КЛАПАН ТРЕХХОДОВОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН К НЕМУ Российский патент 2000 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к области арматуростроения и может быть использовано для дистанционного управления потоками жидкости или газа в гидро- и пневмосистемах соответственно.

Известен клапан трехходовой электромагнитный [1] с каналом подвода рабочего тела, с каналом отвода рабочего тела в систему с исполнительными механизмами и каналом дренажного выхода, содержащий разъемный корпус, с уплотнением по линии разъема, два электромагнитных клапана, установленных в корпусе встречно друг другу, с возможностью разобщения каналов подвода и отвода рабочего тела, затворами, образованными якорями и магнитопроводами, при этом уплотнительные поверхности якорей отформованы эластичным материалом, фиксатор, выполненный в виде поршня с хвостовиком, нагруженный пружиной и установленный в расточке корпуса с возможностью попеременного взаимодействия с каждым из якорей электромагнитных клапанов.

Достоинством известного технического решения является возможность управления клапаном посредством коротких электрических импульсов, что повышает его надежность и уменьшает массу и габариты магнитопровода и обмотки.

К недостаткам указанного решения следует отнести достаточно сложную конструкцию фиксатора якорей - запорных органов, выполняющего свою функцию только при наличии давления на входе клапана больше чем сопротивление пружины фиксатора, что не обеспечивает работу клапана при давлениях, близких к нулю. Недостаточная надежность известного решения обусловлена также возникающими при обработке технологическими погрешностями взаимного расположения элементов затвора из-за размещения седла в одной детали, а направляющей якоря в другой.

Известен клапан электромагнитный, содержащий магнитопровод, представляющий собой магнитопроводящую втулку с фланцами, между которыми, на втулке магнитопровода, размещена электромагнитная обмотка, закрытая магнитопроводящим кожухом, сопряженным с поверхностями фланцев, причем втулка магнитопровода разделена диамагнитной кольцевой проставкой, перекрывающей магнитный поток втулки и расположенной напротив зоны замыкания магнитного потока втулки магнитопровода и якоря, установленного в сквозном отверстии втулки с возможностью осевого перемещения, причем на торце якоря выполнена металлическая уплотнительная поверхность, контактирующая при срабатывании с ответной металлической уплотнительной поверхностью седла втулки магнитопровода, которые образуют затвор.

Уплотнительные поверхности якоря и магнитопровода могут быть плоскими, сферическими или в виде одной конической поверхности [2].

Указанное техническое решение, предусматривающее металлические уплотнительные поверхности, требует либо больших усилий герметизации, что ограничено в электромагнитных клапанах небольшими тяговыми усилиями электромагнитов, либо повышения требований к точности изготовления уплотнительных поверхностей затворов с применением дорогостоящих доводочных операций, что существенно удорожает производство.

Кроме того, известное техническое решение, предусматривающее усложненную конструктивную форму уплотнительной поверхности якоря в виде сферы или конуса, контактирующей с уплотнительной поверхностью корпуса по линии, не обеспечивает устойчивого постоянного контакта указанных поверхностей и, как следствие, не обеспечивает достаточного уровня герметичности, надежности и долговечности клапана.

Технический результат, заключающийся в высокой герметичности, надежности и долговечности достигается тем, что в клапане трехходовом электромагнитном с каналом подвода рабочего тела, с каналом отвода рабочего тела в систему с исполнительными механизмами и каналом дренажного выхода, содержащем разъемный корпус с уплотнением по линии разъема, два электромагнитных клапана, установленных в корпусе встречно друг другу, с возможностью разобщения каналов подвода и отвода рабочего тела, с затворами, образованными якорями и магнитопроводами, электромагнитные клапаны расположены параллельно друг другу, при этом якорь первого электромагнитного клапана, разобщающий канал подвода рабочего тела и полость, соединенную с выходом рабочего тела в систему, контактирует с одним из концов Г-образного толкателя с каналами для прохода рабочего тела, взаимодействующего другим концом со вторым толкателем, в виде пластины или стержня, жестко закрепленным на торце якоря второго электромагнитного клапана, разобщающего полость с выходом рабочего тела в систему и каналом дренажного выхода.

Кроме того, уплотнение разъема представляет собой металлические уплотнительные поверхности с микрорельефом в виде последовательно чередующихся кольцевых выступов и впадин.

