ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН Российский патент 1996 года по МПК G01V1/137 G01V1/04 

Изобретение относится к пневматическим устройствам управления, в частности, к морской сейсморазведке и предназначено для точного по времени запуска пневмоисточников сейсмических сигналов.

В настоящее время морская сейсморазведка выполняется с пневматическими источниками сейсмических сигналов, которые буксируются за судном по 2, 4, иногда 6 линий, включающих до 6 10 излучателей. Для одновременного или последовательного (по заданному закону) срабатывания (с точностью 0,05 мс) излучателей, входящих в комплекс необходимо применение запускающих электромагнитных пневмоклапанов, обладающих высокой стабильностью времени открытия каналов выброса сжатого воздуха к исполнительному органу пневмоизлучателя.

Известны электропневмоклапаны (1, 2), состоящие из корпуса, электромагнита, якоря, помещенного в полость внутри электромагнита, выполненные в дне клапана канал подачи воздуха в полость с якорем, канал выброса воздуха, исходно перекрытый подпружиненным якорем.

Недостатком обоих устройств является малое проходное сечение канала выброса сжатого воздуха, что является основным источником разброса (нестабильности) момента срабатывания пневмоисточника, т. к. поступающего в его исполнительный орган воздуха недостаточно для обеспечения мгновенного разуплотнения. Повысить расход воздуха можно увеличением сечения канала выброса. Повышение усилия отрыва якоря с седла клапана ведет к улучшению стабильности инициализации электропневмоклапана и к необходимости увеличивать напряжение инициализации электромагнита. При этом растут массогабаритные характеристики бортового пульта управления и клапана, что нежелательно. Кроме того, возникают наводки на линию обратной связи, по которой на бортовой пульт контроля и управления поступает сигнал о фактическом моменте срабатывания пневмоисточника. Иначе говоря, предпочтительными являются низкие напряжения инициализации клапана.

Наиболее близким к изобретению по ткхнической сущности является электропневмоклапан (3), включающий катушку с обмоткой, подпружиненный якорь, седло, запирающий элемент, жестко связанный с якорем и имеющий отверстие в дне, стакан с перфорированными стенками, причем запирающий элемент размещен в стакане с возможностью перемещения, оперт на седло, выступающее над дном стакана, и подпружинен со стороны якоря, в дне клапана выполнены канал подачи воздуха в полость с якорем, канал выброса воздуха, исходно перекрытый запирающим элементом.

Недостатком обоих устройств является малое проходное сечение канала выброса сжатого воздуха, что является основным источником разброса (нестабильности) момента срабатывания пневмоисточника.

В основу изобретения положена техническая задача создания быстродействующего электропневмоклапана, главным образом, для морских пневмоисточников с повышенным секундным расходом сжатого воздуха через каналы выброса, в котором при этом одновременно достигается повышение стабильности инициализации и уменьшаются массогабаритные характеристики устройства, повышается простота технического обслуживания.

Поставленная задача достигается тем, что в известном электропневмоклапане, включающем корпус, электромагнит, состоящий из обмотки и магнитопровода, якорь, установленный с зазором относительно магнитопровода, седло первой ступени с центральным отверстием, запирающим элементом, средства снятия запирающего элемента с седла первой ступени, сопряженные с якорем, дно электропневмоклапана с каналами подачи и и выброса сжатого воздуха, подвижный затвор, с осевым каналом, согласно изобретению подвижный затвор выполнен в составе магнитопровода, раздельно от якоря и установлен с зазором относительно якоря, снабжен крышкой, седлом первой ступени, направляющими отверстиями и полым штоком, проведенным через якорь, средства снятия выполнены в виде толкателей, проведенных через направляющие отверстия, дно снабжено седлом второй ступени с центральным отверстием, соединенным с каналами выброса и перекрытым штоком, через шток проведен плунжер, одним концом соединенный с поршнем, образующим с крышкой управляющую полость, а другим концом установленный на дно.

