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

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, устройство 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. проспект НПФ “АРГОНАВТ-ТЕПЛОЭНЕРГО” отсечные (защитные) клапаны серии КМ-ВМ, 2002 г). 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, долговечность и сложность конструкции.

Задачей изобретения является создание простого клапана, для расчета и изготовления которого не требуется специального оборудования, программ и дорогостоящих деталей.

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 с двумя открытыми торцами, часть которого размещена внутри катушки электромагнита, размещенный внутри этой части корпуса полый якорь электромагнита, со стороны одного из торцев якоря на нем выполнен боковой выступ, взаимодействующий с подпружиненными упорами, расположенными в корпусе с возможностью их радиального перемещения и фиксации ими якоря в двух положениях, одно из которых соответствует прижатию тарелки к седлу клапана.

Якорь может быть выполнен с двумя открытыми торцами, а тарелка соединена с приводом перемещения с возможностью размещения ее между указанным торцем якоря и седлом клапана и отвода ее в радиальном направлении.

Якорь может быть подпружинен в направлении к тарелке с помощью пружин, расположенных между корпусом и боковым выступом якоря.

Подпружиненные упоры каждый одним из своих концов расположен в отверстии кольца, размещенного в корпусе, а боковой выступ якоря имеет два скоса, взаимодействующие с другим концом упоров.

Привод перемещения включает соединенный с корпусом клапана полый корпус, установленную на нем катушку электромагнита и расположенный в корпусе якорь электромагнита, связанный с тарелкой жесткой тягой.

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.

По другому варианту изобретения клапан содержит полый корпус с двумя открытыми торцами, часть которого размещена внутри катушки электромагнита, размещенный в этой части корпуса полый якорь электромагнита, подпружиненный в сторону седла клапана с возможностью прижатия к нему тарелки клапана, а также стопорный механизм, фиксирующий якорь в открытом положении.

Стопорный механизм состоит из по меньшей мере одного шарика, подпружиненного в радиальном направлении к корпусу и расположенного в отверстии в боковой стенке якоря, а в корпусе выполнены соответствующие углубления с возможностью западания в них шариков и фиксации якоря.

Якорь выполнен с открытым и глухим торцами и по меньшей мере одним отверстием в боковой стенке со стороны глухого торца, образующего тарелку клапана.

На фиг.1 изображен прямопролетный клапан.

На фиг.2 изображено поперечное сечение А-А по фиг.1.

На фиг.3 изображены сечения В-В, С-С, D-D по фиг.2.

На фиг.4 изображен прямопроходный клапан.

Прямопролетный клапан (фиг.1) состоит из полого корпуса 2 с открытыми торцами, который может быть выполнен из двух частей, соединенных с ним с помощью шпилек 12, гаек 13 и фланца 1. Герметичность данного соединения обеспечивается уплотнителем 14.

На части корпусе 2 коаксиально расположена катушка электромагнита, состоящая из статора 5 и катушки 4. Статор 5 закрыт защитным кожухом (не показан).

Над катушкой 4 электромагнита расположен составной фланец, состоящий из внешней части 8 и внутренней части 9, соединенных винтами 11. Составной фланец удерживается и герметизируется по стыку с корпусом 2 уплотнителем 10. Составной фланец удерживает от перемещения катушку электромагнита и защитный кожух.

Внутри части корпуса 2, на которой размещена катушка 4 электромагнита, расположен с возможностью продольного перемещения полый якорь 3 со сквозным отверстием и открытыми торцами. Для снижения трения при продольном перемещении якоря 3 используют фторопластовые втулки (не показаны).

На наружной поверхности якоря 3 со стороны корпуса 2 выполнен кольцевой выступ, в котором выполнено глухие отверстия, расположенные напротив глухих отверстий, выполненных в корпусе 2 (см. фиг.3). В данные отверстия вставлены спиральные цилиндрические или конические пружины 36, центральные оси которых параллельны центральной оси клапана, а концы данных пружин 36 лежат в параллельных плоскостях, перпендикулярных центральной оси клапана.