Технический результат изобретения в виде высокого уровня герметичности и надежности достигается, также, тем, что в клапане электромагнитном, содержащем магнитопровод, представляющий собой магнитопроводящую втулку с фланцами, между которыми, на втулке магнитопровода, размещена электромагнитная обмотка, закрытая магнитопроводящим корпусом, сопряженным с поверхностями фланцев, причем втулка магнитопровода разделена диамагнитной кольцевой проставкой, перекрывающей магнитный поток втулки и расположенной напротив зоны замыкания магнитного потока втулки магнитопровода и якоря, установленного в сквозном отверстии втулки с возможностью осевого перемещения, и имеющего канал для прохода рабочего тела, причем на торце якоря выполнена металлическая уплотнительная поверхность, контактирующая при срабатывании с ответной металлической уплотнительной поверхностью седла втулки магнитопровода, которые образуют затвор, согласно изобретению якорь и втулка магнитопровода, образующие затвор, представляют собой две пары одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, с микрорельефом в виде последовательно чередующихся кольцевых выступов и впадин на уплотнительных поверхностях хотя бы одной пары.

Как вариант исполнения, возможно, что затвор представляет собой две пары одновременно контактирующих конических поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга с микрорельефом на обеих парах.

Как вариант исполнения, возможно, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, одна пара - плоские поверхности, а вторая пара - конические поверхности, расположенные со смещением в осевом направлении относительно друг друга с микрорельефом на обеих парах.

Как вариант исполнения, возможно, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга, одна пара - сочетание конической и сферической поверхностей, а вторая - конические поверхности с микрорельефом на конических поверхностях.

Как вариант исполнения, возможно, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга, одна пара - сочетание конической и сферической поверхностей, а вторая - плоские поверхности с микрорельефом на плоских поверхностях.

Как вариант исполнения, возможно, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга, одна пара сочетание сферической и тороидальной поверхностей, а вторая - конические поверхности с микрорельефом на конических поверхностях.

Как вариант исполнения, возможно, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга, одна пара - сочетание сферической и тороидальной поверхностей, а вторая - плоские поверхности с микрорельефом на плоских поверхностях.

Как вариант исполнения, возможно, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих поверхностей, одна пара плоские уплотнительные поверхности, а вторая пара - цилиндрические поверхности, с микрорельефом на плоских поверхностях.

Как вариант исполнения, возможно, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих поверхностей одна пара конические уплотнительные поверхности, а вторая - цилиндрические поверхности, с микрорельефом на конических поверхностях.

Кроме того, во втулке магнитопровода может быть установлена дополнительная кольцевая диамагнитная проставка, расположенная в зоне контакта второй пары одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, перекрывающая магнитный поток втулки с возможностью его замыкания через якорь.

В процессе проведенного поиска по источникам научно-технической и патентной информации не обнаружено устройства, обладающего такой же совокупностью существенных конструктивных признаков, которая бы обеспечивала указанный технический результат.

Таким образом, предполагаемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, обладает новизной. Оно имеет промышленную применимость и изобретательский уровень, выраженный в заявленной совокупности признаков и, в отличие от прототипа, обеспечивает достижение технического результата, выраженного в виде повышенного быстродействия, возможности эксплуатации при давлениях, равных нулю или близких к нему, высокой герметичности, работоспособности и надежности.

Затворы клапана, выполненные согласно изобретению, в виде двух пар одновременно контактирующих поверхностей, одна из которых - сочетание конических или плоских поверхностей, а вторая - сочетание конических поверхностей, сферической и конической поверхностей, сферической и тороидальной поверхностей, цилиндрических поверхностей, обеспечивают стабильное и однозначное положение якоря на уплотнительных поверхностях седла втулки магнитопровода, компенсируют погрешности взаимного расположения элементов затвора и обладают высокой герметичностью и надежностью.

Высокая герметичность обусловлена также наличием кольцевых микроповерхностей на уплотнительных конических или плоских поверхностях затвора, которые увеличивают фактическую площадь и постоянство контакта указанных поверхностей.

Кроме того, согласно изобретению втулка магнитопровода может быть выполнена в виде последовательно установленных и сцентрированных втулок и фланцев, с фиксацией составных частей в осевом направлении, что позволяет существенно повысить технологичность магнитопровода, снизить погрешности взаимного расположения, вызванные внутренними напряжениями во втулке магнитопровода.

