УЗЕЛ КЛАПАНА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ГОРЮЧЕГО ГАЗА Российский патент 2006 года по МПК F23N1/00 

Область техники

Изобретение касается узла клапана для регулирования подачи горючего газа согласно преамбуле главного пункта 1 формулы изобретения.

Предшествующий уровень техники

Узлы клапанов, имеющие указанные выше характеристики, обычно предусматриваются для регулирования подачи горючего газа к горелке или к другому подобному устройству, чтобы осуществлять регулирование давления подачи и скорости подачи поступающего газа.

Узлы клапанов такого типа известны в производстве самого заявителя; такой узел клапана обычно имеет работающий от двигателя исполнительный механизм для оперативного контроля элемента затвора, чтобы открывать и закрывать гнездо клапана, выполненное в подающем газопроводе. Например, известно, что для управления элементом затвора предусмотрен шток, связанный с ротором электродвигателя с помощью винтового соединения, имеющего внутреннюю и наружную резьбу для отвода элемента затвора от гнезда клапана и подвода его к гнезду клапана вследствие вращения двигателя. Вращая исполнительный механизм, можно достигать регулирования давления подачи или скорости подачи газа.

Для обеспечения надежного закрытия гнезда клапана при возникновении определенных условий, например, чтобы перекрыть проход газа в результате перебоев электроэнергии на управляемом от электродвигателя исполнительном механизме (в условиях, когда исполнительный механизм может остановиться в промежуточном положении при открытом гнезде клапана), предшествующим уровнем техники было предложено решение, являющееся предметом изобретения патента США №2001002595 на имя заявителя. Это предусматривает использование электромагнитного устройства, установленного между элементом затвора и главным исполнительным механизмом, управляемым от электродвигателя, и расположенного таким образом, чтобы воздействовать на элемент затвора для закрытия гнезда клапана за счет упругой силы, создаваемой пружиной, которая противодействует электромагнитному притяжению между неподвижным сердечником и подвижным якорем электромагнита электромагнитного устройства. При необходимости перекрытия гнезда клапана перерыв в подаче электроэнергии на электромагнит вызывает движение элемента затвора в положение закрытия под воздействием упомянутой выше упругой силы, вне зависимости от рабочего положения, которое занимает исполнительный механизм.

С одной стороны, несмотря на то, что это решение чрезвычайно надежно для обеспечения предохранительного закрытия гнезда клапана, с другой стороны, оно приводит к некоторой конструкционной сложности, связанной в основном с наличием электромагнита, который перемещается с рабочим штоком элемента затвора и, в частности, который перемещается внутри зоны, подвергающейся воздействию газового потока. Эта конструкция фактически требует обеспечения специальных условий электроизоляции, а также уплотнения от газа как электрических контактов, так и проводки для электромагнита, причем эти условия трудно выполнить, поскольку электромагнит перемещается внутри узла клапана.

Описание изобретения

Одной из главных задач настоящего изобретения является обеспечение узла клапана, который имеет такую конструкцию и работает таким образом, чтобы преодолевать все ограничения, о которых говорилось со ссылкой на упомянутый предшествующий уровень техники.

Эта и другие задачи, которые будут объяснены ниже, решаются изобретением с помощью узла клапана для регулирования подачи горючего газа через питающий трубопровод, который содержит гнездо клапана в трубопроводе и элемент затвора, связанный с гнездом, работающее от двигателя исполнительное средство, воздействующее на элемент затвора для управления им, чтобы открывать/закрывать гнездо клапана, электромагнитное устройство с первой частью, несущей намагничивающую обмотку, и второй частью, которая жестко закреплена на первой части намагничиванием, при этом электромагнитное устройство связано с исполнительным механизмом для воздействия на элемент затвора, чтобы закрывать гнездо клапана, вне зависимости от рабочего положения исполнительного механизма, после возникновения определенных условий, которые требуют перекрытия гнезда клапана, в котором согласно изобретению исполнительное средство выполнено с возможностью перемещения вместе со второй частью электромагнитного устройства во время перемещения для управления элементом затвора, чтобы открывать/закрывать гнездо клапана, при этом первая часть электромагнитного устройства соединена с неподвижной конструкцией узла клапана.

