ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2002 года по МПК F16K31/02 

Предлагаемое изобретение относится к арматуростроению.

Известны электромагнитные клапаны (а.с. 257243, кл. F 16 К 31/02, 1969; а. с. 257242, кл. F 16 K 31/02, 1969), в которых для привода подпружиненного запорного органа используются электромагниты. В конструкциях этих клапанов ослаблено тяговое усилие из-за рассеивания магнитной энергии в пружине и элементах конструкции клапанов, что в свою очередь приводит к снижению надежности их работы.

В качестве прототипа выбран электромагнитный клапан (а.с. 568778, МКИ F 16 К 31/02, заявлено 19.04.1976 г.), содержащий: корпус с входным и выходным патрубками; кожух, в котором расположены катушки; корпус электромагнита.

В верхней части кожуха установлен постоянный магнит. Якорь электромагнитного привода посредством штока соединен с запорным органом. В корпусе клапана между пружиной и корпусом электромагнита установлена втулка, выполненная из немагнитного материала с низким коэффициентом трения, например из фторопласта.

В прототипе, с целью повышения тягового усилия, в корпусе клапана между электромагнитом и запорным органом установлена соосно пружина, охватывающая шток втулка из немагнитного материала с низким коэффициентом трения, снабженная опорным диском, размещенным между пружиной и электромагнитом.

При подаче на катушку управления электрического сигнала (импульса) в магнитной цепи электромагнита возникает магнитный поток, перемещающий якорь электромагнита на величину рабочего хода и намагничивающий постоянный магнит. После снятия электрического сигнала в магнитной цепи электромагнита имеет место остаточный поток постоянного магнита, который удерживает якорь у штока, преодолевая усилие взведенной пружины, действующей в направлении седла. Клапан открыт. Для закрытия клапана необходимо на катушку управления подать импульс противоположной полярности. При этом постоянный магнит размагничивается, пружина, воздействуя на запорный орган, открывает якорь от штока, и запорный орган перекрывает магистраль.

Изоляция пружины с помощью втулки от электромагнита уменьшает рассеивание магнитной энергии, уменьшает потери активной площади якоря и, следовательно, увеличивает тяговое усилие привода при одинаковой потребляемой мощности.

Прототип может быть использован в системах питания дизельных двигателей для перекрытия подачи топлива в двигатель, а также в различных системах нагрева (охлаждения) для перекрытия потока рабочей жидкости, однако прототип обладает недостаточной надежностью.

1. Запорный орган клапана имеет тарельчатую форму с прикрепленной на плоскости контакта запорного органа с седлом резиновым уплотнителем. Применение резинового уплотнителя в месте контакта запорного органа с металлическим седлом, а также из-за воздействия рабочей среды, проходящей через клапан, приводит к постепенному разрушению резинового уплотнителя (потере герметичности) и, как следствие, снижению надежности работы клапана.

2. Плоскость контакта запорного органа с седлом представляет собой кольцо. При таком конструктивном исполнении очень сложно достичь требуемую степень герметичности перекрытия канала, т.к. в этом случае требуется более точное изготовление поверхности седла, а также обеспечение параллельности плоскостей (по которым осуществляется контакт) запорного органа и седла.

3. Не обеспечена защита электромагнита клапана от воздействия рабочей среды, проходящей через клапан. Постоянное воздействие рабочей среды на изоляцию обмотки электромагнита клапана приводит к постепенному ее разрушению и, как следствие, выходу из строя электроклапана.

Цель предлагаемого решения - повышение надежности. Поставленная цель достигнута за счет того, что один конец корпуса выполнен в виде трубы с внутренней резьбой с установленным в ней седлом, торцевая поверхность которого установлена на уровне дренажного отверстия, выполненного в корпусе клапана, а другой конец корпуса снабжен крышкой, в осевой части которого установлен винтовой ограничитель якоря, а запорный орган выполнен в виде шара, взаимодействующего с коническим ограничителем штока со стороны якоря, а торцевые поверхности корпуса выполнены герметичными, например, с помощью герметизирующей пленки.

