ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2006 года по МПК F16K31/06 F16K37/00 

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к клапанам с электромагнитным приводом, и может быть использовано в конструкциях вакуумных систем, в устройствах дистанционного управления потоками газа и жидкости в химической, газовой, энергетической и других отраслях техники.

Известен электромагнитный клапан А.С. №1788377, F 16 К 37/00, опубл. 15.01.93. Бюл. №2. Электромагнитный клапан состоит из электромагнита, якоря, жестко связанного с запорным органом, корпуса клапана с сигнализатором положения. Сигнализатор положения запорного органа выполнен в виде последовательно расположенных: постоянного магнита, двух концентраторов магнитного потока, гальваномагниточувствительного элемента, ферромагнитного кольца, установленного на запорном органе. Недостатком устройства является его сложность и необходимость использования внешнего источника напряжения для питания гальваномагниточувствительного элемента.

Известен электромагнитный клапан А.С. №1308804, F 16 К 31/02, опубл. 07.05.87. Бюл. №17. Электромагнитный клапан содержит электромагнит, якорь с запорным органом, сигнализатор положения запорного органа, установленный на верхнем фланце электромагнита. Причем между кожухом и верхним фланцем выполнен зазор рассеивания. Сюда, после включения клапана, притягивается специальное устройство, с помощью которого изменяется состояние микропереключателя, сигнализирующего об изменении состояния запорного органа клапана. Устройство не требует для своей работы применения специального источника питания.

К недостаткам устройства следует отнести:

- невозможность использования его в клапанах с маломощными электромагнитами,

- сложность конструкции,

- снижение эффективности электромагнита из-за рассеивания части магнитного потока.

Наиболее близким к описываемому является электромагнитный клапан А.С. №802684, F 16 К 31/02, опубл. 07.02.81, Бюл. №5.

В рассматриваемом устройстве для контроля положения запорного органа в верхнем фланце электромагнитного привода выполнена проточка, в которой размещена круглая гайка, закрепленная на стопе электромагнита и образующая с боковой поверхностью проточки кольцевой зазор, глубина которого меньше высоты верхнего фланца. В области этого зазора установлен магнитоуправляемый контакт.

К достоинствам устройства следует отнести:

- простоту конструктивного исполнения индикатора положения запорного органа;

- снижение величины рассеивания магнитного потока по сравнению с аналогом, поскольку для срабатывания магнитоуправляемого контакта достаточна небольшая напряженность магнитного поля.

Недостатками устройства является следующее.

1. Сложность конструкции стопа, который в прототипе состоит из 3-х деталей: собственно стопа, гайки и крышки.

2. Устройство сигнализации положения запорного органа (далее магнитоуправляемый контакт) из-за отсутствия возможности регулировки не в состоянии с высокой достоверностью контролировать положение запорного органа. Оно по сути лишь сигнализирует наличие - отсутствие питания на электромагните. Причина этого недостатка связана с тем, что на практике всегда существует разброс свойств материалов и комплектующих, применяемых для изготовления устройства, неточности при обработке его деталей и сборке, изменения режима работы электромагнита (например, изменение напряжения питания) и т.д. В таких условиях невозможно без регулировки положения магнитоуправляемого контакта добиться точности контроля состояния запорного органа.

Задачей изобретения является обеспечение соответствия между состоянием запорного органа и состоянием магнитоуправляемого контакта при сохранении простоты конструкции устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в электромагнитном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, электромагнит, якорь с запорным органом, взаимодействующий с электромагнитом, устройство для индикации положения запорного органа, например магнитоуправляемый контакт, согласно изобретению магнитопровод в области перехода его в стоп выполнен разъемным, а в стопе и прилегающем к нему магнитопроводе выполнено отверстие, в которое установлено устройство индикации положения запорного органа с возможностью перемещения вдоль оси этого отверстия.

При этом выполнение магнитопровода в области перехода его к стопу разъемным позволяет следующее.

1. Упростить конструкцию клапана. Если в прототипе стоп выполнен из 3-х деталей - собственно стопа, круглой гайки и крышки, то в описываемом устройстве эта часть конструкции клапана выполнена из двух деталей - верхнего фланца и собственно стопа.

2. Обеспечить высокую разрешающую способность магнитоуправляемого контакта.

