ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН ДЛЯ КРИОГЕННОГО ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК F16K13/00 F16K31/06 

Область техники

[0001] Изобретение относится к области электромагнитных клапанов. Точнее, изобретение относится к электромагнитному клапану шарового типа для управления подачей топлива, в частности, для управления подачей ракетного топлива в космическом летательном аппарате.

Уровень техники

[0002] Ракета приводится в движение с помощью топлива (ракетного топлива), содержащегося в бортовых топливных резервуарах. Для питания двигателей точным образом, с топливными резервуарами связаны соленоидные клапаны. Эти клапаны обычно содержат электромагнитные исполнительные механизмы, использующие ток из электрической сети ракеты, причем эти исполнительные механизмы вынуждены приспосабливаться к доступному напряжению и силе тока.

[0003] Для удержания электромагнитного клапана открытым, необходимо непрерывно подавать питание на его катушку. Однако, как результат, ток, циркулирующий в этой катушке, повышает температуру клапана, в некоторых случаях, до 100°С, что может вызывать воспламенение топлива. Само собой разумеется, что этой ситуации следует избегать всеми возможными способами.

[0004] Топливо представляет собой ракетное топливо, циркулирующее в газообразной форме при температуре, достигающей –200°С, и под давлением приблизительно 400 бар. Это давление, как и вибрации ракеты в ходе отрыва от земли, прикладывают к уплотнительным элементам значительные усилия. Эти вибрации могут приводить к ускорениям до 60g, что, вместе с динамическими нагрузками закрывающих передвижений, ускоряет износ поверхностей уплотнения. В случае шара, взаимодействующего с седлом, это закрывающее передвижение обычно вызывает поглощение седлом кинетической энергии плунжера электромагнитного клапана. Для шаров уменьшенного размера это приводит к деформационному упрочнению седла и к сплющиванию шарового толкателя. В ходе циклов закрывания этот толкатель не отодвигает шар достаточно далеко от его седла, и в отсутствие достаточного проходного сечения необходимый поток становится недоступным. В дополнение, износ седла уменьшает номинальную герметичность. Поэтому было бы интересно предложить клапан с шаром, отталкиваемым от седла из соответствующего отверстия.

[0005] Документ DE 102007010213 B3 представляет клапан, приводимый в действие электромагнитно. Этот клапан содержит первичное седло, закрытое уплотнением, которое, в свою очередь, снабжено вторичным седлом, уравновешивающим давления в ходе открывания. Это вторичное седло закрывается с помощью шара, удерживаемого в закрытом положении пружиной, и открывается благодаря игле, толкаемой плунжером, заключенным в соленоиде. Открывающее передвижение шара выполняется через седло, что делает возможным предотвращение вдавливания шара в седло в ходе закрывания. В этой конфигурации седлом поглощается только кинетическая энергия шара и пружины. Однако, такой клапан обладает резким приведением шара в действие. Кроме того, удлиненная форма клапана подвергает его воздействию, в частности, вибрации за счет инерции подвешенных частей.

Краткое описание изобретения

Техническая задача

[0006] Целью изобретения является преодоление по меньшей мере одной из задач, поставленных известным уровнем техники. Точнее, целью изобретения является предложение решения по замещению известного уровня техники. Дальнейшей целью изобретения также является уменьшение динамических нагрузок на клапан в ходе его приведения в действие и, в то же время, сохранение его безотказности в эксплуатации.

Техническое решение

[0007] Данное изобретение относится к электромагнитному клапану, в частности, для криогенного газа, причем клапан содержит: проход, соединяющий впуск с выпуском; седло с уплотняющим шаром, связанным с впуском; магнитную цепь с катушкой и плунжером, взаимодействующим с шарами так, чтобы перемещать эти шары относительно их седла с тем, чтобы открывать и/или закрывать клапан; и отличается тем, что плунжер содержит две магнитные части, подвижные одна относительно другой под действием магнитного поля, генерируемого катушкой, так, чтобы они асинхронно перемещали каждый шар с целью открывания и/или закрывания относительно его седла.

