Регулирующий клапан Российский патент 2020 года по МПК F16K31/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относиться к арматуростроению, в частности к клапанам с электромагнитным приводом, и может быть использовано в конструкциях вакуумных систем, а также в устройствах дистанционного управления потоками различных газов и жидкостей.

Уровень техники

Известен электромагнитный клапан, содержащий механизм ручного управления для установки клапана в открытое состояние, электромагнит, седло клапана, якорь с запорным органом, выполненные с возможностью перемещения между седлом клапана и электромагнитом, и две шайбы. Одна шайба выполнена из магнитного, другая шайба - из магнитопроводящего материала. Обе шайбы установлены с одной стороны относительно запорного органа с якорем, а электромагнит - с другой стороны. Одна из шайб жестко связана посредством штока с запорным органом и якорем, другая установлена неподвижно. При переходе клапана в закрытое состояние, обе шайбы находятся в непосредственной близости друг от друга, а одна из шайб выполнена с возможностью регулировки конечного расстояния между ними (см. патент RU №2282090, кл. F16K 31/06).

Известен электромагнитный клапан, содержащий 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 (см. патент RU №2282771, кл. F16K 31/06).

Известен клапан электромагнитный, основной запорный орган которого установлен в цилиндрической полости корпуса, а в его внутренней полости расположен вспомогательный клапан, соединенный штоком с электромагнитным приводом, причем он снабжен дополнительным электромагнитом, якорь которого соединен с рычагом, закрепленным на корпусе, а на штоке вспомогательного клапана установлен упор, воспринимающий воздействие указанного рычага (см. патент SU №456952, кл. F16K 31/06).

Данные аналоги имеют следующие общие недостатки. В описанных конструкциях нет возможности в автоматическом режиме установить и зафиксировать клапан в промежуточном положении, а также изменять это положение в динамике для регулирования потока рабочей среды.

Наиболее близким по технической сущности, достигаемому эффекту и принимаемый авторами за прототип является электромагнитный клапан, содержащий корпус с патрубками, шток с плунжером, электромагнит с двумя катушками, при этом якорь фиксируется пружинами в нейтральном положении и находится между намагничивающими катушками и когтеобразными полюсами, причем якорь изготовлен из двух магнитомягких вставок и немагнитной прослойки, две катушки электромагнита намотаны на магнитопроводы (см. патент RU №2357143, кл. F16K 31/06).

Недостатками прототипа является несимметричное расположение приводной части конструкции, что усложняет изготовление опоры для приводной части конструкции и создает технические условия для возникновения заклинивания из-за перекоса штока под действием давления потока рабочей среды.

Раскрытие изобретения

Технический результат, который достигается с помощью изобретения, сводится к созданию технической возможности автоматического изменения положения плунжера и его фиксирование в промежуточных состояниях для регулирования и изменения интенсивности потока рабочей среды.

Технический результат достигается с помощью регулирующего клапана, содержащего корпус с патрубками, плунжер, соединенный через вал с линейным электроприводом, который состоит из двух идентичных цилиндрических магнитопроводов с намагничивающими катушками и выводами, между которыми в средней части вала на резьбе закреплен сборный якорь, при этом линейный электропривод расположен осесимметрично относительно вала и плунжера, сборный якорь представляет собой трехслойную конструкцию, в средней части которой имеется прослойка с двумя запрессованными с противоположных сторон магнитопроводящими дисками, имеющими прямоугольное сечение с выточкой в форме трапециевидного тороида, образующей когтеобразные полюса сборного якоря симметричной магнитной системы линейного электропривода, цилиндрические магнитопроводы линейного электропривода имеют когтеобразные полюса, залитые упругим уплотнителем, в цилиндрических магнитопроводах относительно оси симметрии вала выполнены отверстия для подшипников скольжения, в которые вставлен вал.

Применение заявленного регулирующего клапана обеспечивает высокую точность дозирования, создает возможность автоматически управлять интенсивностью потока рабочей среды, повышает надежность конструкции за счет нового линейного электропривода и его симметричного расположения относительно плунжера.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлен общий вид регулирующего клапана в разрезе.

На Фиг. 2 представлен детальный чертеж линейного электропривода регулирующего клапана в разрезе.

На Фиг. 3 показан один из четырех идентичных сегментов полюсов симметричной магнитной системы линейного электропривода.

