РЕГУЛЯТОР ПОДАЧИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ Российский патент 2004 года по МПК G05D7/00 B23K9/16 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для регулирования подачи газов при сварке металлов в газозащитной среде, в медицине, в быту для обеспечения смешивания горячей и холодной воды и т.д.

Известно устройство для импульсной подачи защитного газа, содержащее горелку, магистрали для подвода газа, вентиль, пульсатор, выполненный в виде цилиндрического корпуса и колеблющегося поршня (см. патент Великобритании №1372518, кл. 23 К 9/00, 1974 г.).

Недостатками известного устройства являются отсутствие возможности попеременной подачи двух различных газов и регулирования частоты и длительности пульсации каждого газа.

Известно устройство для дозировки, в котором внутри цилиндрического корпуса находится конический клапан, осевое перемещение которого обеспечивается магнитным кольцом, расположенным снаружи корпуса (см, заявка Японии №47-16023, F 16 K 11/04, 1972 г.). Недостатками известного устройства являются значительные габариты и недостаточная частота перемещения конического клапана.

Известно устройство для подачи рабочей среды, в котором каналы для подачи рабочей среды снабжены каждый своим клапаном конической формы, при этом каналы открывают и закрывают при помощи электромагнитных приводов, количество клапанов и их размеры задают требуемую точность регулирования расхода рабочей среды (патент Франции №2482241, G 05 D 7/00, F 16 K 1/24, 1985 г.) Недостатками известного технического решения являются сложность и значительные габаритные размеры.

Известно устройство для импульсной подачи защитного газа или жидкости, содержащее корпус с двумя впускными и одним выпускным каналами со штуцерами на каждом канале, камеру смешения, подвижный в осевом направлении клапанный элемент с цилиндрической центральной частью и двумя коническими торцевыми частями и привод перемещения клапанного элемента, причем на корпусе со стороны выпускных каналов установлены втулки, камера смешения образована полым цилиндрическим корпусом и втулками, цилиндрическая часть клапанного элемента выполнена с диаметром, равным внутреннему диаметру полого цилиндрического корпуса, в цилиндрической части клапанного элемента выполнена кольцевая проточка, по разные стороны от которой имеются продольные канавки, штуцеры на впускных каналах выполнены в виде регулировочных винтов с осевым отверстием в каждом из них, установленных во втулках с возможностью осевого перемещения относительно корпуса, причем винты выполнены из материала с модулем упругости больше модуля упругости материала клапанного элемента. (см. патент РФ №2049618, кл. В 23 К 9/16, 1995 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа известного устройства необходимо отметить, что выполнение впускных штуцеров и регулировочных элементов в виде единой конструктивной единицы усложняет как конструкцию регулятора, так и регулирование хода клапана-сердечника, а кроме того, возможно заклинивание конической его части при контактировании с регулировочным элементом, что приводит к необходимости остановки процесса подачи газов или жидкостей (что особенно нежелательно при проведении, например, сварочных работ) и необходимости разборки регулятора. Весьма часто при заклинивании клапана-сердечника происходит повреждение контактирующих поверхностей клапана-сердечника и (или) элемента регулирования его положения. Это снижает срок эксплуатации регулятора и приводит к необходимости проведения его ремонта.

Задачей настоящего изобретения является разработка регулятора с большим сроком эксплуатации, простого конструктивно, конструкция которого обеспечивает удобное и точное регулирование хода клапана-сердечника, а также исключает его заклинивание в процессе работы.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в регуляторе подачи жидкостей и газов, содержащем полый корпус с выпускным штуцером в его центральной части, установленные на концах корпуса два стакана с резьбой на их внутренней поверхности, в донной части каждого из которых установлен впускной штуцер, а на боковых поверхностях каждого из стаканов размещены электромагнитные катушки, имеющие возможность подключения к источнику питания, в камерах, образованных внутренними поверхностями стаканов и торцами корпуса, расположены элементы регулирования хода клапана-сердечника, установленного в полости корпуса с возможностью осевого перемещения и выполненного с центральной цилиндрической частью и коническими торцами, причем на центральной части клапана-сердечника выполнена кольцевая проточка, полость которой соединена с выпускным штуцером, а на цилиндрической части клапана-сердечника с двух сторон относительно проточки выполнены продольные пазы, предназначенные для прохода жидкостей и газов из камер в полость кольцевой проточки, новым является то, что каждый из элементов регулирования хода клапана-сердечника выполнен в виде кольца из немагнитного материала с резьбой на образующей и осевым отверстием с проточкой конической формы вокруг последнего, предназначенной для взаимодействия с конической поверхностью клапана-сердечника, причем каждый элемент регулирования ввинчен в резьбу, выполненную в стакане, и имеет возможность настроечного перемещения, причем проточка, выполненная в каждом из элементов регулирования хода клапана–сердечника, имеет размер 2,0-3,5 мм, а угол конусности конусных частей клапана-сердечника составляет 90-150°.

