ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1994 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к электромагнитным клапанам пневмо- и гидроарматуры и может быть использовано в различных пневмо- и гидросистемах управления, преимущественно с пожароопасной и взрывоопасной средой, например в системах подачи кислорода, в медицинской технике.

Известен электромагнитный клапан, содержащий электромагнит, герметичный корпус с подсоединительными штуцерами и перегородкой с центральным каналом, в котором размещен шток якоря электромагнита с закрепленным на нем запорным органом, и две мембраны, делящие корпус на полости, внешние из которых сообщены с атмосферой, при этом запорный орган перекрывает центральный канал со стороны подмембранной полости первой мембраны, расположенной со стороны электромагнита и закрепленной жестким центром на штоке.

Недостатком этой конструкции являются значительные масса и габариты электромагнита, а также недостаточные надежность и безопасность работы клапана.

Целью изобретения является снижение потерь на трение в подвижных частях, разгрузка элементов клапана от давления, что позволяет повысить тягу электромагнита, уменьшить его массу и габариты, а также пожароопасность при работе на некоторых средах, например медицинском кислороде.

Для этого предложенный клапан снабжен вторым запорным органом, закрепленным на штоке оппозитно первому относительно перегородки с возможностью перекрытия центрального канала со стороны подмембранной полости второй мембраны, и полой пробкой, установленной коаксиально второму запорному органу с образованием с перегородкой герметичной внутренней полости, сообщенной с выполненным на корпусе третьим подсоединительным штуцером, причем в перегородке корпуса параллельно штоку выполнены сквозные отверстия, соединяющие подмембранные полости и расположенные с внешней стороны по отношению к пробке, при этом через сквозные отверстия пропущены стойки, посредством которых жесткие центры мембран связаны между собой.

На чертеже изображена конструктивная схема электромагнитного клапана.

Он содержит электромагнит 1, сборный герметичный корпус 2 с подсоединительными штуцерами 3 и 4 и выполненной в нем перегородкой 5 с центральным каналом 6, через который пропущен шток 7 якоря электромагнита 1 с закрепленным на нем запорным органом 8, снабженным уплотнительным элементом и перекрывающим центральный канал 6.

Электромагнитный клапан также содержит первую мембрану 9, расположенную со стороны электромагнита 1 и закрепленную жестким центром 10 на штоке 7, и вторую мембрану 11, посредством которых корпус 2 разделен на полости 12-15, из которых внешние полости 12 и 15 соединены с атмосферой.

Запорный орган 8 перекрывает центральный канал 6 со стороны подмембранной полости 13 первой мембраны 9, соединенной каналом 16 с первым подсоединительным штуцером 3, а центральный канал 6 соединен с вторым подсоединительным штуцером 4.

Электромагнитный клапан также снабжен вторым запорным органом 17, закрепленным на штоке 7 оппозитно первому запорному органу 8 относительно перегородки 5 и перекрывающим центральный канал 6 со стороны подмембранной полости 14 второй мембраны 11, и полой пробкой 18, установленной коаксиально второму запорному органу 17 с образованием с перегородкой 5 герметичной внутренней полости 19, сообщенной каналом 20 с выполненным на корпусе 2 третьим подсоединительным штуцером 21. В перегородке 5 корпуса 2 параллельно штоку 7 выполнены сквозные отверстия 22, соединяющие мембранные полости 13 и 14 и расположенные с внешней стороны по отношению к пробке 18, при этом через сквозные отверстия 22 пропущены стойки 23, связывающие жесткий центр 10 мембраны 9 с жестким центром 24 мембраны 11.

Стойки 23 могут быть выполнены в виде шпилек, их число, например три, выбирается из условий прочности и жесткости подвижной системы электромагнитного клапана.

Электромагнит 1 выполнен с плоским якорем 25, укрепленным на штоке 7 и подпружиненным пружиной 26.

Первый запорный орган 8 снабжен кольцевым буртом 27, охватывающим уплотнительный элемент 28 запорного органа 8 и ограничивающим величину сжатия этого уплотнительного элемента.