Осуществление изобретения

Регулирующий клапан состоит из корпуса 1, который через резьбовые соединения 2 прикреплен к патрубкам 3 для врезки в технологические трубопроводы (на фиг. 1 не показаны), в которых происходит регулирование потока рабочей среды за счет перемещения типового механизма плунжера 4. Перемещение плунжера 4 обеспечивает соединенный через вал 5 и осесимметрично расположенный в верхней части корпуса 1 линейный электропривод. Линейный электропривод является сборной конструкцией (см. фиг. 2), состоящей, в том числе, из идентичных по размерам верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов с одинаковыми когтеобразными полюсами 8 магнитопроводов (см. фиг. 3), внутри которых намотаны соответственно верхняя 9 и нижняя 10 намагничивающие катушки.

Между верхним 6 и нижним 7 цилиндрическими магнитопроводами расположен сборный якорь 11, который с помощью резьбы 12 крепится к средней части вала 5. Сборный якорь 11 представляет собой трехслойную конструкцию, в средней части которой имеется прослойка 13 с двумя запрессованными с противоположных сторон магнитопроводящими дисками 14. Прослойка 13 выполнена из немагнитного материала для разделения магнитных полей верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушек. Магнитопроводящие диски 14 в разрезе имеют прямоугольное сечение с выточкой в форме трапециевидного тороида, образующей когтеобразные полюса 15 на сборном якоре 11 симметричной магнитной системы линейного электропривода.

В верхнем цилиндрическом магнитопроводе 6 выполнено отверстие, в которое вставлен опорный подшипник скольжения 16, а в нижнем цилиндрическом магнитопроводе 7 - вставлен проходной подшипник скольжения 17. Подшипники скольжения 16 и 17 выполняют центрирование цилиндрических магнитопроводов 6 и 7 относительно оси симметрии вала 5 и обеспечивают его возвратно-поступательное перемещение с минимальным трением.

Части верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов с когтеобразными полюсами 8 залиты упругим уплотнителем 18. Уплотнитель 18 предотвращает прилипание магнитопроводящих дисков 14 к цилиндрическим магнитопроводам 6 и 7, а также обеспечивает дополнительную герметизацию намагничивающих катушек 9 и 10.

Режим работы намагничивающих катушек 8 и 9 задается системой управления (на фиг. не показана) через выводы 19.

Регулирующий клапан работает следующим образом. Корпус 1 через резьбовые соединения 2 по средствам патрубков 3 монтируется в трубопроводы с рабочей средой (на фиг. не показаны), в которых происходит регулирование потока рабочей среды за счет перемещения типового механизма плунжера 4. Плунжер 4 может занимать три характерных положения:

I - крайнее нижнее положение плунжера 4, при котором полностью перекрыт поток рабочей среды в патрубках 3;

II - крайнее верхнее положение плунжера 4, при котором патрубки 3 полностью открыты, а интенсивность потока рабочей среды максимальна;

III - плунжер 4 находится в промежуточном положении, перекрывая или открывая патрубки 3, тем самым дозируя интенсивность потока рабочей среды.

Эти три характерных положения плунжера 4 задаются возвратно-поступательным движением вала 5, который перемещается вместе со сборным якорем 11 линейного электропривода. Линейный электропривод состоит из верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов, внутри которых намотаны соответственно верхняя 9 и нижняя 10 намагничивающие катушки с уплотнителем 18 и выводами 19, сборного якоря 11 из прослойки 13 и двух магнитопроводящих дисков 14, закрепленного по резьбе 12 на валу 5 (см. фиг. 2). Сборный якорь 11 перемещается под действием электромагнитного поля, которое формируется в зависимости от модуляции электрических импульсов, подаваемых на намагничивающие катушки 9 и 10 от системы управления (на фиг. не показана) через выводы 19. Если конфигурация электромагнитного поля такова, что магнитные силы на верхней намагничивающей катушке 9 больше, чем на нижней намагничивающей катушке 10, то сборный якорь 11 линейного электропривода перемещается вверх, поднимая через вал 5 плунжер 4. Если магнитные силы на верхней намагничивающей катушке 9 меньше, чем на нижней намагничивающей катушке 10, то плунжер 4 будет перемещаться вниз. Если на верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушках формируется конфигурация электромагнитных полей, при которой магнитные силы уравновешивают сборный якорь 11 линейного электропривода в промежуточном положении, то плунжер 4 фиксируется в необходимом промежуточном положении, при этом дозируя интенсивность потока рабочей среды через патрубки 3. При возникновении на верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушках одинаковых магнитных сил, плунжер 4 занимает среднее положение, как показано на фиг. 1, при этом пропускная способность регулирующего клапана в два раза меньше, по сравнению с его полностью открытым состоянием. Скорость подачи электрических импульсов на намагничивающие катушки 9 и 10 влияет на скорость перемещения плунжера 4, таким образом, появляется возможность не только задавать положение плунжера, но и управлять скоростью его перемещения.

