ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 1999 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре.

Известны электромагнитные клапаны по следующим авторским свидетельствам СССР N 1576764, N 1663296, F 16 K 31/02.

Во всех этих конструкциях в той или иной степени присутствует один отрицательный момент: при снятии сигнала с катушки электромагнитного привода запорный орган перемещается в исходное положение под действием возвратной пружины, усилие которой направлено против давления рабочей среды, что вызывает зависимость мощности привода от диаметра условного прохода, площади проходного сечения, диаметра седла. Это сужает область применения электромагнитного клапана или, как в авторском свидетельстве N 1663296, ведет к резкому возрастанию массогабаритных характеристик.

Наиболее близким является электромагнитный клапан по авторскому свидетельству СССР N 1679114, кл. F 16 K 31/02, 1989, электромагнитный привод выполняет работу лишь по перемещению импульсного трехканального золотника, размещенного внутри сдвоенного запорного органа, тогда как перекрытие одного из двух седел этим запорным органом осуществляется под действием изменяющегося давления рабочей среды в управляющей полости под его поршневой частью, которую золотник соединяет либо с каналом входа, либо с каналом слива.

В данной конструкции достигнута наибольшая независимость мощности электромагнитного привода от давления рабочей среды, но имеются недостатки: наличие одной управляющей полости при двух направлениях потока рабочей среды требует нескольких промежуточных каналов, выполненных в теле запорного органа, что повышает трудоемкость изготовления клапана и увеличивает время, необходимое для перемещения запорного органа в новое положение. В результате этого каналы входа и слива в эти промежутки времени оказываются соединенными между собой через проходное сечение, что при частых срабатываниях клапана будет приводить к значительной утечке рабочей среды и нежелательным колебаниям давления в канале слива. Сложность передачи движения от якоря к управляющему золотнику через несколько штоков, расположенных внутри запорного органа, наличие нескольких упругих элементов и подвижного стопа, совмещенного с запорным органом - все это ведет к увеличению тягового усилия, а значит и мощности электромагнитного привода.

Целью изобретения является исключение утечки рабочей среды и уменьшение потребляемой мощности.

Поставленная цель достигается разделением каналов входа рабочей среды и слива электромагнитным приводом, введением двух раздельных запорных органов в форме дисков, размещенных в круглых пазах корпуса, каждый из которых снабжен управляющим клапаном и двумя боковыми отверстиями для подачи рабочей среды в его управляющую полость; уменьшением количества упругих элементов и трущихся поверхностей путем встраивания золотников двух управляющих клапанов в якорь и толкатель.

На чертеже изображен предлагаемый электромагнитный клапан, разрез.

Электромагнитный клапан состоит из сборного корпуса 1 с каналами входа 2, слива 3 и выхода, разделенным на каналы подвода к потребителю 4 и отвода от потребителя 5, седлами 6 и 7, электромагнитного привода, размещенного между каналами входа и слива, с якорем 8 и катушкой 9, одетой на гильзу 10 с неподвижным стопом 11, имеющим центральное отверстие, в которое установлен подвижный толкатель 12 с жестко закрепленной на нем поперечной крестовиной 13, в края которой упирается возвратная пружина 14, другим концом установленная в кольцевой паз в корпусе.

Сборный корпус 1 состоит из верхней части 15 с каналами 2 и 4 и седлом 6, нижней части 16 с каналами 3 и 5 и седлом 7, в круглых пазах которых размещены два раздельных запорных органа 17 и 18 в форме дисков, а также фланца 19, колпака 20 и сваренного с ним немагнитного кожуха 21. Соединение составных частей в сборный корпус осуществляется винтами и использованием уплотнительных колец. Запорные органы имеют уплотнители 22 и управляющие клапаны, состоящие из малых седел 23, размещенных внутри запорных органов, и золотников 24 в форме резиновых шайб, подвижно встроенных в якорь 8, расположенный в гильзе 10, и толкатель 12, изготовленный из немагнитной стали, которые соприкасаются хвостовыми частями, сообщая друг другу движение в противоположных направлениях, закрывая при этом один управляющий клапан и открывая другой. Якорь и толкатель имеют пружины 25, обеспечивающие плотное прижатие золотников 24 к малым седлам 23.