[0008] Изобретение также относится к электромагнитному клапану, в частности, для криогенного газа, причем клапан содержит: проход, соединяющий впуск с выпуском; седло, связанное с этим проходом; шар, взаимодействующий с этим седлом так, чтобы он был способен изолировать указанный проход; магнитную цепь с катушкой и плунжером, перемещающим указанный шар от его седла так, чтобы открывать и/или закрывать указанный проход; и отличается тем, что указанный плунжер содержит две магнитные части, подвижные одна относительно другой и приводимые в действие магнитным потоком, генерируемым указанной катушкой в магнитной цепи.

[0009] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения каждая из указанных магнитных частей плунжера содержит ферромагнитный материал и является окруженной катушкой, возможно, по большей части длины по меньшей мере одной или каждой из этих частей.

[0010] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения указанные магнитные части скользят одна внутри другой, причем одна из частей предпочтительно содержит кольцевую полость, в которую перемещается вторая из этих двух частей.

[0011] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одна или каждая из указанных магнитных частей содержит часть, вытянутую в направлении перемещения плунжера, причем эта или каждая вытянутая часть взаимодействует с шаром так, чтобы она была способна толкать указанный шар, и/или так, чтобы она была способна тянуть указанный шар.

[0012] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения одна из указанных магнитных частей содержит уплотняющую деталь седла с полостью, в которую вводится шар или по меньшей мере один шар, и/или вторая из указанных частей содержит иглу, сконфигурированную для толкания шара или по меньшей мере одного шара.

[0013] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения указанные части представляют собой первичную часть и вторичную часть, причем первичная часть, возможно, имеет диаметр больше, чем у вторичной части, и/или вторичная часть имеет осевую длину больше, чем у первичной части.

[0014] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения первичная часть расположена в проходе выше по потоку, а вторичная часть расположена в проходе ниже по потоку, причем масса вторичной части, возможно, меньше массы первичной части.

[0015] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения клапан содержит вторичный постоянный магнит, расположенный между магнитными частями плунжера, возможно, внутри первичной части.

[0016] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения клапан содержит вторичную пружину, расположенную между магнитными частями плунжера для их размещения на расстоянии, причем вторичный магнит и вторичная пружина, возможно, расположены на противоположных поверхностях вторичной части.

[0017] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения клапан содержит пружину, удерживающую шар в закрытом положении, причем этот шар расположен между указанной пружиной и плунжером, и первичная часть выталкивает шар из его седла при нахождении катушки под током.

[0018] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения клапан содержит два автоклавных шара, каждый из которых приводится в действие одной из указанных магнитных частей.

[0019] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения седло представляет собой седло впуска, а шар представляет собой шар впуска, причем клапан предпочтительно также содержит выхлоп, расположенный в проходе с той же стороны первичной части, что и выпуск, причем выхлоп, возможно, содержит седло выхлопа, сообщающееся с седлом впуска посредством прохода, и шар выхлопа, способный изолировать это седло выхлопа.

[0020] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения клапан содержит первичную пружину и первичный постоянный магнит, пригодный для удерживания первичной части в положении ниже по потоку, причем первичная часть предпочтительно расположена между первичной пружиной и первичным магнитом.

[0021] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения проход представляет собой управляющий проход, а клапан также содержит уровень распределения текучей среды, сообщающийся с этим управляющим проходом, причем уровень распределения содержит распределительный проход, распределительный впуск с седлом и распределительный выпуск с седлом, два клапана — избирательно открывающий и закрывающий, соответственно, седло распределительного впуска и седло распределительного выпуска.

[0022] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения распределительные клапаны управляются распределительным поршнем, сообщающимся с управляющим проходом, возможно, посредством выпуска управляющего прохода, причем впуск управляющего прохода предпочтительно сообщается с распределительным впуском независимо от открывания или закрывания клапана.

[0023] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения клапан представляет собой клапан высокого давления. Высокое давление может означать, что клапан является пригодным для текучих сред с давлением более 50 бар, предпочтительно большим или равным 200 бар, более предпочтительно большим или равным 400 бар.

