RU2364780C1 - Electric drive for stop valves - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention refers to drives for pipeline fittings control and is intended for use in pipeline transport for working medium flow control. Electric drive for stop valves contains housing. In the housing shafts of electric motor and manual backup are installed perpendicular to one another. Gear wheels are rigidly settled on shafts. Gear wheels are moved into engaged position by mechanism of switching from electric control to manual control. Electric motor shaft is connected with input shaft of reduction gear. Switching mechanism is made as eccentric bushing. manual backup shaft is mounted in the housing using eccentric bushing. The bushing is fitted with arm for its turning. Manual backup shaft consists of two half-shafts. One half-shaft carries steering wheel. The second half-shaft has gear wheel. The half-shafts are interconnected via yoke and sprocket of double bilateral free-wheeling clutch. Inner surface of eccentric bushing is the holder of the clutch.

EFFECT: structure reliability improvement and drive design simplification.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к приводам управления трубопроводной арматурой и может быть использовано в трубопроводном транспорте для управления потоком рабочей среды, например нефти, газа и других продуктов.The invention relates to control valves for pipeline valves and can be used in pipeline transport to control the flow of a working medium, such as oil, gas and other products.

Привод запорной арматуры в самом общем случае содержит электродвигатель с редуктором и ручной дублер для управления арматурой в условиях аварийного отключения электричества. Компоновка двигателя и редуктора должна допускать большие линейные перемещения штока трубопроводной арматуры. Основной проблемой приводов запорной арматуры является безопасное переключение исполнительного механизма с электрического на ручное управление и обратно. Самая простая схема подключения ручного управления реализована в электроприводе арматуры по патенту RU 2132990. Маховик ручного дублера выполнен съемным. Переключение осуществляется осевым смещением маховика, при котором замыкается кинематическая связь ручного дублера и ведомого вала привода и одновременно срабатывает электрический выключатель, отключающий питание двигателя. Основным недостатком такого привода является большая зависимость от человеческого фактора, так как после случайного отключения включение электрического управления невозможно без выезда оператора на место. Кроме того, надежность работы электрического выключателя, особенно в полевых условиях, значительно ниже надежности механических систем.The shutoff valve actuator in the most general case contains an electric motor with a gearbox and a manual backup for controlling the valve in the event of an emergency power outage. The layout of the motor and gearbox must allow large linear displacements of the valve stem. The main problem of valves for valves is the safe switching of the actuator from electric to manual control and vice versa. The simplest connection scheme for manual control is implemented in the valve actuator according to patent RU 2132990. The handwheel of the manual backup is removable. Switching is carried out by the axial displacement of the flywheel, at which the kinematic connection of the handwheel and the driven shaft of the drive is closed and at the same time an electric switch is tripped, which cuts off the motor power. The main disadvantage of such a drive is a great dependence on the human factor, since after an accidental shutdown, the inclusion of electrical control is impossible without the operator leaving the place. In addition, the reliability of the electrical switch, especially in the field, is significantly lower than the reliability of mechanical systems.

Известны приводы RU 22113890, US 7055795, в которых используют двухстороннюю кулачковую муфту, которая, перемещаясь по шлицам ведомого вала привода, поочередно связывает с ним либо вал ручного маховика, либо вал двигателя, разрывая другую связь. Перемещение муфты в обе стороны может осуществляться рычагом, либо в одну сторону муфта перемещается рычагом и фиксируется защелкой, а возвращается в другое положение с помощью пружины после разблокирования защелки. Таким приводам присущ основной недостаток, описанный выше, а именно переключение с ручного управления на электрическое возможно только оператором на месте.Known drives RU 22113890, US 7055795, which use a double-sided cam clutch, which, moving along the splines of the driven shaft of the drive, alternately connects either the handwheel shaft or the motor shaft, breaking another connection. The coupling can be moved to both sides by the lever, or the coupling is moved to one side by the lever and locked by the latch, and returned to the other position by the spring after the latch is unlocked. Such drives have the main drawback described above, namely, switching from manual control to electric is possible only by the operator on site.