Верхний запорный орган 17 образует три полости, заполненные рабочей средой: входную А над собой в форме кольцевого зазора вокруг седла 6, выходную Б внутри седла перед каналом 4 и полость управляющего клапана В под собой. Полости А и В собираются посредством выполненных в запорном органе двух боковых отверстий 26. Аналогично запорный орган 18 имеет два боковых отверстия 27 и образует полости: входную Г, выходную Д и полость управляющего клапана Е. Полость рабочего зазора Ж сообщается с полостью В через две вертикальные лыски якоря 8, необходимые для беспрепятственного выхода рабочей среды из полости Ж при движении якоря к стопу. С другой стороны полость Ж отделена от полости Е точной ходовой посадкой между хвостовой частью толкателя 12 и стопом 11, обеспечивающей пренебрежимо малую протечку.

Герметичность полости Е в месте стыка колпака 20 со стопом 11 во избежание сварки при одетой катушке 9 обеспечивается уплотнительным элементом 28, прижатым к колпаку втулкой 29, залитой герметиком в резьбовом соединении со стопом. Со стороны рабочего зазора Ж в стоп 11 впрессовано медное кольцо 30, недопускающее залипание на нем якоря при снятии сигнала с катушки электромагнитного привода.

Электромагнитный клапан работает следующим образом.

Рабочая среда под давлением P_вх подается в канал 2 и по отверстиям 26 запорного органа 17 проходит из полости А в полость В. При обесточенной катушке 9 электромагнитного привода якорь 8 и толкатель 12 под действием усилия пружины 14 находятся в верхнем положении. При этом управляющий клапан запорного органа 17 закрыт, а управляющий клапан запорного органа 18 открыт. В верхней части 15 корпуса 1 давление рабочей среды в полостях А и В одинаково: P_А= P_В= P_вх, тогда как давление в полости Б равно давлению среды в канале 4: P_Б=P_подв. Исходя из этого баланс сил, действующих на запорный орган 17 сверху и снизу без учета усилия пружины 14, можно выразить неравенством:
P_вхF_А+P_подвF_Б ≠ P_вхF_В (1)
где F - эффективная площадь запорного органа, воспринимающая давление рабочей среды в соответствующей полости.

Перепишем (1) в следующем виде:
P_подвF_Б ≠ P_вх(F_В-F_А). (2)
Так как по условиям работы электромагнитного клапана P_подв<P_вх и конструктивно обеспечивается F_Б<F_В-F_А, то в верхнем положении якоря и толкателя запорный орган 17 избыточным давлением среды снизу, как видно из неравенства (2), прижат к седлу 6. В нижней части 16 корпуса 1 полости Д и Е сообщаются через открытое малое седло 23, поэтому давление рабочей среды в них выравнено и близко к давлению в канале 3: P_Д≈P_Е≈P_сл. Так как по условиям работы электромагнитного клапана давление в канале 3 меньше давления в канале 5, по которому отработанная рабочая среда поступает в полость Г: P_сл<P_отв, то в полости Г создается избыточное давление, отжимающее запорный орган 18 от седла 7. Таким образом электромагнитный клапан закрыт, а через нижнее седло 7 осуществляется слив отработанной рабочей среды.