Дополнительная кольцевая диамагнитная проставка, установленная в зоне контакта второй пары одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей позволяет увеличить тяговое усилие электромагнита примерно в 2,5 раза.

Технические решения согласно изобретению позволяют существенно повысить герметичность, надежность и долговечность клапана до 10⁷ и более циклов срабатывания без отказов, под которыми понимается нарушение герметичности или несрабатывание затвора.

На фиг.1 изображен клапан трехходовой электромагнитный; на фиг.2 изображен вариант исполнения магнитопровода с дополнительной диамагнитной проставкой; на фиг. 3. ..10 возможные варианты исполнения затвора; на фиг. 11 фрагмент увеличенного кольцевого микрорельефа, выполняемого на конических поверхностях; на фиг. 12 - фрагмент увеличенного кольцевого микрорельефа, выполняемого на плоских поверхностях.

Клапан трехходовой электромагнитный (фиг.1) с каналом для входа рабочего тела А, для выхода рабочего тела Б в систему с исполнительными механизмами (на фиг.1 не показаны), с каналом дренажного выхода В содержит разъемный корпус 1 с металлическими уплотнительными поверхностями по линии разъема 2, с кольцевым микрорельефом в виде последовательно чередующихся выступов и впадин, как показано на фиг. 12, на указанных поверхностях. В корпусе 1 установлены встречно друг другу два электромагнитных клапана Э1 и Э2.

Первый электромагнитный клапан Э1 содержит затвор, разобщающий входной канал А от выхода Б в систему с исполнительными механизмами, а второй электромагнитный клапан Э2 содержит затвор, разобщающий выход Б с каналом дренажного выхода В. Электромагнитные клапаны включают в себя магнитопровод в виде втулок с фланцами из магнитопроводящего материала 3 и 4, разделенных диамагнитной проставкой 5. Между фланцами размещены обмотки электромагнитов 6. В отверстиях магнитопроводов перемещаются якоря 7 и 8, имеющие каналы для прохода рабочего тела 9 и 10 в виде, например, пазов, лысок или отверстий, контактирующие своими уплотнительными поверхностями 11, 12 и 13, 14 с металлическими уплотнительными поверхностями 15, 16 и 17, 18, расположенными в отверстиях магнитопроводов, причем якори 7 и 8 и втулки магнитопроводов 3, 4 образуют затворы, представляющие собой две пары одновременно контактирующих металлических поверхностей с микрорельефом в виде последовательно чередующихся кольцевых выступов и впадин, как показано на фиг. 11 и 12, на уплотнительных поверхностях хотя бы одной пары затвора.

Якорь 7 поджат к седлу 15, 16 давлением рабочего тела, якорь 8, также, поджат к седлу 17, 18 давлением рабочего тела, создаваемого в полости Д. Уплотнительные поверхности магнитопровода и якоря 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 могут быть выполнены в виде сочетания двух пар одновременно контактирующих конических поверхностей (фиг. 3), с кольцевым микрорельефом, как показано на фиг. 11, или, как варианты исполнения, в виде двух пар одновременно контактирующих плоских и конических поверхностей (фиг.4), с кольцевым микрорельефом (фиг. 11, 12), в виде двух пар одновременно контактирующих поверхностей: одна - сфера-конус, вторая - конус- конус (фиг. 6), с кольцевым микрорельефом на уплотнениях конус- конус (фиг. 11), или одна сфера-конус, вторая плоскость-плоскость (фиг. 5), с кольцевым микрорельефом на уплотнениях плоскость- плоскость, (фиг. 12), или одна сфера-тор, вторая конус-конус (фиг. 7), с кольцевым микрорельефом на уплотнениях конус-конус, (фиг. 11), или одна сфера-тор, вторая плоскость- плоскость (фиг. 8), с кольцевым микрорельефом на уплотнениях плоскость-плоскость, (фиг. 12), или одна цилиндр-цилиндр, вторая плоскость-плоскость (фиг. 9), с кольцевым микрорельефом на уплотнениях плоскость-плоскость (фиг. 12), или одна цилиндр-цилиндр, вторая конус-конус, (фиг. 10) с кольцевым микрорельефом на уплотнениях конус-конус (фиг. 11).

Во втулке магнитопровода электромагнитов Э1 и Э2 может быть установлена дополнительная диамагнитная кольцевая проставка 23 в зоне контакта второй пары одновременно контактирующих поверхностей, (фиг. 2).

