ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2007 года по МПК F16K31/08 F16K37/00 

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть применено в качестве электромагнитного клапана, привод которого управляется кратковременным электрическим импульсом.

Известен электромагнитный клапан, содержащий корпус, электромагнит, запорный орган, якорь, постоянный магнит (а.с. СССР №379806, F 16 К 31/06). Постоянный магнит установлен в магнитной цепи электромагнита. Недостатком данного клапана является большая мощность электромагнита для перемещения якоря ввиду значительного сопротивления прямоугольного рабочего зазора, необходимого для обеспечения усилия удержания от постоянного магнита, и недостаточно большое усилие удержания от постоянного магнита из-за большой длины магнитопровода и соответственно его сопротивления магнитному потоку.

Также известен электромагнитный клапан (патент US №4403765, F 16 K 31/08), содержащий корпус, связанный с якорем запорный элемент, электромагнит, стоп, постоянный магнит, герметизирующую трубку. Якорь с запорным элементом представляют собой подвижную полюсную вставку, а стоп, состоящий из двух магнитомягких деталей и постоянного магнита, расположенного между ними, - неподвижную полюсную вставку. Герметизирующая трубка защищает полость клапана от внешней среды. Снаружи трубки установлен второй постоянный магнит между двух шайб и электромагнит с кожухом. Якорь, две детали неподвижной полюсной вставки, герметизирующая трубка, шайбы и кожух электромагнита выполнены из магнитопроводящей стали.

Недостатком такого электромагнитного клапана является большая мощность электромагнитного привода для обеспечения рабочего хода якоря и небольшое усилие удержания якоря у стопа. Большая мощность электромагнитного привода обусловлена большим сопротивлением прямоугольного рабочего зазора, которое в свою очередь обусловлено необходимостью выполнения его в виде плоскостей, перпендикулярных продольной оси клапана, для обеспечения значительного усилия удержания во втором положении. Такой рабочий зазор на большом расстоянии имеет большое магнитное сопротивление и соответственно приводит к большой мощности электромагнитного привода. Данный тип зазора при нахождении якоря у стопа обеспечивает минимальное магнитное сопротивление между двумя деталями и соответственно максимальное усилие удержания для приведенной магнитной цепи. Однако это усилие все же небольшое, так как магнитный поток имеет длинный путь: через якорь, стоп, магнитопровод электромагнита и имеет значительное суммарное магнитное сопротивление. В рабочем зазоре магнитный поток меньше, так как часть его проходит вдоль герметизирующей трубки, выполненной из мягкого (магнитопроводящего) железа, поэтому они выполнены с минимально возможной из условий прочности толщиной. Если для данного типа электромагнита трубку выполнить из немагнитомягких сплавов (например, из стали 12Х18Н10Т), то в магнитной системе появится сопротивление магнитному потоку постоянного магнита, что приведет к резкому уменьшению усилия удержания. Для очень агрессивных сред внутренние полости изолируют коррозионно-стойкими замкнутыми герметизирующими трубками, так как магнитомягких сплавов с хорошими антикоррозионными свойствами нет.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение усилия от постоянного магнита для удержания якоря, в том числе при выполнении трубки из немагнитомягких сплавов.

Поставленная задача достигается тем, что в электромагнитном клапане, содержащем корпус, связанный с якорем запорный элемент, электромагнит, стоп, постоянный магнит, герметизирующую трубку, постоянный магнит размещен в выполненной в стопе расточке, при этом глубина расточки равна сумме толщины постоянного магнита и величины хода якоря, а на якоре ответно расточке выполнен уступ, равный величине хода якоря. Герметизирующая трубка может быть выполнена из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава. Также герметизирующая трубка может охватывать внутреннюю полость клапана.

Техническим результатом предложения является уменьшение мощности электромагнита при обеспечении требуемого усилия тяги на рабочем зазоре.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

фиг.1 - общий вид клапана в закрытом положении;

фиг.2 - клапан в открытом положении;

фиг.3 - пример выполнения электромагнитного клапана с герметизирующей втулкой из немагнитомягкого материала в положении "Открыто".

фиг.4 - электромагнитный клапан с герметизирующей втулкой из немагнитомягкого материала, охватывающей внутреннюю полость клапана.

Электромагнитный клапан состоит из корпуса 1, якоря 2, с которым связан запорный орган 3, перекрывающий седло 4 корпуса 1 между входным 5 и выходным 6 отверстиями. В стопе 7 выполнена расточка 8 глубиной а (см. фиг.1), в которой установлен постоянный магнит 9 толщиной b. На якоре ответно расточке выполнен уступ 10. Между якорем и стопом установлена пружина 11, поджимающая якорь с запорным органом к седлу 4. Величина рабочего зазора между якорем и стопом, т.е. хода якоря, равна с и равна длине d уступа 10 c=d. Глубина расточки а выполнена такой, что обеспечивается условие a=b+с или a=b+d. Герметизирующая трубка 12 выполнена заодно со стопом из магнитомягкого сплава. При выполнении герметизирующей трубки 12 из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава, например нержавейки, она может быть выполнена как в виде трубки (см. фиг.3), так и в виде охватывающего внутреннюю полость клапана стакана, в котором размещены стоп с постоянным магнитом и якорь с запорным органом (см. фиг.4). Управляет клапаном электромагнит 13, имеющий магнитопроводящий кожух 14.