[0024] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения магнитные части расположены в проходе, в частности, в управляющем проходе, причем магнитные части предпочтительно сконфигурированы так, чтобы они были способны к свободному поступательному движению одна относительно другой.

[0025] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения одно или каждое седло имеет диаметр, меньший или равный 2,00 мм, предпочтительно менее 1,20 мм.

[0026] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения один или каждый шар имеет диаметр, меньший или равный 3,50 мм, предпочтительно менее 2,00 мм, более предпочтительно менее 1,60 мм.

[0027] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения магнитная цепь содержит магнитную оболочку, заключающую магнитные части.

[0028] В соответствии с одним из преимущественных вариантов осуществления изобретения по меньшей мере одна из магнитных частей содержит отверстие или канавку на ее наружной поверхности, позволяющую текучей среде проходить от одной лицевой поверхности к другой лицевой поверхности указанной плунжерной части.

[0029] Преимущественные варианты осуществления каждого из предметов изобретения, в целом, также применимы и к другим предметам изобретения.

Обеспечиваемые преимущества

[0030] Разделение плунжера делает возможным фазирование его работы, т.е. наличие трех этапов в ходе перемещений частей плунжера и/или наличие трех значений магнитного потока, проходящего через плунжер. Вслед за подачей тока на катушку поток в магнитной цепи может постепенно возрастать, а усилие, прикладываемое плунжером к одному шару или каждому шару, может развиваться со временем.

[0031] В дополнение, изобретение делает возможным управление подающим проходным отверстием, выпуском и выхлопным проходным отверстием при помощи единственной катушки. Предложенное решение требует только уменьшенного количества деталей, что ограничивает неопределенность управления каждым шаром в результате рассеяний в боковых цепях. Разделение плунжера уменьшает массу каждой части в движении, что ограничивает динамические нагрузки. Благодаря усилению раздвижного плунжера по амплитуде, можно уменьшить его размер, как и размер оболочки и катушки. Таким образом, преимущественно уменьшается требуемое пространство.

Краткое описание графических материалов

[0032] Фигура 1 показывает электромагнитный клапан в соответствии с изобретением.

[0033] Фигура 2 показывает управляющую часть электромагнитного клапана в закрытом положении в соответствии с изобретением.

[0034] Фигура 3 показывает управляющую часть электромагнитного клапана в промежуточном положении в соответствии с изобретением.

[0035] Фигура 4 показывает управляющую часть электромагнитного клапана в открытом положении в соответствии с изобретением.

Описание вариантов осуществления изобретения

[0036] Нижеследующее описание осевого направления соответствует направлению перемещения частей плунжера.

[0037] Фигура 1 показывает клапан 2 с электрическим исполнительным механизмом, точнее, с электромагнитным и механическим исполнительным механизмом. Клапан 2 делает возможным управление течением находящейся под давлением текучей среды, которая, например, является газообразной. Клапан 2 показан здесь в закрытом состоянии, причем клапан принимает указанное состояние в отсутствие электрического питания. Однако, клапан может быть выполнен с возможностью оставаться открытым в состоянии покоя и снова закрываться, находясь под током.

[0038] Клапан 2 содержит уровень 4 распределения, управляющий распределением текучей среды, и уровень 6 управления, или управляющий уровень 6, управляющий уровнем 4 распределения. Клапан 2 может содержать корпус 8, возможно, являющийся общим для двух этих уровней или, в альтернативном варианте, образованным из двух деталей. Корпус 8 может содержать ферромагнитную оболочку 9, делающую возможным формирование магнитной цепи на уровне 6 управления. Клапан содержит впуск 10, общий для уровня 4 распределения и уровня 6 управления.

[0039] Уровень 4 распределения содержит распределительный проход 12, соединяющий распределительный впуск 14 с седлом, и распределительный выпуск 16 или пользовательское проходное отверстие. Указанный выпуск 16 снабжен седлом. Распределительный проход 12 необязательно содержит выхлоп 18, причем выпуск 16 находится между впуском 14 и выхлопом 18. Уровень 4 распределения также содержит распределительные клапаны (20; 22), взаимодействующие с седлами уровня 4 распределения так, чтобы они изолировали указанные седла. Клапаны (20; 22) скреплены друг с другом и удерживаются в закрытом положении благодаря пружине 24. После их перемещения клапаны (20; 22) занимают открытое положение, показанное штриховой линией, в котором впускной клапан 20 открывает свое седло, в то время как выхлопной клапан 22 закрывает свое седло.