Суммарная площадь поперечного сечения пазов, выполненных на каждой стороне от кольцевой проточки клапана-сердечника, меньше площади поперечного сечения соответствующего впускного штуцера.

Выполнение элементов хода клапана-сердечника в виде колец, имеющих возможность перемещения по резьбе внутренней поверхности стаканов, позволяет облегчить их установку в заданное положение.

Наличие на кольце вокруг его отверстия проточки (фаски) с размерами 2,6-3,5 мм позволяет наряду с приведенными значениями угла конусов клапана-сердечника практически исключить заклинивание клапана-сердечника и элемента регулирования его положения.

Заявленное соотношение площадей поперечных сечений пазов на цилиндрической поверхности позволяет обеспечить оптимальное соотношение давлений жидкостей или газов в камерах и кольцевой проточке клапана-сердечника и создать оптимальные условия для их смешивания.

При проведении патентных исследований не выявлены решения, идентичные заявленному, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию “новизна”.

Сущность заявленного изобретения не вытекает явным образом из известных технических решений, а следовательно, оно соответствует критерию “изобретательский уровень”.

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлен регулятор подачи жидкостей и газов, осевой разрез.

Регулятор подачи жидкостей и газов состоит из имеющих возможность соединения с источником питания 1 электромагнитных катушек 2, размещенных на боковых поверхностях стаканов 3, имеющих резьбу 4 на внутренних поверхностях и отверстие 5 в донной части.

Стаканы 3 установлены на концах полого корпуса 6 с выпускным штуцером 7 в его центральной части.

Внутри корпуса 6 с возможностью осевого перемещения размещен клапан-сердечник 8, в центральной части которого выполнена кольцевая проточна 9, с двух сторон относительно проточки имеются цилиндрические участки 10, а торцы 11 выполнены конической формы. На цилиндрических поверхностях 10 имеются продольные канавки (пазы) 12, обеспечивающие одновременное и полное заполнение проточки 9 клапана-сердечника 8 газами или жидкостями. Проточка 9 соединена с выпускным штуцером 7.

Внутренние поверхности стаканов 3 и торцы корпуса 6 образуют две камеры, в каждой из которых установлен элемент 13 регулирования хода клапана-сердечника 8, выполненный в виде кольца из немагнитного материала с резьбой на образующей и осевым отверстием 14 с конической проточкой (фаской) 15 вокруг отверстия.

Кольца 13 имеют возможность настроечного перемещения по резьбе 4 стаканов.

Кольца 13 выполнены из материала, модуль упругости которого больше, нежели у материала, из которого выполнен клапан-сердечник. Это улучшает работу устройства (регулятора).

Для исключения заклинивания (залипания) при контакте конических поверхностей 11 клапана-сердечника 8 с проточками 15 колец 13 необходимо, чтобы конические поверхности 11 имели угол в интервале от 90 до 150°, а размер проточки составлял 2,0-3,5 мм.

Суммарная площадь поперечного сечения продольных канавок, выполненных на каждой стороне цилиндрической поверхности от проточки клапана-сердечника, должна быть меньше площади поперечного сечения соответствующего впускного штуцера.

В отверстиях 5 стаканов 3 установлены впускные штуцеры 16.

Регулятор подачи жидкостей и газов работает следующим образом.

Работу регулятора рассмотрим на примере смешивания двух газов Г₁ и Г₂.

Перед началом работы обеспечивают установку колец 13 в заданное положение перемещением их по резьбе 4 стакана 3.

Газы Г₁ и Г₂ под давлением подают через штуцеры 16 в полость, образованную донной частью стакана и торцом кольца 13, стаканов 3 или одну из камер (камеры) в зависимости от поставленной задачи и установки регулирующих элементов 13. Порядком включения катушек 2 устанавливают необходимый закон перемещения клапана-сердечника 8 для подачи газов. В крайнем положении клапан-сердечник 8 перекрывает одно из отверстий 14 кольца 13, а следовательно, и подвод через штуцера 16 газа Г₁ или Г₂. Чем больше открывается отверстие 14 кольца 13 при движении сердечника 8, больше поток поступления одного из газов, тем больше перекрывается поток другого газа.

Изменяя частоту импульсов тока в обмотках катушек 2 и регулируя положение каждого из колец, осуществляют надежное управление составом смеси или подачей порционного количества того или иного газа.

