ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН Российский патент 1996 года по МПК F16K31/64 

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к клапанам для пуска и отсечки криогенных рабочих тел из емкостей к потребителю, и может применяться в различных пневмогидравлических системах.

Известен двухпозиционный электропневмоклапан с импульсным управлением и механической защелкой, содержащий электромагнитные приводы затвора и защелки.

Недостатком клапана является низкая надежность, большой вес и габариты [1]
Наиболее близким по технической сущности является двухпозиционный клапан, содержащий корпус с входным и выходным каналами, затвор, седло, фиксатор и электроприводы затвора и фиксатора из материала с "памятью формы" [2]
Его недостатками являются: недостаточное быстродействие, низкая надежность и сложность конструкции.

Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей (уменьшение времени открытия и закрытия клапана), упрощение конструкции и повышение надежности.

Технический результат обеспечивается тем, что в электропневмоклапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный запорный орган, снабженный фиксатором, и электроприводы запорного органа и фиксатора, выполненные из материала с "памятью формы", электроприводы расположены перпендикулярно друг к другу в полости корпуса, сообщенной с входным патрубком, при этом каждый из них выполнен из изогнутой проволоки, свободные концы которой через изолятор выведены наружу корпуса, а в месте изгиба установлены изолятор и переходник.

Такое расположение приводов и их исполнение обеспечивает быстрый нагрев проволоки и структурные изменения материала "с памятью формы", а также при отключении от источника тока за счет быстрого охлаждения криогенным компонентом во входном канале восстановление проволокой формы, которую она имела до нагрева, что приводит к закрытию затвора за время не более 0,2 с.

Проволока электроприводов выполнена из никелида титана, после термообработки и изгиба она подвергается растяжению на величину деформации не более 6% при температуре 15-35^оС. Величина деформации проволоки выбирается в зависимости от величины хода затвора и величины зазоров между переходниками, затвором и защелкой. Для обеспечения двунаправленности действия переходники снабжены пружинами смещения.

На чертеже изображен электропневмоклапан, разрез.

Электропневмоклапан состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, запорного органа 4 с направляющими 5, седла 6, выполненного заодно с корпусом 1, рабочей пружины 7 запорного органа 4. В полости входного патрубка 2 перпендикулярно друг другу расположены электроприводы в виде изогнутой проволоки 8 со свободными концами 9, выведенными через изоляторы 10 в переходнике 11 запорного органа 4 и переходнике 12 защелки 13 наружу. Пружины смещения 14 и 15 постоянно действуют на растяжение проволоки 8 усилием не менее 3 кг/мм². На запорном органе 4, переходниках 11, 12 и защелке 13 выполнены отбортовки соответственно 16-19. Между отбортовками 16 и 17 образован зазор А, между отбортовками 18, 19 зазор А₂. Код запорного органа определяется величиной Б, ход защелки величиной Б₁. В и В₁ -заданная величина деформации проволоки приводов запорного органа и защелки при ее нагреве. Зазоры выполнены из соотношений A+Б ≅ B, A₁+Б₁ ≅ В₁. Защелка 13 и переходник 12 имеют направляющие в корпусе 1 соответственно 20 и 21. Защелка 13 под действием рабочей пружины 22 упирается в направляющие 5 запорного органа 4. В направляющих 5 выполнен сквозной паз 23 для защелки 13.

Электропневмоклапан работает следующим образом.

При подаче импульса тока на свободные концы 9 проволоки 8 запорного органа 4 проволока, нагреваясь до 120^оС, "вспоминает" свою форму до растяжения и, сжимаясь, перемещает переходник 11 вверх на величину зазора А и хода Б запорного органа, поднимая запорный орган 4 над седлом 6 на величину А + Б. Газ перепускается из входного патрубка 2 и выходной патрубок 3 к потребителю. В процессе перемещения вверх запорного органа 4 ось защелки 13 совмещается с пазом 23 в направляющих 5 запорного органа 4. Защелка 13 под действием рабочей пружины 22 перемещается на величину А₁ и фиксирует запорный орган 4 в открытом положении.

После фиксации запорного органа его привод обесточивается. Происходит быстрое остывание проволоки за счет обесточивания проволоки и расхода криогенного компонента. Проволока благодаря специальной термообработке и под действием пружины смещения 14 восстанавливает свой исходный размер до нагревания, вместе с переходником 11 опускается и образует вновь зазор между отбортовками 16 и 17.

При необходимости отсечки газа от потребителя импульс тока подводится к свободным концам 9 проволоки 8 защелки 13. Проволока 8 защелки 13, нагреваясь до 120^оС, "вспоминает" свою форму, уменьшается в размере на величину ее деформации, благодаря чему переходник 12 и защелка 13 перемещаются и расфиксируют запорный орган 4, который герметично устанавливается на седло 6 под действием рабочей пружины 7. При этом заделка 13 перемещается на величину Б₁, а переходник на величину Б₁ + А₁.

После отвода защелки проволока 8 защелки 13 обесточивается. Происходит быстрое охлаждение проволоки 8 защелки 13 из-за выключения источника нагрева и наличия криогенного компонента. Проволока 8 защелки благодаря специальной термообработке и под действием пружины смещения 15 восстанавливает свой исходный размер до нагревания, вместе с переходником 12 перемещается от запорного органа 4 и образует вновь зазор между отбортовками 18 и 19. При необходимости повторной подачи криогенного компонента к потребителю вновь подается импульс тока на свободные концы 9 проволоки 8 запорного органа 4, и цикл повторяется. Благодаря быстрому нагреванию проволоки при включении электропневмоклапана и ее мгновенному охлаждению путем обесточивания и охлаждения криогенными компонентами обеспечивается такое же время срабатывания электропневмоклапана, как и электропневмоклапана с приводом от электромагнита.

Таким образом, применение в качестве электроприводов запорного органа и защелки проволоки из материала, обладающего "памятью формы", обработанного для двунаправленного действия, и их расположение в полости корпуса, сообщенной с входным патрубком, обеспечивает малые габариты и вес, простоту конструкции, высокую надежность и экономию электротехнического материала.

Использование: в пневмогидравлических системах, для управления подачей криогенных сред из емкостей к потребителю. Сущность изобретения: электроприводы запорного органа электропневмоклапана и фиксатора выполнены из материала с "памятью формы". Каждый привод выполнен из изогнутой проволоки. Свободные концы проволоки выведены наружу корпуса через изолятор. Приводы расположены перпендикулярно друг другу в полости корпуса, сообщенной с входным патрубком. 1 ил.

ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, подпружиненный запорный орган, снабженный фиксатором, и электроприводы запорного органа и фиксатора, выполненные из материала с памятью формы, отличающийся тем, что электроприводы расположены перпендикулярно друг другу в полости корпуса, сообщенной с входным патрубком, при этом каждый из них выполнен из изогнутой проволоки, свободные концы которой через изолятор выведены наружу корпуса, а в месте изгиба установлены изолятор и переходник.