Площади первого и второго запорных органов 8 и 17 выполнены равными, а эффективные площади мембран 9 и 11 связаны соотношением
F₁ = F₂ + K F_з.о. , где F₁ - эффективная площадь первой мембраны 9;
F₂ - эффективная площадь второй мембраны 11;
К - коэффициент, К = 0...2;
F_з.о. - площадь поперечного сечения запорного органа 8 или 17.

Связь внешней полости 12 первой мембраны 9 с атмосферой осуществлена через первый дроссель 29, который выполнен в виде резьбового соединения винта 30 с корпусом 2.

Связь внешней полости 15 второй мембраны 11 с атмосферой осуществлена через второй дроссель 31, который выполнен в виде резьбового соединения винта 32 с корпусом 2.

Внешние полости 12 и 15 первой и второй мембран 9 и 11 выполнены с различными объемами.

Электромагнитный клапан работает следующим образом.

Рабочая среда под давлением подается в штуцер 3 и через него попадает в полости 13 и 14 корпуса 2 электромагнитного клапана, воздействуя на мембраны 9, 11 и запорный орган 8.

Стойки 23, скрепляющие жесткие центры 10 и 24 мембран 9 и 11, нагружены направленными в противоположные стороны растягивающими стойки усилиями мембран от давления рабочей среды.

Пружина 26 отжимает якорь 25 от электромагнита 1, прижимая кольцевой бурт 27 к перегородке 5, при этом запорный орган 8 перекрывает центральный канал 6, во-первых, кольцевым буртом 27, а, во-вторых, уплотнением 28, деформация которого ограничена буртом 27. Штуцер 4 при этом сообщен через каналы 6, 16 и полость 19 со штуцером 21, сообщенным, например, с атмосферой.

При включении электромагнита 1 плоский якорь 25 движется по направлению к электромагниту, преодолевая упругость пружины 26, при этом вследствие перемещения мембран 9 и 11 объем полости 12 уменьшается, а объем полости 15 увеличивается, в результате чего давление в полости 12 увеличивается, а в полости 15 - уменьшается. Благодаря этому на мембранах 9 и 11 возникает дополнительное усилие, направленное против движения якоря, которое замедляет это движение, при этом исключается возможность возникновения волн уплотнения рабочей среды, которые могут привести к загоранию при использовании некоторых сред, например кислорода, что в итоге повышает надежность и безопасность электромагнитного клапана.

Давление в полостях 12 и 15 со временем сравнивается с атмосферным из-за перетекания воздуха через дроссели 29 и 31 по резьбовым соединениям (по резьбе) винтов 29 и 31 со сборным корпусом 2, при этом восстанавливается демпфирующее свойство комбинации полостей с дросселями при последующих срабатываниях электромагнитного клапана.

По окончании движения якоря 25 и его прижатии к электромагниту 1 запорный орган 8 открывает проход рабочей среды из полости 13 в центральный канал 6 и через канал 16 в штуцер 4; одновременно запорный орган 17, соединенный с запорным органом 8 штоком 7, перекрывает канал 6, изолируя от него внутреннюю полость 19 пробки 18 и прерывая связь между штуцерами 21 и 4 (ход якоря выполняется несколько большим хода запорного органа 17 для создания натяга по уплотнению запорного органа).

При К = 0 площади мембран выполняются равными, и запорный орган 8 оказывается нагруженным давлением рабочей среды на запорный орган и усилием пружины 26, которое в этом случае может быть выбрано настолько малым, чтобы только удерживать подвижные детали электромагнитного клапана в нужном положении при транспортировке, вибрации и колебаниях, что позволяет применить электромагнит с небольшой тягой и массой.

При К=1 подвижная система электромагнитного клапана оказывается полностью разгруженной от давления рабочей среды, и уплотнение запорного органа обеспечивается усилием пружины.

При К= 2 к подвижной системе электромагнитного клапана прикладывается усилие, равное произведению давления на площадь запорного органа 8 и противоположно направленное относительно усилия пружины 26, благодаря чему возможно плотное уплотнение электромагнитного клапана при низких давлениях рабочей среды и разгрузка пружины при высоких давлениях.

