221829_B1 - Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12)
OPIS PATENTOWY
(19)
PL
(21) Numer zgłoszenia: 400047
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
221829
(13) B1
(11)
(51) Int.Cl.
F16K 31/05 (2006.01)
(22) Data zgłoszenia: 31.08.2012
Wieloobrotowy napęd zaworów zwłaszcza pneumatyczny
(54)
(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
03.03.2014 BUP 05/14
ŁASIŃSKI ANDRZEJ ELEKTRONIKA
PROFESJONALNA, Warszawa, PL
HORECKI JERZY PNEUMAT SERVICE,
Warszawa, PL
(72) Twórca(y) wynalazku:
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
PL 221829 B1
30.06.2016 WUP 06/16
ANDRZEJ ŁASIŃSKI, Warszawa, PL
JERZY HORECKI, Warszawa, PL
BOGDAN TOMASZEWSKI, Michałowice, PL
ZBIGNIEW BĘDKOWSKI, Sosnowiec, PL
MAREK SZYMKIEWICZ, Warszawa, PL
2
PL 221 829 B1
Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest wieloobrotowy napęd zaworów, zwłaszcza pneumatyczny. W przemysłowych instalacjach technologicznych związanych z przepływami mediów płynnych do kontrolowania przepływów niezbędne są zawory procesowe o rozmaitych konstrukcjach. Wspólnymi funkcjami
zaworów procesowych są: otwieranie przepływu, zamykanie przepływu i nastawianie przepływu
medium.
W aplikacjach przemysłowych stosowane są zawory o wieloobrotowej ilości obrotów wałka zaworu potrzebnej do pełnego otwarcia /zamknięcia/ nastawiania przelotu np. zasuwy nożowe, zasuwy
klinowe, zawory zaporowe oraz zawory o niepełnych obrotowych wałkach zaworu, potrzebnych do
pełnego otwarcia /zamknięcia/ nastawiania przekroju przepływu medium, np. zawory kulowe i przepustnice motylkowe.
Od napędów wieloobrotowych instalowanych na wałku zaworu wymagana jest pełna niezawodność w cyklach otwierania /zamykania/ nastawiania przekroju przepływowego medium przez zawór
z jednoczesną realizacją funkcji bezpieczeństwa, dostosowaną do określonego procesu technol ogicznego.
Spełnianie tych wymagań realizowane jest poprzez napędy wieloobrotowe lub niepełno obrotowe napędy zabudowane na zaworach procesowych.
Znane i stosowane obecnie w przemysłowych technologiach procesów ciągłych napędy wieloobrotowe lub niepełno obrotowe, które generują moment obrotowy o charakterystyce analogowej.
Najbardziej rozpowszechnione są napędy elektromechaniczne wieloobrotowe w konfiguracji:
silnik elektryczny z przekładnią ślimakową napędzającą wałek zaworu.
Jednocześnie te napędy muszą niezbędnie integrować funkcje bezpiecznego uruchamiania zaworu poprzez awaryjny napęd ręczny w stanach niesprawności napędu głównego.
Istotną wadą tych rozwiązań jest skomplikowana elektrycznie i mechanicznie konstrukcja zbudowana z dużej ilości detali, stanowiąca połączenie napędu elektrycznego i przekładni mechanicznej.
Inną wadą takich napędów są znaczne wymiary gabarytowe i duży ciężar własny, zwykle
znacznie większy od ciężaru zaworu, na którym napęd jest zabudowany.
Inną wadą tych napędów jest brak elastycznej charakterystyki momentu napędowego w funkcji
zmiennych oporów podczas otwierania i zamykania zaworu.
Znane napędy wieloobrotowe nie generują oddziaływania udarowego pożądanego dla pokonywania zwiększonych oporów ruchu wynikających z obliteracji zawieradeł zaworu, zwłaszcza po długotrwałym postoju zaworu wymaganym przez cykl procesu technologicznego. Rosnące w trakcie eksploatacji opory ruchu napędzanego zawieradła zaworu zmuszają projektantów do doboru napędów
o znacznie powiększonych parametrach i wymiarach.
Inną wadą znanych napędów jest brak modułowości konstrukcji ułatwiającej czynności serwisowe odnośnie niesprawnych podzespołów poprzez szybką i łatwą wymianę, prowadzącą do redukcji
kosztów przestojów w ruchu ciągłym eksploatowanej instalacji.
Znane są także napędy wieloobrotowe przystosowane do otwierania /zamykania/ nastawiania
zaworów z wysuwanym trzpieniem. Konstrukcje tych napędów są jeszcze bardziej skomplikowane
z uwagi na konieczność dostosowania się do zmiennej w trakcie pracy geometrii zaworu, związanej
z wysuwanym trzpieniem.