Известно, что наибольшие потери магнитного потока наблюдаются в местах сочленения деталей. В таких местах имеет место увеличенное сопротивление магнитному потоку и, как следствие, увеличенная напряженность магнитного поля. Это обстоятельство, в частности, используется и в прототипе, и в заявляемом устройстве для контроля положения запорного органа. В прототипе для увеличения сопротивления магнитному потоку и соответственно увеличения разрешающей способности датчика в месте его установки между гайкой и крышкой выполнен дополнительно кольцевой зазор. В заявляемом устройстве такой необходимости нет. Магнитоуправляемый контакт здесь размещен в отверстии стопа и примыкающей к нему части магнитопровода. Именно здесь на оси стопа имеется наибольшая концентрация магнитного потока. При этом размещение здесь плоскости раздела стопа и верхнего фланца позволяет даже при небольших значениях его магнитного сопротивления получать высокие значения напряженности магнитного поля и соответственно обеспечить высокую разрешающую способность устройства для индикации положения запорного органа.

Выполнение отверстия в стопе и прилегающем к нему магнитопроводе (в верхнем фланце), а также размещение в этом отверстии магнитоуправляемого контакта с возможностью перемещения создает условия для точной настройки устройства индикации положения запорного органа. При этом наибольшая величина напряженности магнитного поля действует на магнитоуправляемый контакт при установке его в непосредственной близости к границе между стопом и верхним фланцем. По мере удаления магнитоуправляемого контакта от границы стоп - верхний фланец (вверх или вниз по оси стопа) величина напряженности магнитного поля уменьшается. Благодаря этому можно регулировать момент срабатывания магнитоуправляемого контакта. При этом выбор формы и диаметра отверстия способствуют точной фиксации выбранного положения магнитоуправляемого контакта, например, с помощью герметика.

Для повышения точности регулировки положения магнитоуправляемого контакта, обеспечения технологичности этой операции магнитоуправляемый контакт можно разместить в отверстии стандартного винта, а в отверстии стопа выполнить соответствующую резьбу. При этом, перемещая винт в отверстии стопа, можно легко и с высокой точностью регулировать положение магнитоуправляемого контакта, а выбранное положение фиксировать контргайкой.

Таким образом, в описываемом клапане решение поставленной задачи, касающейся обеспечения соответствия между состоянием запорного органа и состоянием магнитоуправляемого контакта при сохранении простоты конструкции устройства, достигается

- выполнением магнитопровода в области перехода его в стоп разъемным,

- выполнением в стопе и прилегающем к нему магнитопроводе отверстия, размещение в этом отверстии индикатора положения запорного органа (магнитоуправляемого контакта) с возможностью перемещения вдоль оси этого отверстия.

Конструкция заявляемого клапана приведена на чертеже.

Электромагнитный клапан содержит корпус 1, входной и выходной патрубки 2, 3 соответственно, герметичный электромагнит 4, якорь 5 с запорным органом 6, устройство для индикации положения запорного органа, например, геркон 7, стоп 8 с отверстием 9, контейнер 10 для размещения индикатора в отверстии стопа 8 и верхнего фланца 11, седло 12 клапана, возвратную пружину 13, кожух 14, нижний фланец 15, зазор 16 между якорем 5 и стопом 8, герметизирующую трубку 17.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии электромагнит 4 обесточен, якорь 5 с запорным органом 6 находятся в нижнем положении, в котором запорный орган 6 прижат к седлу 12 пружиной 13, контакты геркона 7 разомкнуты. При этом геркон 7 установлен в отверстии 9 стопа 8 и верхнего фланца 11 вблизи границы между стопом 8 и верхним фланцем 11. При включении напряжения питания электромагнита 4 ток, протекая через обмотку электромагнита 4, возбуждает магнитный поток. При этом магнитный поток замыкается по цепи, в которую входят кожух 14, нижний фланец 15, якорь 5, зазор 16 между стопом 8 и якорем 5, стоп 8, верхний фланец 11. В начальный момент времени, пока сохраняется большой зазор 16 между стопом 8 и якорем 5, величина магнитного потока ограничена большим магнитным сопротивлением зазора 16. Якорь 5, перемещаясь к стопу 8, уменьшает зазор 16. В результате магнитный поток, протекающий через стоп 8, верхний фланец 11, возрастает. В момент, когда зазор 16 между якорем 5 и стопом 8 становится близким нулю, магнитный поток на границе между стопом 8 и верхним фланцем 11 достигает величины, достаточной для срабатывания геркона 7, контакты его замыкаются и сигнализируют о включении клапана.

Если при включенном питании электромагнита 4 попытаться механически отвести якорь 5 с запорным органом 6 от стопа 8 таким образом, чтобы между ними появился зазор, магнитный поток на границе стоп 8 - верхний фланец 11 уменьшится, а магнитоуправляемый контакт - геркон 7 должен прийти в исходное состояние и сигнализировать о том, что клапан закрыт. Это будет свидетельствовать о правильном выборе положения магнитоуправляемого контакта в отверстии 9 стопа 8.

