RU2374504C1

RU2374504C1 - Pneumatic drive for globe valves of gas pipelines

Info

Publication number: RU2374504C1
Application number: RU2008134352/06A
Authority: RU
Inventors: Вадим Васильевич Саяпин (RU); Вадим Васильевич Саяпин
Original assignee: Вадим Васильевич Саяпин
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2009-11-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: pneumatic drive contains concatenate: control device, electrofluidic valves, pressure regulator (consumption) of gas, air jet engine, reduction gear, crank-screw rotation gear, containing device for motional energy absorption of travelling components of drive, control rod, sliding nut, connected movable to link, which is rigidly connected to output drive shaft. Additionally control rod is installed with ability of restriction of axial movement and is connected to device for motional energy absorption of travelling components of drive through axial bearing and lever motion.

EFFECT: enhanced reliability.

4 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области пневмомашиностроения, в частности к механизмам, предназначенным для перестановки, следящего и программного управления регулирующими органами запорно-регулирующей арматуры газо-нефте-продуктоприводов при дистанционном и местном управлении.The invention relates to the field of pneumatic engineering, in particular to mechanisms intended for rearrangement, servo and program control of regulatory bodies of shut-off and control valves of gas-oil-product drives with remote and local control.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Известен пневматический привод с поршневыми двигателями, содержащий пневматические поршневые двигателями (пневмоцилиндры) с кольцевыми резиновыми уплотнениями, кулисный поворотный механизм, конечные выключатели (см. А.Ф.Гуревич и др. Справочник по арматуре для газо-нефтепроводов. Ленинград: Недра. 1988 г. стр.346 рис.8.4).Known pneumatic drive with piston engines, containing pneumatic piston engines (pneumatic cylinders) with ring rubber seals, rocker rotary mechanism, limit switches (see AF Gurevich and other Handbook of valves for gas and oil pipelines. Leningrad: Nedra. 1988 g p. 346 fig. 8.4).

Техническими недостатками этого привода являются: наличие подвижных трущихся уплотнений (резиновых колец), снижающих надежность и ресурс привода, большой объем полостей цилиндров, заполняемых газом, что приводит к возможности ударных воздействий на объект управления; возможность самопроизвольного поворота выходного вала привода под действием внешней среды. Известен пневматический привод со струйным двигателем (патент РФ №2217626) «Пневматический привод со струйным двигателем для запорно-регулирующей арматуры газо-нефтепроводов, струйный двигатель, механическая зубчатая передача, кулисно-винтовой поворотный механизм, устройство управления приводом (варианты)».Technical disadvantages of this drive are: the presence of moving friction seals (rubber rings), which reduce the reliability and service life of the drive, a large volume of cylinder cavities filled with gas, which leads to the possibility of impact on the control object; the possibility of spontaneous rotation of the output shaft of the drive under the influence of the external environment. Known pneumatic drive with a jet engine (RF patent №2217626) "Pneumatic drive with a jet engine for shut-off and control valves of gas and oil pipelines, jet engine, mechanical gear transmission, rocker-screw rotary mechanism, drive control device (options)".

Техническими недостатками данной конструкции привода являются:The technical disadvantages of this drive design are:

1. Сложность конструкции устройства поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, содержащего 2 упорных подшипника.1. The complexity of the design of the device for absorbing kinetic energy of the moving parts of the drive, containing 2 thrust bearings.

2. Сложность рычажной передачи от ходового винта привода к пакету тарельчатых пружин.2. The complexity of the linkage from the drive screw of the drive to the disk spring package.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности, уменьшение габаритов привода.An object of the invention is to simplify the design, increase reliability, reduce the size of the drive.

Эта техническая задача решается за счет того, что на одном конце ходового винта кулисно-винтового поворотного механизма установлен упорный подшипник, при этом подшипник помещен в корпус, причем корпус установлен в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма, с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси ходового винта и без возможности поворота вокруг этой оси, при этом корпус соединен с упругим элементом, соединенным с корпусом кулисно-винтового поворотного механизма.This technical problem is solved due to the fact that a thrust bearing is installed at one end of the spindle of the rocker-screw rotary mechanism, while the bearing is placed in the housing, the housing being installed in the rocker-screw rotary mechanism housing, with the possibility of limited movement along the axis of the screw and without the possibility of rotation around this axis, while the housing is connected to an elastic element connected to the housing of the rocker-screw rotary mechanism.