Выступ якоря 3 имеет два скоса, которые взаимодействуют с подпружиненными упорами 17, которые каждый одним из своих концом расположен в отверстии кольца 15, размещенного в корпусе 2 коаксиально центральной оси клапана. К выступу якоря 3 упоры 17 прижимаются надетыми на них пружинами 16, упирающимися одним своим концом в кольцо 15, расположенное в корпусе, а другим - в кольцевой выступ, выполненный на поверхности упора 17.

В корпусе 2 клапана перпендикулярно оси якоря 3 (она же центральная ось клапана) расположена тарелка клапана 6 с уплотнительным элементом 7. Тарелка 6 соединена с приводом перемещения, что позволяет размещать ее между торцом якоря 3 и седлом клапана и отводить ее в радиальном направлении. Тарелка 6 с помощью пружин подвески 19 (фиг.2, 3) присоединена к держателю 18, расположенному на штоке 20, лежащим в плоскости тарелки 6 клапана.

Со стороны штока корпус 2 клапана герметизируется промежуточной крышкой 30, прикрепляемой крепежными элементами 22 (см.фиг.2) в виде болта с гайкой. Герметичность соединения достигается за счет уплотнительного элемента 21.

Шток 20 проходит в сквозное отверстие промежуточной крышки 30.

На дальний от центральной оси клапана конец штока 20 коаксиально надет якорь 23 привода тарелки 6. На якорь 23 коаксиально надет корпус 24 привода, прикрепленный к промежуточной крышке 30 и к корпусу 2 клапана с помощью крепежных элементов 28, 29 (см. фиг.1) в виде болта с гайкой. Герметичность между корпусом 24 привода и крышкой 30 корпуса 2 достигается за счет уплотнения 27.

В торце якоря 23 привода тарелки клапана выполнено сквозное отверстие, перпендикулярное оси штока 20, в которое вставлена цилиндрическая пружина 32, сжатая с двух сторон шариками 31, которые могут заходить в кольцевые проточки, выполненные на внутренней поверхности корпуса 24, фиксируя якорь в положениях, соответствующих открытому и закрытому состоянию клапана.

Коаксиально корпусу 24 на нем зафиксирована изолированная катушка 25 статора 26. На корпус 24 навинчен защитный кожух 33.

Корпус 24 со стороны дальней от центральной оси клапана герметично закрыт колпачком 34 с уплотнителем 35.

Для предотвращения трения о внутреннюю поверхность корпуса 24 привода тарелки 6 клапана якорь 23 снабжен фторопластовыми вставками (не показаны).

Прямопроходный клапан (см. фиг.4) содержит полый корпус 2 с двумя открытыми торцами, в верхней части которого коаксиально расположен составной фланец, состоящий из внешней части 8 и внутренней части 9, соединенных винтами 11. Составной фланец удерживается и герметизируется по стыку с корпусом 2 уплотнителем 10.

Внутри корпуса 2, коаксиально ему, расположен полый якорь 3 с открытым и глухим торцами. Со стороны глухого торца образована тарелка клапана, в которой размещен уплотнитель 36. Отверстия в боковых стенках якоря 3, расположенные перед тарелкой клапана, необходимы для свободного прохода среды.

На якоре 3 со стороны глухого торца расположена спиральная цилиндрическая пружина 37, один конец которой упирается в выступ, образованный тарелкой клапана, а другой во внутреннюю поверхность корпуса 2. Крепление пружины 37 к корпусу 2 и якорю 3 может отсутствовать.

На корпусе 1 коаксиально расположена катушка 5 электромагнита.

Якорь 3 со стороны открытого торца снабжен стопорным механизмом, фиксирующим якорь 3 в открытом положении и состоящим из по меньшей мере одного подпружиненого пружиной 38 в радиальном направлении к корпусу 2 шарика 39, расположенного в отверстии на наружной поверхности якоря 3 и соответствующих углублений, выполненных в корпусе 2, в которые западают шарики 39, фиксируя якорь 3 в положении, соответствующем открытому состоянию клапана.

