ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1994 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть применено в качестве перекрывающих клапанов во всех областях промышленности, в машиностроении и на всех видах тpанспорта.

Известен электромагнитный клапан [1] , содержащий электромагнит, якорь которого соединен с размещенным в корпусе затвором. Принцип действия такого электромагнитного клапана основан на перемещении затвора якорем электромагнита, который, в свою очередь, перемещается к столу под действием сил притяжения, возбуждаемых магнитным потоком, возникающим в обмотке электромагнита. Здесь электромагнит преодолевает полное гидростатическое давление среды на запорный орган - затвор в период, когда воздушный зазор в электромагните самый большой, а тяговое усилие имеет наименьшую величину.

Наиболее близким по технической сущности является электромагнитный клапан прямого действия [2] , содержащий корпус, электромагнит с якорем, затвор, основную и дополнительную пружины, нагружающие затвор к седлу и от седла соответственно, шток, воздействующий одним концом на затвор и имеющий на другом конце буртик, причем в якоре выполнено сквозное отверстие, через которое пропущен шток, на торце якоря, противоположном затвору, закреплен охватывающий буртик штока стакан, а дополнительная пружина размещена внутри стакана. Это позволяет в момент "срыва" затвора, прижатого давлением среды к седлу, получать более высокое тяговое усилие привода, чем оно было в начальный момент трогания якоря.

Недостатком такого электромагнитного клапана является большая масса, габариты и энергопотребление из-за недостаточного использования энергии электромагнитного привода и неполного использования сечения якоря и стопа.

Целью данного изобретения является уменьшение потребляемой мощности, массы и габаритов электромагнита, расширение функциональных возможностей и повышение надежности электромагнитного клапана.

Поставленная цель достигается тем, что в электромагнитном клапане, содержащем корпус с седлом, электромагнит с якорем, затвор, основную пружину, нагружающую затвор к седлу, шток, пропущенный через отверстие в якоре, воздействующий одним концом на затвор и имеющий на другом конце буртик, стакан с донышком, закрепленный на якоре, а также дополнительную пружину, нагружающую затвор от седла и размещенную внутри стакана согласно изобретению, диаметр отверстия в якоре выполнен равным диаметру буртика на штоке, стакан на якоре закреплен со стороны затвора, в донышке стакана выполнено отверстие через которое пропущен шток, а вокруг отверстия внутри стакана выполнен кольцевой выступ, наружный диаметр d_н буртика на штоке больше внутреннего диаметра d_вн выступа на донышке стакана, ход h_я якоря больше одной четверти диаметра d_с седла, диаметр затвора связан с диаметром седла соотношением d₃ ≥ 1,25 d_с начальный зазор h_пр между буртиком на штоке и кольцевым выступом связан с ходом h_я якоря соотношением h_пр = (0,10. . . 0,95)h_я, взаимодействующие поверхности буртика на штоке и выступа на стакане выполнены обе (или одна из них) выпуклыми, причем шток с буртиком и кольцевой выступ изготовлены из упругого материала, например из закаленной стали.

На чертеже изображена конструктивная схема электромагнитного клапана.

Клапан содержит корпус 1 с седлом 2, входным 3 и выходным 4 патрубками. В корпусе размещен затвор 5, прижимаемый к седлу основной пружиной 6 и разностью давлений рабочей среды (Р_вх - Р_вых). На корпусе установлен электромагнит 7 с якорем 8. В якоре 8 выполнено отверстие 9, в котором размещен шток 10 с буртиком 11. На торце якоря закреплен стакан 12, через отверстие в котором проходит шток. На донышке стакана выполнен кольцевой выступ 13. Между буртиком 11 и донышком стакана 12 размещена дополнительная пружина 14.

Работает клапан следующим образом. При подаче напряжения на катушку электромагнита якорь 7 вместе со стаканом 12 перемещается к стопу и отжимает основную 6 и дополнительную 14 пружины. Воздушный зазор между якорем и стопом при этом уменьшается и усилие электромагнита возрастает. Разность между усилием на якоре и усилием на пружине используется для накопления кинетической энергии якоря. Когда якорь проходит расстояние h_пр, зазор между выступом 13 и буртиком 11 становится равным нулю, выпуклые поверхности выступа 13 и буртика 11 соприкасаются с ударом и кинетическая энергия якоря передается через буртик и шток затвору. В этот момент на затвор действует сумма двух сил - от сжатой дополнительной пружины и от удара.