[0040] Распределительные клапаны (20; 22) управляются распределительным поршнем 26, приводимым в действие посредством давления находящейся под давлением текучей среды клапана 2. Поршень 26 может представлять собой поршень 26 с сильфонами 28, или он может представлять собой поршень, вставленный в отверстие соответствующего диаметра. Внутренняя часть сильфонов 28 может сообщаться с ближайшим выхлопом 18 посредством отверстия 30. Поршень 26 заключен в камере 32, где колебания давления вызывают поступательное движение указанного поршня, причем это поступательное движение сообщается клапанам (20; 22) посредством штока 34. Давление в камере 32 поршня управляется уровнем 6 управления. Поршень 26 обеспечивает механический, пневмогидравлический исполнительный механизм.

[0041] Уровень 6 управления содержит управляющий проход 36, соединяющий управляющий впуск 38 с седлом, и по меньшей мере один управляющий выпуск 40. Управляющий выпуск 40 находится в гидравлическом сообщении с поршнем 26 уровня 4 распределения посредством трубопровода 42. Таким образом, когда уровень 6 управления открывается, давление на впуске 10 клапана 2 прикладывается к поршню 26 и перемещает указанный поршень. Управляющий впуск 38 и распределительный впуск 14 соединены каналом, который, в свою очередь, ведет из первичного впуска 10 клапана 2.

[0042] Управляющий проход 36 может необязательно содержать управляющий выхлоп 44 с седлом, причем управляющий проход 40 находится между управляющим впуском 38 и управляющим выхлопом 44. Управляющий выхлоп 44 является преимущественным в том, что, когда уровень 6 управления является разъединенным, давление на поршне 26 понижается, и в том, что впускной клапан 20 изолирует седло впуска уровня 4 распределения так, чтобы он больше не распределял текучую среду.

[0043] Фигура 2 показывает уровень 6 управления в закрытом положении, в состоянии покоя, когда на клапан 2 не подается электрическое питание. Закрытое состояние уровня 6 управления можно получить, изолируя его впуск и/или изолируя его выпуск.

[0044] Управляющий впуск 38 содержит шар 46 впуска, делающий возможным закрывание указанного впуска. Шар 46 может быть расположен выше по потоку относительно седла впуска так, чтобы давление текучей среды удерживало указанный шар закрытым, по существу, создавая шаровой автоклав. В это действие по герметизации может быть вовлечена пружина 48. Выбор шара 46 является преимущественным, поскольку этот элемент может быть изготовлен со строгими допусками сферичности, конкретнее, в микрометровом интервале, что ограничивает утечки. Шар 46 может быть плотно прижат к своему седлу для того, чтобы деформировать указанное седло с тем, чтобы лучше подогнать уплотняющий стык. Управляющий выхлоп 44 может содержать шар 50 выше по потоку относительно седла для того, чтобы изолировать указанное седло так, чтобы давление могло вносить вклад в размещение шара на его седле. В показанном состоянии шар 50 выхлопа отнесен от своего седла так, что две лицевые поверхности поршня остаются под давлением выхлопа, то есть под равновесным давлением. Шары (46; 50) могут быть изготовлены из керамического материала для того, чтобы увеличить срок их службы и ограничить инерцию. Диаметр указанных шаров может быть равен 1,59 мм, а диаметр отверстий соответствующих седел может быть равен 1,12 мм. Эти геометрические размеры ограничивают как массу, так и воздействия давления текучей среды на шары, противодействующие указанному давлению в ходе открывания.

[0045] В соответствии с одним из альтернативных вариантов изобретения расположение выпускного и выхлопного трубопроводов уровня управления может быть обратным. Аналогично, вместо нахождения на выхлопе шар выхлопа может быть предусмотрен на выпуске, или может быть добавлен третий шар.