В связи с большим ходом якоря 3 в конструкции клапана может отсутствовать крышка 40 и ее крепеж 41. Корпус 2 в этом случае может крепиться непосредственно к фланцу системы или к ее стенке, на которой будет выполнено седло клапана. Герметичность такого соединения достигается уплотнением 42.

Работа прямопролетного клапана осуществляется следующим образом.

Клапан открыт.

На выводы статора 26 подается напряжение. Создается усилие, действующее на якорь 23 привода в направлении к центральной оси клапана. Шарики 31 выходят из кольцевого паза корпуса 24 привода, деформируя пружину 32.

Якорь 23 привода начинает движение, которое передается через шток 20 тарелке клапана 6. Якорь 23 привода занимает крайнее к центру клапана положение. Тарелка 6 клапана перекрывает отверстие клапана. Шарики 31 под действием сжатой пружины 32 проваливаются во вторую кольцевую проточку корпуса 24 привода и фиксируют якорь 23 привода и, следовательно, тарелку 6 клапана в закрытом положении. Подача напряжения на выводы статора 26 привода тарелки 6 клапана прекращается.

На выводы статора 5 подается напряжение. Создается усилие, действующее на якорь 3. Под действием якоря 3 происходит перемещение упоров 17 и сжатия пружин 16. Преодолевая сопротивление пружин 16, якорь 3 продолжает движение. Упоры 17 проходят гребень выступа якоря 3 и под действием распрямляющихся пружин 16 воздействуют на верхний скос выступа якоря 3. Якорь 3 упирается в тарелку 6 клапана, деформируя пружины подвески 19, в результате чего тарелка 6 прижимается к седлу клапана. За счет уплотнения 7 происходит герметизация перекрываемого отверстия. Усилия уплотнения создают пружины 36 и пружины 16.

Подача напряжения на выводы статора 5 прекращается.

Клапан закрыт. Подается напряжение на выводы статора 5 в обратной полярности. Создается усилие, действующее на якорь 3 в направлении от тарелки 6 клапана. Преодолевая сопротивление пружин 36 и 16, якорь 3 начинает движение от тарелки 6 клапана. С тарелки 6 клапана снимается усилие уплотнителя 7, который принимает исходное состояние. Происходит разгерметизация перекрытого отверстия, и под действием возвращающихся в исходное положение пружин подвески 19, тарелка 6 клапана отходит от седла клапана. Якорь 3 продолжает движение. Упоры 17 проходят гребень выступа якоря 3. Под действием усилий, создаваемых статором 5 и пружинами 16, якорь 3, преодолевая усилие пружин 36, занимает исходное положение открытого клапана. Подача напряжения на контакты статора 5 прекращается.

Подается напряжение на контакты статора 26 привода в обратной полярности. Создается усилие, действующее на якорь 23 привода в направлении от центральной оси клапана. Шарики 31 выходят из кольцевого паза корпуса 24 привода, деформируя пружину 32.

Якорь 23 привода начинает движение от центральной оси клапана, которое передается через шток 20 тарелке 6 клапана. Якорь 23 привода занимает крайнее от центра привода положение. Тарелка 6 клапана полностью открывает прямопролетное отверстие клапана. Шарики 31 под действием сжатой пружины 32 проваливаются в первую кольцевую проточку корпуса 24 привода и фиксируют якорь 23 привода. Подача напряжения на контакты статора 26 привода прекращается. Клапан открыт.

Работа прямопроходного клапана осуществляется следующим образом.

Клапан закрыт. На контакты статора 5 подают электроэнергию в определенной полярности. На якорь 3 передается усилие, направленное в сторону от седла клапана.

Преодолевая усилие сжатой пружины 37, якорь 3 движется в направлении от седла клапана. Происходит открытие клапана. Якорь 3 занимает крайнее положение, в результате чего срабатывает стопорный механизм: шарики 39 под действием пружин 15 попадают в углубления (отверстия) корпуса. При прекращении подачи электроэнергии на контакты статора 5 шарики 39 препятствуют движению якоря 3 в направлении к седлу клапана. При этом пружина 37 остается сжатой.