Для увеличения тяговых характеристик линейного электропривода цилиндрические магнитопроводы 6, 7 и магнитопроводящие диски 14 имеют когтеобразные полюса 8 и 15, которые формируют контактную площадь распространения магнитных линий, распределяя тем самым создаваемые усилия при перемещении сборного якоря 11 линейного электропривода. Величина необходимых усилий задается условиями технологического процесса регулирования потока рабочей среды и определяется расчетом, результат которого зависит от трех параметров магнитной системы линейного электропривода:

α - угол формирования когтеобразных полюсов 8 и 15;

b - ширина когтеобразных полюсов 8 и 15;

h - глубина выточки в форме трапециевидного тороида в магнитопроводящих дисках 14.

В отличие от прототипа заявленный регулирующий клапан имеет новую конструкцию линейного электропривода, которая позволяет через вал 5 автоматически изменять положение плунжера 4 и фиксировать его в промежуточных состояниях, а также регулирующий клапан имеет осесимметричное расположение элементов линейного электропривода по отношению к плунжеру 4, что исключает перекос вала 5 под действием потока рабочей среды.

Применение заявленного регулирующего клапана повышает скорость и точность регулирования интенсивности потока рабочей среды в технологических трубопроводах с газами или жидкостями, создает возможность в автоматическом режиме управлять потоком рабочей среды, упрощает регулирование интенсивности потока рабочей среды в различных технологических процессах за счет новой конструкции и симметричного расположения линейного электропривода относительно плунжера.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к клапанам с электромагнитным приводом, и может быть использовано в конструкциях вакуумных систем, а также в устройствах дистанционного управления потоками различных газов и жидкостей. Регулирующий клапан состоит из корпуса, который через резьбовые соединения прикреплен к патрубкам для врезки в технологические трубопроводы, в которых происходит регулирование потока рабочей среды за счет перемещения типового механизма плунжера. Перемещение плунжера обеспечивает соединенный через вал и симметрично расположенный в верхней части корпуса линейный электропривод. Линейный электропривод является сборной конструкцией, состоящей, в том числе, из идентичных по размерам верхнего и нижнего цилиндрических магнитопроводов с одинаковыми когтеобразными полюсами магнитопроводов, внутри которых намотаны соответственно верхняя и нижняя намагничивающие катушки. Между верхним и нижним цилиндрическими магнитопроводами расположен сборный якорь, который представляет собой трехслойную конструкцию, в средней части которой имеется прослойка с двумя запрессованными с противоположных сторон магнитопроводящими дисками. Прослойка выполнена из немагнитного материала для разделения магнитных полей верхней и нижней намагничивающих катушек. Магнитопроводящие диски в разрезе имеют прямоугольное сечение с выточкой в форме трапециевидного тороида, образующей когтеобразные полюса на сборном якоре симметричной магнитной системы линейного электропривода. Применение заявленного регулирующего клапана обеспечивает высокую точность дозирования, создает возможность автоматически управлять интенсивностью потока рабочей среды, повышает надежность конструкции за счет нового линейного электропривода и его симметричного расположения относительно плунжера. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Регулирующий клапан, содержащий корпус с патрубками, плунжер, соединенный через вал с линейным электроприводом, отличающийся тем, что линейный электропривод состоит из двух идентичных цилиндрических магнитопроводов с намагничивающими катушками и выводами, между которыми в средней части вала на резьбе закреплен сборный якорь, при этом линейный электропривод расположен осесимметрично относительно вала и плунжера, сборный якорь представляет собой трехслойную конструкцию, в средней части которой имеется прослойка с двумя запрессованными с противоположных сторон магнитопроводящими дисками, имеющими прямоугольное сечение с выточкой в форме трапециевидного тороида, образующей когтеобразные полюса сборного якоря симметричной магнитной системы линейного электропривода.

2. Регулирующий клапан по п. 1, отличающийся тем, что цилиндрические магнитопроводы линейного электропривода имеют когтеобразные полюса, залитые упругим уплотнителем.

3. Регулирующий клапан по п. 1, отличающийся тем, что в цилиндрических магнитопроводах относительно оси симметрии вала выполнены отверстия для подшипников скольжения, в которые вставлен вал.