Для автоматического размыкания связи между ручным маховиком и кулачковой муфтой при включении питания электродвигателя используют элементы с криволинейными торцевыми кулачками SU 1421944, RU 2239116. Недостатками этих технических решений является большое количество кинематических связей, что усложняет работу и снижает надежность приводов.To automatically open the connection between the handwheel and the cam clutch when the electric motor is turned on, elements with curved end cams SU 1421944, RU 2239116 are used. The disadvantages of these technical solutions are the large number of kinematic connections, which complicates the work and reduces the reliability of the drives.

В качестве прототипа выбран электропривод с ручным дублером (RU 56542). Привод содержит корпус, в котором перпендикулярно друг к другу установлены валы двигателя и ручного дублера. На валах установлены зубчатые колеса, которые зацепляются друг с другом при продольном перемещении вала ручного дублера по шлицам в корпусе. На валу ручного дублера расположена пружина, которая возвращает ручной дублер в исходное положение после прекращения давления на маховик. При ручном управлении приводом оператору приходится одновременно давить на маховик, преодолевая сопротивление пружины, и вращать его, что крайне неудобно и требует больших физических усилий. При неожиданном включении электропитания возникает удар на маховик, так как дублер отключается только после того, как оператор отпускает маховик. Такой ручной дублер прост, но очень неудобен в эксплуатации и опасен для оператора.As a prototype, an electric drive with a manual backup was chosen (RU 56542). The drive contains a housing in which the shafts of the engine and the handwheel are mounted perpendicular to each other. Cogwheels are installed on the shafts, which mesh with each other during the longitudinal movement of the handwheel shaft along the splines in the housing. A spring is located on the shaft of the handwheel, which returns the handwheel to its original position after the pressure on the flywheel has ceased. With manual control of the drive, the operator has to simultaneously press on the flywheel, overcoming the resistance of the spring, and rotate it, which is extremely inconvenient and requires great physical effort. If the power is turned on unexpectedly, a blow to the flywheel occurs, since the backup is turned off only after the operator releases the flywheel. Such a manual backup is simple, but very inconvenient to operate and dangerous for the operator.

Таким образом, остается актуальной задача создания простого, надежного и безопасного привода, имеющего малое количество деталей и невысокую стоимость.Thus, the task of creating a simple, reliable and safe drive that has a small number of parts and low cost remains relevant.

Техническим результатом изобретения является разделение усилий вращения маховика и приведения ручного дублера в рабочее положение и автоматический разрыв связи ручного дублера с двигателем при неожиданном включении электродвигателя.The technical result of the invention is the separation of the rotational forces of the flywheel and bringing the handwheel into working position and the automatic disconnection of the handwheel with the engine when the motor turns on unexpectedly.

Для решения поставленной задачи привод запорной арматуры, как и прототип, содержит электродвигатель, связанный с входным валом редуктора, ручной дублер и механизм переключения привода с электрического на ручное управление. Валы электродвигателя и ручного дублера установлены в корпусе перпендикулярно друг к другу и на них закреплены зубчатые колеса, которые приводятся в зацепление механизмом переключения привода в ручное управление.To solve this problem, the shutoff valve actuator, like the prototype, contains an electric motor connected to the input shaft of the gearbox, a manual backup and a mechanism for switching the drive from electric to manual control. The shafts of the electric motor and the handwheel are installed in the housing perpendicular to each other and gears are fixed to them, which are engaged by a gear to switch the drive to manual control.