Клапан открыт.

При подаче напряжения с обратной полярностью на якорь 3 передается усилие, создаваемое статором 5 и пружиной 37 в противоположном направлении. Преодолевая усилие стопорного механизма, якорь 3 начинает двигаться к седлу клапана, при этом шарики 39 выходят из углублений корпуса, сжимая пружину 38. Далее якорь 3 свободно движется в направлении к седлу клапана под действием пружины 37. Тарелка клапана герметизирует уплотнением 36 седло клапана.

Клапан закрыт.

Изобретения относятся к вакуумной технике и предназначены для перекрытия проходного сечения клапанов, установленных в гидро- и пневмосистемах, в том числе работающих в агрессивных средах. Клапан содержит полый корпус с двумя открытыми торцами. Часть корпуса размещена внутри катушки электромагнита. Внутри этой части корпуса размещен полый якорь электромагнита. Со стороны одного из торцов якоря на нем выполнен боковой выступ. Этот выступ взаимодействует с подпружиненными упорами. Эти упоры расположены в корпусе с возможностью их радиального перемещения и фиксации ими якоря в двух положениях. Одно из положений соответствует прижатию тарелки к седлу клапана. По другому варианту изобретения якорь электромагнита подпружинен в сторону седла клапана с возможностью прижатия к нему тарелки клапана. Клапан снабжен стопорным механизмом. Стопорный механизм фиксирует якорь в открытом положении. Изобретения направлены на уменьшение затрат на изготовление клапана, на уменьшение потребления клапаном электроэнергии и загрязнения электромагнитным полем технологической среды, на повышение надежности и долговечности работы клапана. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Клапан, содержащий полый корпус с двумя открытыми торцами, часть которого размещена внутри катушки электромагнита, размещенный внутри этой части корпуса полый якорь электромагнита, отличающийся тем, что со стороны одного из торцов якоря на нем выполнен боковой выступ, взаимодействующий с подпружиненными упорами, расположенными в корпусе с возможностью их радиального перемещения и фиксации ими якоря в двух положениях, одно из которых соответствует прижатию тарелки к седлу клапана.2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что якорь выполнен с двумя открытыми торцами, а тарелка соединена с приводом перемещения с возможностью размещения ее между указанным торцом якоря и седлом клапана и отвода ее в радиальном направлении.3. Клапан по п.1 или 2, отличающийся тем, что якорь подпружинен в направлении к тарелке с помощью пружин, расположенных между корпусом и боковым выступом якоря.4. Клапан по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что подпружиненные упоры каждый одним из своих концов расположен в отверстии кольца, размещенного в корпусе, а боковой выступ якоря имеет два скоса, взаимодействующие с другим концом упоров.5. Клапан по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что привод перемещения включает соединенный с корпусом клапана полый корпус, установленную на нем катушку электромагнита и расположенный в корпусе якорь электромагнита, связанный с тарелкой жесткой тягой.6. Клапан по п.5, 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.7. Клапан, содержащий полый корпус с двумя открытыми торцами, часть которого размещена внутри катушки электромагнита, размещенный в этой части корпуса полый якорь электромагнита, отличающийся тем, что указанный якорь подпружинен в сторону седла клапана с возможностью прижатия к нему тарелки клапана, а клапан снабжен стопорным механизмом, фиксирующим якорь в открытом положении.8. Клапан по п.7, отличающийся тем, что стопорный механизм состоит из, по меньшей мере, одного шарика, подпружиненного в радиальном направлении к корпусу и расположенного в отверстии в боковой стенке якоря, а в корпусе выполнены соответствующие углубления с возможностью западания в них шариков и фиксации якоря.9. Клапан по п.7 или 8, отличающийся тем, что якорь выполнен с открытым и глухим торцами и, по меньшей мере, одним отверстием в боковой стенке со стороны глухого торца, образующего тарелку клапана.