ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1998 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть использовано в конструкциях электромагнитных клапанов с пневмогидроусилением.

Известен электромагнитный клапан [1], в электромагните которого последовательно установлены два сердечника. Недостатком устройства является большое количество подвижных деталей и значительные потери электромагнитной энергии, связанные с наличием нескольких немагнитных зазоров между сердечниками электромагнита, которые, в свою очередь, требуют дополнительных затрат потребляемой энергии либо повышенных габаритно-массовых характеристик электромагнита, что снижает динамические характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому клапану является электромагнитный клапан [2] , который состоит из электромагнита, в полости которого, между крышкой и стопом размещен якорь, корпуса с управляющей полостью и напорной магистралью. Указанные полости сообщены загрузочным каналом. Известный клапан содержит также поршень, выполненный за одно целое с основным запорным органом, в котором выполнен разгрузочный канал, перекрываемый управляющим запорным органом обратного действия, связанным с якорем электромагнита через шток, пропущенный через осевой канал поршня и основного запорного органа.

Недостатками известного устройства являются наличие больших немагнитных зазоров, связанных с наличием дополнительного якоря, неподвижной перегородки - стопа и поршни, а также зависимость внутреннего диаметра катушки от диаметра поршня основного запорного органа. Все эти недостатки приводят к увеличению потребляемой энергии, либо габаритно-массовых характеристик, что, в свою очередь, ухудшает динамические характеристики клапана.

Дополнительным недостатком является сложность устройства, обусловленная наличием жесткой связи между дополнительным якорем и управляющим запорным органом, а также наличием неподвижной перегородки между ними.

Задачей изобретения является уменьшение массы, улучшение динамических характеристик, снижение энергопотребления и упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что в известном клапане, содержащем электромагнит в полости которого между крышкой и стопом размещен якорь, корпус с управляющей полостью и напорной магистралью, сообщенными загрузочным каналом, поршень, выполненный за одно целое с основным запорным органом, в котором выполнен разгрузочный канал, перекрываемый управляющим запорным органом обратного действия, связанным с якорем электромагнита через шток, пропущенный через осевой канал поршня и основного запорного органа, поршень основного запорного органа выполнен из ферромагнитного материала и установлен в ярме электромагнита, а стоп выполнен подвижным и жестко связан с ферромагнитным поршнем.

Технический результат достигается также тем, что якорь выполняется в виде отдельной детали, связанной с управляющим запорным органом через подпружиненный шток.

Кроме того, загрузочный канал может быть выполнен в подвижном стопе для сообщения напорной магистрали с управляющей полостью через рабочий зазор между якорем и подвижным стопом.

Подвижной стоп может быть уплотнен в электромагните, при этом полость, в которой размещен якорь, сообщена с напорной магистралью, а через загрузочный канал в стопе и рабочий зазор между якорем и подвижным стопом - с управляющей полостью.

На фиг. 1 приведен общий вид клапана.

На фиг. 2 приведен общий вид клапана с раздельными деталями якоря и шток управляющего клапана.

На фиг. 3 приведен общий вид клапана, где разгрузочный канал выполнен в подвижном стопе и соединяет напорную магистраль с управляющей полостью через рабочий зазор между якорем и подвижным стопом.

На фиг. 4 приведен общий вид клапана, где подвижной стоп уплотнен в электромагните.

Электромагнитный клапан состоит из основного запорного органа 1, подпружиненного пружиной 2, с расположенным в нем управляющим запорным органом 3 обратного действия, разгрузочным 4 и загрузочным 5 каналами, электромагнита управляющего клапана 6 с якорем 7, расположенным между крышкой 8 и подвижным стопом 9, жестко связанным с ферромагнитным поршнем 10 основного запорного органа. Ферромагнитный поршень подвижно установлен в ярме 11 электромагнитного клапана, а якорь воздействует на управляющий запорный орган через шток 12 подпружиненный пружиной 13.

На фиг. 2 якорь 7 выполнен в виде отдельной от штока 12 детали не имеющей с ним жесткой связи.

На фиг. 3 приведен вариант загрузочного канала 5, выполненного внутри подвижного стопа и соединяющего напорную магистраль 14 клапана с управляющей полостью 15 через рабочий зазор 16 между якорем и подвижным стопом и канал 17.

На фиг. 4 приведен вариант электромагнитного клапана, где подвижной стоп 9 уплотнен манжетой 18 в электромагните, а напорная магистраль 14 соединена с управляющей полостью 15 через загрузочный канал 5, рабочий зазор 16 между якорем и подвижным стопом, полость 19, в которой расположен якорь, и соединяющий ее с напорной магистралью канал 20.

Электромагнитный клапан работает следующим образом.

