Пневматический (гидравлический) следящий привод и струйный двигатель (варианты)

 

Использование: в пневмогидроавтоматике. Сущность изобретения: привод содержит сумматор, распределитель и струйный двигатель с ротором, кинематически связанным с объектом регулирования. Механизм преобразования движения выполнен в виде блока реверсивных муфт с червячной и винтовой передачами, гайка последней встроена в червячное колесо, струйный двигатель имеет один из соединенных с соплами подводов в виде центрального отверстия, соосного валу ротора, а другой - в виде кольцевой канавки, а также центральный патрубок с размещенным на его краю цилиндрическим пояском и кольцевой патрубок меньшей длины с наружным кольцевым отверстием, концентричным упомянутой канавке Струйный двигатель в другом варианте имеет ротор одностороннего вращения и блок передачи движения с возможностью реверса объекта регулирования, а также пассивное плечо в виде противовеса обтекаемой формы. 3 с. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к пневмогидроавтоматике и может быть использовано в системах дистанционного управления запорно-регулирующей аппаратурой нефтегахопродуктов, химических производств и испытательных стендов.

Известен пневматический (гидравлический) следящий привод, содержащий задатчик, сумматор и распределитель, связанный с источником рабочей среды и со струйным двигателем, а также устройство обратной связи, причем струйный двигатель имеет устройство подачи рабочей среды к его соплам [1] Техническим недостатком этого привода и двигателя являются сложность конструкции ротора струйного двигателя, а также низкие быстродействие и надежность при реверсе привода.

Известен также пневматический (гидравлический) следящий привод, содержащий последовательно соединенные задатчик, сумматор и распределитель, связанный с источником рабочей среды под давлением и со струйным двигателем для формирования движущего момента за счет истечения рабочей среды из соответствующего сопла, размещенного на активном плече ротора, вал которого кинематически связан механизмом преобразования движения с объектом регулирования, а также устройство обратной связи с конечными выключателями, подключенное к сумматору, известен также струйный двигатель, содержащий одностороннее устройство подачи рабочей среды и ротор, установленный на одностороннем валу в корпусе для формирования движущего момента за счет истечения рабочей среды из соответствующего сопла, размещенного на истечения рабочей среды из соответствующего сопла, размещенного на активном плече ротора, вал которого кинематически связан блоком передачи движения с объектом регулирования, известен также струйный двигатель, содержащий одностороннее устройство подачи рабочей среды, имеющее центрично выполненные центральный и кольцевой патрубки для соединения с подводами, ротор, установленный на одностороннем валу в корпусе и имеющий соединенные с подводами пересекающиеся радиальные и наклонные каналы, подключенные к соплам, размещенным на плечах ротора [2] Техническим недостатками этих привода и струйных двигателей являются сложность конструкции одностороннего подвода, а также низкая надежность, обусловленная колебаниями давления, и низкое быстродействие при реверсе объекта регулирования, т.к. реверс невозможен без переключения распределителя и соответствующего изменения направления вращения ротора струйного двигателя, сопровождающегося потерями рабочей среды и энергии.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции одностороннего подвода, повышение надежности, повышения быстродействия при реверсе, а также сокращение потерь рабочей среды и энергии.

Сущность изобретения заключается в том, что пневматический (гидравлический) следящий привод, содержащий последовательно соединенные задатчик, сумматор и распределитель, связанный с источником рабочей среды под давлением и со струйным двигателем для формирования движущего момента за счет истечения рабочей среды из соответствующего сопла, размещенного на активном плече ротора, вал которого кинематически связан механизмом преобразования движения с объектом регулирования, а также устройство обратной связи с конечными выключателями, подключенное к сумматору, снабжен соединенным с распределителем блоком контроля скорости изменения давления рабочей среды, а механизм преобразования выполнен в виде блока управляемых реверсивных муфт с червячной и винтовой передачами, причем гайка последней встроена в червячное колесо, червяк связан через блок реверсивных муфт со струйным двигателем, а винт с одной стороны соединен с объектом регулирования, а с другой снабжен устройством ручного перемещения, при этом управляющие входы реверсивных муфт подключены к сумматору и к блоку контроля скорости изменения давления, выполненному с возможностью формирования сигнала на реверс объекта регулирования при превышении допустимой величины скорости изменения давления, а механизм преобразования снабжен устройством ограничения движущего момента, передаваемого с червячного колеса на гайку.

