ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1997 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к машиностроению, более узко к арматуре, устанавливаемой на различных магистралях, трубопроводах и других коммуникациях, а еще более конкретно к электромагнитным клапанам.

Изобретение может найти применение в самых широких областях техники, например: в энергетике, химической, газовой, пищевой промышленности и т.д.

Известны электромагнитные клапаны, содержащие корпус с входным и выходным патрубками, основной затвор, импульсный затвор, седло которого выполнено в основном затворе, и электромагнитный привод с сердечником (см. книгу Прижиалковского А. Л. и др. Электромагнитные клапаны, 1967, с.67-69, рис.34).

В данном клапане основной затвор имеет индивидуальный механизм перемещения, выполненный в виде штока, жестко связанного с сердечником и импульсным затвором. Основной затвор механизма перемещения не имеет и работает лишь под воздействием перепада давления.

Клапан в некоторой мере решает задачу уменьшения влияния величины рабочего хода основного затвора на тяговую характеристику электромагнитного привода, однако имеет при этом достаточно высокие весовые и габаритные характеристики привода из-за большего хода срабатывания основного затвора. Кроме того, данный клапан практически неработоспособен при нулевом перепаде давления между входным и выходным патрубками.

Известны также и электромагнитные клапаны, содержащие корпус с входным патрубками, основной затвор, снабженный диаметральным элементом, импульсный затвор, седло которого выполнено в основном затворе, общий механизм перемещения основного и импульсного затворов и электромагнитный привод с сердечником (см. авт. св. СССР N 1341435 кл. F 16 K 31/02 1985).

В указанном клапане общий механизм перемещения основного и импульсного затворов выполнен в виде размещенных в пазу (предусмотренных на боковых поверхностях сердечника) стержней с гибким изгибом в средний части и загнутыми концами, одни из которых заведены в радиальные отверстия, соединяющие пазы, а другие образуют захват с выступом, выполненный на основном затворе.

Данный клапан выбран за прототип.

В этом клапане также решается задача уменьшения влияния величины рабочего хода основного затвора на тяговую характеристику электромагнитного привода, однако и в этом клапане весовые и габаритные характеристики привода достаточно высоки из-за того, что весь ход срабатывания основного и импульсного затвора необходимо преодолеть за счет усилия привода, не имея вспомогательных механизмов для этой цели.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение создание электромагнитного клапана, работающего в широком диапазоне и имеющего малогабаритный привод, несложного по конструкции и надежного в эксплуатации, путем уменьшения влияния величины рабочего хода основного затвора на тяговую характеристику электромагнитного привода.

Технический результат, достигаемый изобретением уменьшение весовых и габаритных характеристик электромагнитного привода.

Технический результат достигается тем, что в электромагнитном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, основной затвор, снабженный диаметральным уплотнительным элементом, импульсный затвор, седло которого выполнено в основном затворе, механизм перемещения основного и импульсного затворов и электромагнитный привод с сердечником, по оси корпуса между сердечником и импульсным затвором размещена фигурная перфорированная обечайка, жестко связанная с последним и имеющая в верхней части с внутренней стороны горизонтальную площадку с ограничительным кольцевым буртом, переходящую в вертикальный цилиндрический участок длиной не менее хода основного затвора, а общий механизм перемещения основного и импульсного затворов выполнен в виде штока, установленного по оси обечайки, снабженного аккумулирующей цилиндрической пружиной, жестко соединенного с сердечником и кинематически связанного через концевой сферический выступ с импульсным затвором, при этом шток имеет сферический участок, расположенный внутри цилиндрического участка обечайки, и выполнен с горизонтальной площадкой с ограничительным кольцевым буртом, аналогичной горизонтальной площадке обечайки, причем аккумулирующая цилиндрическая пружина расположена между указанными площадками.

Технический результат в частных случаях достигается также тем, что основной затвор выполнен полым с цилиндрической боковой поверхностью внутри, а импульсный затвор выполнен в виде диска, расположенного в указанной полости основного затвора, при этом фигурная перфорированная обечайка имеет участок, размещенный в указанном зазоре и имеющий наружную сферическую поверхность, установленную в контакте с цилиндрической боковой поверхностью основного затвора: боковая поверхность в нижней и верхней частях основного затвора выполнена сферической, при этом верхняя часть установлена с зазором к корпусу: корпус клапана снабжен кольцевым ограничителем хода основного затвора, расположенный от последнего на расстоянии, равном величине его хода: боковая цилиндрическая поверхность полости основного затвора снабжена кольцевым ограничителем хода импульсного затвора, расположенным от последнего на расстоянии, равном величине его хода; нижняя часть обечайки выполнена с горизонтальным участком, расположенным между импульсным затвором и ограничителем его хода: диаметральный элемент выполнен в виде трубки из фторопласта.

Все вышеперечисленные существенные признаки влияют на технический результат и находятся с ним в причинно-следственной связи.