[0046] Уровень 6 управления содержит магнитные приводные средства. Они могут содержать катушку 52, возможно, окружающую управляющий проход 36. Катушка 52 может содержать несколько элементов, несколько соленоидов, расположенных рядом вдоль оси и/или установленные один внутри другого. Катушка 52 может быть расположена между впуском 38 и выпуском 40 уровня 6 управления. Управляющий проход 36 также может быть окружен магнитной оболочкой 9, образующей магнитную цепь, и указанный проход 36 может, в целом, проходить через оболочку 9.

[0047] Уровень 6 управления содержит плунжер 54, расположенный внутри катушки 52 и в управляющем проходе 36, где он подвергается действию магнитного потока магнитной цепи. Плунжер 54 может содержать ферромагнитный материал так, чтобы он направлял силовые линии магнитного потока. Плунжер 54 является подвижным, и его перемещения делают возможным открывание и закрывание уровня 6 управления.

[0048] Плунжер 54 является раздвижным, т.е. он является как раскладным, так и складным. Передвижения указанного плунжера выполняются параллельно оси 56 соленоида 52. Для этой цели плунжер содержит по меньшей мере две магнитные части (58; 60), из которых одна представляет собой первичную часть 58, и одна — вторичную часть 60. Магнитные части (58; 60) обе являются подвижными относительно управляющего прохода 36 и подвижными одна относительно другой. Первичная часть 58 скользит в управляющем проходе 36 в соприкосновении с внутренней облицовкой 62, ограничивающей заедание. Части (58; 60) магнитно взаимодействуют одна с другой и являются встроенными в магнитную цепь, и через каждую часть может проходить одна и та же силовая линия этой цепи. Части (58; 60) являются шарнирно сочлененными одна с другой посредством механического соединения, например, соединения ползуном или скользящего шарнирного соединения.

[0049] Части (58; 60) могут находиться в соприкосновении одна с другой или могут находиться в соприкосновении посредством внутренней облицовки 62 во избежание магнитного заедания указанных частей, которое могло бы нарушить их кинематику. Части (58; 60) имеют, в целом, цилиндрические формы, но также могут содержать четырехугольные секции. Представлены две магнитные части (58; 60), однако можно расположить три или большее количество магнитных частей, взаимодействующих совместно.

[0050] Первичная часть 58 может проходить дальше вверх по потоку в направлении управляющего впуска 38 и может иметь наибольшую ширину и/или наибольшую массу. Она имеет, в целом, цилиндрическую или трубчатую форму с внутренней цилиндической полостью 64. Она ограничена кольцевой стенкой 66 и двумя дисками, из которых один представляет собой диск 68 с отверстиями ниже по потоку, а второй — диск 70 выше по потоку с иглой 72, делающей возможным отталкивание шара 46 впуска от его седла.

[0051] Вторичная часть 60 содержит корпус с ферромагнитной цилиндрической частью 74 и стержень 76, продолжающий цилиндрическую часть 74. Стержень 76 может содержать ниже по потоку полость 78, заключающую шар 50 выхлопа, причем входное отверстие полости 78 содержит плечо или сужение для блокирования этого шара в полости с тем, чтобы иметь возможность поднимать указанный шар с его седла.

[0052] Магнитные части (58; 60) скользят одна внутри другой, причем первичная часть 58 окружает вторичную часть 60. Кольцевая стенка 66 заключает цилиндрическую часть 74 вторичной части 60, причем диски (68; 70) первичной части 58 ограничивают указанную цилиндрическую часть 74 по оси. Первичная часть 58 может содержать внутренний стопор 80, ограничивающий перемещение вторичной части, причем стопор 80, возможно, представляет собой вторичный постоянный магнит 80, также делающий возможным удерживание вторичной части 60 выше по потоку. Вторичная пружина 82 также может делать возможным проталкивание вторичной части 58 обратно вниз по потоку. Вторичная пружина 82 и вторичный магнит 80 преимущественно расположены внутри полости 64 первичной части 58 на противостоящих лицевых поверхностях цилиндрической части 74 вторичной части 60, и они действуют в одном и том же направлении.

