КЛАПАН (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК F16K31/02 

Клапан (варианты)

Изобретение может быть использовано в вакуумной технике, а также в гидро- и пневмосистемах, в том числе работающих в агрессивных средах.

Из уровня техники известен клапан, содержащий полый корпус, устройства питания и управления в виде электромагнитного привода, шток клапана, соединенный с одной стороны с заслонкой герметизирующего узла, а с другой - с якорем электромагнита, катушку электромагнита и пружину (см. “Отсечные (защитные) клапаны серии КМ-ВМ” проспект НПФ “АРГОНАВТ-ТЕПЛОЭНЕРГО”, Москва, 2002). При включении известного клапана, т.е. при подаче напряжения на катушку электромагнита, якорь втягивается в катушку, и шток с заслонкой перемещается в состояние “открыто”, преодолевая усилие пружины.

Недостатком известного технического решения является потребление электроэнергии при открытом состоянии клапана, повышенное загрязнение среды электромагнитным полем, невысокая надежность и долговечность.

Техническим результатом заявленного изобретения является уменьшение потребление электроэнергии и загрязнения электромагнитным полем технологической среды, повышение надежности и долговечности клапана.

Технический результат достигается тем, что клапан содержит полый корпус, часть которого размещена внутри катушки электромагнита, размещенный в этой части корпуса полый якорь электромагнита с открытым и глухим торцами и с, по меньшей мере, одним отверстием в боковой стенке со стороны глухого торца, образующего тарелку клапана, в корпусе расположен пластинчатый пружинный элемент с отверстиями, центральная часть которого закреплена на якоре со стороны глухого торца, а периферийная часть - на корпусе и который установлен с возможностью прощелкивания и фиксации в двух положениях при прогибе его в противоположные стороны и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана.

Клапан может быть снабжен вторым, аналогично выполненным пластинчатым пружинным элементом, центральная часть которого закреплена на якоре со стороны открытого торца, а периферийная часть - на корпусе.

Пластинчатый пружинный элемент может быть выполнен в виде перфорированной мембраны, или в виде двух плоских колец, соединенных радиально расположенными плоскими пружинами, или в виде, по меньшей мере, двух радиально расположенных плоских пружин.

По другому варианту изобретения клапан содержит корпус, часть которого размещена внутри катушки электромагнита, размещенный в этой части корпуса полый якорь с открытыми торцами, в корпусе размещен пластинчатый пружинный элемент с отверстиями, центральная часть которого закреплена на якоре со стороны первого торца, а периферийная часть - на корпусе, и который выполнен с возможностью прощелкивания и фиксации при прогибе его в противоположные стороны и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана, а тарелка соединена с приводом перемещения с возможностью размещения ее между первым торцом якоря и седлом клапана и отвода ее в радиальном направлении.

В предпочтительном варианте клапан может быть снабжен второй аналогично выполненной пластинчатой пружиной, центральная часть которой закреплена на якоре со стороны второго торца, а периферийная часть - на корпусе.

Пластинчатый пружинный элемент может быть выполнен в виде перфорированной мембраны, или в виде двух плоских колец, соединенных радиально расположенными плоскими пружинами, или в виде, по меньшей мере, двух радиально расположенных плоских пружин. Привод перемещения может включать полый корпус, установленную на нем катушку электромагнита и расположенный в корпусе якорь электромагнита, связанный с тарелкой, а корпус привода перемещения соединен с корпусом клапана.

Якорь может быть связан с тарелкой посредством жесткой тяги, расположенной в полости сильфона, герметично закрепленного одним торцом на якоре, а другим - на корпусе вокруг отверстия, через которое происходит жесткая тяга.

На наружной поверхности якоря могут быть выполнены отверстия, в которых расположены шарики, подпружиненные в радиальном направлении к корпусу, а в последнем выполнены соответствующие углубления с возможностью западания в них шариков и фиксации положения якоря в двух положениях, соответствующих положению тарелки над седлом клапана и открытому положению клапана.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен прямопроходный клапан с одной тарельчатой пружиной (по независимому п.1 формулы).

На фиг.2 изображены варианты выполнения мембранной пружины с прощелкиванием.

На фиг.3 изображен прямопроходный клапан с двумя тарельчатыми мембранными пружинами.

На фиг.4 изображен прямопролетный клапан с одной тарельчатой пружиной (по независимому п.6 формулы).

На фиг.5 изображено поперечное сечение прямопролетного клапана с одной тарельчатой пружиной.