Работает электромагнитный клапан следующим образом.

При подаче напряжения на электромагнит 13 создается магнитный поток, и между якорем 2 и стопом 7 возникает сила взаимного притяжения. За счет того, что глубина расточки 8 равна сумме толщины постоянного магнита и величине хода якоря, расстояние между уступом 10 якоря 2 и выступом расточки 8 стопа 7 равно нулю. На таком малом расстоянии усилие притяжения между якорем 2 и стопом 7 значительно больше, чем в прототипе. Якорь притягивается к стопу до упора в постоянный магнит 9 (фиг.2). Клапан открыт. За счет отсутствия зазоров между якорем 2, постоянным магнитом 9 и стопом 7, а также малыми диаметральными зазорами между кожухом электромагнита 14, герметизирующей трубкой 12 и якорем 2 сопротивление магнитной цепи мало и достаточно небольшой намагничивающей силы электромагнита для намагничивания постоянного магнита 9. Постоянный магнит намагничен. После снятия напряжения с электромагнита постоянный магнит 9 образует магнитную цепь с магнитным потоком Ф, проходящим через стоп 7, якорь 2 и постоянный магнит 9. За счет малой длины цепи ее сопротивление очень мало, что обеспечивает максимальное усилие притяжения. Диаметр расточки 8 выполнен таким, чтобы обеспечить максимальную проводимость по площади расточки и остальной площади стопа. Для возврата в исходное положение на электромагнит 13 подают напряжение обратной полярности. Напряжение по величине меньшее и необходимо для ослабления магнитного потока Ф, чтобы усилие притяжения постоянного магнита стало меньше усилия пружины 11. Пружина 11 возвращает якорь 2 в исходное положение, при этом запорный орган 3 прижимается к седлу 4 корпуса 1. Клапан переходит в закрытое положение. При выполнении герметизирующей трубки 12 из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава (фиг.3) герметизирующая трубка 12 создаст небольшое дополнительное магнитное сопротивление для срабатывания на открытие от электромагнита 13. В этом случае характер и величины магнитной цепи для закрытого положения клапана будут почти такими же, как и в предыдущем случае, т.е. магнитный поток не будет проходить через герметизирующую трубку 12, создающую сопротивление магнитному потоку, и не будет ослабляться. Введение даже небольшого сопротивления в магнитную цепь с постоянным магнитом резко уменьшает магнитный поток такой цепи. При выполнении герметизирующей трубки из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава (фиг.4), полностью охватывающего внутреннюю полость клапана для очень агрессивных сред, герметизирующая трубка 12 создаст второе небольшое дополнительное магнитное сопротивление для срабатывания на открытие от электромагнита 13. И в этом случае магнитный поток в закрытом положении клапана не будет проходить через трубку, создающую сопротивление магнитному потоку и не будет ослабляться.

Таким образом, предложенный электромагнитный привод позволяет уменьшить мощность электромагнита при обеспечении требуемого усилия тяги на рабочем зазоре и увеличить усилие удержания в открытом положении электромагнитного клапана.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для применения в качестве электромагнитного клапана, привод которого управляется кратковременным электрическим импульсом. Электромагнитный клапан содержит корпус, связанный с якорем запорный элемент, электромагнит, стоп, постоянный магнит, герметизирующую трубку. Постоянный магнит размещен в выполненной в стопе расточке. Глубина расточки равна сумме толщины постоянного магнита и величины хода якоря. На якоре ответно расточке выполнен уступ. Величина уступа равна величине хода якоря. Изобретение направлено на уменьшение мощности электромагнита при обеспечении требуемого усилия тяги на рабочем зазоре. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электромагнитный клапан, содержащий корпус, связанный с якорем запорный элемент, электромагнит, стоп, постоянный магнит, герметизирующую трубку, отличающийся тем, что постоянный магнит размещен в выполненной в стопе расточке, при этом глубина расточки равна сумме толщины постоянного магнита и величины хода якоря, а на якоре ответно расточке выполнен уступ, равный величине хода якоря.2. Электромагнитный клапан по п.1, отличающийся тем, что герметизирующая трубка выполнена из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава.3. Электромагнитный клапан по п.2, отличающийся тем, что герметизирующая трубка выполнена в виде стакана, охватывающего внутреннюю полость клапана.