ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН Российский патент 2015 года по МПК F16K31/02 

Изобретение относится к области электропневмоавтоматики и может быть использовано для заполнения и сброса давления из емкостей в системах газоснабжения давлением до 40 МПа, в которых недопустимы ударные и вибрационные воздействия.

Известны электропневмоклапаны (ЭПК) с дренажем а.с. СССР №385128, F16K 31/02 и а.с. СССР №905565, F16K 17/10, содержащие входной и дренажный каналы, поршень и управляющий клапан с электромагнитным приводом.

Недостатком этих аналогов является высокий уровень виброшумовых характеристик и непроизводительные потери рабочей среды за счет перетекания рабочей среды со входа в дренаж в переходных процессах открытия и закрытия.

Известен трехходовой клапан с электромагнитным управлением по а.с. СССР №396511, F16K 11/10 (прототип), содержащий корпус с входным, выходным и дренажным каналами, входной и дренажный клапаны, поршень, управляющий клапан с электромагнитным приводом. В нем, кроме основного, предусмотрен дополнительный поршень, обеспечивающий опережающее закрытие дренажного клапана при открытии входного клапана, и, наоборот, опережающее закрытие входного клапана при открытии дренажного клапана. В прототипе отсутствует перетекание рабочей среды со входа в дренаж.

Недостатком прототипа является сложность конструкции, увеличенные массо-габаритные характеристики, снижение надежности работы.

Предложен ЭПК, содержащий корпус с входным, выходным и дренажным каналами, клапан, взаимодействующий с двухступенчатым поршнем, и управляющий клапан с электромагнитным приводом.

Отличительные признаки предложенного ЭПК следующие:

- входной и дренажный уплотнители выполнены с одной стороны клапана, обращенной к поршню;

- дренажный канал электропневмоклапана выведен из полости, расположенной между ступенями поршня;

- в малой ступени поршня со стороны, обращенной к клапану, выполнен канал, сообщающий входной и дренажный каналы;

- на торце малой ступени поршня со стороны входа в дренажный канал выполнено дренажное седло;

- полный ход поршня равен сумме его хода на перекрытие дренажного канала от упора закрытого положения до контакта дренажного седла с клапаном и совместного хода с клапаном на открытие входного канала от седла в корпусе до упора открытого положения.

Положительный эффект от использования изобретения заключается в снижении уровня виброшумовых характеристик сравнительно с аналогами за счет исключения перетекания рабочей среды под давлением со входа в дренаж, а также уменьшении массо-габаритных характеристик относительно прототипа за счет отличительных признаков предложенного ЭПК.

На чертеже изображен предложенный ЭПК.

На фиг.1 приведен общий вид ЭПК в разрезе.

На фиг.2, 3, 4 показано схематическое изображение элементов при срабатывании:

- на фиг.2 - исходное положение закрытого ЭПК;

- на фиг.3 - промежуточное положение подвижных элементов в процессе открытия;

- на фиг.4 - открытое положение ЭПК.

Устройство предложенного ЭПК поясняется общим видом на фиг.1.

В корпусе 1 имеются каналы для подсоединения к магистралям: входной 2, выходной 3 и дренажный 4.

Клапан 5 выполнен с возможностью взаимодействия с двухступенчатым поршнем 6.

Управляющий клапан, состоящий из входного 7 и дренажного 8 клапанов с электромагнитным приводом 9, сообщает входную и управляющие полости ЭПК.

Клапан 5 содержит входной 10 и дренажный 11 уплотнители. В корпусе 1 имеется входное седло 12, а на поршне 6 - дренажное седло 13. Входной 10 и дренажный 11 уплотнители выполнены с одной стороны клапана 5, обращенной к поршню 6.

Дренажный канал 4 выведен из полости, расположенной между малой 14 и большой 15 ступенями поршня 6.

В малой ступени 14 выполнен канал 16, сообщающий выходной 3 и дренажный 4 каналы между собой при закрытом положении клапана 5.

В корпусе 1 имеется упор закрытого положения 17, ограничивающий крайнее положение поршня 6 при закрытом клапане 5, и упор открытого положения 18, ограничивающий крайнее положение поршня 6 при открытом клапане 5.

На фиг.2 показан полный ход А поршня 6 от упора закрытого положения 17 до упора открытого положения 18, а также ход Б поршня 6 на перекрытие дренажного канала 4 от упора закрытого положения 17 до контакта поршня 6 в клапан 5.

На фиг.4 показан ход В на открытие входного канала 2 от начала открытия клапана 5 до контакта поршня 6 с упором открытого положения 18.

