Клапан электромагнитный магистральный

Клапан электромагнитный магистральный

Реферат

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть применено при проектировании магистральных клапанов для энергетики, нефтегазового комплекса и машиностроения.

Известен серийный электромагнитный клапан (Клапаны электромагнитные КЭО. Каталог НПП «Технопроект», г.Пенза), содержащий корпус с подводящим и отводящим патрубками и основным седлом, сервопривод поршневого типа и электромагнитный привод в составе корпуса с крышкой, ярма, якоря с уплотнительным диском и возвратной пружины. Сервопривод аналога содержит цилиндр с юбкой, закрепленный на корпусе клапана, а также пружину и поршень с манжетой, снабженный уплотнительным кольцом для перекрытия основного седла клапана.

Недостатками известного технического решения являются сложная и трудоемкая в изготовлении конструкция корпуса и сервопривода, а также значительные материалоемкость, габариты и масса.

Наиболее близким известным техническим решением является электромагнитный клапан (RU 2016330 С1, МПК F 16 К 31/02, 15.07.1994), содержащий корпус с крышкой, основное седло, поршневой сервопривод с загрузочным и разгрузочным отверстиями, входной и выходной патрубки, прикрепленный изнутри к крышке корпуса электромагнитный привод в виде электромагнита броневого типа в составе обмотки, центрального стержня из ярма и магнитотвердой вставки, защитного кожуха обмотки, якоря и возвратной пружины, причем якорь снабжен уплотнительным диском для перекрытия дополнительного седла и разгрузочного отверстия сервопривода, в свою очередь размещенных на торцевой стенке подвижного цилиндра сервопривода. Цилиндрические поверхности кожуха обмотки электромагнита и подвижного цилиндра выполнены с калиброванным зазором.

Существенными недостатками прототипа являются

- конструктивная и технологическая сложность изготовления как корпуса и сервопривода клапана, так и электромагнитного привода с необходимостью точного соблюдения размеров и соосности защитного кожуха обмотки с цилиндром сервопривода и корпусом клапана;

- значительные материалоемкость, габариты и масса клапана;

- малая магнитодвижущая сила электромагнитного привода броневого типа из-за малой площади взаимодействия якоря с центральным стержнем электромагнита.

Целью изобретения является упрощение конструкции и снижение материалоемкости, массы и габаритов устройства при одновременном повышении магнитодвижущей силы электромагнитного привода.

Для достижения цели якорь электромагнита выполнен дисковым с двумя группами дренажных отверстий и с неферромагнитной центрирующей втулкой, ярмо и центральный стержень электромагнита выполнены кольцевыми, цилиндр сервопривода снабжен дренажными отверстиями в юбке и закреплен по контуру к торцевой стенке корпуса, введенной в устройство, кроме того, корпус клапана выполнен в виде полого цилиндра с крышкой из ферромагнитного материала, выполняющей роль магнитопровода электромагнитного привода, а подводящий и отводящий патрубки присоединены соответственно к торцевой стенке и крышке корпуса клапана.

Структура предлагаемого клапана приведена на чертеже (разрез по оси вращения). Клапан содержит подводящий 1 и отводящий 2 патрубки, торцевую стенку 3, присоединенную к левому торцу цилиндрического корпуса 4 элементами крепежа 5. К правому торцу корпуса 4 поджаты ярмо 6 и крышка 7, выполняющая также функцию магнитопровода электромагнита. Между крышкой 7 и центральным стержнем 8 размещена обмотка 9, изолированная от воздействия рабочей среды защитным кольцом 10. С ярмом 6 взаимодействует дисковый якорь 11, имеющий две группы дренажных отверстий 12 и 13 и снабженный уплотнительным диском 14. Диск 14 перекрывает управляющее седло 15 и разгрузочное отверстие 16, размешенные в торце цилиндра 17 сервопривода. Юбка цилиндра 17 жестко закреплена по контуру к торцевой стенке 3 элементами 18. В юбке цилиндра 17 выполнены дренажные отверстия 19. Внутри цилиндра 17 размещен поршень 20 с манжетами 21 и стопорным кольцом 22. В торце поршня 20 выполнено загрузочное отверстие 23 и размещено уплотнительное кольцо 24, перекрывающее основное седло 25. Возврат поршня 20 к седлу 25 обеспечен пружиной 26. Для центровки якоря 11 по оси симметрии клапана к якорю жестко присоединена неферромагнитная направляющая втулка 27, а возврат якоря 11 к седлу 15 обеспечивается пружиной 28.