[0053] Уровень 6 управления также содержит первичный постоянный магнит 84, расположенный ниже по потоку относительно управляющего прохода 36 и, возможно, имеющий круглую форму. Он удерживает первичную часть 58 в закрытом положении, заданном сзади относительно седла управляющего впуска 38. В дополнение, первичная пружина 86 оттягивает первичную часть 58 к первичному магниту 84 ниже по потоку так, чтобы указанная первичная часть оставалась в закрытом положении.

[0054] Фигура 3 показывает уровень 6 управления на промежуточном этапе открывающего передвижения уровня 6 управления, когда катушка 52 находится под током. Здесь плунжер 54 отходит от закрытого положения.

[0055] Когда катушка 52 находится под током, в магнитной цепи возникает магнитный поток 88. Поток 88 циркулирует в оболочке 9 и проходит через плунжер 54, причем магнитный поток 88, в частности, проходит через магнитные части (58; 60). Магнитный поток 88 создает магнитные силы в воздушных зазорах E1, E2, E3, E4, представленных в соответствии с направлением течения. Эти воздушные зазоры разделены между оболочкой и плунжером 54. Воздушный зазор Е1 находится между оболочкой 9 и лицевой поверхностью первичной части 58 выше по потоку, например, ее диском 70 выше по потоку. Воздушный зазор Е2, закрытый в состоянии покоя, находится между диском 70 выше по потоку и цилиндрической частью 74 вторичной части 60. Воздушный зазор Е3 находится между цилиндрической частью 74 вторичной части 60 и диском 68 ниже по потоку. Воздушный зазор Е4, закрытый в состоянии покоя и в настоящем промежуточном состоянии, находится между оболочкой 9 и лицевой поверхностью первичной части 58 ниже по потоку, например, ее диском 68 ниже по потоку. Для того чтобы сделать возможным перемещение вторичной части 60 в первичную часть 58, может потребоваться, чтобы промежуток воздушного зазора Е3 был меньше, чем промежуток воздушного зазора Е2, поскольку проходные сечения 88 потока могут быть сходными.

[0056] Магнитные части (58; 60) сконфигурированы так, что в первую очередь уменьшается воздушный зазор Е3 с тем, чтобы переместить вторичную часть 60 до первичной части 58. Для осуществления этого необходимо оптимизировать массу частей, ширину воздушных зазоров, сечения воздушных зазоров, размер и положение магнитов (80; 84), жесткость и натяг пружин (82; 86), проходные сечения потока в ферромагнитных частях (58; 60) и используемые ферромагнитные материалы. Сечение воздушных зазоров понимается как означающее поверхность, через которую проходит поток 88.

[0057] При приведении в действие катушки 52 магнитная сила противодействует удерживающим усилиям вторичной пружины 82 и вторичного магнита 80. Вторичная часть 60 перемещается вниз по потоку, уменьшая воздушный зазор Е3. Вторичная часть 60 может упираться в шар 50 выхлопа на его седле так, чтобы изолировать управляющий выхлоп 44. Разумеется, перемещение вторичной части 60 может изменять магнитный поток 88 в первичной части 58.

[0058] Фигура 4 показывает открытое положение уровня 6 управления. Плунжер 54 развернут вдоль оси относительно закрытого положения.

[0059] После того, как вторичная часть 60 переместилась относительно первичной части 58, последняя движется относительно управляющего прохода 36. Первичная часть 58 движется в направлении вверх по потоку, уменьшая воздушный зазор Е1, а также уменьшая воздушный зазор Е3, в частности, закрывая указанный воздушный зазор. Диск 70 первичной части 58 выше по потоку может соприкасаться со стенкой управляющего прохода 36 выше по потоку, в которой сформирован управляющий впуск 38, и/или диск 68 первичной части 58 ниже по потоку может примыкать к находящейся ниже по потоку лицевой поверхности цилиндрической части 74 вторичной части 60. В ходе этой последней фазы открывания уровня 6 управления воздушный зазор Е4 становится больше.