Техническая суть предложенного электромагнитного клапана показана на чертеже. Клапан содержит корпус 1, шток 2 с коническим ограничителем запорного органа, пружину 3, запорный орган 4, цилиндрический якорь 5 электромагнита, труба 6 корпуса с внутренней резьбой 7 и с установленным в ней седлом 8, торцевая поверхность которого установлена на уровне входа 9, выход 10, крышка корпуса 11, регулирующий винт 12, герметизирующая пленка 13, уплотнительная резиновая прокладка 16 катушки 14 электромагнита в кожухе 15.

При подаче напряжения на катушку 14 электромагнита якорь 5 перемещается одновременно со штоком 2, запорным органом 4, преодолевая усилие пружины 3 до перекрытия отверстия в седле 8. Топливо прекращает поступать в двигатель, и он останавливается до выхода его из строя.

При снятии напряжения питания с катушки 14 выталкивающее магнитное усилие на якорь 5 исчезает и пружина отталкивает запорный орган 4, шток 2 и якорь 5 в исходное положение, при котором открывается отверстие в седле 8 для поступления горючего в двигатель.

Запорный орган 4, выполненный в виде шара, имеет возможность свободной посадки в седло 8, что обеспечивает высокую плотность закрытия выхода клапана при длительной эксплуатации клапана, так как он выполнен из металла (в прототипе он выполнен с резиновым уплотнением) и тем самым повышает надежность клапана.

Седло 8 позволяет оптимально отрегулировать взаимодействия усилий пружины магнита и тем самым повысить надежность работы клапана в течение длительного срока его эксплуатации.

Соединения частей клапана, требующие герметичность, снабжены герметизирующей пленкой 13, стойкой к воздействию топлива двигателя. Это позволяет повысить надежность работоспособности клапана за счет снижения вероятности появления подтекания топлива, проникновения его в кожух 15 с катушкой 14.

Корпус клапана выполнен с регулируемым в направлении движения якоря седлом для запорного органа (более точная регулировка осуществляется регулирующим винтом 12) и с крышкой для катушки электромагнита клапана, а запорный орган выполнен в виде шара, взаимодействующего с коническим ограничителем штока со стороны якоря, что позволило повысить герметичность посадки запорного органа на седло. Это позволяет оптимально регулировать взаимодействие усилий электромагнита и пружины при свободном движении шара в посадочное седло, что обеспечивает достаточную плотность закрытия выхода металлическим шаром, обладающим высоким ресурсом и надежностью, и таким образом повышает надежность электроклапана в целом.

Торцевые поверхности корпуса снабжены герметизирующей пленкой, что повышает надежность клапана в части возможного появления подтекания топлива.

Изобретение предназначено для аварийного перекрытия топлива дизельных двигателей. Электромагнитный клапан содержит вход и выход для топлива, корпус, в котором размещены соединенный штоком с нагруженным пружиной запорным органом цилиндрический якорь электромагнита, катушка электромагнита в кожухе. Один конец корпуса выполнен в виде трубы с внутренней резьбой с установленным в ней седлом. Торцевая поверхность седла установлена на уровне входа. Другой конец корпуса снабжен крышкой. В осевой части корпуса установлен винтовой ограничитель якоря. Запорный орган, взаимодействующий с коническим ограничителем штока со стороны якоря, выполнен в виде шара. Изобретение позволяет повысить надежность устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электромагнитный клапан с входом и выходом для топлива, в корпусе которого размещены соединенный штоком с нагруженным пружиной запорным органом цилиндрический якорь электромагнита, катушка электромагнита в кожухе, отличающийся тем, что один конец корпуса выполнен в виде трубы с внутренней резьбой с установленным в ней седлом, торцевая поверхность которого установлена на уровне входа, а другой конец корпуса снабжен крышкой, в осевой части которого установлен винтовой ограничитель якоря, а запорный орган выполнен в виде шара, взаимодействующего с коническим ограничителем штока со стороны якоря. 2. Электромагнитный клапан по п. 1, отличающийся тем, что торцевые поверхности корпуса снабжены герметизирующей пленкой, например клеевой.