Предпочтительно работающий от двигателя исполнительный механизм и электромагнитное устройство установлены соосно с гнездом клапана. Исполнительное средство содержит шток для приведения в действие элемента затвора, а вторая часть электромагнитного устройства содержит подвижный якорь, установленный на одном конце штока. Рабочий шток содержит первую часть и вторую часть, образующие соосные удлинения одной части другой и соединенные одна с другой винтовым соединением с наружной и внутренней резьбой, при этом части штока соединены на своих свободных концах с якорем и с элементом затвора, соответственно. Вторая часть штока жестко закреплена для вращения с ротором электродвигателя. При этом вторая часть штока входит в зацепление в полом валу ротора для возможности свободного скольжения по оси относительно него.

Узел клапана согласно изобретению содержит направляющие средства для направления первой части штока по оси во время работы элемента затвора в результате вращения ротора вокруг его собственной оси.

Причем электродвигатель является шаговым двигателем постоянного тока. Ротор является ротором с постоянным магнитом соответствующей поляризации. Предпочтительно электромагнитное устройство и ротор расположены в корпусе, который соединен с неподвижной конструкцией узла клапана с обеспечением газонепроницаемости.

Узел клапана может содержать электрические катушки для управления ротором, причем катушки предпочтительно установлены на корпусе снаружи, в зоне ротора.

Узел клапана предпочтительно содержит направляющие средства для направления первой части штока по оси во время работы элемента затвора в результате вращения ротора вокруг его собственной оси. Ротор является ротором с постоянным магнитом соответствующей поляризации. Направляющие средства содержат втулку, в которой первая часть штока находится в зацеплении с возможностью скольжения, при этом между втулкой и первой частью штока предусмотрены средства для предотвращения вращения. В одном варианте реализации изобретения средства для предотвращения вращения содержат стенку с многоугольным профилем в первой части штока, которая расположена в сквозном отверстии втулки, имеющем поперечное сечение соответствующего профиля.

Краткое описание чертежей

Отличительные признаки и преимущества изобретения станут более понятны из последующего подробного описания предпочтительного примера реализации изобретения, которое описано с помощью не ограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1-3 показывают продольные разрезы узла клапана согласно изобретению в соответствующих различных рабочих условиях.

Предпочтительный пример реализации изобретения

На упомянутых чертежах узел клапана для регулирования подачи горючего газа к горелке или к другому подобному устройству, не показанному на чертежах, который выполнен согласно настоящему изобретению, в основном обозначен цифровой позицией 1. Газ подается на узел 1 через трубопровод 2 газоснабжения, который частично показан на чертежах, и подается через питающий трубопровод 3.

Узел 1 клапана содержит модулирующий клапан 4, включающий тарельчатый элемент затвора 5, на который оказывается воздействие для закрытия гнезда 6 клапана, выполненного между трубопроводами 2 и 3. Узел также содержит исполнительный механизм, работающий от двигателя, обозначенный цифровой позицией 7, включающий шток 8, с продольной осью X, для приведения в действие элемента затвора 5.

Рабочий шток 8 содержит две конструкционно независимые соосные части 9, 10, образующие удлинения одной части другой и связанные между собой винтовым соединением с наружной и внутренней резьбой.

Более конкретно, первая часть 9 штока имеет первый участок 9а с наружной стенкой, имеющей шестиугольный профиль, который продлевает по оси второй участок 9b с наружной резьбой, соосный с ним.

Участок 9b ввинчивается в снабженное резьбой отверстие 10а, выполненное по оси, начиная с одного конца второй части 10 штока. На его противоположном конце шток соединен с элементом затвора 5 посредством обычного поворотного соединения.