[0060] По мере движения в направлении вверх по потоку первичная часть 58 посредством ее толкателя, а данном случае иглы 72, толкает шар 46 впуска. Шар 46 впуска поднимается со своего седла и допускает циркуляцию текучей среды 90 через проход 36. Давление текучей среды 90 сообщается от впуска 38 выпуску 40 и, в частности, поршню, приводящему в действие клапаны уровня распределения с целью открывания распределительного впуска.

[0061] Текучая среда может проходить через плунжер 54 или обходить его. В частности, текучие среды могут проходить через каждую из магнитных частей (58; 60) или обходить ее. Текучая среда 90 может циркулировать через полость 64 первичной части. Части (58; 60) могут содержать отверстия 92, проходящие сквозь диски (68; 70) цилиндрической части 74 вторичной части. На кольцевой стенке первичной части и/или на наружной поверхности цилиндрической части вторичной части могут быть сформированы осевые канавки. Эти канавки могут быть сформированы на внутренней стенке, ограничивающей управляющий проход, например, для обхода первичной части.

[0062] Здесь следует отметить, что указанная циркуляция предусмотрена в направлении выпуска, а не в направлении выхлопа, поскольку он был предварительно закрыт его шаром 50. В полости 78 может быть предусмотрено отверстие 94 для размещения шара 50 выхлопа, еще ближе к его седлу. В отсутствие отверстия 90 уплотнение вокруг выхлопа может обеспечивать стержень 76 вторичной части 58.

[0063] До тех пор, пока электрический ток питает катушку 52, части (58; 60) остаются в их открытых конфигурациях. При отключении электрического тока магнитные силы, вырабатываемые катушкой 52 в цепи, уменьшаются и могут исчезнуть. Воздействия пружин (82; 86) и магнитов (80; 84) оттягивают магнитные части (58; 60) в положения покоя, такие, как положение на Фигуре 2. Пружина и/или первичный магнит может быть сильнее их вторичных аналогов, например, настолько, что первичная часть 58 возвращается в положение покоя первой, что делает возможным закрывание шара 46 впуска до открывания шара 50 выхлопа. Эта предосторожность делает возможным ограничение потери текучей среды через выхлоп.

Изобретение относится к области электромагнитных клапанов. Электромагнитный клапан для криогенного газа содержит: впуск, выпуск, проход, соединяющий впуск с выпуском, седло, связанное с проходом, шар, взаимодействующий с седлом для изолирования прохода, магнитную цепь. Магнитная цепь содержит катушку, генерирующую магнитный поток в магнитной цепи, и магнитный плунжер, перемещающий шар от его седла для открывания и/или закрывания прохода. Магнитный плунжер содержит две магнитные части, помещенные в магнитный поток, при этом две магнитные части представляют собой первичную часть и вторичную часть, подвижные одна относительно другой и приводимые в действие магнитным потоком, генерируемым катушкой в магнитной цепи. Первичная часть включает в себя диск с отверстиями, а вторичная часть включает в себя стержень, пересекающий диск с отверстиями и перемещающий шар от его седла, для управления течением через проход. Техническим результатом является уменьшение динамических нагрузок на клапан в ходе его приведения в действие и в то же время сохранение его безотказности в эксплуатации. 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Электромагнитный клапан (2) для криогенного газа, при этом клапан (2) содержит:

- впуск (38);

- выпуск (40);

- проход (36), соединяющий впуск (38) с выпуском (40);

- седло, связанное с проходом (36);

- шар (50), взаимодействующий с седлом для изолирования прохода (36);

- магнитную цепь, содержащую:

- катушку (52), генерирующую магнитный поток в магнитной цепи;

- и магнитный плунжер (54), перемещающий шар (50) от его седла для открывания и/или закрывания прохода (36);

отличающийся тем, что

магнитный плунжер (54) содержит две магнитные части (58; 60), помещенные в магнитный поток, при этом две магнитные части (58; 60) представляют собой первичную часть (58) и вторичную часть (60), подвижные одна относительно другой и приводимые в действие магнитным потоком (88), генерируемым катушкой (52) в магнитной цепи, причем первичная часть (58) включает в себя диск (68) с отверстиями, а вторичная часть (60) включает в себя стержень (76), пересекающий диск (68) с отверстиями и перемещающий шар (50) от его седла, для управления течением через проход.