При подаче напряжения на катушку 9 электромагнитного привода под действием магнитного потока, охватывающего колпак 20, фланец 19, якорь 8 и стоп 11, якорь в гильзе 10 притягивается к стопу, перемещая толкатель 12 вниз до перекрытия золотником 24 малого седла 23 в запорном органе 18 и сжимая пружину 14. Полость Е оказывается отделенной от полости Д, но по-прежнему сообщается с полостью Г через отверстия 27 в запорном органе 18. Давление рабочей среды, поступающей в полость Е из канала 5 через эти отверстия, повышается и сравнивается с давлением в полости Г: P_Е=P_Г≈P_отв. Исходя из этого баланс сил, действующих на запорный орган 18 сверху и снизу без учета усилия со стороны электромагнитного привода, можно выразить неравенством, аналогичным (1):
P_отвF_Е ≠ P_отвF_г+P_слF_Д, (3)
или по-другому:
P_отв(F_Е-F_Г) ≠ P_слF_Д. (4)
Так при открытом седле 7: F_Е-F_Г=F_Д, то с учетом того, что P_отв>P_сл, запорный орган 18 избыточным давлением среды сверху, как видно из неравенства (4), прижмется к седлу 7, закрывая канал 3. Вместе с запорным органом 18 в крайнее нижнее положение перемещается якорь 8 до упора в стоп 11 и толкатель 12. При этом открывается управляющий клапан запорного органа 17, рабочая среда из полости В через открытое малое седло 23 вытекает в полость Б до тех пор, когда давление в полости В не понизится, сравняясь с давлением в полости Б и канале 4. Запорный орган 17 под действием избыточного давления рабочей среды в полости А, равного P_вх, отжимается от седла 6. Электромагнитный клапан открыт.

При обесточивании катушки в медном кольце 30 возникают кратковременные вихревые токи, которые создают силу, отталкивающую якорь 8 от стопа 11, что исключает его замыкание. Далее якорь и толкатель перемещаются в верхнее положение под действием усилия пружины 14. Верхний управляющий клапан закрывается и седло 6 перекрывается запорным органом 17, а нижний управляющий клапан открывается и запорный орган 18 отжимается от седла 7. Электромагнитный клапан закрывается и открывается канал слива отработанной рабочей среды. Важно заметить, что ни электромагнитный привод, ни возвратная пружина 14 не выполняют работу против давления рабочей среды, причем усилие пружины направлено лишь на преодоление веса якоря 8 и толкателя 12 и гидростатического сопротивления рабочей среды в полости Е перемещению крестовины 13, а также на обеспечение упругого поджатия управляющего золотника 24 к малому седлу 23 усилием сжатой пружины 25.

Предлагаемый электромагнитный клапан в сравнении с прототипом по а.с. 1679114 не имеет утечки рабочей среды и потребляет на 20 - 30% меньше мощности от источника питания.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре. Каналы входа рабочей среды и слива разделены электромагнитным приводом. Два раздельных запорных органа в форме дисков размещены в круглых пазах корпуса, каждый из которых снабжен управляющим клапаном и двумя боковыми отверстиями для подачи рабочей среды в его управляющую полость. Уменьшено количество упругих элементов и трущихся поверхностей путем встраивания золотников двух управляющих клапанов в якорь и толкатель. Изобретение исключает утечки рабочей среды и уменьшает потребляемую мощность. 1 ил.

Электромагнитный клапан, содержащий сборный корпус с каналами входа, слива и выхода, разделенные на каналы подвода к потребителю и отвода от потребителя, электромагнитный привод с якорем и стопом, внутри которого размещен подвижный толкатель, отличающийся тем, что электромагнитный привод, стоп которого закреплен в гильзе, расположен между каналами входа и слива, имеющими два раздельных запорных органа в форме дисков, размещенных в круглых пазах корпуса, каждый из которых снабжен управляющим клапаном и двумя боковыми отверстиями для подачи рабочей среды в его управляющую полость, причем седла двух управляющих клапанов размещены внутри запорных органов, а золотники подвижно встроены в якорь и толкатель, которые соприкасаются хвостовыми частями, сообщая друг другу движение в противоположных направлениях, закрывая при этом один управляющий клапан и открывая другой, на толкателе жестко закреплена крестовина, в края которой упирается пружина, установленная другим концом в кольцевой паз в корпусе.