На фиг. 1 схематически изображен описываемый клапан; на фиг.2 фигурная перфорированная обечайка в увеличенном масштабе.

Клапан содержит корпус 1 с входом 2 и выходным 3 патрубками, основной затвор 4, с диаметральным уплотнением 5, которое может быть выполнено из общеизвестных материалов, например, резины. В частном случае уплотнение выполняется в виде трубки из фторпласта. Затвор 4 выполнен полым (с полостью 6) с цилиндрической боковой поверхностью 7 внутри. Боковая поверхность основного затвора 4 в нижней и верхней частях 8 и 9, выполнена сферической. При этом верхняя сферическая часть 9 установлена с зазором к корпусу 1, а нижняя сферическая часть 8 примыкает к корпусу 1. В основном затворе предусмотрено уплотнение 10, контактирующее с седлом 11 основного затвора. В центральной части основного затвора 4 выполнено седло 12 импульсного затвора 13, имеющего форму диска. При оси основного затвора выполнен канал 14, соединенный с выходным патрубком 3. В основном затворе также предусмотрен ряд сквозных калиброванных каналов 15, соединяющих входной патрубок 2 с полостью 6 через кольцевую промежуточную полость 16. Число указанных каналов и их диаметр определяются физическими свойствами рабочей среды (жидкости, газа). Импульсный затвор 12 в центральной части имеет уплотнение 17, контактирующее с седлом 12, а в средней части ряд сквозных каналов 18. Клапан имеет электромагнитный привод, который включает магнитопровод 19, катушку 20, герметичную разделительную трубку 21 и сердечник 22.

Основной 4 и импульсный 13 затворы имеют общий привод перемещения, который выполнен в виде штока 23, снабженного аккумулирующей цилиндрической пружиной 24, жестко соединенного с сердечником 22 и кинематически связанного через концевой сферический выступ 25 (предусмотренный на штоке) с импульсным затвором 13.

По оси корпуса между сердечником 22 и импульсным затвором 13 размещена фигурная перфорированная обечайка 26, имеющая в верхней части с внутренней стороны горизонтальную площадку 27, с ограничительным кольцевым буртом 28, переходящую в вертикальный цилиндрический участок 29 длиной не менее хода основного затвора.

Шток 23 расположен по оси обечайки 26 и имеет сферический участок 30, расположенный внутри цилиндрического участка 29, и выполнен с горизонтальной площадкой 31 с ограничительным кольцевым буртом 32, аналогичной горизонтальной площадке 27. Между горизонтальными площадками 27 и 31 с упором в них расположена аккумулирующая цилиндрическая пружина 24.

Импульсный затвор 13 расположен в полости 6 основного затвора 4 с кольцевым зазором, обечайка 26 жестко связана с затвором 13 посредством охватывающих последний горизонтального участка 33, вертикального 34 и диагонального участка 35, при этом вертикальный участок 34 расположен в упомянутом зазоре и имеет наружную сферическую поверхность 36, установленную в контакте с цилиндрической боковой поверхностью 7 основного затвора. Обечайка 26 имеет окна 37 и 38, соединяющие ее внутреннее пространство с внутренней полостью 39 клапана. Над сердечником 22 предусмотрена полость 40 для обеспечения хода последнего, соединенная каналами 41 с полостью 39. Кроме того, сердечник снабжен возвратной пружиной 42.

Корпус 1 в зоне полости 39 снабжен кольцевым ограничителем 43 хода основного затвора 4, расположенным от последнего на расстоянии, равном величине его хода. Боковая цилиндрическая поверхность 7 основного затвора снабжена кольцевым ограничителем 44 хода импульсного затвора, расположенным от последнего на расстоянии, равном величине его хода. Горизонтальный же участок 33 нижней части обечайки расположен между импульсным затвором и ограничителем 44 его хода. Полость 40 ограничена сверху стопом 45.

Открытие клапана
При подаче напряжения на катушку 20 электромагнитного привода сердечник 22, связанный со штоком 23, движется вверх в направлении стопа 45 и одновременно сжимает аккумулирующую пружину 24, которая имеет упор в горизонтальные площадки 27 и 31. Пружина 24, воздействуя на площадку 27 фигурной перфорированной обечайки 26, отрывает импульсный затвор 13 от его седла 12 и последний совместно с сердечником 22 двигается вверх до кольцевого ограничителя 44 его хода, сжимая при этом возвратную пружину 42 и цилиндрическую пружину 44.

Одновременная рабочая среда через калиброванные сквозные отверстия 15 и через канал 14 поступает из патрубка 2 в выходной патрубок 3, тем самым уменьшая тяговое усилие электромагнитного привода основного затвора, что позволяет уменьшить габаритные и весовые характеристики привода. Эти характеристики электромагнитного привода позволяют уменьшить также и то, что при движении импульсного затвора до ограничителя его хода не требуется каких-либо усилий для обеспечения контакта сердечника с основным затвором. Этому будет способствовать и отсутствие жесткого соединения штока с импульсным затвором.