Znane są również napędy pneumatyczne o ułamkowych obrotach.
Napędy takie najczęściej realizują ćwierć obrotu, rzadziej pół obrotu w celu pełnego otwarcia/zamknięcia zaworu.
Te znane napędy zwykle są stosowane do otwierania /zamykania/ nastawiania np. zaworów kulowych lub przepustnic motylkowych. Wadą tych rozwiązań jest zdeterminowana zasada działania
siłowników pneumatycznych polegająca na ciągłej /analogowej/ charakterystyce otwierania i zamykania zawieradła zaworu.
Po poddaniu sprężonego powietrza do siłowników następuje ciągły ruch organu napędowego
od stanu zamknięcia do stanu otwarcia lub odwrotnie. Taka sytuacja zmusza do stosowania napędów
o znacznie zwiększonych momentach wyznaczonych zmiennymi oporami ruchu zawieradła zaworu,
zwłaszcza na początku otwierania zawieradła i przy domykaniu zawieradła.
Ponadto siłowniki napędowe wymagają zastosowania zaworów dławiących dla kontroli prędkości otwierania lub zamykania.
PL 221 829 B1
3
Znane są także napędy obrotowe pneumatyczno-mechaniczne o charakterystyce napędu
krokowego.
W tym przypadku konstrukcja napędu zawiera autonomiczne siłowniki napędzające impulsowo
koło zapadkowe połączone z wałkiem zaworowym, oraz inny siłownik specjalnie przeznaczony do
zmiany kierunku obrotów.
Niedogodnością tego rozwiązania jest znacznie skomplikowana, ciężka i kosztowna konstrukcja
o złożonej kinematyce, jak również zwiększone wymiary i ciężar własny napędu, znacznie przekraczające wymiary napędzanego zaworu procesowego.
Wspólną niedogodnością wspomnianych znanych rozwiązań napędów wieloobrotowych jest
brak prostego rozwiązania napędu, przeznaczonego do obsługi zaworów zaporowych powszechnie
stosowanych w instalacjach ciepłowniczych.
Zadaniem wynalazku jest opracowanie urządzenia do napędu zaworu, zwłaszcza pneumatycznego, które usuwa wymienione niedogodności, jednocześnie wprowadzając nową jakość w technologiach automatyki przelotu przepływu zaworów stosowanych aktualnie w przemysłowych procesach
ciągłych.
Nową nieznaną cechą napędu według wynalazku jest zintegrowanie w charakterystyce napędowej funkcji działania udarowego, nie analogowego, elastycznie przystosowanego do pokonywania
zmiennych aparatów ruchu zawieradeł zaworów z jednoczesnym uproszczeniem konstrukcji, zwłaszcza zmniejszeniem masy i wymiarów napędu. Moment napędowy jest przekazywany na wałek zaworu
udarowo co pozwala na elastyczne dostosowanie wartości momentu napędowego do pokonywania
oporów ruchu zawieradła zaworu w cyklach otwierania /zamykania/ nastawiania.
Istotę rozwiązania napędu wieloobrotowego według wynalazku pokazano na rynkach: na których fig. 1 przedstawia napęd wieloobrotowy pneumatyczny zabudowany na zaworach armaturowych 1
wymagających do pełnego otwarcia lub do pełnego zamknięcia przepływu 4 od kilku do kilkudziesięciu
obrotów w zależności od średnicy nominalnej zaworu. Są to najczęściej zasuwy nożowe i zasuwy
klinowe.
Dla uproszczenia zawór 1, przedstawiony jest na fig. 1 symbolem stosowanym na schematach
technologicznych.
Przez otwieranie zaworu 1, powiększamy przepływ 4 medium technologicznego.
Przez zamykanie zaworu 1, zmniejszamy przepływ 4 medium technologicznego.
Otwieranie lub zmykanie zaworu 1 realizowane jest odpowiednio głównym zespołem napędowym 13. Główny zespół napędowy 13 zawiera wysokoobrotowy silnik, zwłaszcza pneumatyczny dwustronnego działania 14 zintegrowany z mechanizmem udarowym 7.
Główny zespół napędowy 13 generuje moment napędowy 15, który jest przekazywany na wałek
sprzęgłowy 5 wytwarza zależnie cyklu technologicznego, obroty 3 wałka zaworu 2 powodując: otwieranie, zamykanie bądź nastawianie przepływu 4 przez zawór 1. Obroty 3 wałka 2, zaworu 1, są kontrolowane sprzężeniem zwrotnym 21 i przekazywane do sterownika 20. Sterownik 20 steruje silnikiem
wysokoobrotowym 14 dostarczając przewodami 19 energię sprężonego powietrza ze źródła 22 i jest
zasilany elektrycznie ze źródła 23.
