ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН Российский патент 2023 года по МПК F16K31/06 F16K39/02 

Изобретение относится к электромагнитным клапанам (ЭК) и может быть использовано в энергетическом машиностроении, например, в летательных аппаратах.

Известен ЭК с разгрузкой (см. книгу А.Л. Пржиалковского и С.Х. Щучинского «Электромагнитные клапаны», издательство «Машиностроение», Ленинград 1967, стр. 34, Рис. 14), взятый за аналог изобретения, в котором в корпус ЭК установлен основной затвор, перекрывающий выход и делящий клапан на две полости: входную и разгрузочную, которые соединены обводным отверстием. В разгрузочной полости расположен подпружиненный якорь с жестко установленным на торце разгрузочным затвором и связанный полужестко с основным затвором, посредством штифта, а разгрузочный затвор уплотняет выход из клапана через разгрузочное седло, выполненное на основном затворе. При подаче напряжения в катушку электромагнита, якорь с разгрузочным затвором перемещается, сжимает пружину и открывает проход рабочему телу на выход из клапана через седло разгрузочного затвора, выполненного на основном затворе. Штифт, установленный в якоре, движется внутри канавки основного затвора до контакта со стенкой канавки. Давление рабочего тела в разгрузочной полости электромагнита падает, основной затвор поднимается, открывая основной проход рабочему телу на выход из клапана и давая возможность якорю выбрать весь ход. При снятии напряжения с катушки электромагнита пружина разжимается, и якорь с установленным на его торце разгрузочным клапаном садится на седло разгрузки, выполненное на основном затворе. Клапан закрыт, концы штифта занимают промежуточную позицию в канавке основного запорного органа. В случае отсутствия давления рабочего тела основной затвор отрывается от седла при помощи штифта.

Такая конструкция работоспособна, но имеет ряд недостатков:

- ход якоря этой конструкции зависит от глубины внедрения седел в уплотняющие поверхности разгрузочного и основного затворов. Увеличение хода якоря увеличивает время открытия ЭК;

- деформация - смятие цилиндрической поверхности штифтов при открытии клапана (из-за большого удельного давления на площадь контакта основного затвора и цилиндрической поверхности штифта), которая приводит к нестабильности величин параметров ЭК, а именно сопротивлению и времени срабатывания из-за изменения хода основного затвора;

- появление множественных отпечатков седла на контактирующей поверхности разгрузочного затвора из-за консольного расположения разгрузочного затвора на торце якоря и, как следствие, появление негерметичности по разгрузочному затвору;

- плохая ремонтоспособность ЭК из-за необходимости замены большого количества узлов и деталей в виду невозможности доработки контактирующей поверхности разгрузочного затвора для удаления отпечатков и прочих дефектов из-за крепления разгрузочного затвора, и штифта в якоре.

Известен электромагнитный клапан (ЭК) (см. Патент РФ №2593731 С1, опубл. 2016 г.), взятый за прототип изобретения. В этом клапане, в отличие от известной конструкции предыдущего клапана, все направлено на устранение указанных ранее недостатков:

- для улучшения герметичности уменьшения консоли седло разгрузочное расположили в центральной части якоря;

- на наружной поверхности якоря, выступающей из электромагнита, выполнена канавка для кинематической связи с основным затвором, в кольцевую канавку которого установлено стопорное кольцо, и между якорем и основным затвором установлена демпфирующая пружина;

- демпфирующая пружина обеспечивает торможение якоря при закрытии ЭК. Использование стопорного кольца для кинематической связи якоря и основного затвора увеличивает площадь контакта между поверхностями при открытии ЭК, что приводит к стабилизации параметров при срабатываниях ЭК;

- якорь при закрытии ЭК имеет возможность осевого перемещения относительно разгрузочного затвора, находящегося на седле, и перемещается далее в сторону закрытия, сжимая установленную между ним и основным затвором демпфирующую пружину, в результате чего кинетическая энергия якоря не влияет на глубину внедрения седла в контактирующую поверхность разгрузочного затвора. Свободная установка разгрузочного затвора в якоре делает ЭК ремонтоспособным при изготовлении без замены большого количества деталей;

- расположение разгрузочного клапана с седлом в одном направляющем отверстии и в центральной части якоря исключает возможность создания множественных отпечатков на контактирующей поверхности разгрузочного затвора и появления негерметичности.

Однако у данного электромагнитного клапана имеется существенный недостаток - из-за малого хода якоря невозможно увеличение проходного сечения. Увеличение проходного сечения увеличивает ход якоря с увеличением мощности электромагнита, увеличение габаритов и соответственно веса ЭК.

Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанного недостатка: на увеличение проходного сечения на максимально возможное для применяемого электромагнита в прототипе без существенного увеличения габаритов и веса электроклапана или уменьшения габаритов и веса без изменения проходного сечения.