При К < 0 требуется установка элетромагнита повышенной тяги для преодоления давления на запорный орган.

При К > 2 также требуется увеличение тяги электромагнита для преодоления чрезмерного усилия пружины, потребного для преодоления давления на неуравновешенную площадь, большую площади запорного органа, направленного навстречу усилию пружины.

Выполнение полостей 12 и 15 с разными объемами позволяет получить разную частоту собственных колебаний динамических звеньев камера-дроссель для этих полостей и благодаря этому обеспечить плавное без колебаний замедленное движение подвижной системы запорного органа.

Выполнение дросселей 29 и 31 в виде резьбовых соединений позволяет легко регулировать степень демпфирования запорного органа ввертыванием винтов на определенную глубину при регулировке электромагнитного клапана и также повысить плавность его переключения, что повышает его надежность и безопасность.

Выполнение электромагнита с плоским якорем позволяет полностью исключить трение подвижных деталей и возможность заклинивания с течением времени из-за коррозии, загрязнения и износа, что также повышает надежность электромагнитного клапана.

Использование: в пневмо- и гидросистемах управления. Сущность изобретения: второй запорный орган закреплен на штоке оппозитно первому относительно перегородки с возможностью перекрытия центрального канала со стороны подмембранной полости второй мембраной. Полая пробка установлена коаксиально второму запорному органу с образованием с перегородкой герметичной внутренней полости, сообщенной с выполненным на корпусе третьим подсоединительным штуцером. В перегородке корпуса параллельно штоку выполнены сквозные отверстия. Отверстия соединяют подмембранные полости и расположены с внешней стороны по отношению к пробке. Через отверстия пропущены стойки, связывающие жесткие центры мембран между собой. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН, содержащий электромагнит, герметичный корпус с первым и вторым подсоединительными штуцерами и перегородкой с центральным каналом, через которой пропущен шток якоря электромагнита с закрепленным на нем первым запорным органом, снабженным уплотнительным элементом и перекрывающим центральный канал, первую мембрану, расположенную со стороны электромагнита и закрепленную жестким центром на штоке, и вторую мембрану, посредством которых корпус разделен на полости, внешние из которых сообщены с атмосферой, причем запорный орган размещен в подмембранной полости первой мембраны, сообщенной каналом с первым подсоединительным штуцером, отличающийся тем, что он снабжен вторым запорным органом, закрепленным на штоке оппозитно первому относительно перегородки с возможностью перекрытия центрального канала со стороны подмембранной полости второй мембраны, и полой пробкой, установленной коаксиально второму запорному органу с образованием с перегородкой герметичной внутренней полости, сообщенной с выполненным на корпусе третьим подсоединительным штуцером, причем в перегородке корпуса параллельно штоку выполнены сквозные отверстия, соединяющие подмембранные полости и расположенные с внешней стороны по отношению к пробке, при этом через сквозные отверстия пропущены стойки, посредством которых жесткие центры мембран связаны между собой. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что электромагнит выполнен с плоским якорем. 3. Клапан по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что первый запорный орган снабжен кольцевым буртом, охватывающим уплотнительный элемент с обеспечением возможности ограничения его сжатия. 4. Клапан по пп.1 - 3, отличающийся тем, что площади поперечного сечения запорных органов равны, а эффективные площади мембран связаны соотношением
F₁ = F₂ + K · F_з.о,
где F₁ - эффективная площадь первой мембраны;
F₂ - эффективная площадь второй мембраны;
K - коэффициент, K = 0 ... 2;
F_з.о - площадь поперечного сечения запорного органа. 5. Клапан по пп.1 - 4, отличающийся тем, что внешняя полость первой мембраны сообщена с атмосферой через первый дроссель. 6. Клапан по п.5, отличающийся тем, что первый дроссель выполнен в виде резьбового соединения. 7. Клапан по пп.1 - 4 и/или 5, отличающийся тем, что внешняя полость второй мембраны сообщена с атмосферой через второй дроссель. 8. Клапан по п.7, отличающийся тем, что второй дроссель выполнен в виде резьбового соединения. 9. Клапан по п.7, отличающийся тем, что внешние полости мембран выполнены различного объема.