Сущность изобретения заключается также в том, что в струйном двигателе, содержащем одностороннее устройство подачи рабочей среды, и ротор, установленный на одностороннем валу в корпусе для формирования движущего момента за счет истечения рабочей среды из соответствующего сопла, размещенного на активном плече ротора, вал которого кинематически связан блоком передачи движения с объектом регулирования, ротор выполнен одностороннего вращения с пассивным плечом в виде противовеса обтекаемой формы, а все сопла обращены срезами в сторону формирования одинаково направленного крутящего движущего момента, причем блок передачи движения выполнен с возможностью реверса объекта регулирования при неизменном направлении вращения ротора, а устройство подачи рабочей среды выполнено с одним патрубком, размещенным с зазором в центральном отверстии, соосном валу ротора, кроме того, ротор выполнен например, с одним соплом и с одним активным плечом, длина которого превышает длину пассивного плеча, выполненного из материала с большей плотностью, чем активное плечо, выполненное с вырезом, пересекающим сопло.

Сущность изобретения заключается также и в том, что в струйном двигателе, содержащем одностороннее устройство подачи рабочей среды, имеющее концентрично выполненное центральный и кольцевой патрубки для соединения с подводами, ротор, установленный на одностороннем валу в корпусе и имеющий соединенные с подводами пересекающиеся радиальные и наклонные каналы, подключенные к соплам, размещенными на плечах ротора, один из подводов выполнен в виде центрального отверстия, соосного валу ротора, а другой в виде кольцевой канавки, охватывающей это отверстие, причем центральный патрубок устройства подачи снабжен размещенным на его краю цилиндрическим пояском для попарного разделения каналов ротора, соединенных с подводами, а кольцевой патрубок выполнен с длиной, меньшей длины центрального патрубка и с наружным кольцевым отверстием, размещенным концентрично упомянутой канавке, при этом все сопла направлены в одну сторону, а патрубки снабжены лабиринтными уплотнениями для взаимодействия с поверхностью центрального отверстия.

На фиг. 1 изображена схема пневматического (гидравлического) следящего привода; на фиг. 2 разрез по валу одного варианта струйного двигателя; на фиг.3, 4 разрезы через сопла фиг.2; на фиг.5 разрез по валу другого варианта струйного двигателя; на фиг.6 разрез по ротору на фиг.5; на фиг.7 - вид по стрелке А на фиг.6; на фиг.8 разрез В-В на фиг.6; на фиг.9 разрез пассивного плеча ротора.

Привод содержит последовательно соединенные задатчик 1, сумматор 2 и распределитель 3, связанный с источником рабочей среды под давлением (не изображен) и со струйным двигателем 4, сопла (на фиг.1 не изображены) которого размещены на плечах ротора 5, вал 6 которого кинематически связан механизмом 7 преобразования движения с объектом 8 регулирования, а также устройство 9 обратной связи с конечными выключателями 10,11. С распределителем 3 соединен блок 12 контроля скорости изменения давления рабочей среды, а механизм 7 выполнен в виде блока 13 управляемых реверсивных электромагнитных муфт с червячной и винтовой передачами, причем гайка 14 последней встроена в червячное колесо 15, червяк 16 связан с двигателем 4, а винт 17 с одной стороны соединен с объектом 8 регулирования, а с другой снабжен устройством 18 ручного управления. Управляющие входы муфт блока 13 подключены к сумматору 2 и к блоку 12, выполненному с возможностью формирования сигнала на реверс объекта 8 при превышении допустимой величины скорости изменения давления. Механизм 7 снабжен устройством ограничения движущего момента, передаваемого с колеса 15 на гайку 14 в виде шлицевой муфты 19, кулачков 20,21, пружины 22 и переключателя 23. Муфта 19 имеет шлицевые пазы (не обозначены), в которых с возможностью поступательного размещения шлицы 24 гайки 14. Струйный двигатель (фиг. 5-9) содержит ротор 25 одностороннего вращения, установленный на одностороннем валу 26 в корпусе 27, активное плечо 28 и пассивное плечо 29 в виде противовеса обтекаемой формы. Плечо 28 выполнено с вырезом 30, пересекающим сопло 31. При выполнении нескольких сопел (не изображено) все они обращены срезами в сторону формирования одинаково направленного крутящего движущего момента на валу 26, кинематически связанном блоком 32 передачи движения с объектом (на фиг.5 не изображен) регулирования. Блок 32 выполнен например, в виде блока управляемых реверсивных электромагнитных муфт, с возможностью реверса объекта регулирования при неизменном направлении вращения ротора 25, а устройство подачи рабочей среды выполнено с одним патрубком 33, размещенным с зазором в центральном отверстии 34, соосном валу 26. Плечо 28 выполнено с длиной, превышающей длину плеча 29 (фиг.9), а последнее выполнено из материала с большей плотностью, чем плечо 28. Для подачи рабочей среды выполнены каналы 50, 51.