Эта техническая задача решается также за счет того, что корпус связан с упругим элементом с помощью рычажной передачи.This technical problem is also solved due to the fact that the housing is connected to the elastic element using a lever transmission.

Эта техническая задача решается также за счет того, что упругий элемент выполнен в виде пакета тарельчатых пружин.This technical problem is also solved due to the fact that the elastic element is made in the form of a disk cup springs.

Эта техническая задача решается также за счет того, что упругий элемент расположен внутри корпуса кулисно-винтового поворотного механизма, параллельно ходовому винту.This technical problem is also solved due to the fact that the elastic element is located inside the casing of the rocker screw rotary mechanism, parallel to the lead screw.

Причинно-следственная связь между достигаемым техническим результатом и совокупностью признаковCausal relationship between the technical result achieved and the totality of features

Упрощение конструкции и повышение надежности привода достигается за счет того, что на одном конце ходового винта установлен упорный подшипник, при этом помещен, с осевым зазором, в корпус, а корпус установлен в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси ходового винта и без возможности поворота вокруг этой оси, при этом корпус соединен с упругим элементом, соединенным с корпусом кулисно-винтового поворотного механизма.Simplification of the design and increasing the reliability of the drive is achieved due to the fact that a thrust bearing is installed at one end of the screw, while being placed, with axial clearance, in the housing, and the housing is installed in the housing of the rocker screw rotary mechanism with the possibility of limited movement along the axis of the screw and without the possibility of rotation around this axis, while the housing is connected to an elastic element connected to the housing of the rocker-screw rotary mechanism.

Уменьшение габаритов привода достигается за счет того, что:The reduction in the dimensions of the drive is achieved due to the fact that:

- корпус связан с упругим элементом с помощью рычажной передачи;- the housing is connected to the elastic element using a linkage;

- упругий элемент выполнен в виде пакета тарельчатых пружин;- the elastic element is made in the form of a packet of Belleville springs;

- упругий элемент расположен внутри корпуса кулисно-винтового поворотного механизма, параллельно ходовому винту.- the elastic element is located inside the housing of the rocker-screw rotary mechanism, parallel to the lead screw.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Изобретение поясняется далее описанием примера осуществления со ссылкой на чертежи, гдеThe invention is further explained in the description of an example implementation with reference to the drawings, where

на фиг.1 изображена схема пневматического приводаfigure 1 shows a diagram of a pneumatic drive

на фиг.2 изображено сечение по АА фиг.1.figure 2 shows a section along AA of figure 1.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

Пневматический привод (фиг.1) содержит последовательно соединенные управляющие устройства 1; электропневмоклапаны 3,4; регуляторы давления газа 6, 7; пневматический струйный двигатель 10 с ротором 11 и соплами 14, 15, на валу которого имеется зубчатый венец 18, входящий в зацепление с шестернями редуктора 20, содержащего ручной дублер 21.Pneumatic actuator (figure 1) contains serially connected control devices 1; electro-pneumatic valves 3.4; gas pressure regulators 6, 7; a pneumatic jet engine 10 with a rotor 11 and nozzles 14, 15, on the shaft of which there is a gear ring 18, which engages with the gears of the gearbox 20, containing a handwheel 21.