Действительно, якорь 5 с запорным органом 6 могут занимать только два устойчивых состояния:

- клапан закрыт, при этом запорный орган 6 с якорем 5 прижат к седлу 12 клапана с помощью пружины 13, в этом случае величина магнитного потока недостаточна для срабатывания магнитоуправляемого контакта - геркона 7;

- клапан открыт, при этом якорь 5 с запорным органом 6 притянут к стопу 8, магнитный поток имеет максимальное значение, позволяющее гарантированно перевести магнитоуправляемый контакт - геркон 7 в положение, соответствующее состоянию - клапан включен.

В примере практической реализации заявляемый клапан был выполнен с применением следующих материалов, комплектующих и технологий.

Герметичный электромагнит 4 выполнен по конструкции клапана с герметизирующей разделительной трубкой 17 и содержит

- нижний фланец 15, верхний фланец 11, стоп 8, изготовленные методом токарной обработки из стали СТ 10 ГОСТ 1050-88;

- герметизирующая трубка 17 выполнена из латуни Л63 ДП ГОСТ 2060-90 методом токарной обработки, внутренний диаметр трубки 11,2 мм, наружный диаметр трубки - 12,5 мм.

Фланец 15 и стоп 8 соединены между собой с помощью герметизирующей трубки 17 методом пайки припоем Прв Кр2 ПОССУ40-2, ГОСТ 21931 с применением установки ВЧ пайки.

Кожух 14 выполнен из стальной трубы В-10, ГОСТ 10705-80, внутренний диаметр 33,3 мм, наружный диаметр 36 мм.

Соединение верхнего и нижнего фланцев 11 и 15 с кожухом 14 выполнено с помощью пуклевок.

Соединение верхнего фланца 11 со стопом 8 выполнено с помощью стандартного латунного винта Мб, который одновременно выполняет функцию контейнера для геркона 7, для чего в нем выполнено отверстие диаметром 3,7 мм.

Суммарная высота верхнего фланца 11 со стопом 8 в месте выполнения отверстия для винта Мб с герконом 7-20 мм.

Катушка электромагнита 4 выполнена в бескаркасном исполнении проводом ПЭВ2-0,14 мм (без учета изоляции), количество витков - 6900, сопротивление катушки по постоянному току 450 Ом.

В качестве магнитоуправляемого элемента - геркона 7 использован геркон типа МК10-3 УХЛ Гр А ОДО 360.011ТУ.

Перед установкой геркона 7 в винт-контейнер его изолировали с помощью термоусадочной трубки.

В состав испытуемого клапана входило устройство форсировки по патенту №2237305, с помощью которого после включения клапана напряжение удержания через 0.5 с уменьшалось автоматически с 220 до 20 В. Клапан оставался открытым, а индикатор положения запорного органа с высокой достоверностью сигнализировал о состоянии запорного органа. При этом, если, не отключая питания, якорь 5 с запорным органом механически отсоединить от стопа 8 и переместить к седлу 12 клапана, то геркон 7 стабильно сигнализирует о переходе клапана в закрытое состояние.

Таким образом, описываемый клапан обеспечивает соответствие между состоянием запорного органа и состоянием магнитоуправляемого контакта при сохранении простоты конструкции устройства, в том числе и при очень малых значениях магнитного потока электромагнита.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к клапанам с электромагнитным приводом, и может быть использовано в конструкциях вакуумных систем, в устройствах дистанционного управления потоками газа и жидкости. Электромагнитный клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, электромагнит, якорь с запорным органом, выполненный с возможностью взаимодействия с электромагнитом, и устройство для индикации положения запорного органа, например магнитоуправляемый контакт. Магнитопровод в области перехода его в стоп выполнен разъемным. В стопе и прилегающем к нему магнитопроводе выполнено отверстие, в которое установлено устройство индикации положения запорного органа с возможностью перемещения вдоль оси этого отверстия. Изобретение направлено на обеспечение соответствия между состоянием запорного органа и состоянием магнитоуправляемого контакта при сохранении простоты конструкции клапана. 1 ил.

Электромагнитный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, электромагнит, якорь с запорным органом, взаимодействующий с электромагнитом, устройство для индикации положения запорного органа, например магнитоуправляемый контакт, отличающийся тем, что магнитопровод в области перехода его к стопу выполнен разъемным, а в стопе и примыкающем к нему магнитопроводе выполнено отверстие, в котором установлено устройство для индикации положения запорного органа с возможностью перемещения вдоль оси этого отверстия.