2. Клапан (2) по п. 1, отличающийся тем, что каждая из магнитных частей (58; 60) магнитного плунжера (54) содержит ферромагнитный материал и является окруженной катушкой (52), возможно, по большей части длины по меньшей мере одной или каждой из частей (58; 60).

3. Клапан (2) по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что магнитные части (58; 60) выполнены с возможностью скольжения одна внутри другой, причем первичная часть (58) содержит кольцевую полость (64) для перемещения внутри нее вторичной части (60).

4. Клапан (2) по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что первичная часть (58) содержит деталь (72), вытянутую в направлении перемещения магнитного плунжера (54), причем вытянутая деталь предусмотрена для взаимодействия с шаром (46) впуска таким образом, чтобы иметь возможность толкать указанный шар (46) впуска и/или тянуть указанный шар (46) впуска.

5. Клапан (2) по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что стержень (76) содержит полость (78), в которую введен шар (50), и/или первичная часть (58) содержит иглу (72), выполненную с возможностью толкания указанного шара (46) впуска.

6. Клапан (2) по п. 1, отличающийся тем, что первичная часть (58) имеет диаметр, больший, чем у вторичной части (60), и/или вторичная часть (60) имеет длину в осевом направлении, большую, чем у первичной части (58).

7. Клапан (2) по п. 6, отличающийся тем, что первичная часть (58) расположена выше по потоку в проходе (36), а вторичная часть (60) расположена ниже по потоку в проходе (36), причем масса вторичной части (60), возможно, меньше массы первичной части (58).

8. Клапан (2) по одному из пп. 6 или 7, отличающийся тем, что клапан содержит вторичный постоянный магнит (80), расположенный между магнитными частями (58; 60) плунжера, возможно, внутри первичной части (58).

9. Клапан (2) по п. 8, отличающийся тем, что клапан содержит вторичную пружину (82), расположенную между магнитными частями (58; 60) плунжера, для размещения их на расстоянии, причем вторичный магнит (80) и вторичная пружина (82), возможно, расположены на противостоящих лицевых поверхностях вторичной части (58).

10. Клапан (2) по п. 4, отличающийся тем, что клапан содержит пружину (48), удерживающую шар (46) впуска в закрытом положении, причем шар (46) впуска расположен между указанной пружиной и плунжером (54) и при этом первичная часть (58) выполнена с возможностью отталкивания шара (46) впуска от его седла при нахождении катушки (52) под током.

11. Клапан (2) по п. 4, отличающийся тем, что шар (50) и шар (46) впуска представляют собой автоклавные шары (46; 50), каждый из которых может быть приведен в действие одной из магнитных частей (58; 60).

12. Клапан (2) по п. 6, отличающийся тем, что клапан содержит первичную пружину (86) и первичный постоянный магнит (84), пригодные для удерживания первичной части (58) в положении ниже по потоку, причем первичная часть (58) предпочтительно расположена между первичной пружиной (86) и первичным магнитом (84).

13. Клапан (2) по п. 1, отличающийся тем, что проход представляет собой управляющий проход (36) и при этом клапан (2) также содержит уровень (4) распределения текучей среды, сообщающийся с управляющим проходом (36), причем уровень распределения содержит распределительный проход (12), распределительный впуск (14) с седлом и распределительный выпуск (16) с седлом, причем два клапана (20; 22) выполнены с возможностью избирательно открывать и закрывать седло распределительного впуска и седло распределительного выпуска.

14. Клапан (2) по п. 13, отличающийся тем, что распределительные клапаны (20; 22) выполнены с возможностью управления посредством распределительного поршня (26), сообщающегося с управляющим проходом (36), возможно, посредством выпуска (40) управляющего прохода (36), причем впуск (38) управляющего прохода (36) предпочтительно сообщается с распределительным впуском (14) независимо от открывания или закрывания клапана (2).