Прямопроходный клапан (см. фиг.1) содержит корпус 1, закрытый крышкой 2 с помощью крепежных устройств в виде болтов 13. Крышка выполнена с фланцевым соединением и расположена коаксиально клапану, образуя прямой просвет. Внутри корпуса 1, коаксиально ему, расположен полый якорь 3, оканчивающийся тарелкой клапана, в которой размещен уплотнитель 4. Отверстия в боковых стенках якоря, расположенные перед тарелкой клапана, необходимы для свободного прохода среды. Якорь 3 удерживается и центрируется пластинчатым пружинным элементом 9 с прощелкиванием, который периферийной частью закреплен на корпусе 1 с помощью крепежа 13 и зажат между крышкой 2 и корпусом 1. Герметизация внутреннего объема создается уплотнителями 10 и 11. К якорю 3 со стороны расположения тарелки посредством гайки 12 прикреплена центральная часть мембранной пружины 9.

С другой стороны на корпусе 1 коаксиально расположена катушка статора 5, которая может быть закрыта кожухом (не показан). Катушка и кожух удерживаются съемным составным фланцем, надетым на тот же конец корпуса 1 и состоящим из внутренней части 7 и внешней части 6. Между частями 6 и 7, соединенными крепежными элементами 14, расположен уплотнитель 8, герметизирующий соединение корпуса с фланцем при одевании фланца на корпус.

Со стороны якоря могут быть расположены направляющие, например, из фторопласта, поддерживающие якорь от перекосов и позволяющие ему скользить по внутренней поверхности корпуса с меньшими усилиями (не показаны).

Пластинчатый пружинный элемент 9 может быть выполнен как в виде мелкоперфорированной мембраны, так и в виде крупноперфорированной мембраны с отверстиями 15 (см. фиг.2а).

Он также может быть выполнен в виде двух плоских колец 16, соединенных радиально расположенными плоскими пружинами 17 (см. фиг.2б).

Элемент 9 может представлять собой две или более (оптимально четыре) радиальных плоских пружин (не показаны).

Конструкция клапана с двумя тарельчатыми мембранными пружинами (см. фиг.3) аналогична конструкции клапана с одной тарельчатой мембранной пружиной. Отличие данной конструкции состоит в том, что к якорю 3 со стороны открытого торца своей центральной частью прикреплена аналогичная тарельчатая мембранная пружина 18 с помощью полого винта 19. Периферийная часть пружины закреплена на корпусе 1 с помощью полого винта 20.

Данная конструкция позволяет удалить узлы трения движения из клапана.

Прямопролетный клапан (см. фиг.4) состоит из корпуса 1 с фланцем и крышкой 2, между которыми с помощью крепежных устройств 13 по краю окружности зажат пружинный элемент, например, тарельчатая мембрана 9 с прощелкиванием, которая может быть выполнена либо сплошной, либо с отверстиями. К центральной части тарельчатой мембраны 9 со стороны первого открытого торца кольцом 21 с помощью винтов 39 (см. фиг.5) прикреплен якорь 3, коаксиально расположенный в полости крышки 2. Якорь 3 выполнен в форме цилиндра со сквозным коаксиальным отверстием. Данная конструкция предусматривает зажим тарельчатой мембраны 9 между торцом якоря 3 и кольцом 21, что обеспечивает образование сквозного прямоточного отверстия.

Уплотнители 10 и 11 плотно зажимают мембрану 9. Катушка статора 5 может быть закрыта защитным кожухом (не показан). Статор и кожух фиксируются составным фланцем на крышке 2 за счет деформации уплотнителя 8, сжатого между наружной 6 и внутренней 7 частями фланца с помощью болтов 14.

Трение якоря 3 о крышку 2 может быть устранено с помощью тефлоновых вставок, расположенных на конце якоря, противоположном концу якоря 3, на котором закреплена пружина 9.

В корпусе 1 клапана, перпендикулярно оси якоря 3 (она же центробежная ось клапана) расположена тарелка клапана 22 с уплотнительным элементом 23. Тарелка 22 соединена с приводом перемещения, что позволяет размещать ее между первым торцом якоря 3 и седлом клапана и отводить ее в радиальном направлении. Тарелка 22 с помощью пружины подвески 24 (см. фиг.5) присоединена к держателю 25 (см. фиг.5), расположенному на штоке 26. Шток 26 лежит в плоскости тарелки 22 клапана (или в параллельной ей плоскости, расположенной радиально к тарелке 22 клапана).

Корпус 1 клапана герметизируется промежуточной крышкой 27, прикрепляемой крепежными элементами 28 (см. фиг.5) в виде болта с гайкой. Герметичность соединения достигается за счет уплотнительного элемента 29 (см. фиг.5).

Шток 26 проходит в сквозное отверстие промежуточной крышки 27. Соединение герметизируется сильфоном 30, приваренным одной стороной к промежуточной крышке 27, а другой - к штоку 26, продетому сквозь него.

На конец штока 26 надевается якорь 31 тарелки 22 клапана и фиксируется гайкой 32. На якорь 31 надевается корпус 33, в котором якорь имеет возможность свободно перемещаться с помощью привода. Корпус 33 крепится к промежуточной заглушке и к корпусу 1 клапана с помощью крепежных элементов 34 (см. фиг.5) в виде болта с гайкой.