В отличие от прототипа механизм переключения выполнен в виде эксцентриковой втулки, посредством которой вал ручного дублера установлен в корпусе, втулка снабжена рычагом для ее поворота в корпусе. При повороте эксцентриковой втулки вал ручного дублера вместе с зубчатым колесом перемещается в направлении, перпендикулярном оси ручного дублера, и колесо на валу ручного дублера входит в зацепление с колесом на валу двигателя. Чтобы ручной дублер гарантированно отключался после включения двигателя при любом состоянии трущихся поверхностей вала ручного дублера, эксцентриковой втулки и корпуса, проходящий внутри эксцентриковой втулки вал дублера выполнен в виде двух полувалов, несущих на себе штурвал ручного управления и зубчатое колесо. Полувалы соединены друг с другом посредством двойной двусторонней муфты свободного хода, причем полувал со штурвалом ручного управления соединен с вилкой муфты, полувал с зубчатым колесом соединен со звездочкой муфты, а ее обоймой является внутренняя цилиндрическая поверхность эксцентриковой втулки.Unlike the prototype, the switching mechanism is made in the form of an eccentric sleeve, by means of which the shaft of the handwheel is installed in the housing, the sleeve is equipped with a lever for its rotation in the housing. When the eccentric sleeve is rotated, the handwheel shaft together with the gear wheel moves in the direction perpendicular to the axis of the handwheel, and the wheel on the handwheel shaft engages with the wheel on the motor shaft. To ensure that the handwheel is guaranteed to be switched off after turning on the engine in any condition of the rubbing surfaces of the shaft of the handwheel, the eccentric sleeve and the housing, the shaft of the doubler passing inside the eccentric sleeve is made in the form of two half-shafts carrying a handwheel and a gear wheel. The half-shafts are connected to each other by means of a double-sided freewheel, the half-shaft with a manual control wheel is connected to the coupling fork, the half-shaft with a gear wheel is connected to the coupling sprocket, and its holder is the inner cylindrical surface of the eccentric sleeve.

Для фиксации ручного дублера в рабочем положении целесообразно на наружной боковой поверхности втулки выполнить защелку в виде подпружиненного шарика.To fix the handwheel in the working position, it is advisable to make a latch in the form of a spring ball on the outer side surface of the sleeve.

На фиг.1 представлено осевое сечение привода, на фиг.2 - его общий вид со снятым двигателем, а на фиг.3 - сечение по В-В, показывающее муфту свободного хода.Figure 1 shows the axial section of the drive, figure 2 is a General view of it with the engine removed, and figure 3 is a section along BB showing the freewheel.

Привод содержит корпус, состоящий из двух цилиндрических плеч 1 и 2, перпендикулярных друг к другу. Плечи 1 и 2 корпуса жестко связаны друг с другом. В приводе, представленном на фигурах, части 1 и 2 корпуса связаны с помощью прямоугольного фланца 3 и резьбовых соединений. В цилиндрическом корпусе 1 выполнено посадочное отверстие для электродвигателя 5, а в корпусном элементе 2 выполнено отверстие 6 для установки ручного дублера.The drive contains a housing consisting of two cylindrical shoulders 1 and 2, perpendicular to each other. The shoulders 1 and 2 of the body are rigidly connected to each other. In the drive shown in the figures, parts 1 and 2 of the housing are connected using a rectangular flange 3 and threaded connections. In the cylindrical body 1, a landing hole for the electric motor 5 is made, and in the body element 2, a hole 6 is made for installing a manual backup.

Вал 7 электродвигателя 5 жестко связан с входным валом 8 редуктора привода (сам редуктор на фигуре не показан) и на нем жестко закреплено коническое зубчатое колесо 9. Вал ручного дублера выполнен из двух полувалов 10 и 11. На полувалу 10 посажен штурвал 12 с рукояткой вращения 13. На полувалу 11 жестко закреплено коническое зубчатое колесо 14, зацепляющееся с колесом 9 при включенном ручном дублере. Следует отметить, что колеса в паре 14-9 не обязательно должны быть коническими. Одно из колес может быть плоским, тогда ответное колесо будет цилиндрическим.The shaft 7 of the electric motor 5 is rigidly connected to the input shaft 8 of the drive gearbox (the gearbox itself is not shown in the figure) and the bevel gear 9 is rigidly fixed on it. The handwheel shaft is made of two half-shafts 10 and 11. A helm 12 with a rotation handle is mounted on the half-shaft 10 13. On the half shaft 11, the bevel gear 14 is fixedly fixed, engaging with the wheel 9 with the manual understudy turned on. It should be noted that the wheels in pair 14-9 need not be conical. One of the wheels can be flat, then the counter wheel will be cylindrical.