Na wałku sprzęgłowym 5 jest osadzony przesuwnie awaryjny napęd ręczny 8. Podstawowym
położeniem awaryjnym napędu ręcznego 8 jest pozycja „A” dla trybu pracy automatycznej napędu 13.
W pozycji „A”, awaryjny napęd ręczny 8 jest utrzymywany bezobrotowo na powierzchni 7 wałka
5 i jest blokowany ryglem 11.
Po zwolnieniu rygla 11 obrotem 12 awaryjnym napęd ręczny 8 jest przemieszczany na kształtową powierzchnię 6 wałka sprzęgłowego 5 zajmując pozycję „R”.
Poruszając siłą mięśni awaryjny napęd ręczny 8 pozostający w pozycji „R”, generujemy obroty 3
wałka zaworu 2, otwierając zamykając bądź nastawiając przepływ 4 w zaworze 1.
Istotną nową zaletą rozwiązania według wynalazku, jest nieznane dotychczas skonfigurowanie
zespołu 13 zawierającego silnik pneumatyczny wysokoobrotowy 14 wyposażony w mechanizm udarowy 16 jako głównego napędu zaworów armaturowych.
Inną istotną nową zaletą rozwiązania według wynalazku jest nie znane dotychczas wprowadzenie do procesu otwierania, zamykania i nastawiania przepływu 4 w zaworach 1 udarowo pulsującego
momentu napędowego 15.
Inną nową zaletą jest dostosowanie dynamiki napędowej znanego wysokoobrotowego silnika
pneumatycznego 14 wyposażonego w znany mechanizm udarowy 16 z bijakami 17, dla pokonywania
4
PL 221 829 B1
zmiennych oporów ruchu otwierania /zamykania/ nastawiania stawianych przez mechanizmy zawieradła zaworu armaturowego 1.
Inną nową zaletą jest przeniesienie momentu napędowego 15 od zespołu napędowego 13 na
wałek 2 zaworu 1 za pomocą tylko jednego elementu mechanicznego w tym przypadku wałka sprzęgłowego 5.
Inną nową zaletą jest proste rozwiązanie niezbędne dla zaworów ręczne napędu awaryjnego 8
polegające na osadzeniu elementu napędowego w tym przypadku koła bezpośrednio na wałku sprzęgłowym 5.
Inną nową zaletą jest znaczna redukcja elementów konstrukcyjnych i wymiarów gabarytowych
napędu w stosunku do znanych dotychczas powszechnie stosowanych rozwiązań, dzięki małym gabarytom zespołu napędowego 13 i bezpośredniemu przekazywaniu momentu napędowego 15 na
wałek zaworu 2.
Inną nową zaletą rozwiązania według wynalazku jest modułowość konstrukcji polegająca na
oddzieleniu przestrzennym funkcji zespołu napędowego 13 od wałka sprzęgłowego 5 i od sterownika
20. Modułowość rozwiązania według wynalazku wprowadza w tym przypadku istotną redukcję kosztów serwisowania eksploatacyjnego napędu.
Jeszcze inną nową zaletą rozwiązania według wynalazku jest jego uniwersalność aplikacyjna
polegająca na bezproblemowym osadzaniu napędu według wynalazku na dowolnych wałkach napędowych 2 rozmaitych zaworów armaturowych 1, zarówno pełno obrotowych np.: zasuw nożowych, zasuw klinowych, zaworów zaporowych, jak i niepełno obrotowych, np.: zaworów kulowych
i przepustnic.
Zastrzeżenia patentowe
1. Urządzenie do napędu zaworu, zwłaszcza pneumatyczne posiadające główny zespół napędowy do obracania wałka zaworowego, w celu otwierania, zamykania, nastawiania przepływu medium, oraz awaryjny napęd ręczny i sterownik, znamienne tym, że główny zespół napędowy (13),
stanowiący wysokoobrotowy silnik (14), zwłaszcza pneumatyczny jest zintegrowany z mechanizmem
udarowym (16) połączonym z wałkiem sprzęgłowym (5), który poprzez sprzęgło jest połączony z wałkiem zaworowym (2) zaworu (1).
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mechanizm udarowy (16) na wałku sprzęgłowym (5) jest wyposażony w bijaki (17).
3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że wałek sprzęgłowy (5) jest wyposażony
w odcinek o gładkiej powierzchni cylindrycznej (7), oraz w leżący poniżej odcinek o powierzchni kształtowej (6), z którymi to odcinkami współpracuje awaryjny napęd ręczny (8).
4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że awaryjny napęd ręczny (8) jest wyposażony w rygiel (11) do przesuwania i blokowania w płożeniu „A” lub w położeniu „R”.
PL 221 829 B1
Rysunek
5
6
PL 221 829 B1
Departament Wydawnictw UPRP
Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)