В полость торца якоря 31 со сквозными отверстиями вставлены шарики 35, удерживаемые пружиной 36, а корпус 33 клапана имеет кольцевые проточки, с помощью которых шарики 35 вставляются в отверстия.

Коаксиально корпусу 33 на нем зафиксирована изолированная катушка статора 37, укрепленная с помощью гайки 38, навинчиваемой на корпус 33.

Катушка 37 может быть защищена кожухом (не показан).

Прямопролетный клапан с двумя тарельчатыми мембранными пружинами по конструкции аналогичен прямопролетному клапану с одной тарельчатой пружиной, но к торцу якоря 3, дальнему от тарелки 22 клапана, с помощью кольца по центральной части закреплена вторая тарельчатая пружина. Внешним своим краем тарельчатая пружина закреплена на корпусе.

Преимуществом данной конструкции является отсутствие вставок из фторопласта и, следовательно, отсутствие узлов трения пружины.

Для использования в вакуумной технике одна из тарельчатых пружин должна быть выполнена не сплошной.

Работа прямопроходного клапана с одним пластинчатым пружинным элементом осуществляется следующим образом.

Клапан открыт. На катушку статора 5 подают электроэнергию в определенной полярности. На якорь 3 передается усилие, что заставляет якорь деформировать пружинный элемент 9, который начинает двигаться к крышке 2. При определенном перемещении происходит прощелкивание пружинного элемента 9, тарелка клапана упирается уплотнителем в седло на крышке 2 клапана и происходит герметизация. При отключении подачи электроэнергии усилие уплотнителя создается пружинным элементом 9. Клапан закрыт.

При подаче напряжения с обратной полярностью на якорь 3 передается усилие в противоположном направлении, якорь 3 начинает двигаться от крышки 2, преодолевая усилие пружинного элемента 9, вследствие чего происходит разгерметизация. При дальнейшем перемещении якоря 3 происходит прощелкивание пружинного элемента 9. При прекращении подачи электроэнергии пружинный элемент 9 удерживает клапан в открытом состоянии. Клапан открыт.

Работа прямопролетного клапана с одной тарельчатой пружиной осуществляется следующим образом.

Клапан открыт. На выводы катушки статора 37 подается напряжение. Создается усилие, действующее на якорь привода 31. Шарики 35 выходят из кольцевого паза корпуса 33, деформируя пружину 36. Якорь привода 31 начинает движение, которое передается через шток 26 тарелке клапана 22.

Якорь привода занимает крайнее к центру клапана положение. Тарелка клапана 22 перекрывает отверстие клапана, при этом шарики 35 под действием сжатой пружины 36 западают во вторую кольцевую проточку корпуса привода и фиксируют якорь 31 и соединенную с ним тарелку клапана 22 в закрытом положении. Подача напряжения на выводы статора привода тарелки клапана прекращается.

На выводы статора 5 подается напряжение. Создается усилие, действующее на якорь 3. Преодолевая сопротивление пластинчатого пружинного элемента 9, якорь 3 начинает движение к тарелке клапана 22. Тарельчатая пружина 9 прощелкивает. Тарелка клапана 22 за счет пружин подвески 24 прижимается к седлу клапана и происходит герметизация с помощью уплотнительного элемента 23. Усилие уплотнения создает прощелкнувший пружинный элемент 9. Подача напряжения на выводы статора прекращается.

Клапан закрыт. Подается напряжение на выводы статора 5 в обратной полярности. Создается усилие, действующее на якорь 3 в направлении от тарелки клапана 22. Преодолевая сопротивление пружинного элемента 9, якорь 3 начинает движение от тарелки клапана 22. Снимается усилие уплотнителя. Происходит разгерметизация перекрытого отверстия, и под действием возвращающихся в исходное положение пружин подвески 24 тарелка клапана 22 отходит от седла клапана. Якорь 3 продолжает движение, в результате чего происходит прощелкивание пружинного элемента 9. Якорь 3 занимает исходное положение открытого клапана. Подача напряжения на контакты статора прекращается.

Подается напряжение на контакты статора 37 привода в обратной полярности. Создается усилие, действующее на якорь привода 31 в направлении от центральной оси клапана. Шарики 35 выходят из кольцевого паза корпуса привода 33, деформируя пружину 36. Якорь привода 31 начинает движение от центральной оси клапана, которое передается через шток 26 тарелке клапана 22. Якорь привода 31 занимает крайнее от центра привода положение. Тарелка клапана 22 полностью открывает прямопролетное отверстие клапана. Шарики 35 под действием сжатой пружины 36 проваливаются в первую кольцевую проточку корпуса привода 33 и фиксируют якорь привода 31. Подача напряжения на контакты статора привода 37 прекращается.