В одном из частных случаев дно клапана выполнено в виде крышки пневмоисточника.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что электропневмоклапан выполняют двухступенчатым. Снятие запирающего элемента с седла первой ступени производят толкателями якоря, что требует незначительных усилий, создаваемых электромагнитом. При этом легкий якорь совершает короткое перемещение до упора в запирающий элемент и в дальнейшей работе клапана не участвует. Такой же короткий ход якоря предусмотрен и до подвижного затвора. Малый зазор между якорем и подвижным затвором служит разрывом магнитопровода. Чем меньше это расстояние, тем больше сила взаимодействия этих двух элементов. Большая сила взаимодействия наряду с малой массой якоря является предпосылкой высокого ускорения перемещения якоря. Как следствие, сокращается время до вскрытия центрального отверстия в седле первой ступени, уменьшается его среднеквадратичный разброс.

Отрыв штока с седла второй ступени требует значительного усилия, которое создают сжатым воздухом. Для этого под крышкой затвора предусмотрена управляющая полость, в которую через осевое отверстие в седле первой ступени попадает сжатый воздух из полости в клапане. Сжатый воздух действует на поршень, не способный перемещаться, т. е. плунжер установлен на дне. Тогда перемещается затвор. Возникающее усилие отрыва затвора с седла второй ступени равно произведению давления в управляющей полости на площадь крышки за вычетом площади сечения малорасходного канала в ней.

Таким образом, сопряжение седла первой ступени с крышкой затвора позволяет смещать запирающий элемент толкателями якоря при сохранении неподвижности затвора, затем подавать воздух из полости якоря внутрь подвижного затвора между крышкой и поршнем, далее перемещать затвор с отрывом от седла второй ступени и соединять каналы выброса с полостью клапана и каналом подвода сжатого воздуха.

Таким образом, новое исполнение магнитопровода, смена расположения якоря, отделение его от подвижного затвора зазором, снабжение затвора седлом первой ступени, обеспечение направления перемещения якорю с помощью направляющих отверстий и толкателей позволяет уменьшить величину зазора магнитопровода, время срабатывания клапана и снизить нестабильность момента отрыва запирающего элемента с седла первой ступени. При этом уменьшается длина клапана почти в полтора раза в сравнении с известными.

Все отличительные признаки необходимы, а вместе они достаточны для достижения работоспособности заявляемого устройства.

На чертеже схематично изображен электропневмоклапан согласно изобретению.

Электропневмоклапан состоит из корпуса 1, электромагнита 2, якоря 3 с толкателями 4, проведенными в направляющих каналах 5 подвижного затвора 6 со штоком 7, крышкой 8 и седлом 9 первой ступени. На седле первой ступени установлен подпружиненный запирающий элемент 10, способный к взаимодействию с толкателями 4. Электропневмоклапан снабжен дном 11, в котором выполнены каналы 12 и 13 подачи и выброса из полости 14 сжатого воздуха. Центральное отверстие 15, входящее в каналы 13 исходно перекрыто штоком 7, упирающимся в седло 16 второй ступени. Внутри затвора 6 размещен поршень 17 с плунжером 18, образующие промежуточную полость 19, а с крышкой 8 управляющую полость 20, соединенную центральным отверстием 21 в крышке 8 с полостью внутри клапана и исходно перекрытую запирающим элементом 10. Плунжер 18 упирается в дно 11 клапана так, что между затвором 6 и якорем 3 сохраняется зазор 22.

Работа устройства будет понятной из следующего описания.

Сжатый воздух из камеры высокого давления пневмоисточника по каналу 12 подается в полость 14. При этом подпружиненный запирающий элемент 10 находится на седле 9, а затвор 6 взаимодействует с седлом 16 Первоначально внутри затвора 6 сжатый воздух отсутствует, т. к. имеется возможность его удаления через каналы 13 выброса. После подачи напряжения на обмотку электромагнита 2 якорь 3 втягивается вверх, выбирая зазор 22. Запирающий элемент 10 снимают с седла 9 толкатели 4. Сжатый воздух из полости над затвором 6 через отверстие 21 устремляется в управляющую полость 20, действует на поршень 17 и крышку 8. Т. к. плунжер 18 упирается в дно 11, то поршень 17 остается неподвижным, тогда как затвор 6 смещается вверх. Шток 7 отделяется от седла 16 второй ступени. Происходит соединение полости 14 с каналами 13 выброса. Воздух из камеры высокого давления пневмоисточника через канал 12 подачи, полость 14 и каналы 13 выброса поступает на исполнительный орган (не показан) пневмоисточника, приводя его в действие.