При подаче электрического напряжения на электромагнит 6 якорь 7 притягивается к подвижному стопу 9. При этом якорь воздействует через шток 12 на управляющий запорный орган 3. Управляющий запорный орган открывает разгрузочный канал 4. В связи с тем, что расход через разгрузочный канал 4 превышает величину расхода через загрузочный канал 5, давление в надпоршневой управляющей полости 15 по отношению к давлению в напорной магистрали 14 снижается и под действием несбалансированной силы ферромагнитный поршень 10 с подвижным стопом 9, якорем 7, основным запорным органом 1 и открытым управляющим запорным органом двигаются в сторону крышки 8 электромагнита клапана на величину хода основного запорного органа до торцевой поверхности ярма 11. Клапан открыт и увеличивается в открытом положении за счет магнитного потока проходящего через торцевые поверхности ярма и ферромагнитного поршня. При этом, для обеспечения гарантированного закрытия управляющего запорного органа 3, между крышкой 8 и якорем должен остаться зазор превышающий рабочий зазор управляющего запорного органа.

После снятия электрического напряжения с электромагнита 6 под действием пружин 13 управляющей запорный орган 3 закрывается и через загрузочный канал 5 давление в управляющей полости 15 и напорный магистрали 14 выравнивается и под действием пружины 2 основной запорный орган закрывается. Клапан закрыт.

При реализации описанного решения якорь и шток могут быть выполнены в виде отдельных деталей. Один из вариантов такого исполнения приведен на фиг. 2. В этом случае якорь и шток взаимодействуют друг с другом через торцевые поверхности. При этом, с целью упрощения сборки, шток также может быть составным.

С целью повышения быстродействия, загрузочный канал 5 может быть расположен в подвижном стопе, как это изображено на фиг. 3.

В этом случае загрузочный канал 5 соединяет управляющую полость 15 через рабочий зазор 16 между якорем и подвижным стопом и канал 17. В данном устройстве при включении клапана якорь при движении к подвижному стопу перекрывает загрузочный канал, тем самым ускоряя движение ферромагнитного поршня на открытие клапана за счет значительного уменьшения, либо исключения, расхода через загрузочный канал.

С целью исключения "подрабатывания" клапана при заполнении полостей клапана рабочим телом, необходимо ликвидировать запаздывание нарастания давления в управляющей полости по отношению к напорной магистрали. Данное требование гарантируется при исполнении клапана приведенного на фиг. 4.

В данном устройстве при заполнении клапана рабочее тело через канал 20, полость 19, рабочий зазор 16 и загрузочный канал 5 поступает в управляющую полость 15 до того как рабочее тело поступит в подпоршневую полость напорной магистрали, тем самым исключается возможность "подрабатывания" клапана в период заполнения его полостей рабочим телом. Уплотнение 18 служит для разделения полостей 19 и 15 при включении клапана.

Данное изобретение позволяет снизить энергопотребление за счет концентрации электромагнитной энергии в малом рабочем зазоре между якорем управляющего клапана и подвижным стопом; улучшить динамические характеристики путем уменьшения габаритов и массы электромагнитной системы; упростить конструкцию; повысить технологичность сборки.

Использование: в арматуростроении. Сущность изобретения: в полости электромагнита электромагнитного клапана между крышкой и стопором размещен якорь. Управляющая полость корпуса и напорная магистраль сообщены загрузочным каналом. Поршень выполнен за одно целое с основным запорным органом, в котором выполнен разгрузочный канал. Через осевой канал поршня и основного запорного органа пропущен шток, связывающий якорь электромагнита и управляющий запорный орган обратного действия. Основной запорный орган выполнен из ферромагнитного материала и установлен в ярме электромагнита, а стоп выполнен подвижным и жестко связан с ферромагнитным поршнем. Якорь может быть выполнен в виде отдельной детали, связанной с управляющим запорным органом через подпружиненный шток. Загрузочный канал может быть выполнен в подвижном стопе, а подвижный стоп уплотнен в электромагните. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электромагнитный клапан, содержащий электромагнит, в полости которого между крышкой и стопом размещен якорь, корпус с управляющей полостью и напорной магистралью, сообщенными загрузочным каналом, поршень, выполненный за одно целое с основным запорным органом, в котором выполнен разгрузочный канал, перекрываемый управляющим запорным органом обратного действия, связанным с якорем электромагнита через шток, пропущенный через осевой канал поршня и основного запорного органа, отличающийся тем, что поршень основного запорного органа выполнен из ферромагнитного материала и установлен в ярме электромагнита, а стоп выполнен подвижным и жестко связан с ферромагнитным поршнем. 2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что якорь выполнен в виде отдельной детали, связанной с управляющим запорным органом через подпружиненный шток. 3. Клапан по пп.1 и 2, отличающийся тем, что загрузочный канал выполнен в подвижном стопе и сообщает напорную магистраль с управляющей полостью через рабочий зазор между якорем и подвижным стопом. 4. Клапан по пп. 1 3, отличающийся тем, что подвижный стоп уплотнен в электромагните, при этом полость, в которой размещен якорь, сообщена с напорной магистралью, а через загрузочный канал в стопе и рабочий зазор между якорем и подвижным стопом с управляющей полостью.