Струйный двигатель (фиг. 2-4) содержит устройство 54 подачи рабочей среды, имеющее концентрично выполненные центральный и кольцевой патрубки 35, 36, ротор 37, установленный на одностороннем валу 38 в корпусе 39 и имеющий пересекающиеся радиальные и наклонные каналы 40, 41 и 42, 43, подключенные к соплам 44, 45, направленным в одну сторону. Один из подводов выполнен в виде центрального отверстия 46, соосного валу 38, а другой в виде кольцевой канавки 47, охватывающей отверстие 46, причем патрубок 35 снабжен размещенным на его краю цилиндрическим пояском для попарного разделения каналов 40-43, а патрубок 36 выполнен с длиной, меньшей длины патрубки 35 и с наружным кольцевым отверстием 49, размещенным концентрично канавке 47. Патрубки 35, 36 снабжены лабиринтными уплотнениями (не изображены) для взаимодействия с поверхностью отверстия 46. Сопла 44, 45 размещены на плечах 52, 53 ротора 37. Устройство 54 подвода имеет каналы 55, 56, 57, а вал 38 связан с механизмом преобразования движения 58.

Пневматический (гидравлический) следящий привод работает следующим образом.

При отсутствии рассогласования на сумматоре 2 распределитель 3 находится в нейтральном положении. Возникновение рассогласования приводит к переключению распределителя 3, питающего струйный двигатель 4 (последний может быть выполнен по любому из вышеописанных вариантов). За счет истечения рабочей среды из соответствующего сопла формируется крутящий движущий момент на валу 6 ротора 5, который блоком 13 и далее через червяк 16, колесо 15, гайку 14 и винт 17 передается объекту 8 регулирования, например, задвижке газонефтепродуктовода. Рабочей средой может быть горячий газ от автономного источника либо перекачиваемая среда продуктовода. Перемещение объекта 8 контролируется устройством 9 и конечными при прохождении объектом 8 заданных положений. В том случае, если скорость изменения давления рабочей среды превышает допустимую величину, по сигналу блока 12 блок 13 обеспечивает реверс червячной и винтовой передач и объекта 8 регулирования при неизменном состоянии распределителя 3 и постоянном направлении вращения ротора 5, т.е. исключаются потери всех видов, связанные с переключением распределителя 3, торможением и разгоном ротора 5. Аналогично реверс может осуществляться по сигналу задатчика 1. Если при несанкционированном торможении (при заедании и т.п.) объекта 8 величина движущегося момента выйдет за расчетные допустимые пределы, кулачки 20 не передают момент с колеса 15 на муфту 19 и гайку 14. В случае аварии, например, при отсутствии питания в цепи управления струйным двигателем 4, переключателем 23 можно переместить муфту 19 по шлицам 24 и замкнуть кулачками 21 с устройством 18, которое приводится вручную и передает вращение гайке 14 с последующим перемещением объекта 8 винтом 17. Струйный двигатель (фиг.2) в составе привода работает следующим образом.

При поступлении рабочей среды от распределителя 3 в патрубок 35, она движется по каналам 40, 42 в сопло 44, вытекая из которого создает реактивную силу и крутящий движущий момент на валу 38 ротора 37, а каналы 41,43 и сопло 45 изолированы лабиринтными уплотнениями. Для вращения в обратном направлении рабочая среда подается в патрубок 36 и движется по каналам 41, 43 в сопло 45. Описанное выполнение подводов и патрубок конструктивно просто и обеспечивает уменьшение потерь рабочей среды с сохранением преимуществ одностороннего подвода.

