ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2005 года по МПК F16K31/02 

Предлагаемое изобретение относится к области арматуростроения.

Известны эектромагнтные клапаны (а.с. №257243, кл. F 16 К 31/02, 1969; а.с. №257242, кл. F 16 К 31/02, 1969), в которых для привода подпружиненного запорного органа используются электромагниты. В конструкциях этих клапанов ослаблено тяговое усилие из-за уменьшения пружиной площади якоря и рассеивания магнитной энергии в элементах конструкции клапанов, что в свою очередь приводит к необходимости увеличивать массу якоря, катушку электромагнита для обеспечения их надежной работы. Как следствие этого их габаритно-массовые характеристики значительно ухудшаются.

Известен также электромагнитный клапан (а.с. №568778, кл. 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.

Недостаток аналога заключается в том, что его конструкция включает последовательно соединенные цилиндрический якорь электромагнитного привода, опорный диск, шток и запорный орган. Каждый из перечисленных элементов занимает свой габаритный размер в последовательной цепочке их расположения, что приводит к увеличению продольного размера корпуса электромагнита, к нерациональному расположению для электромагнитного взаимодействия поверхностей корпуса и якоря. К тому же внутренняя поверхность корпуса неоправданно увеличена по отношению к поверхности якоря. Как следствие этого аналог обладает неудовлетворительными габаритными и массовыми характеристиками.

В качестве прототипа выбран электромагнитный клапан (патент №2190142, кл. F 16 К 31/02, приоритет от 03.07.2000) с входом и выходом для топлива, в корпусе которого размещены соединенный штоком с нагруженным пружиной запорным органом цилиндрический якорь электромагнита, катушка электромагнита в кожухе. С целью повышения надежности 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 хода якоря, а запорный якорь выполнен в виде шара, взаимодействующего с коническим ограничителем штока со стороны якоря; торцевые поверхности корпуса снабжены герметизирующей пленкой, например клеевой.

Недостаток прототипа заключается в том, что конструкция его выполнена с последовательным соединением штока, коническим ограничителем запорного органа и самого шарового запорного органа в отдельной части корпуса электромагнитного клапана, что само по себе приводит к увеличению габаритных размеров и массы корпуса и электромагнита в целом, а также к рассеянности магнитного поля корпуса относительно воздействия на якорь (к ослаблению создаваемого между ними притяжения), к необходимости дополнительно увеличивать катушку, активную массу корпуса и якоря, их габариты. Кроме того, в прототипе не применена концентрация магнитного поля корпуса на массовую середину якоря путем применения элемента из немагнитного материала, что дополнительно ухудшает его массовую и габаритные характеристики.

Цель предлагаемого решения - улучшение габаритно-массовых характеристик.

Поставленная цель достигнута за счет того, что внутренняя поверхность корпуса со стороны одного торца выполнена в виде поверхности усеченного конуса, разделенной на две части кольцом и с возможностью ее сопряжения с поверхностью якоря, выполненного в виде усеченного конуса с проходными каналами для рабочего тела и цилиндрическим направляющим выступом на его вершине, расположенным во втулке, выполненной подпружиненной с торца, противоположного относительно конической части якоря, запорный орган выполнен в центральной части основания якоря в виде цилиндрической шайбы, седло выполнено в виде выступа вновь введенной крышки корпуса, с обратной стороны которой выполнен выходной патрубок рабочего тела, конусные поверхности, разделенные кольцом, выполнены равными по площади.

Предложенный электромагнитный клапан показан в открытом состоянии (якорь электромагнита притянут к его корпусу с сопряжением их конических поверхностей) на чертеже. Он включает корпус 1, выполненный с входным центральным патрубком 2 и проходным каналом для рабочего тела 3, с размещенными внутри его якорем 4 электромагнита, пружиной 5, запорным органом 6, взаимодействующим с седлом 7 перед выходным патрубком 8 рабочего тела, катушку 9 электромагнита в кожухе 10, кольцо 11 и втулку 12, выполненные из немагнитного материала, поверхность 13 корпуса 1 со стороны одного его торца, выполненную в виде поверхности усеченного конуса и разделенную на две равные части кольцом 11 и с возможностью ее сопряжения с поверхностью якоря 4, выполненного в виде усеченного конуса с проходными каналами 14 для рабочего тела и цилиндрическим направляющим выступом 15 на его вершине, расположенным во втулке 12, выполненной подпружиненной 5 с торца, противоположного относительно конической части якоря 4.