Далее ограничитель 44 хода импульсного затвора, будучи жестко связанным с основным затвором 4, увлекает последний вверх, открывая при этом проход рабочей среды из патрубка 2 через кольцевую полость 16 и седло 11 в выходной патрубок 3. При этом аккумулирующая цилиндрическая пружина 24, разжимаясь, увеличивает тяговое усилие привода. Далее сердечник 22 примыкает вплотную к торцевой поверхности стопа 45, возвратная пружина 42 сжата, при этом основной затвор 4 может либо вплотную примыкать к кольцевому ограничителю хода 42, либо несколько не доходить до него. Клапан открыт на полный ход.

Закрытие клапана
При обесточивании электромагнитной катушки 20 сердечник 22 со штоком 23 опускается вниз под действием собственной массы и пружины 42. Аккумулирующая цилиндрическая пружина 24 давит на горизонтальную площадку 31, а шток своим сферическим участком 30 воздействует на импульсный затвор 13, отрывая последний от кольцевого ограничителя 44 его хода, в результате чего затвор 13 опускается на седло 12, перекрывая канал 14. Основной затвор 4 под действием собственного веса и под воздействием перемещаемого вниз импульсного затвора 13 опускается также вниз, перекрывая седло 11. Клапан закрыт.

Выполнение штока 23 со сферическим участком 30, расположенным внутри цилиндрического участка 29 обечайки 26, и наличие у штока 23 концевого сферического выступа 25 обеспечивает предотвращение каких-либо перекосов штока.

Этой же цели служит и выполнение сферическими верхней и нижней частей боковой цилиндрической поверхности 7 основного затвора.

В конечном счете предотвращение перекосов штока также будет способствовать уменьшению габаритных и весовых характеристик электромагнитного привода.

В настоящее время изготовлен макет описанного электромагнитного клапана с диаметром условного прохода 32 мм и на рабочее давление 25 кгс/см². Этот макет прошел эксплуатационные испытания с рабочей средой пропан, бутан, природный газ, азот, которые показали его высокую надежность. По результатам испытания МНТП "криогенная технология" приступает к выпуску опытной партии.

Использование: в арматуростроении. Сущность изобретения: в корпусе элекртромагнитного клапана между сердечником и импульсным затвором размещена фигурная перфорированная обечайка, жестко связанная с импульсным затвором. В верхней части обечайки имеется горизонтальная площадка с ограничительным кольцевым буртом, переходящая в вертикальный цилиндрический участок. Механизм перемещения основного и импульсного затворов выполнен в виде штока, жестко соединенного с сердечником и кинематически связанного через концевой сферический выступ с импульсным затвором. Шток имеет сферический участок, расположенный внутри цилиндрического участка обечайки, и выполнен с горизонтальной площадкой и ограничительным кольцевым буртом. Между площадками штока и обечайки размещена аккумулирующая цилиндрическая пружина. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Электромагнитный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, основной затвор, импульсный затвор, седло которого выполнено в основном затворе, общий механизм перемещения обоих затворов и электромагнитный привод с сердечником, отличающийся тем, что по оси корпуса между сердечником и импульсным затвором размещена фигурная перфорированная обечайка, жестко связанная с последним, и имеющая в верхней части с внутренней стороны горизонтальную площадку с ограничительным кольцевым буртом, переходящую в вертикальный цилиндрический участок длиной не менее хода основного затвора, а общий механизм перемещения обоих затворов выполнен в виде штока, установленного по оси обечайки, снабженного аккумулирующей цилиндрической пружиной, жестко соединенного с сердечником и кинематически связанного через концевой сферический выступ с импульсным затвором, при этом шток имеет сферический участок, расположенный внутри цилиндрического участка обечайки, и выполнен с горизонтальной площадкой с ограничительным кольцевым буртом, аналогичной горизонтальной площадке обечайки, причем аккумулирующая цилиндрическая пружина расположена между указанными площадками. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что основной затвор выполнен полым с цилиндрической боковой поверхностью внутри, а импульсный затвор выполнен в виде диска, расположенного с кольцевым зазором в указанной полости основного затвора, при этом фигурная перфорированная обечайка имеет участок, размещенный в указанном зазоре и имеющий наружную сферическую поверхность, установленную в контакте с цилиндрической боковой поверхностью основного затвора. 3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что боковая поверхность в нижней и верхней частях основного затвора выполнена сферической, при этом верхняя часть установлена с зазором к корпусу. 4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что его корпус снабжен кольцевым ограничителем основного затвора, расположенным от последнего на расстоянии, равном величине его хода. 5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что боковая цилиндрическая поверхность полости основного затвора снабжена кольцевым ограничителем хода импульсного затвора, расположенным от последнего на расстоянии, равном величине его хода. 6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что нижняя часть обечайки выполнена с горизонтальным участком, расположенным между импульсным затвором и ограничителем его хода.