Работает предложенный ЭПК следующим образом.

В исходном положении давление подано во входной канал 2, напряжение питания на электромагнитном приводе 9 отсутствует. Клапаны 7 и 5 закрыты. Поршень 6 прижат к упору закрытого положения 17. Выходной 3 и дренажный 4 каналы сообщены между собой каналом 16.

При подаче напряжения на электромагнитный привод 9 происходит открытие клапана 7 и закрытие клапана 8. Давление со входного канала 2 попадает на управляющую полость большей ступени 15. Поршень 6 перемещается от упора 17 до упора 18 на величину хода А.

Процесс движения поршня 6 делится на два этапа. На первом этапе поршень 6 перемещается на величину хода Б от упора 17 до контакта седла 13 поршня 6 с уплотнителем 11 клапана 5. При этом происходит перекрытие связи между выходным 3 и дренажным 4 каналами. В этом положении все каналы перекрыты клапаном 5 и седлами 12, 13. На втором этапе происходит совместное с клапаном 5 перемещение поршня 6 и на величину хода В от момента отрыва уплотнителя 11 от седла 12 до контакта поршня 6 в упор 18. При этом происходит открытие связи между входным 2 и выходным 3 каналами.

Закрытие ЭПК происходит в обратном порядке.

Из описания работы предложенного ЭПК видно, что в процессе его срабатывания полностью отсутствуют перетечки рабочей среды из входного канала 2 в дренажный канал 4.

Осуществление изобретения возможно в условиях заводов-изготовителей пневмоарматуры. Планируется внедрение в системах газоснабжения с повышенными требованиями по ударным и вибрационным воздействиям при срабатывании ЭПК.

Приведем оценочный расчет экономии рабочей среды за счет исключения паразитного перетекания ее со входа в дренаж.

В аналоге паразитный массовый (М) расход определяется по формуле:

M=G·t, где

$$G=\mu \cdot F\frac{P}{\sqrt{T}}B\varphi$$ - расход по линии «Вход»-«Дренаж»;

µ=0,82 - коэффициент расхода через ЭПК;

F=0,785 см² - проходное сечение ЭПК;

P=400 кгс/см² - рабочее давление;

T=293 K - температура газа;

Bφ=0,4 - газовые параметры для рабочей среды воздух (азот);

t=t₀·N - суммарное время нахождения открытой связи по линии «Вход»-«Дренаж»;

t₀= 0,05 с - время связи входного и дренажного каналов при переходном процессе срабатывания ЭПК;

N=5000 - ресурс по количеству срабатываний ЭПК.

Определим паразитный расход рабочей среды M, который экономится при использовании предложенного ЭПК:

Приведенный расчет экономии газа показывает, что система газоснабжения упрощается за счет уменьшения на 8 штук баллонов объемом по 400 литров.

Изобретение относится к области электропневмоавтоматики и может быть использовано для заполнения и сброса давления из емкостей в системах газоснабжения давлением до 40 МПа, в которых недопустимы ударные и вибрационные воздействия. В электропневмоклапане входной и дренажный уплотнители выполнены с одной стороны клапана, обращенной к поршню. Дренажный канал выведен из полости, расположенной между ступенями поршня. В малой ступени поршня выполнен канал, сообщающий выходной и дренажный каналы. Дренажное седло выполнено на торце малой ступени поршня. При этом полный ход поршня равен сумме его хода на перекрытие дренажного канала от упора закрытого положения до контакта дренажного седла с клапаном и совместного с клапаном хода на открытие входного канала от седла в корпусе до упора открытого положения. Изобретение направлено на снижение уровня виброшумовых характеристик за счет исключения перетекания рабочей среды под давлением со входа в дренаж, а также уменьшение массо-габаритных характеристик. Обеспечивается экономия запасов газа и баллонов системы газоснабжения. 4 ил.

Электропневмоклапан, содержащий корпус с входным, выходным и дренажным каналами, клапан, взаимодействующий с двухступенчатым поршнем, входное и дренажное седла, управляющий клапан с электромагнитным приводом, отличающийся тем, что входной и дренажный уплотнители выполнены с одной стороны клапана, обращенной к поршню, дренажный канал выведен из полости, расположенной между ступенями поршня, в малой ступени поршня выполнен канал, сообщающий выходной и дренажный каналы, дренажное седло выполнено на торце малой ступени поршня, при этом полный ход поршня равен сумме его хода на перекрытие дренажного канала от упора закрытого положения до контакта дренажного седла с клапаном и совместного с клапаном хода на открытие входного канала от седла в корпусе до упора открытого положения.