Запорный орган 6 выполнен в центральной части основания якоря 4 в виде цилиндрической шайбы, седло 7 выполнено в виде выступа вновь введенной крышки 16 корпуса 1, с обратной стороны которой выполнен выходной патрубок 8 рабочего тела.

Электромагнитный клапан работает следующим образом. При подаче напряжения на катушку 9 электромагнита якорь 4 перемещается в сторону входного патрубка 2 и, преодолевая усилие пружины 5, открывает запорным органом 6 седло 7 выходного патрубка 8 и рабочее тело проходит через него.

После снятия напряжения с катушки 9 электромагнита якорь 4 под действием пружины 5 перемещается в сторону выходного патрубка 8 и закрывает запорным органом 6 седло 7 и выход рабочего тела через него прекращается.

Так как кольцо 11 делит коническую поверхность 13 электромагнита на части, равные по площади, то это обеспечивает равномерно-распределенное воздействие магнитного потока на конический якорь 4 с концентрацией его на среднюю массовую часть якоря 4 и тем самым создается максимальное усилие их взаимного притяжения.

Сущность предложенного решения заключается в том, что внутренняя поверхность 13 корпуса 1 с одного его торца выполнена в виде поверхности усеченного конуса, разделенной на две равные по площади части и с возможностью сопряжения с поверхностью конической поверхности якоря 4. Это позволило повысить развиваемое усилие между корпусом 1 электромагнита и его якорем 4 за счет концентрации магнитного потока в средней части массы якоря 4. Так как якорь 4 выполнен коническим, то это позволило разместить его в корпусе 1 с одновременным обеспечением необходимой его массы и площади электромагнитного взаимодействия и тем самым обеспечить возможность уменьшить габариты и массу электроклапана в целом по сравнению с прототипом примерно в 1,5 раза.

Электромагнитный клапан прошел в настоящее время отработочные испытания с положительными результатами и будет внедрен в производство предприятия.

Электромагнитный клапан предназначен для использования в области арматуростроения. Цель предлагаемого решения - улучшение габаритно-массовых характеристик. Электромагнитный клапан включает корпус. Внутренняя поверхность последнего со стороны одного торца выполнена в виде разделенной на две части кольцом поверхности усеченного конуса. Последняя имеет возможность своего сопряжения с поверхностью якоря. Последний выполнен в виде усеченного конуса с проходными каналами для рабочего тела и цилиндрическим направляющим выступом на его вершине. Направляющий выступ расположен во втулке. Последняя выполнена подпружиненной с противоположного относительно конической части якоря торца. Запорный орган выполнен в центральной части основания якоря в виде цилиндрической шайбы. Седло выполнено в виде выступа вновь введенной крышки корпуса, с обратной стороны крышки выполнен выходной патрубок рабочего тела. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электромагнитный клапан, включающий корпус, выполненный с входным центральным патрубком и проходным каналом для рабочего тела, с размещенными внутри него якорем электромагнита, пружиной, запорным органом, взаимодействующим с седлом перед выходным патрубком рабочего тела, катушку электромагнита в кожухе, кольцо и втулку, выполненные из немагнитного материала, отличающийся тем, что внутренняя поверхность корпуса со стороны одного торца выполнена в виде поверхности усеченного конуса, разделенной на две части кольцом и с возможностью ее сопряжения с поверхностью якоря, выполненного в виде усеченного конуса с проходными каналами для рабочего тела и цилиндрическим направляющим выступом на его вершине, расположенным во втулке, выполненной подпружиненной с торца, противоположного относительно конической части якоря, запорный орган выполнен в центральной части основания якоря в виде цилиндрической шайбы, седло выполнено в виде выступа вновь введенной крышки корпуса, с обратной стороны которой выполнен выходной патрубок рабочего тела.2. Электромагнитный клапан по п.1, отличающийся тем, что конусные поверхности, разделенные кольцом, выполнены равными по площади.