При обесточенной обмотке 9 седла 15 и 25 перекрыты, давление внутри цилиндра 17 и поршня 20 равно входному за счет отверстия 23, как следствие усилие поджатия поршня 20 к седлу 25 пропорционально входному давлению. Это обеспечено разностью площадей поршня 20 до и после манжет 21. При подаче тока в обмотку 9 возникает усилие притяжения якоря 11 к ярму 6 и центральному стержню 8 электромагнита. Это усилие преодолевает упругую силу пружины 28, диск 14 отходит от седла 15, при этом давление внутри цилиндра 17 резко падает за счет разности площадей отверстий 16 и 23. Результирующая сила перемещает поршень 20 внутрь цилиндра 17 и рабочая среда из патрубка 1 через отверстия 19 и 13 перетекает в патрубок 2.

В зависимости от соотношения суммарной площади So отверстий 12 к площади Sз зазора между втулкой 27 и внутренней поверхностью стержня 8 клапан может быть самоблокируемым от расхода рабочей среды или самовозвратным при любом значении расхода рабочей среды. При So<Sз якорь 11 принудительно прижат к ярму 6 разностью давлений на левую и правую стороны якоря 11. Как следствие, достаточно подать импульс тока в обмотку 9 для начала движения якоря 11 вправо, после чего при наличии расхода рабочей среды, якорь окажется надежно поджатым к ярму 6 до снижения расхода до определенного уровня. Чем меньше суммарная площадь отверстий 12, тем меньшим значением расхода рабочей среды будет самоблокирован клапан. Фактически в этом случае клапан (чертеж) выполняет функцию реле расхода рабочей среды.

При So>Sз и магнитомягком стержне 8 якорь 11 под действием пружины 28 отойдет от ярма 6 и перекроет седло 15 независимо от значения расхода рабочей среды, как только ток питания обмотки 9 снизится до нуля. Если стержень 8 выполнен из магнитотвердого материала, то переключение клапана из открытого состояния в закрытое и обратно возможно соответственно компенсацией или суммированием магнитного потока от стержня 8 с магнитным потоком от тока в обмотке 9.

Таким образом клапан может выполнять функции

- реле минимального расхода рабочей жидкости;

- клапана с самоблокировкой от расхода рабочей среды;

- клапана с самовозвратом в закрытое состояние после снятия тока питания с обмотки;

- поляризованного клапана с импульсным управлением (при магнитотвердом стержне 8).

Использование в устройстве дискового якоря 11 позволяет увеличить силу его притяжения к ярму 6 вначале рабочего хода за счет увеличения площади взаимодействия этих элементов. Клапан может быть рассчитан на диаметры условного прохода от 15 мм до 125 мм при входном давлении рабочей среды до 2,5 МПа.

По сравнению с известными техническими решениями предложенный клапан обладает минимальными материалоемкостью, массой и габаритами при максимальных простоте и технологичности конструкции. Многофункциональность конструкции позволяет конструировать различные клапаны на его основе.

1. Клапан электромагнитный магистральный, содержащий корпус с основным седлом, подводящим и отводящим патрубками, крышку корпуса с закрепленным под ней электромагнитным приводом в составе обмотки, защитного элемента обмотки, ярма, центрального стержня, якоря с уплотнительным диском на торце и возвратной пружины, а также сервопривод в виде цилиндра с загрузочным и разгрузочным отверстиями и управляющим седлом, отличающийся тем, что, с целью конструктивного и технологического упрощения устройства со снижением массы и габаритов, корпус выполнен в виде полого цилиндра с разъемно присоединенной к нему торцевой стенкой с подводящим патрубком и основным седлом, цилиндр сервопривода жестко закреплен изнутри к торцевой стенке и содержит введенные в устройство поршень с манжетами, в торце которого выполнено загрузочное отверстие и размещено уплотнительное кольцо, якорь электромагнитного привода выполнен дисковым с двумя группами дренажных отверстий и снабжен неферромагнитной центрирующей втулкой, сердечник электромагнита выполнен в виде полого стержня и жестко закреплен в торцевой стенке, ярмо выполнено в виде кольца и размещено по контуру крышки и корпуса клапана, кроме того, выходной патрубок устройства закреплен на крышке клапана соосно с отверстием центрального стержня электромагнита.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что общая площадь первой группы дренажных отверстий якоря, размещенных в торце центрирующей втулки, равна 0,5-1,5 площади проходного сечения выходного патрубка.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что общая площадь сечений второй группы дренажных отверстий якоря равна 0,5-1,5 площади кольцевого зазора между полым стержнем электромагнита и центрирующей втулкой якоря.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что наружная кольцевая поверхность дискового якоря и внутренняя поверхность кольцевого ярма выполнены в виде равнонаклонных усеченных конусов, а площади этих поверхностей одинаковы.

5. Клапан по п.1, отличающийся тем, что защитный элемент обмотки выполнен в виде кольца из неферромагнитного материала и размещен над обмоткой между полым центральным стержнем и внутренней цилиндрической стенкой крышки клапана, являющейся магнитопроводом электромагнита.