрыто", но и максимальный крутящий момент при открытии и закрытии запорного органа ТПА, что достигается за счет применения ШВП, имеющей значительно больший КПД по сравнению с применяемой в существующих конструкциях резьбовой парой. Использование ШВП без обводного канала и замкнутой цепочки шариков обусловлено коротким рабочим ходом, т.к. ШВП работает только при "срыве" или "дожиме" запорного органа в седлах ТПА. При дальнейшем вращении заблокированной ШВП работает только вторая скоростная ступень, когда крутящий момент передается непосредственно через резьбовое соединение 6 ходовой гайки 5 на шпиндель 7, которое выполняется с увеличенным шагом, что позволит, соответственно увеличить скорость перемещения запорного органа на холостом ходу. Так как крутящий момент холостого хода значительно меньше (в 5-10 раз) максимального момента, низкое КПД резьбового соединения ходовой гайки 5 и шпинделя 6, применяемого в существующих конструкциях ТПА повсеместно, практически не повлияет на время управления ТПА.Переключение режимов работы привода при открытии и закрытии ТПА происходит автоматически, за счет шариковых фиксаторов и не требует дополнительных переключателей или действий оператора. Такой режим работы привода ТПА позволяет оператору, при вращении маховика или при работе установленного электропривода, автоматически получить две скорости перемещения шпинделя в соответствии с действующими силами сопротивления запорному органу.
Скачать