Полувалы ручного дублера 10 и 11 посажены в корпусе 2 через эксцентриковую втулку 15, которая имеет возможность поворота в корпусе с помощью рычага 16. Полувалы 10 и 11 посажены в эксцентриковой втулке 15 на подшипниках 18, 19, 20, 21 и связаны друг с другом посредством двойной муфты свободного хода двухстороннего действия (см. фиг.3). При этом полувал 10, несущий штурвал 12, связан с вилкой 22 муфты свободного хода, а полувал 11 связан со звездочкой 23. При этом обоймой муфты свободного хода является внутренняя поверхность 24 эксцентриковой втулки 15. Ролики 25 муфты свободного хода раздвигаются в клиновые пазы между звездочкой 23 и обоймой 24 пружинами 26.The semi-shafts of the handwheel 10 and 11 are planted in the housing 2 through an eccentric sleeve 15, which can be rotated in the housing using the lever 16. The semi-shafts 10 and 11 are planted in the eccentric sleeve 15 on bearings 18, 19, 20, 21 and are connected to each other by double freewheel double-acting clutch (see figure 3). In this case, the half shaft 10, the steering wheel 12, is connected with the fork 22 of the freewheel, and the half shaft 11 is connected with the sprocket 23. In this case, the holder of the freewheel is the inner surface 24 of the eccentric sleeve 15. The rollers 25 of the freewheel extend into wedge slots between the sprocket 23 and clip 24 springs 26.

Ручной дублер включается поворотом и удержанием рычага 16. Для того чтобы зафиксировать ручной дублер в рабочем положение без усилия со стороны оператора, на наружной боковой поверхности эксцентриковой втулки 15 выполнена шариковая защелка - фиксатор углового положения эксцентриковой втулки. Защелка представляет собой выполненное в корпусе 2 отверстие 27 с шариком 28 и пружиной 29. На боковой поверхности эксцентриковой обоймы 15 выполнены ответные пазы 31, фиксирующие обойму 15 в положении включения ручного дублера и в положениях его выключения. Для регулировки силы сжатия пружины 29 предусмотрен регулировочный винт 30.The handwheel is turned on by turning and holding the lever 16. In order to fix the handwheel in the working position without effort from the operator, a ball latch is made on the outer side surface of the eccentric sleeve 15, which fixes the angular position of the eccentric sleeve. The latch is a hole 27 made in the housing 2 with a ball 28 and a spring 29. On the lateral surface of the eccentric cage 15, reciprocal grooves 31 are made, fixing the cage 15 in the on position of the manual backup and in the off positions. To adjust the compression force of the spring 29, an adjustment screw 30 is provided.