Струйный двигатель (фиг.5-9) в составе привода работает следующим образом.

При поступлении рабочей среды в патрубок 33 она вытекает через сопло 31 и формирует крутящий движущий момент на валу 26 ротора 25. Для вращения объекта регулирования в обратном направлении блок 32 по команде задатчика 1 или блока 12 осуществляет реверс без изменения направления вращения ротора 25 и вала 26. Это позволяет упростить конструкцию устройства подачи рабочей среды и распределителя 3, сократить потери энергии, увеличить быстродействие и придать плечам 28, 29 ротора 25 наиболее совершенную аэродинамическую форму для одностороннего вращения.

Формула изобретения

1. Пневматический (гидравлический) следящий привод, содержащий последовательно соединенные задатчик, сумматор и распределитель, связанный с источником рабочей среды под давлением и со струйным двигателем для формирования движущего момента за счет истечения рабочей среды из соответствующего сопла, размещенного на активном плече ротора, вал которого кинематически связан механизмом преобразования движения с объектом регулирования, а также устройство обратной связи с конечными выключателями, подключенное к сумматору, отличающийся тем, что он снабжен соединенным с распределительным блоком контроля скорости изменения давления рабочей среды, а механизм преобразования выполнен в виде блока управляемых реверсивных муфт с червячной и винтовой передачами, причем гайка последней встроена в червячное колесо, червяк связан через блок реверсивных муфт со струйным двигателем, а винт с одной стороны соединен с объектом регулирования, а с другой снабжен устройством ручного перемещения, при этом управляющие входы реверсивных муфт подключены к сумматору и к блоку контроля скорости изменения давления, выполненному с возможностью формирования сигнала на реверс объекта регулирования при превышении допустимой величины скорости изменения давления.

2. Привод по п.1, отличающийся тем, что механизм преобразования снабжен устройством ограничения движущего момента, передаваемого с червячного колеса на гайку.

3. Струйный двигатель, содержащий одностороннее устройство подачи рабочей среды и ротор, установленный на одностороннем валу в корпусе для формирования движущего момента за счет истечения рабочей среды из соответствующего сопла, размещенного на активном плече ротора, вал которого кинематически связан блоком передачи движения с объектом регулирования, отличающийся тем, что ротор выполнен одностороннего вращения с пассивным плечом в виде противовеса обтекаемой формы, а все сопла обращены срезами в сторону формирования одинаково направленного крутящего движущего момента, причем блок передачи движения выполнен с возможностью реверса объекта регулирования при неизменном направлении вращения ротора, а устройство подачи рабочей среды выполнено с одним патрубком, размещенным с зазором в центральном отверстии, соосном с валом ротора.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что ротор выполнен с одним соплом и с одним активным плечом, длина которого превышает длину пассивного плеча.

5. Двигатель по пп.3 и 4, отличающийся тем, что пассивное плечо выполнено из материала с большей плотностью, чем активное плечо.

6. Двигатель по пп.3 5, отличающийся тем, что активное плечо выполнено с вырезом, пересекающим сопло.

7. Струйный двигатель, содержащий одностороннее устройство подачи рабочей среды, имеющее концентрично выполненные центральный и кольцевой патрубки для соединения с подводами, ротор, установленный на одностороннем валу в корпусе и имеющий соединенные с подводами пересекающиеся радиальные и наклонные каналы, подключенные к соплам, размещенным на плечах ротора, отличающийся тем, что один из подводов выполнен в виде центрального отверстия, соосного с валом ротора, а другой в виде кольцевой канавки, охватывающей это отверстие, причем центральный патрубок устройства подачи снабжен размещенным на его краю цилиндрическим пояском для попарного разделения каналов ротора, соединенных с подводами, а кольцевой патрубок выполнен с длиной, меньшей длины центрального патрубка, и с наружным кольцевым отверстием, размещенным концентрично упомянутой канавке.

8. Двигатель по п.7, отличающийся тем, что сопла направлены в одну сторону, а патрубки снабжены лабиринтными уплотнениями для взаимодействия с поверхностью центрального отверстия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9