Для того, чтобы произошел удар, буртик штока выполнен с наружным диаметром d_н, большим, чем внутренний диаметр d_вн выступа на донышке стакана. При этом, для накопления достаточной энергии для удара выдерживаются соотношения: h_пр = = (0,10. . . 0,95)h_я и h_я ≥0,25 d_с.

Кинетическая энергия якоря и потенциальная энергия дополнительной пружины расходуется затем на необходимую для перемещения затвора работу, которая тем меньше, чем круче падает гидравлическая характеристика затвора по мере его удаления от седла. Для обеспечения достаточной крутизны гидравлической характеристики выдерживается соотношение между диаметрами затвора и седла в виде: d₃ ≥ 1,35 d_с. В конце открытия пружина 14 распрямляется, восстанавливается зазор и подтягивает затвор к якорю, обеспечивая зазор между якорем и седлом.

Обратный ход происходит после снятия напряжения с катушки электромагнита. При этом затвор и якорь возвращаются в исходное положение под воздействием основной пружины якоря и собственного веса подвижных деталей.

Проведенные эксперименты показали, что предлагаемое решение позволяет при неизменных мощности, массе и габаритах электромагнита и неизменном диаметре седла повысить рабочее давление в 15-20 раз или, если это необходимо, сохранить значение давления рабочей среды, но зато улучшить энергетические, массовые и габаритные характеристики электромагнитного привода. Например, в одной из экспериментальных конструкций при неизменных Р_у и D_у масса электромагнита была уменьшена с 1 кг до 0,2 кг, т. е. в 5 раз, его мощность уменьшена также с 20 Вт до 6 Вт, т. е. в 3,3 раза.

Таким образом, данное изобретение позволяет значительно уменьшить потребляемую мощность, массу и габариты электромагнита, расширить функциональные возможности, диапазон рабочих давлений, диаметров трубопроводов и температур рабочей и окружающей сред, повысить коэффициент запаса по усилиям и уменьшить массу подвижных деталей, тем самым повысив надежность электромагнитного клапана. (56) 1. Пржиалковский А. Л. , Щучинский С. Х. Электромагнитные клапаны. Л. : Машиностроение, 1967, стр. 20, рис. 4.

2. Авторское свидетельство СССР N 1341436, кл. F 16 K 31/02, 1987.

Сущность изобретения: на якоре электромагнита закреплен стакан. Запорный орган поджат к седлу основной пружиной. Шток пропущен через отверстие в якоре с возможностью взаимодействия одним концом с запорным органом и снабжен на другом конце буртиком. Внутри стакана размещена пружина. Отверстие в якоре выполнено диаметром, равным диаметру буртика на штоке. Стакан на якоре закреплен со стороны запорного органа. В днище стакана выполнено отверстие, через которое пропущен шток. Концентрично отверстию на днище стакана выполнен кольцевой выступ. Элементы клапана выполнены с соблюдением заданных соотношений. Одна из взаимодействующих поверхностей буртика на штоке и выступа в стакане выполнена выпуклой. Шток с буртиком и выступ изготовлены из упругого материала. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус с седлом, электромагнит с якорем, на котором закреплен стакан, запорный орган, поджатый к седлу основной пружиной, шток, пропущенный через отверстие в якоре с возможностью взаимодействия одним концом с запорным органом и снабженный на другом конце буртиком, и дополнительную пружину, размещенную в стакане, отличающийся тем, что отверстие в якоре выполнено диаметром, равным диаметру буртика на штоке, стакан на якоре закреплен со стороны запорного органа, причем в днище стакана выполнено отверстие, через которое пропущен шток, а концентрично отверстию на днище стакана выполнен кольцевой выступ. 2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что его элементы выполнены с соблюдением следующих соотношений:
d_н > d_вн; h_я ≥ 0,25 d_с; d_з ≥ 1,35 d_с;
h_пр = (0,10 - 0,95) h_я,
где d_н - наружный диаметр буртика штока;
d_вн - внутренний диаметр кольцевого выступа;
h_я - полный ход якоря электромагнита;
d_с - диаметр седла;
d_з - наружный диаметр запорного органа;
h_пр - деформация дополнительной пружины, равная начальному зазору между буртиком штока и выступом стакана в закрытом положении запорного органа. 3. Клапан по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что по крайней мере одна из взаимодействующих поверхностей буртика на штоке и выступа в стакане выполнена выпуклой, причем шток с буртиком и выступ стакана изготовлены из упругого материала, например из закаленной стали.