Якорь 7 контактирует с одним из концов Г-образного толкателя 19 с каналами 20 для прохода рабочего тела в виде лысок, пазов или отверстий, взаимодействующего другим концом со вторым толкателем 21, жестко закрепленным, например, винтами 22 на торце якоря 8 второго электромагнитного клапана Э2.

Работает клапан трехходовой электромагнитный следующим образом. Рабочее тело поступает из питающей магистрали через входной канал А под торец якоря 7, прижимая его к седлу с уплотнительными поверхностями 15, 16 первого клапана электромагнитного Э1. Затвор дренажного выхода, перекрываемый якорем 8 второго клапана электромагнитного Э2 открыт, соединяя выход из системы с исполнительными механизмами Б с дренажным выходом В.

При подаче импульса напряжения на обмотку электромагнитного клапана Э2, якорь 8, притягиваясь к уплотнительным поверхностям 17, 18 своими уплотнительными поверхностями 13, 14 перекрывает выход В, отжимая якорь 7 от уплотнительных поверхностей 15, 16 посредством толкателей 19, 21, открывая затвор и пропуская рабочее тело от входа А через каналы 9 якоря 7, каналы 20, толкателя 19 в полость Д, к выходу в систему с исполнительными механизмами Б. Якорь 8 удерживается прижатым к седлу 17,18 давлением рабочего тела, создаваемого в полости Д, а якорь 7 отжатым от седла 15, 16 до тех пор, пока не будет подан импульс на обмотку электромагнитного клапана Э1. Тогда якорь 7, притягиваясь своими уплотнительными поверхностями 11, 12 к уплотнительным поверхностям седла 15, 16 затвора, разобщает каналы входа рабочего тела А и выхода Б, одновременно воздействуя через толкатели 19, 21 на якорь 8, открывая затвор дренажного выхода В, соединяя выход из системы Б через полость Д с дренажным выходом В. При последующих подачах импульса напряжения то на один, то на другой электромагнитные клапаны, процесс повторяется.

Источники информации
1. SU 1182226А, кл. F 16 К 31/02, 30.09.1985
2. RU 2046239 С1, кл. F 16 К 31/02, 20.10.1995н