Выходная шестерня 22 редуктора соединена с ходовым винтом 23 кулисно-винтового поворотного механизма 25, на котором на резьбе установлена ходовая гайка 26 с поводком 27, который подвижно соединен с кулисой 28, жестко связанной с выходным валом 30 привода. Ходовой винт 23 установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом на конце винта (на фиг.1 - правый конец) установлен упорный подшипник 32, который с осевым зазором помещен в корпус 33, который установлен в корпусе 34 кулисно-винтового поворотного механизма 25 с возможностью ограниченного перемещения вдоль оси ходового винта 23 и без возможности поворота вокруг этой оси, что обеспечивается шпонкой 36 (фиг.2). Корпус 33 соединен через рычажную передачу 37 и шток 38 с упругим элементом 40, выполненным в виде пакета тарельчатых пружин.The output gear wheel 22 of the gearbox is connected to the lead screw 23 of the rocker screw rotary mechanism 25, on which the thread nut 26 is mounted with a lead 27, which is movably connected to the link 28, rigidly connected to the output shaft 30 of the drive. The lead screw 23 is mounted with limited axial movement, while at the end of the screw (figure 1 - the right end) there is a thrust bearing 32, which is placed with an axial clearance in the housing 33, which is installed in the housing 34 of the rocker-screw rotary mechanism 25 s the possibility of limited movement along the axis of the screw 23 and without the possibility of rotation around this axis, which is provided by the key 36 (figure 2). The housing 33 is connected through a lever gear 37 and the rod 38 with an elastic element 40, made in the form of a disk cup springs.

На фиг.1 обозначены так же: входное давление рабочего газа Р и давление P₁ и Р₂ на выходе регуляторов давления 6 и 7.Figure 1 also indicates: the inlet pressure of the working gas P and the pressure P ₁ and P ₂ at the outlet of the pressure regulators 6 and 7.

Объект управления - регулирующий орган (затвор) шарового крана с выходным валом привода на схеме на фиг.1 не показан.The control object is the regulatory body (shutter) of the ball valve with the output shaft of the drive in the diagram of figure 1 is not shown.

Привод работает следующим образом. При поступлении с устройства управления 1 электрического сигнала на поворот выходного вала привода (например, на открытие крана), например, на электропневмоклапан 3, клапан открывается и сжатый газ от источника (на схеме фиг.1 не показан) с давлением Р поступает на вход регулятора давления газа 6 и, далее, с давлением P₁ поступает в ротор 11 двигателя 10 и, вытекая через сопло 15, создает движущий момент ротора. Ротор начинает вращаться, это вращение через зубчатый венец 18 и шестерни редуктора 20 передается на шестерню 22 и ходовой винт 23. При вращении ходового винта ходовая гайка 26 перемещается вдоль оси винта и через поводок 27 поворачивает кулису 28 и жестко соединенный с ней выходной вал 30 привода и соединенный с выходным валом затвор шарового крана (на схеме на фиг.1 не показан). При установке выходного вала привода в новое крайнее положение, кулиса 28 «садится» на упор и вместе с выходным валом 30, ходовой гайкой 26 и поводком 27 останавливается. При этом управляющее устройство 1 подает сигнал на закрытие электропневмоклапана 6. Клапан 6 закрывается, и подача сжатого газа в двигатель 10 прекращается. Однако ротор 11 двигателя, шестерни редуктора и ходовой винт 23 продолжают вращаться «по инерции» за счет кинетической энергии, запасенной ими в процессе движения. При этом ходовой винт 23, вращаясь в остановившейся неподвижной ходовой гайке 24, перемещается вдоль своей оси и через упорный подшипник 22, корпус 33, рычаг 37 и шток 38 сжимает упругий элемент (пакет тарельчатых пружин) 40 до тех пор, пока вся кинетическая энергия подвижных частей не преобразуется в потенциальную энергию сжавшегося упругого элемента 40 («поглотится» им).The drive operates as follows. Upon receipt of an electric signal from the control device 1 to turn the output shaft of the drive (for example, to open the valve), for example, to the electro-pneumatic valve 3, the valve opens and the compressed gas from the source (not shown in the diagram of Fig. 1) is supplied to the input of the regulator gas pressure 6 and, further, with pressure P ₁ enters the rotor 11 of the engine 10 and, flowing out through the nozzle 15, creates a driving moment of the rotor. The rotor begins to rotate, this rotation is transmitted through the gear ring 18 and the gears of the gearbox 20 to the gear 22 and the spindle 23. When the spindle rotates, the spindle nut 26 moves along the axis of the spindle and through the leash 27 turns the link 28 and the drive output shaft 30 rigidly connected to it and a ball valve plug connected to the output shaft (not shown in the diagram in FIG. 1). When installing the drive output shaft to a new extreme position, the link 28 "sits" on the stop and, together with the output shaft 30, the spindle nut 26 and the leash 27, stops. In this case, the control device 1 gives a signal to close the electro-pneumatic valve 6. The valve 6 closes, and the supply of compressed gas to the engine 10 is stopped. However, the rotor 11 of the engine, the gears of the gearbox and the spindle 23 continue to rotate “by inertia” due to the kinetic energy stored by them during the movement. In this case, the lead screw 23, rotating in a stationary stationary lead nut 24, moves along its axis and through the thrust bearing 22, the housing 33, the lever 37 and the rod 38 compresses the elastic element (disk spring package) 40 until all kinetic energy of the movable parts is not converted into the potential energy of the compressed elastic element 40 ("absorbed" by it).