Вторая часть 10 штока имеет наружную стенку с поперечным сечением, имеющим многоугольный (например, шестиугольный) профиль, которая входит в зацепление таким образом, чтобы свободно скользить по оси (вдоль оси X) в сквозном отверстии 11 соответствующего профиля, которое выполнено в центре ротора 12 электродвигателя 13 с полым валом. Электродвигатель 13 является двигателем постоянного тока и, целесообразно, реверсивным шаговым двигателем, в котором ротор 12, используемый с постоянным магнитом соответствующей поляризации, окружен по окружности одной катушкой или катушками 14 с электропроводкой 15. Катушки 14 предназначены для создания вращающегося магнитного поля, необходимого для вращения ротора. Ротор установлен в направлении по оси с помощью упорных подшипников 16, которые показаны схематически, в то время как катушки 14 установлены на цилиндрическом, имеющем форму конуса, корпусе 17, образующем корпус для ротора 12 и надлежащим образом закрепленном на неподвижной конструкции 18 узла с помощью винтов 19, при этом между конусом 17 и конструкцией 18 расположено средство для их газонепроницаемого уплотнения.

Первая часть 9 штока входит в зацепление таким образом, чтобы свободно скользить по оси в сквозном отверстии 20 соответствующего шестиугольного профиля, выполненного во втулке 21, которая также образует опорный элемент для двигателя на конце, удаленном по оси от упорного подшипника 16.

Корпус 17 также вмещает электромагнитное устройство, обозначенное цифровой позицией 22, содержащее электромагнит с первой частью или неподвижным сердечником 23, имеющим намагничивающую обмотку 24, и второй частью или подвижным якорем 25, который может быть жестко закреплен на неподвижном сердечнике намагничиванием. Устройство 22 целесообразно может включать обыкновенное магнитное устройство или удерживающий магнит с низким потреблением энергии.

Неподвижный сердечник 23 электромагнита имеет U-образную форму с противоположными ветвями 23а, 23b, на которых обеспечена обмотка 24, и закреплен на корпусе 17 посредством опоры 26, несущей элемент 27 резьбового хвостовика. Хвостовик снабжен небольшими отверстиями в центре, в которые вставлены электрические провода 28 для снабжения электромагнита.

Подвижный якорь 25 электромагнита соединен с концом первой части 9 штока, удаленным от снабженного резьбой участка 9b.

Следует заметить, что якорь 25 является единственной частью электромагнита, которая перемещается с рабочим штоком 8, поскольку часть, несущая обмотку электромагнита, жестко соединена с неподвижной конструкцией 18 узла клапана.

Электромагнит электромагнитного устройства также в целом размещен по существу в цилиндрической капсуле 29, установленной соосно внутри корпуса 17 и расположенной по оси между опорой 26 и втулкой 21.

Пружина, обозначенная цифровой позицией 30, действует между неподвижной конструкцией 18 узла клапана и элементом затвора 5, чтобы воздействовать на элемент затвора для закрытия гнезда 6 клапана, а также для устранения зазора в винтовом соединении с наружной и внутренней резьбой.

В работе, в начальном положении, которое показано на фиг.1, в котором проход для газа перекрыт, гнездо 6 клапана закрыто элементом затвора 5 в результате упругого воздействия пружины 30, электромагнит исполнительного механизма обесточен, и, следовательно, на двигатель 13 энергия не поступает.

Начиная с этого положения, двигатель подготавливается сначала для работы на определенное количество оборотов, которое соотносится посредством шага резьбы в винтовом соединении с наружной и внутренней резьбой, с заданным перемещением по оси первой части 9 штока. Перемещение выполняется этой частью штока настолько, чтобы приблизить подвижный якорь 24 к неподвижному сердечнику электромагнита, в положение вблизи зоны электромагнитного притяжения. Последующее возбуждение электромагнита посредством надлежащей подачи электроэнергии на обмотку 24 соленоида приводит к созданию силы электромагнитного притяжения, которая удерживает якорь 24 в зацеплении с неподвижным сердечником 23, что показано в положении фиг.2.