Рассмотрим работу предлагаемого привода в простейшем варианте конструкции, т.е. без шариковой защелки. В режиме электрического управления эксцентриковая втулка 15 повернута в корпусе 2 так, что ось 001 ручного дублера занимает крайнее нижнее положение, показанное на фиг.1 пунктиром. Зубчатое колесо 14 при этом выведено из зацепления с колесом 9. Вращение вала 7 двигателя 5 передается на входной вал 8 редуктора и далее к рабочему органу запорной арматуры. При обесточивании двигателя 5 поворотом рычага 16 вверх до упора втулка 15 поднимает ось 001 в крайнее верхнее положение и колесо 14 входит в зацепление с колесом 9. Вращением штурвала 12 приводится во вращение полувал 10 и вилка 22 муфты свободного хода. Вращением вилки 22 ролики 25 выталкиваются из клиновых пазов между звездочкой 23 и обоймой 24, и звездочка свободно вращается вместе с вилкой относительно обоймы 24. Т.е полувалы 10 и 11 вращаются относительно эксцентриковой втулки 15 вместе как единое целое, и вращение от штурвала 12 передается через зубчатые колеса 14 и 9 на входной вал 8 редуктора привода. Оператору необходимо лишь фиксировать рычаг 16 в нужном положении и вращать рукоятку 13 штурвала 12.Consider the operation of the proposed drive in the simplest design, i.e. without ball latch. In the electric control mode, the eccentric sleeve 15 is rotated in the housing 2 so that the axis 001 of the handwheel takes the lowest position, shown in broken line in FIG. The gear wheel 14 is thus disengaged from the wheel 9. The rotation of the shaft 7 of the engine 5 is transmitted to the input shaft 8 of the gearbox and then to the working body of the shutoff valves. When the motor 5 is turned off, turn the lever 16 up to the stop, the sleeve 15 raises the axis 001 to its highest position and the wheel 14 engages with the wheel 9. By rotating the steering wheel 12, the half shaft 10 and the fork 22 of the freewheel are rotated. By rotating the fork 22, the rollers 25 are pushed out of the wedge grooves between the sprocket 23 and the yoke 24, and the sprocket freely rotates together with the yoke relative to the yoke 24. That is, the half-shafts 10 and 11 rotate relative to the eccentric sleeve 15 together, and the rotation from the helm 12 is transmitted through gears 14 and 9 to the input shaft 8 of the drive gear. The operator only needs to fix the lever 16 in the desired position and rotate the handle 13 of the steering wheel 12.

В этой простейшей конструкции при неожиданном включении двигателя 5 вращение через зубчатую пару 9-14 поступит на полувал 11 и звездочку 23 муфты свободного хода. При вращении звездочки 23 с более высокой скоростью, чем вилка 22, вращаемая вручную, один из роликов 25 заклинивается в пазу между звездочкой 23 и обоймой 24 и вращение от звездочки передается на обойму, поворачивая эксцентриковую втулку 15 вокруг ее оси вращения. Поворот втулки в корпусе 2 разрывает связь между зубчатыми колесами 14 и 9. Динамический удар от 5 включенного двигателя может ощущаться оператором только на рычаге 16, но поскольку связь с двигателем тут же разрывается, то этот удар не может причинить большого вреда оператору.In this simplest design, when the engine 5 is unexpectedly turned on, rotation through the gear pair 9-14 will go to the half shaft 11 and the sprocket 23 of the freewheel. When the sprocket 23 rotates with a higher speed than the manually-operated fork 22, one of the rollers 25 is jammed in the groove between the sprocket 23 and the clip 24 and the rotation from the sprocket is transmitted to the clip, turning the eccentric sleeve 15 about its axis of rotation. The rotation of the sleeve in the housing 2 breaks the connection between the gears 14 and 9. A dynamic blow from engine 5 can be felt by the operator only on the lever 16, but since the connection with the engine is immediately broken, this blow can not cause much harm to the operator.