Работа прямопроходного и прямопролетного клапанов с двумя тарельчатыми пружинами осуществляется аналогично работе прямопроходного и прямопролетного клапанов с одной тарельчатой пружиной. Отличие заключается в том, что наличие второй тарельчатой мембранной пружины позволяет исключить из конструкции фторопластовые вставки, а следовательно, полностью исключить трение движения во внутренней герметичной части конструкции.

Изобретение относится к вакуумной технике и предназначено для перекрытия проходного сечения клапанов, установленных в гидро- и пневмосистемах, в том числе работающих в агрессивных средах. Клапан содержит полый корпус. Часть корпуса размещена внутри катушки электромагнита. В этой части корпуса размещен полый якорь электромагнита с открытым и глухим торцами и с, по меньшей мере, одним отверстием в боковой стенке со стороны глухого торца. Глухой торец образует тарелку клапана. В корпусе расположен пластинчатый пружинный элемент с отверстиями. Центральная часть пружинного элемента закреплена на якоре со стороны глухого торца. Его периферийная часть закреплена на корпусе. Пружинный элемент установлен с возможностью прощелкивания и фиксации в двух положениях при прогибе его в противоположные стороны и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана. Имеется второй вариант выполнения клапана. По второму варианту тарелка соединена с приводом перемещения с возможностью размещения ее между первым торцом якоря и седлом клапана и отвода ее в радиальном направлении. Изобретение направлено на уменьшение потребления электроэнергии и загрязнения электромагнитным полем технологической среды, повышение надежности и долговечности клапана. 2 н. и 11 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Клапан, содержащий полый корпус, часть которого размещена внутри катушки электромагнита, размещенный в этой части корпуса полый якорь электромагнита с открытым и глухим торцами и с, по меньшей мере, одним отверстием в боковой стенке со стороны глухого торца, образующего тарелку клапана, в корпусе расположен пластинчатый пружинный элемент с отверстиями, центральная часть которого закреплена на якоре со стороны глухого торца, а периферийная часть - на корпусе и который установлен с возможностью прощелкивания и фиксации в двух положениях при прогибе его в противоположные стороны и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана.2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что он снабжен вторым, аналогично выполненным пластинчатым пружинным элементом, центральная часть которого закреплена на якоре со стороны открытого торца, а периферийная часть - на корпусе.3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что пластинчатый пружинный элемент выполнен в виде перфорированной мембраны.4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что пластинчатый пружинный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, двух радиально расположенных плоских пружин.5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что пластинчатый пружинный элемент выполнен в виде двух плоских колец, соединенных радиально расположенными плоскими пружинами.6. Клапан, содержащий корпус, часть которого размещена внутри катушки электромагнита, размещенный в этой части корпуса полый якорь с открытыми торцами, в корпусе размещен пластинчатый пружинный элемент с отверстиями, центральная часть которого закреплена на якоре со стороны первого торца, а периферийная часть - на корпусе и который выполнен с возможностью прощелкивания и фиксации при прогибе его в противоположные стороны и прижатия в одном из положений тарелки к седлу клапана, а тарелка соединена с приводом перемещения с возможностью размещения ее между первым торцом якоря и седлом клапана и отвода ее в радиальном направлении.7. Клапан по п.6, отличающийся тем, что он снабжен вторым аналогично выполненным пластинчатым пружинным элементом, центральная часть которого закреплена на якоре со стороны второго торца, а периферийная часть - на корпусе.8. Клапан по п.6, отличающийся тем, что пластинчатый пружинный элемент выполнен в виде перфорированной мембраны.9. Клапан по п.6, отличающийся тем, что пластинчатый пружинный элемент выполнен в виде двух плоских колец, соединенных радиально расположенными плоскими пружинами.10. Клапан по п.6, отличающийся тем, что пластинчатый пружинный элемент выполнен в виде, по меньшей мере, двух радиально расположенных плоских пружин.11. Клапан по п.6, отличающийся тем, что привод перемещения включает полый корпус, установленную на нем катушку электромагнита и расположенный в корпусе якорь электромагнита, связанный с тарелкой, а корпус привода перемещения соединен с корпусом клапана.12. Клапан по п.9, отличающийся тем, что якорь связан с тарелкой посредством жесткой тяги, расположенной в полости сильфона, герметично закрепленного одним торцом на якоре, а другим - на корпусе вокруг отверстия, через которое проходит жесткая тяга.13. Клапан по п.9 или 10, отличающийся тем, что на наружной поверхности якоря выполнены отверстия, в которых расположены шарики, подпружиненные в радиальном направлении к корпусу, а в последнем выполнены соответствующие углубления с возможностью западания в них шариков и фиксации положения якоря в двух положениях, соответствующих положению тарелки над седлом клапана и открытому положению клапана.