Последующее вращение двигателя 13 в направлении, противоположном предыдущему вращению, приводит к тому, что вторая часть 10 штока завинчивается на первой части 9, в результате чего происходит скольжение второй части 10 по оси и, следовательно, движение элемента затвора 5 от гнезда 6, против воздействия пружины 30, и соответственно, открытие гнезда клапана. В соответствии с количеством оборотов, выполняемых двигателем, перемещение элемента затвора 5 можно регулировать для обеспечения модулирующего контроля давления подачи. Фиг.3 показывает режим нормальной работы, в котором перемещение второй части 10 штока соотносится с вращением двигателя 13 для обеспечения модулирующего контроля в узле клапана.

После возникновения определенных условий, при которых требуется перекрытие гнезда 6 клапана, подача электроэнергии на соленоид 24 электромагнита прерывается и затем на элемент затвора 5 воздействует пружина 30, закрывающая гнездо 6, вне зависимости от положения рабочего штока. Шток направляется по оси в процессе закрытия гнезда клапана посредством скольжения первой части 9 штока и втулки 21 и второй части 10 штока и ротора 12 относительно друг друга.

Следует также отметить, что пружина выбирается таким образом, чтобы ее размеры и жесткость обеспечивали надежное закрытие элемента затвора 5 на гнезде 6 клапана, начиная от любого положения, которое достигается рабочим штоком 8 в процессе модулирования.

Помимо функции модулирования давления подачи и/или скорости газового потока тот же модулирующий клапан 4, таким образом, также выполняет функцию надежного перекрытия канала для прохождения газа через седло 6 клапана. Клапан обеспечивает функцию модулирования с низким потреблением энергии и высокую точность позиционирования, в любом случае обеспечивая функцию надежного закрытия с высокой прочностью и быстрое вмешательство в работу в случае возникновения определенных условий.

Таким образом, изобретение решает поставленные задачи, обеспечивая многие преимущества по сравнению с известными решениями.

Главное преимущество заключается в том, что в результате обеспечения электромагнитного устройства, не имеющего подвижных частей электромагнитной обмотки, снабжение электроэнергией узла клапана согласно изобретению становится проще, и электроизоляция и уплотнение относительно газовой части становятся менее сложными.

Другим преимуществом является то, что изобретение обеспечивает электромагнитное устройство с меньшими подвижными инерциальными массами и, следовательно, с меньшей потребностью в энергии при работе модулирующего клапана как в стадии модулирования, так и при закрытии клапана.

Другое преимущество заключается в том, что работающий от двигателя исполнительный механизм и электромагнитное устройство, которые соосны друг другу, повышают общую компактность, что дает возможность целесообразно разместить их в одном корпусе, который перекрывается от газовой части клапана без опасности утечки.

Еще одно преимущество связано с простотой конструкции узла клапана согласно изобретению, который требует меньшего количества компонентов, чем известные решения. Эти компоненты также могут быть обеспечены заданной степенью модуляции, чтобы осуществлять модулирующий контроль и надежное закрытие гнезда клапана различных размеров.

Также преимуществом является улучшенная общая надежность узла клапана, выполненного согласно изобретению.