После сброса давления из рабочей камеры пневмоисточника и снятия напряжения с обмотки электромагнита 2 запирающий элемент 10 и затвор 6 занимают исходное положение, когда каналы 13 отделены от полости 14.

Момент сброса сжатого воздуха из рабочей камеры контролируется по резкому снижению усилия, передаваемого дном 11 на датчики давления, установленные между крышкой корпуса 1 и электромагнитом 2.

В конкретном примере исполнения электропневмоклапан имеет габаритные размеры (Dxh) 100 x 75, массу 4,0 кг, напряжение инициализации 60 150 В, эффективную площадь проходного сечения каналов выброса сжатого воздуха 50 кв. мм, задержку вскрытия каналов выброса после подачи напряжения на катушку 4 мс, стабильность момента вскрытия канала выброса 0,04 мс.

Преимущества электропневмоклапана в сравнении с прототипом состоят в увеличении стабильности момента срабатывания, в четырехкратном увеличении расхода сжатого воздуха через канал выброса. Высота клапана сокращена в полтора раза. Достигается значительно более высокая стабильность срабатывания самого пневмоисточника, обеспечивается его высокая управляемость с бортового пульта, повышается качество исходной сейсмической информации, сохраняются неизменными акустические характеристики группы пневмоисточников в процессе работ. Этим создается возможность паспортизации источников и их систем, исключается необходимость контроля сигнатуры в каждом пункте возбуждения и расчета множества обратных фильтров при обработке. Экономический эффект возникает в связи с получением дополнительной более точной и достоверной информации о поисковых объектах, с сокращением объемов машинной обработки информации. Существенно повышаются экспортные возможности продукции.

Использование: в моpской сейсморазведке для точного по времени запуска пневмоисточников сейсмических сигналов. Сущность изобретения: электропневмоклапан содержит: корпус, электромагнит, якорь с толкателями, проведенными в направляющих каналах, подвижный затвор со штоком, крышкой и седлом первой ступени. На седле установлен подпружиненный запирающий элемент, способный к взаимодействию с толкателями. В дне электропневмоклапана выполнены каналы подачи и выброса сжатого воздуха из полости электропневмоклапана. Центральное отверстие, выходящее в каналы выброса исходно перекрыто штоком, упирающимся в седло второй ступени. Внутри затвора размещен поршень с плунжером, образующие промежуточную полость, а с крышкой - управляющую полость, соединенную центральным отверстием в крышке с полостью внутри клапана и исходно перекрытую запирающим элементом. Плунжер упирается в дно клапана так, что между затвором и якорем сохраняется зазор. 1 ил.

Электропневмоклапан, включающий корпус, электромагнит, состоящий из обмотки и магнитопровода, якорь, установленный с зазором относительно магнитопровода и снабженный центральным отверстием, седло первой ступени с центральным отверстием, запирающий элемент, средства снятия запирающего элемента с седла первой ступени, связанные с якорем, дно электропневмоклапана с каналами подачи и выброса сжатого воздуха, отличающийся тем, что дополнительно содержит подвижный затвор и седло второй ступени, при этом подвижный затвор выполнен в виде полых поршня со штоком, поршень соединен крышкой с седлом первой ступени, а его дно установлено с зазором относительно якоря, шток проходит через центральное отверстие якоря и опирается на седло второй ступени, установленное в дне электропневмоклапана и снабженное центральным отверстием, соединенным с каналом выброса сжатого воздуха и перекрытым штоком, через шток проведен плунжер, одним концом соединенный с поршнем, образующим с крышкой управляющую камеру, а другим концом опирающийся на дно электропневмоклапана, средства снятия запирающего элемента с седла первой ступени выполнены в виде толкателей, проведенных через направляющие отверстия, выполненные в якоре.