ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН

Полезная модель относится к области машиностроения, а конкретнее к арматуростроению, и может быть использовано в системах регулирования давления.
Известен электропневмоклапан, содержащий корпус с входным и выходными патрубками, размещенный между ними основной запорный орган, взаимодействующий с седлом, под действием пружины и жестко связанный с мембранным узлом, надмембранная полость которого сообщена с полостью входного патрубка, которая, в свою очередь, при помощи соединительного клапана сообщена с подмембранной полостью через двухсторонний запорный орган, отжатый пружиной от седла, выполненного в соединительном канале, до контакта с другим седлом, сообщаемого с дренажным каналом, а выполненный из магнитного металла хвостовик двухстороннего запорного органа и коаксиального расположенная относительно него на наружной стенке корпуса соленоидная катушка образуют электромагнит [Авторское свидетельство СССР №879120, МКИ F16K 31/02, опубл 7.11.81, БИ №41, авторы Гудименко В.Л. и др. «Электромагнитный клапан»].
Недостатком известного клапана является его низкий ресурс ввиду жесткой связи основного запорного органа с мембраной, где с увеличением диаметра проходного сечения седла соответственно увеличивается и рабочий ход мембраны.
Известен электропневмоклапан, содержащий корпус с входными и выходными патрубками, размещенный между ними основной запорный орган, взаимодействующий с седлом под действием пружины и связанный с мембранным узлом, надмембранная полость которого сообщена с полостью входного патрубка, которая в свою очередь, при помощи соединительного клапана сообщена с подмембранной полостью через двухсторонний запорный орган, отжатый пружиной от седла, выполненного в соединительном канале, до контакта с другим седлом, сообщаемого дренажным каналом, а металлический хвостовик двухстороннего запорного органа и коаксиально расположенный относительно него на наружной стенке корпуса соленоид, образуют электромагнит, введен рычажно-шарнирный механизм, который выполнен из основного запорного органа, мембранного узла и разноплечего рычага, ось вращения которого выполнена в форме резьбового подпятника, одно плечо рычага шарнирно связано с основным запорным органом, а другое плечо рычага шарнирно связано с мембранным узлом [патент РФ №99094, МПК F16K 31/02, опубл. 10.11.2010, БИ №31, авторы: Мулюкин О.П., Ковтунов А.В., Лаврусь О.Е., Финогенов С.А., Борзенков М.И., «Электропневмоклапан»].
Недостатком данного электропневмоклапана является низкий ресурс за счет мембранного узла.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение ресурса, путем замены мембранного узла на дифференциальный поршень.
Технический результат достигается тем, что в электропневмоклапане, содержащем корпус с входным и выходным фланцем, размещенные между ними основной запорный орган и исполнительный силовой механизм, с загерметизированными противоположными полостями, в которых размещен шарнирно двухплечий рычаг, одно из плеч двухплечего рычага связано шарнирно с основным запорным органом, между данными полостями размещен двухсторонний вспомогательный клапан, взаимодействующий с хвостовиком электромагнита, в исполнительном силовом механизме, который выполнен в виде трехступенчатого уплотненного дифференциального поршня, в котором закреплена шарнирно ось двухплечего рычага, другое его плечо связано шарнирно с уплотненным поршнем, межседельная полость соединена каналом с полостью между ступенями дифференциального трехступенчатого поршня, который через двусторонний вспомогательный клапан сообщается или с внутренней полостью корпуса или с атмосферой.
Применение в конструкции мембран связано с рядом отрицательных моментов:
- ресурс работы металлических упругих элементов, как правило, на порядок-два ниже, чем у уплотнительных соединений;
- крепление и центрирование мембран в корпусе сопряжено с усложнением конструкции устройства, увеличением его габаритов и массы, а также увеличением трудоемкости изготовления из-за потребности проведения комплекса мер по герметизации стыков мембраны с корпусом;
- значительные колебания (разброс) жесткостной характеристики мембран (даже одной партии изготовления) требует индивидуальной тарировки включающего такой элемент чувствительного органа с обеспечением необходимого резерва поджатия применяемой пружины, что одновременно ухудшает габаритно-массовые параметры конструкции [Конструирование рабочих органов машин и оборудования из упругопористого материала МР: Учеб. - справ. Пособие. Ч.II/ Д.Е.Чегодаев, О.П.Мулюкин, Е.В.Колтыгин. - НПЦ «Авиатор»: Самара, 1994. 100 с.].
Замена в двухплечем рычажно-шарнирном механизме мембранного узла на дифференциальный поршень позволяет увеличить ресурс ЭПК.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого электропневмоклапана.
Электропневмоклапан (ЭПК) состоит из: составного корпуса 1, 2; входного и выходного фланцев 3, 4; основного седла 5; основного запорного органа 6; сферического отверстия (шарнир) 7; седел под вспомогательный клапан 8, 9; двухстороннего вспомогательного клапана 10; электромагнита с толкателем 11; межседельной полости 12; соединительного канала 13; полости между ступенями поршня 14; трехступенчатого дифференциального поршня 15; сферического шарнира 16; двухплечего рычага 17; уплотненного поршня 18; сферического отверстия 19.
Электропневмоклапан работает следующим образом.
1
2
3
1
1
2
Рабочая среда, поступившая на вход фланца 4, перекладывает двухсторонний клапан 10 с седла 8 на седло 9, проходит в полость 12 и далее через канал 13 в полость 14 дифференциального трехступенчатого поршня 15 с диаметрами ступеней d, d и d. При этом дифпоршень 15 переместится вправо до упора в торец корпуса 1. Вместе с трехступенчатым дифпоршнем 15 на такой же ход вправо переместится размещенный в нем сферический шарнир 16, являющийся осью вращения двухплечего рычага 17, причем длина плеча 1-1 станет больше длины другого плеча L рычага 17. Это с учетом конструктивно обеспеченного равенства диаметров D и D обеспечит герметичную посадку основного запорного органа 6 на основное седло 5.
Данное состояние ЭПК характеризуется соответствующим выражением:
,
вх
где p - давление рабочей среды на входе ЭПК
вх
3
1
2
Для открытия ЭПК (обеспечение прохода рабочей среды с входа на выход) включается электромагнит 11. При этом его толкатель переложит двухсторонний клапан 10 с седла 9 на седло 8. Следствием этого станет разобщение полости 14 от внутренней полости корпуса 2 с входным давлением р и ее соединение с атмосферой через дренажный канал D. В силу происходящего при этом изменения усилий на ступенях дифпоршня 15 последний переместится влево до упора в торец корпуса 2. При этом длина плеча L станет меньше длины плеча L рычага 17.
При данном состоянии ЭПК неравенство (1) примет вид:
При этом поршень 18 переместится вниз через двуплечий рычаг 17 отожмет запорный орган 6 от седла 5, и рабочая среда будет выдаваться со входа ЭПК на его выход.
3
0
Для закрытия ЭПК электромагнит 11 обесточивается, что приведет к исчезновению усилия на толкателе, и, соответственно, к перекладке вспомогательного клапана 10 с седла 8 на седло 9. При этом полость 14 отсекается от дренажного канала D, и в полость 14 вновь поступает давление р из внутренней полости корпуса 2, вследствие чего дифпоршень 15 переместится в крайнее правое положение. Тогда в силу зависимости (2) двуплечий рычаг 17 посадит запорный орган 6 на седло 5, то есть с ЭПК прекратится выдача расхода рабочей среды.
Предлагаемый электропневматический клапан с дифференциально-поршневым чувствительным элементом повышает на порядок ресурс конструкции, обладает возможностью работы при негерметичности конструкции.