Изобретения предназначены для управления потоками жидкости или газа в гидро- и пневмосистемах соответственно. Клапан трехходовой электромагнитный с каналом подвода рабочего тела, с каналом отвода рабочего тела в систему, с исполнительными механизмами и каналом дренажного выхода содержит разъемный корпус с уплотнением по линии разъема, два электромагнитных клапана, установленных в корпусе встречно друг другу с возможностью разобщения каналов подвода и отвода рабочего тела, с затворами, образованными якорями и магнитопроводами. Электромагнитные клапаны расположены параллельно друг другу. Якорь первого электромагнитного клапана, разобщающий канал подвода рабочего тела и полость, соединенную с выходом рабочего тела в систему, контактирует с одним из концов Г-образного толкателя с каналами для прохода тела и взаимодействует другим концом со вторым толкателем, жестко закрепленным на торце якоря второго электромагнитного клапана, разобщающего полость с выходом рабочего тела в систему и канал дренажного выхода. Электромагнитный клапан содержит магнитопровод, представляющий собой магнитопроводящую втулку с фланцами, между которыми на втулке магнитопровода размещена электромагнитная обмотка, закрытая магнитопроводящим кожухом, сопряженным с поверхностями фланцев. Втулка магнитопровода разделена диамагнитной кольцевой проставкой, перекрывающей магнитный поток втулки и расположенной напротив зоны замыкания магнитного потока втулки магнитопровода и якоря. Якорь установлен в сквозном отверстии втулки с возможностью осевого перемещения и имеет канал для прохода рабочего тела. На торце якоря выполнена металлическая уплотнительная поверхность, контактирующая при срабатывании с ответной металлической уплотнительной поверхностью седла втулки магнитопровода, которые образуют затвор, представляющий собой две пары одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, с микрорельефом в виде последовательно чередующихся кольцевых выступов и впадин на уплотнительных поверхностях, по крайней мере, одной пары. Технический результат изобретений заключается в обеспечении стабильного и однозначного положения якоря на уплотнительных поверхностях седла втулки магнитопровода, компенсации погрешности взаимного расположения элементов затвора и повышении внешней и внутренней герметичности и надежности работы клапана. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Клапан трехходовой электромагнитный с каналом подвода рабочего тела, с каналом отвода рабочего тела в систему с исполнительными механизмами и каналом дренажного выхода, содержащий разъемный корпус, с уплотнением по линии разъема, два электромагнитных клапана, установленных в корпусе встречно друг другу с возможностью разобщения каналов подвода и отвода рабочего тела, с затворами, образованными якорями и магнитопроводами, отличающийся тем, что электромагнитные клапаны расположены параллельно друг другу, при этом якорь первого электромагнитного клапана, разобщающий канал подвода рабочего тела и полость, соединенную с выходом рабочего тела в систему, контактирует с одним из концов Г-образного толкателя с каналами для прохода рабочего тела, взаимодействующего другим концом со вторым толкателем, в виде пластины или стержня, жестко закрепленным на торце якоря второго электромагнитного клапана, разобщающего полость с выходом рабочего тела в систему и канал дренажного выхода. 2. Клапан трехходовой электромагнитный по п.1, отличающийся тем, что уплотнение разъема корпуса представляет собой металлические уплотнительные поверхности с микрорельефом в виде последовательно чередующихся кольцевых выступов и впадин. 3. Электромагнитный клапан, содержащий магнитопровод, представляющий собой магнитопроводящую втулку с фланцами, между которыми на втулке магнитопровода размещена электромагнитная обмотка, закрытая магнитопроводящим корпусом, сопряженным с поверхностями фланцев, причем втулка магнитопровода разделена диамагнитной кольцевой проставкой, перекрывающей магнитный поток втулки и расположенной напротив зоны замыкания магнитного потока втулки магнитопровода и якоря, установленного в сквозном отверстии втулки с возможностью осевого перемещения, имеющего канал для прохода рабочего тела, причем на торце якоря выполнена металлическая уплотнительная поверхность, контактирующая при срабатывании с ответной металлической уплотнительной поверхностью седла втулки магнитопровода, отличающийся тем, что якорь и втулка магнитопровода образуют затвор, представляющий собой две пары одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей с микрорельефом в виде последовательно чередующихся кольцевых выступов и впадин на уплотнительных поверхностях, по крайней мере, одной пары. 4. Электромагнитный клапан по п.3, отличающийся тем, что затвор представляет собой две пары одновременно контактирующих конических поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга с микрорельефом на обеих парах. 5. Электромагнитный клапан по п.3, отличающийся тем, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей одна пара - плоские поверхности, а вторая пара - конические поверхности, расположенные со смещением в осевом направлении относительно друг друга с микрорельефом на обеих парах. 6. Электромагнитный клапан по п.3, отличающийся тем, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга, одна пара - сочетание конической и сферической поверхностей, а вторая - конические поверхности с микрорельефом на конических поверхностях. 7. Электромагнитный клапан по п.3, отличающийся тем, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга, одна пара - сочетание конической и сферической поверхностей, а вторая - плоские поверхности с микрорельефом на плоских поверхностях. 8. Электромагнитный клапан по п.3, отличающийся тем, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга, одна пара - сочетание сферической и тороидальной поверхностей, а вторая - конические поверхности с микрорельефом на конических поверхностях. 9. Электромагнитный клапан по п.3, отличающийся тем, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, расположенных со смещением в осевом направлении относительно друг друга, одна пара - сочетание сферической и тороидальной поверхностей, а вторая - плоские поверхности с микрорельефом на плоских поверхностях. 10. Электромагнитный клапан по п.3, отличающийся тем, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих поверхностей одна пара - плоские уплотнительные поверхности, а вторая пара - цилиндрические поверхности с микрорельефом на плоских поверхностях. 11. Электромагнитный клапан по п.3, отличающийся тем, что в затворе из двух пар одновременно контактирующих поверхностей одна пара - конические уплотнительные поверхности, а вторая пара - цилиндрические поверхности, с микрорельефом на конических поверхностях. 12. Электромагнитный клапан по п.3 или по одному из пп.4 - 9, отличающийся тем, что во втулке магнитопровода установлена дополнительная кольцевая диамагнитная проставка, расположенная напротив контакта второй пары одновременно контактирующих уплотнительных поверхностей, перекрывающая магнитный поток втулки с возможностью замыкания магнитного потока втулки и якоря.