На надежность управления составом смеси оказывает существенное влияние величина угла конусной части клапана-сердечника (угол конусной части должен быть 90-150°) и материал колец, более высокий модуль упругости которого по сравнению с модулем упругости материала клапана-сердечника предотвращает залипание последнего при контакте с проточкой 15 отверстия 14 кольца 13.

Конструкция регулятора позволяет обеспечить импульсную попеременную подачу газов на частотах от 5 до 20 Гц и может быть использована в различных системах, где необходимо создавать защитную газовую среду, и прежде всего при сварке. Так при дуговой и лазерной сварке высокопрочных сталей, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов в газовых смесях (аргон + углекислый газ) (аргон + гелий) степень защиты металла шва повышается за счет использования данного устройства при одновременном сокращении примерно в два раза расхода газов.

Высока эффективность регулятора при работе с такими газами, как азот, кислород, воздух, которые используются в системах жизнеобеспечения и в медицине.

Аналогично описанному выше регулятор функционирует и при подаче жидкостей, например холодной и горячей воды, в сантехнических устройствах.

Регулятор прост в изготовлении, надежен в работе и может быть использован в различных областях техники.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для регулирования подачи жидкостей и газов при сварке металлов в газозащитной среде, в медицине, в быту для обеспечения смешивания горячей и холодной воды и т.д. Техническим результатом является упрощение конструкции и увеличение срока эксплуатации. Регулятор подачи жидкостей и газов содержит полый корпус с выпускным штуцером в его центральной части, установленные на концах корпуса два стакана с резьбой на их внутренней поверхности, в донной части каждого из которых установлен впускной штуцер, а на боковых поверхностях каждого из стаканов размещены электромагнитные катушки, имеющие возможность подключения к источнику питания. В камерах, образованных внутренними поверхностями стаканов и торцами корпуса, расположены элементы регулирования хода клапана-сердечника, установленного в полости корпуса с возможностью осевого перемещения и выполненного с центральной цилиндрической частью и коническими торцами. На центральной части клапана-сердечника выполнена кольцевая проточка, полость которой соединена с выпускным штуцером, а на цилиндрической части клапана-сердечника с двух сторон относительно проточки выполнены продольные пазы, предназначенные для прохода жидкостей и газов из камер в полость кольцевой проточки, каждый из элементов регулирования клапана-сердечника выполнен в виде кольца из немагнитного материала, модуль упругости которого больше модуля упругости материала клапана-сердечника, с резьбой на образующей и осевым отверстием с проточкой конической формы вокруг последнего, предназначенной для взаимодействия с конической поверхностью клапана-сердечника, проточка имеет размер 2,0-3,5 мм, а угол конусности конусных частей клапана-сердечника составляет 90-150°, причем каждый элемент регулирования ввинчен в резьбу, выполненную в соответствующем стакане, и имеет возможность настроечного перемещения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Регулятор подачи жидкостей и газов, содержащий полый корпус с выпускным штуцером в его центральной части, установленные на концах корпуса два стакана с резьбой на их внутренней поверхности, в донной части каждого из которых установлен впускной штуцер, а на боковых поверхностях каждого из стаканов размещены электромагнитные катушки, имеющие возможность подключения к источнику питания, в камерах, образованных внутренними поверхностями стаканов и торцами корпуса расположены элементы регулирования хода клапана-сердечника, установленного в полости корпуса с возможностью осевого перемещения и выполненного с центральной цилиндрической частью и коническими торцами, причем на центральной части клапана-сердечника выполнена кольцевая проточка, полость которой соединена с выпускным штуцером, а на цилиндрической части клапана-сердечника с двух сторон относительно проточки выполнены продольные пазы, предназначенные для прохода жидкостей и газов из камер в полость кольцевой проточки, отличающийся тем, что каждый из элементов регулирования клапана-сердечника выполнен в виде кольца из немагнитного материала, модуль упругости которого больше модуля упругости материала клапана-сердечника, с резьбой на образующей и осевым отверстием с проточкой конической формы вокруг последнего, предназначенной для взаимодействия с конической поверхностью клапана-сердечника, упомянутая проточка конической формы имеет размер 2,0-3,5 мм, угол конусности конусных частей клапана-сердечника составляет 90-150°, причем каждый элемент регулирования ввинчен в резьбу, выполненную в соответствующем стакане и имеет возможность настроечного перемещения.2. Регулятор по п.1, отличающийся тем, что суммарная площадь поперечного сечения пазов, выполненных на каждой стороне от кольцевой проточки клапана-сердечника, меньше площади поперечного сечения соответствующего впускного штуцера.