Для этого, в отличие от известной конструкции клапана прототипа, в предлагаемом электромагнитном клапане выступающая из каркаса часть якоря выполнена большего диаметра и герметично охватывает наружную поверхность основного затвора и соединена с ним и так же кольцом стопорным. Кроме этого, наружная поверхность якоря находится в направляющем отверстии корпуса и уплотняется в нем, а расстояние от торца перехода с большого диаметра на меньший до торца каркаса - максимальный ход якоря. Каркас имеет сквозное отверстие, в которое установлены якорь и стоп, и, при подаче напряжения на вилку электромагнита, якорь втягивается, открывая затвор от разгрузочного седла, и после притяжения якоря к стопе они продолжают перемещаться совместно от усилия, вызванного перепадом давления рабочего тела на входе и давления в каркасе, действующего на поверхности основного затвора и якоря, уплотненного в корпусе. Внутренняя полость электромагнита за стопом закрыта крышкой, а между крышкой и стопом установлена проставка - опора для пружины, которая отжимает стоп от проставки. В проставке имеется осевое отверстие для прохода через проставку стержня, жестко соединенного со стопом. На стержне имеется резьба для навернутой регулировочной гайки вращением, которой установлен зазор от якоря до стопы, и для чего между стопом и проставкой имеется дополнительная пружина. Якорь со стопом перемещаются, сжимая расположенную между стопом и проставкой пружину, пока торец большого диаметра якоря не дойдет до торца каркаса. При снятии напряжения с обмотки электромагнита от усилий пружин клапан закроется.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где предоставлен общий вид электромагнитного клапана.

Электромагнитный клапан состоит из корпуса 1 с основным седлом 2 и патрубками 3 и 4, электромагнита 5 с каркасом 6 и якоря 7 с обводным отверстием 8 и уплотнением 9 на большом диаметре якоря, и стопа 10, основного затвора 11 с кольцом стопорным 12, седла разгрузочного 13, разгрузочного затвора 14, пружины 15, установленной в стопе 10, проставки 16, дополнительной пружины 17, крышки 18, гайки регулировочной 19, навернутой на стержень 20, жестко связанным со стопом 10, в основном затворе 11 установлена демпфирующая пружина 21.

При подаче рабочего тела через наконечник электромагнитного клапана оно поступает через обводное отверстие 8 в разгрузочную полость, которая отделяется от выходной полости основным затвором 11 с седлом 2 и разгрузочным затвором 14 на седле 13, выполненным на основном затворе 11. При подаче напряжения на электромагнит якорь 7 притягивается к стопу 10 и заплечиком отрывает разгрузочный затвор 14 от седла разгрузочного 13, и сжимает пружину 15. Давление рабочего тела в разгрузочной полости падает и появляется усилие от действия входного давления на площадь ограниченную седлом 2 и кольцом уплотнительным 9, которое отрывает основной затвор 11 от седла 2. Клапан открывается, усилие от давления продолжает перемещать якорь, и стоп, который, сжимая пружину 17, перемещается, увеличивая ход якоря до упора последнего в торец каркаса 6, и удерживается в этом положении от усилия, полученного от разности давлений входного и давления внутри каркаса, а также от магнитной силы притяжения торца якоря к торцу каркаса. При отсутствии входного давления рабочего тела якорь 7 отрывает основной затвор 11 от седла 2 при помощи кольца стопорного 12 до упора якоря в стоп.

При снятии напряжения якорь 7 отрывается от стопа 10 под действием пружины 15, разгрузочный затвор 14 садится на седло разгрузочное 13 и перекрывает выход рабочему телу из разгрузочной полости. Давление в разгрузочной полости становится равным давлению на входе, появляется перепад на основном затворе 11, который садится на седло 2. Клапан закрыт.

Использование изобретения позволяет увеличить проходное сечение клапана без существенного увеличения габаритов и веса ЭК.

Изобретение относится к электроклапанам и может быть использовано в энергетическом машиностроении в летательных аппаратах. Сущность изобретения состоит в том, что якорь, выступающий из электромагнита, уплотнен по корпусу и имеет больший диаметр в виде полого цилиндра, охватывает герметично наружный диаметр основного затвора. Стоп выполнен подвижным, с возможностью осевого перемещения вместе с якорем при открытии клапана, сжимая дополнительную пружину, расположенную между стопом и проставкой, установленной на выходе из каркаса, и тем самым увеличивает ход якоря. У проставки имеется осевое отверстие для прохода стержня с резьбой, жестко соединенного со стопом, и на стержень навернута гайка для настройки зазора между якорем и стопом первоначального хода якоря. Якорь при подаче напряжения втягивается к стопу, отрывая разгрузочный затвор от седла и сбрасывая давление в каркасе. Появляется усилие на неуравновешенные поверхности якоря и основного затвора от перепада рабочего давления входного и остаточного в каркасе, которое перемещает стоп, пока торец большого диаметра якоря не дойдет до торца каркаса. Изобретение направлено на увеличение проходного сечения клапана за счет увеличения хода якоря без существенного увеличения габаритов и веса электроклапана. 1 ил.

Электромагнитный клапан, содержащий: корпус с основным седлом, электромагнит, подпружиненные основной и разгрузочный затворы, якорь, кинематически связанный с основным затвором, на другом конце которого выполнено разгрузочное седло, расположенное в центральной части отверстия якоря, демпферную пружину, и отличающийся тем, что часть якоря с перепускным отверстием, выступающая из электромагнита, имеет наружную поверхность большего диаметра, герметично уплотненную в направляющем отверстии корпуса, и направляющее отверстие, охватывающее и герметично соединенное по наружному диаметру, основной затвор и расстояние от торца перехода большого диаметра якоря на малый до торца катушки электромагнита равно максимальному ходу якоря с подвижным стопом, который перемещается вместе с якорем от действия входного давления на подвижные поверхности при открытии разгрузочного седла и сбросе давления в каркасе, а зазор между якорем и стопом настраивается гайкой, установленной на конце резьбового стержня, жестко соединенного со стопом и проходящего через дополнительную пружину, и выходящего через осевое отверстие в проставке.