ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1995 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к машиностроению, к трубопроводной арматуре и предназначено для дистанционного управления потоками рабочей жидкости.

Одной из важнейших задач электромагнитных клапанов является согласование приводных и противодействующих сил, определяющих массу, габариты и энергоемкость привода клапана в целом.

Наиболее часто в народном хозяйстве используется конструкция с пилотным клапаном, управляемым электромагнитным приводом [1].

К недостаткам приведенных конструкций следует отнести необеспечение работоспособности при малых перепадах давления на клапане, т.е. наличие нечувствительной зоны.

С целью устранения указанного недостатка применяются конструкции с форсированным режимом работы электромагнитного привода [2], с последующим переходом на режим удержания срабатывания (открытия).

Вследствие прохождения через катушку тока большой величины такой режим работы позволяет создать повышенное значение тягового усилия, однако при больших условных проходах и рабочем давлении необходимо это принимать во внимание, т.е. производить дополнительные конструктивные проработки, направленные на разгрузку затвора. Это, в свою очередь, приводит к увеличению массы и габаритов привода, и, соответственно, клапана.

Известен электромагнитный клапан [3], рассматриваемый в качестве прототипа, содержащий корпус с седлом, с установленным над последним запорным органом, который связан с якорем через согласующую пружину.

К недостаткам следует отнести большую массу конструкции и незначительное значение тягового усилия при больших проходных отверстиях.

Целью изобретения является уменьшение габаритов клапана путем оптимального согласования приводных и противодействующих сил.

Цель достигается тем, что в электромагнитном клапане, содержащем корпус с седлом, над которым расположен запорный орган, связанный через согласующую пружину с якорем электромагнитного привода и возвратную пружину, в запорном органе выполнены разгрузочные окна и направляющая проточка, в которой установлен жестко связанный с якорем стакан, причем согласующая пружина установлена внутри стакана.

Предложенный электромагнитный клапан позволяет значительно улучшить весогабаритные показатели и повысить надежность срабатывания на больших расходах рабочей среды.

На фиг. 1 представлен электромагнитный клапан, продольный разрез; на фиг.2 приведены нагрузочные характеристики элементов клапана.

Электромагнитный клапан содержит корпус 1 с патрубками 2 и 3, в котором расположен уплотнитель 4, контактирующий с запорным органом в закрытом состоянии. Запорный орган выполнен составным и с разгрузкой, содержит гильзу 5 с разгрузочными окнами 6. Внутри гильзы 5 расположен фиксированный относительно корпуса 1 поршень 7 с уплотнителем 8 относительно гильзы 5. Поршень 7 зафиксирован относительно корпуса 1 посредством штифта 9, который запрессован в корпус 1 совместно с втулкой 10.

В гильзе 5 выполнены прорези 11, через которые пропущен штифт, что обеспечивает направленное ее перемещение. В запорном органе в верхней части гильзы 5 выполнена направляющая проточка в виде расточки, образующая полость 12, в которой установлен жестко связанный с якорем 13 стакан 14 с согласующей пружиной 15, обеспечивающей полноподъемность запорного органа между якорем 13 и стопом 16, выполненным на верхнем обушке 17, в хвостовике в виде стакана установлена возвратная пружина 18. Электромагнитный привод содержит катушку 19 управления, заключенную в магнитопровод, состоящий из каркаса 20 и кожуха 21.

Электромагнитный клапан работает следующим образом.

Рабочая среда поступает в патрубки 2 и 3, расположенные в корпусе 1, причем они перекрыты между собой запорным органом, содержащим гильзу 5, контактирующую с уплотнителем 4, а также поршень 7, фиксированный относительно корпуса 1 посредством штифта 9 и запрессованной втулки 10. Герметичность патрубка по соединению гильзы 5 - поршень 7 обеспечивается уплотнительным кольцом 8. В верхней части гильзы 5 выполнена дренажная полость 12, в которой установлены жестко связанный с якорем 13 стакан 14 и согласующая пружина 15, взаимодействующая с основанием стакана 14 и гильзой 5 и, как показано на фиг.1, она может находиться в ненагруженном состоянии. Усилие уплотнения создается возвратной пружиной 18, установленной в стакане якоря и взаимодействующей с верхним обушком 17. Запорный орган практически разгружен, неразгрузка определяется площадью контакта уплотнителя 4 и гильзы 5, поэтому степень деформации пружины 18 (усилие в положении клапана "Закрыто") определяется величиной вышеуказанной нагрузки и усилием уплотнения и силой трения гильза 5 - уплотнитель 8.

Для открытия клапана необходимо запитать катушку 19 управления, заключенную в магнитопровод, состоящий из каркаса 20 и кожуха 21. При этом якорь 13 перемещается в сторону стопа 16, зазор между ними уменьшается, магнитные силы увеличиваются. Одновременно при подъеме якоря 13 происходит сжатие пружины 15 и аккумулирование ее энергии до момента достижения контакта торцом стакана 14 днища гильзы 5, после этого происходит отрыв гильзы 5 от уплотнителя 4 и ее подъем. При завершении хода якоря 13 полноподъемность гильзы 5 обеспечивается пружиной 15. Для обеспечения разгрузки затвора гильза 5 содержит сообщающие окна 6, а для обеспечения перемещения гильзы 5 относительно поршня 7 предусмотрены прорези 11, причем уплотнитель 8 расположен ниже их.

Для закрытия клапана необходимо обесточить катушку управления, при этом под воздействием возвратной пружины 18 происходит перемещение составных частей клапана вниз до установки запорного органа в положение "Закрыто".

На фиг.2 представлено графическое изображение действующих и противодействующих сил в клапане в зависимости от рабочего зазора между якорем и стопом, иллюстрирующих цикл открытия клапана и имеющих следующее обозначение: F - силовая характеристика пружины 15; F - силовая характеристика пружины 18; F_эм - нагрузочная характеристика электромагнитного привода; F_тр - сила трения между уплотнителем 8 и гильзой 5; F_н - усилие неразгрузки затвора, равное произведению величины рабочего давления на площадь контакта уплотнения 4 и гильзы 5; F₁₅+F₁₈ - суммарное значение силовых характеристик пружин 15 и 18; F - суммарная кривая всех противодействующих сил: F= F₁₅+F₁₈+F_тр+F_н, δ_к - рабочий зазор, при котором происходит начало движения гильзы 5; δ_р - рабочий зазор между якорем и стопом (см. фиг.1).

Из графических построений фиг.2 видно, что выполнение электромагнитного клапана в предначальном виде позволяет максимально приблизить согласование приводных и противодействующих сил, а также разрабатывать арматуру, разгруженную от давления среды на затвор, значительно уменьшить ее металлоемкость и энергоемкость.

Использование: для дистанционного управления потоками рабочей среды. Сущность изобретения: над седлом корпуса расположен запорный орган, связанный через согласующую пружину с якорем электромагнитного привода. В запорном органе выполнены разгрузочные окна и направляющая проточка, в которой установлен жестко связанный с якорем стакан. Согласующая пружина установлена внутри стакана. 2 ил.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН, содержащий корпус с седлом, над которым расположен запорный орган, связанный через согласующую пружину с якорем электромагнитного привода, и возвратную пружину, отличающийся тем, что в запорном органе выполнены разгрузочные окна и направляющая проточка, в которой установлен жестко связанный с якорем стакан, причем согласующая пружина установлена внутри стакана.