Для поворота выходного вала привода в противоположную сторону сигнал управляющего устройства 1 подается на пневмоэлектроклапан 7.To rotate the output shaft of the drive in the opposite direction, the signal of the control device 1 is supplied to the pneumatic solenoid valve 7.

Практическая необходимость и возможность реализации данного изобретения подтверждается многолетним опытом промышленного производства и эксплуатации пневматических приводов со струйным двигателем для шаровых кранов газопроводов в условиях крайнего севера.The practical necessity and feasibility of implementing this invention is confirmed by many years of experience in industrial production and operation of pneumatic drives with a jet engine for ball valves of gas pipelines in the extreme north.

Claims

1. Пневматический привод для шаровых кранов газопроводов, содержащий последовательно соединенные: управляющее устройство, электропневмоклапаны, регуляторы давления газа, реверсивный пневматический струйный двигатель, редуктор, содержащий ручной дублер, кулисно-винтовой поворотный механизм, содержащий корпус, кулису, соединенную с выходным валом привода, ходовой винт, резьбой связанный с ходовой гайкой с поводком, подвижно связанным с кулисой, устройство поглощения кинетической энергии подвижных частей привода, отличающийся тем, что на одном конце ходового винта установлен упорный подшипник, при этом подшипник помещен, с осевым зазором, в корпус, который установлен в корпусе кулисно-винтового поворотного механизма с возможностью ограниченного перемещения корпуса вдоль оси ходового винта и без возможности поворота вокруг этой оси, при этом корпус соединен с упругим элементом, связанным с корпусом кулисно-винтового поворотного механизма.1. A pneumatic actuator for ball valves of gas pipelines, comprising serially connected: a control device, electro-pneumatic valves, gas pressure regulators, a reversible pneumatic jet engine, a gearbox containing a manual backup, a rocker-screw rotary mechanism comprising a housing, a rocker connected to the output shaft of the actuator, a lead screw threadedly connected to a lead nut with a lead movably connected to the link, a device for absorbing kinetic energy of the moving parts of the drive, characterized in that at one end of the lead screw, a thrust bearing is installed, while the bearing is placed, with axial clearance, in a housing that is installed in the housing of the rocker screw rotary mechanism with the possibility of limited movement of the housing along the axis of the screw and without the possibility of rotation around this axis, while the housing connected to an elastic element associated with the housing of the rocker screw rotary mechanism.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что корпус связан с упругим элементом с помощью рычажной передачи.2. The drive according to claim 1, characterized in that the housing is connected to the elastic element using a linkage.

3. Привод по п.1 отличающийся тем, что упругий элемент выполнен в виде пакета тарельчатых пружин.3. The drive according to claim 1, characterized in that the elastic element is made in the form of a disk cup springs.

4. Привод по п.1, отличающийся тем, что упругий элемент расположен внутри корпуса кулисно-винтового поворотного механизма параллельного ходовому винту. 4. The drive according to claim 1, characterized in that the elastic element is located inside the housing of the rocker-screw rotary mechanism parallel to the lead screw.