Узел клапана предназначен для регулирования подачи горючего газа через питающий трубопровод. Узел содержит гнездо клапана в трубопроводе, элемент затвора, связанный с гнездом, работающий от электродвигателя исполнительный механизм, воздействующий на элемент затвора для управления им, чтобы открывать/закрывать гнездо клапана, а также электромагнитное устройство с первой частью, несущей намагничивающую обмотку, и второй частью, которая может быть жестко закреплена на первой части намагничиванием. Электромагнитное устройство связано с исполнительным механизмом для воздействия на элемент затвора, чтобы закрывать гнездо клапана, вне зависимости от рабочего положения исполнительного механизма, после возникновения определенных условий, которые требуют перекрытия гнезда клапана, и исполнительное средство имеет возможность перемещения вместе со второй частью электромагнитного устройства, для управления элементом затвора во время перемещения, чтобы открывать/закрывать гнездо клапана, при этом первая часть электромагнитного устройства соединена с неподвижной конструкцией узла клапана. Такое выполнение клапана позволит повысить его надежность и компактность и упростить его конструкцию. 1 н.п. ф-лы, 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел клапана для регулирования подачи горючего газа через питающий трубопровод (3), содержащий гнездо (6) клапана в трубопроводе и элемент затвора (5), связанный с гнездом (6), работающее от двигателя исполнительное средство (7), воздействующее на элемент затвора (5) для управления им, чтобы открывать/закрывать гнездо (6) клапана электромагнитное устройство (22) с первой частью (23), несущей намагничивающую обмотку (24), и второй частью (25), которая жестко закреплена на первой части намагничиванием, при этом электромагнитное устройство (22) связано с исполнительным механизмом (7) для воздействия на элемент затвора (5), чтобы закрывать гнездо (6) клапана вне зависимости от рабочего положения исполнительного механизма (7) после возникновения определенных условий, которые требуют перекрытия гнезда (6) клапана, отличающийся тем, что исполнительное средство (7) выполнено с возможностью перемещения вместе со второй частью (25) электромагнитного устройства (22) во время перемещения для управления элементом затвора (5), чтобы открывать/закрывать гнездо (6) клапана, при этом первая часть (23) электромагнитного устройства соединена с неподвижной конструкцией узла клапана.2. Узел клапана по п.1, отличающийся тем, что работающий от двигателя исполнительный механизм (7) и электромагнитное устройство (22) установлены соосно с гнездом (6) клапана.3. Узел клапана по п.1 или 2, отличающийся тем, что исполнительное средство (7) содержит шток (8) для приведения в действие элемента затвора, а вторая часть электромагнитного устройства содержит подвижный якорь (25), установленный на одном конце штока (8).4. Узел клапана по п.3, отличающийся тем, что рабочий шток (8) содержит первую часть (9) и вторую часть (10), образующие соосные удлинения одной части другой и соединенные одна с другой винтовым соединением с наружной и внутренней резьбой, при этом части (9, 10) штока соединены на своих свободных концах с якорем (25) и с элементом затвора (5), соответственно.5. Узел клапана по п.4, отличающийся тем, что вторая часть (10) штока жестко закреплена для вращения с ротором (12) электродвигателя (13).6. Узел клапана по п.5, отличающийся тем, что вторая часть (10) штока входит в зацепление в полом валу ротора для возможности свободного скольжения по оси относительно него.7. Узел клапана по п.5, отличающийся тем, что содержит направляющие средства для направления первой части (9) штока по оси во время работы элемента затвора (5) в результате вращения ротора (12) вокруг его собственной оси.8. Узел клапана по п.5, отличающийся тем, что электродвигатель (13) является шаговым двигателем постоянного тока.9. Узел клапана по п.5, отличающийся тем, что ротор (12) является ротором с постоянным магнитом соответствующей поляризации.10. Узел клапана по п.5, отличающийся тем, что электромагнитное устройство (22) и ротор (12) расположены в корпусе (17), который соединен с неподвижной конструкцией узла клапана с обеспечением газонепроницаемости.11. Узел клапана по п.5, отличающийся тем, что содержит электрические катушки (14) для управления ротором (12), причем катушки (14) установлены на корпусе (17) снаружи, в зоне ротора (12).12. Узел клапана по п.6, отличающийся тем, что содержит направляющие средства для направления первой части (9) штока по оси во время работы элемента затвора (5) в результате вращения ротора (12) вокруг его собственной оси.13. Узел клапана по п.8, отличающийся тем, что ротор (12) является ротором с постоянным магнитом соответствующей поляризации.14. Узел клапана по п.12, отличающийся тем, что направляющие средства содержат втулку (21), в которой первая часть (9) штока находится в зацеплении с возможностью скольжения, при этом между втулкой (21) и первой частью (9) штока предусмотрены средства для предотвращения вращения.15. Узел клапана по п.13, отличающийся тем, что средства для предотвращения вращения содержат стенку с многоугольным профилем в первой части (9) штока, которая расположена в сквозном отверстии (20) втулки, имеющем поперечное сечение соответствующего профиля.