Привод с шариковой защелкой в режим ручного дублера также переводится поворотом рычага 16. Эксцентриковая втулка 15 в этом случае удерживается не рычагом 16, который оператор может отпустить, а шариком 28, фиксированном в пазу 31. Оператор теперь имеет свободными обе руки и может ими обеими вращать штурвал 12, что облегчает ручное управление приводом. При неожиданном включении электропитания двигателя 5, как и в предыдущем случае, сработает муфта свободного хода, и вращение зубчатого колеса 9 через колесо 14 создаст на эксцентриковой втулке 15 момент вращения относительно ее оси. При превышении этим моментом силы поджатия пружины 29 шариковой защелки шарик 28 утапливается в отверстии 27, освобождая защелку, и втулка 15 поворачивается в корпусе 2 вокруг своей оси вращения. Тем самым колесо 14 переводится в нижнее положение и разрывает связь зубчатых колес 9 и 14. Т.е. в этом случае динамического удара на руки оператора не будет вообще. В дальнейшем входной вал 8 редуктора будет вращаться только от электродвигателя 5. Во избежание в момент включения двигателя излишних нагрузок на нем пружину 29 шариковой защелки целесообразно отрегулировать так, чтобы она надежно фиксировала положение втулки 15 при ручном управлении, но легко отключалась при включении двигателя. Регулировка пружины 29 в данной конкретной конструкции осуществляется регулировочным винтом 30.The ball-lock actuator also switches to manual override by turning the lever 16. In this case, the eccentric sleeve 15 is held not by the lever 16, which the operator can release, but by the ball 28 fixed in the groove 31. The operator now has both hands free and can rotate both of them steering wheel 12, which facilitates manual control of the drive. If the power supply of the engine 5 is unexpectedly turned on, as in the previous case, the freewheel will work, and the rotation of the gear 9 through the wheel 14 will create a torque on the eccentric sleeve 15 about its axis. When this moment exceeds the force of compression of the spring 29 of the ball latch, the ball 28 is recessed in the hole 27, releasing the latch, and the sleeve 15 rotates in the housing 2 about its axis of rotation. Thus, the wheel 14 is moved to the lower position and breaks the connection of the gears 9 and 14. That is, in this case, there will be no dynamic impact on the operator’s hands at all. Subsequently, the input shaft 8 of the gearbox will rotate only from the electric motor 5. To avoid excessive loads on the motor at the time of turning on the motor, it is advisable to adjust the ball latch spring 29 so that it reliably fixes the position of the sleeve 15 during manual control, but is easily disconnected when the motor is turned on. The adjustment of the spring 29 in this particular design is carried out by the adjusting screw 30.

Таким образом, предложена очень надежная, простая и удобная в эксплуатации конструкция привода запорной арматуры с ручным дублером.Thus, a very reliable, simple and easy-to-use design of a drive for shut-off valves with a manual override was proposed.

Claims (2)

1. Электропривод запорной арматуры, содержащий корпус, в котором перпендикулярно друг другу установлены валы электродвигателя и ручного дублера, на валах жестко посажены зубчатые колеса, которые перемещаются в положение зацепления механизмом переключения с электрического управления на ручное, и вал электродвигателя связан с входным валом редуктора, отличающийся тем, что механизм переключения выполнен в виде эксцентриковой втулки, посредством которой вал ручного дублера установлен в корпусе и втулка снабжена рычагом для ее поворота, причем вал ручного дублера выполнен из двух полувалов, один из которых несет на себе штурвал, а другой - зубчатое колесо, и полувалы соединены друг с другом через вилку и звездочку двойной двухсторонней муфты свободного хода, обоймой которой является внутренняя поверхность эксцентриковой втулки.1. An electric actuator of shutoff valves, comprising a housing in which the shafts of the electric motor and the handwheel are mounted perpendicular to each other, gears are rigidly mounted on the shafts, which are moved to the engaging position by a switching mechanism from electric to manual control, and the motor shaft is connected to the input shaft of the gearbox, characterized in that the switching mechanism is made in the form of an eccentric sleeve, by means of which the shaft of the handwheel is installed in the housing and the sleeve is equipped with a lever for its rotation, p When in use, the handwheel shaft is formed from two semi-shafts, one of which carries the steering wheel, and the other - the gear and half-shafts are connected to each other via a plug and a double asterisk two way overrunning clutch cage which is the inner surface of the eccentric bushing. 2. Электропривод по п.1, отличающийся тем, что на наружной боковой поверхности эксцентриковой втулки выполнена защелка в виде подпружиненного шарика. 2. The drive according to claim 1, characterized in that on the outer side surface of the eccentric sleeve a latch is made in the form of a spring ball.

Images