ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН
ELECTROMAGNETIC SHUTOFF VALVE

Изобретение относится к устройствам для управления потоками газов и жидкостей, в частности к запорным клапанам с электромагнитным приводом, и может быть использовано в системах с дистанционным управлением, в том числе в приборах и устройствах для анализа газов и для приготовления газовых смесей, например в промышленных газоаналитических приборах, в лабораторной практике и в исследовательских работах.
Известен запорный клапан по патенту JP 6017962, состоящий из запорного узла, содержащего корпус с проходной полостью, в которую открываются подводящий и отводящий газовые каналы, соленоид, постоянный магнит, установленный напротив наружного конца якоря, и окружающие соленоид магнитопроводы, замыкающие внутреннее и внешнее магнитное поле соленоида. Данный клапан обеспечивает нормально закрытое состояние за счет пружины, прижимающей запорный элемент к отверстию одного из газовых каналов, а постоянный магнит позволяет уменьшить электрическую мощность, потребляемую при открытии клапана.
Недостатком указанного клапана является значительный внутренний объем проходной полости и большая площадь ее внутренней поверхности из-за размещения пружины в этой проходной полости, что оказывает отрицательное влияние на точность измерений газоаналитических приборов и устройств для приготовления эталонных и градуировочных смесей. Это влияние проявляется также в искажении состава газа из-за смешения очередной пробы с оставшейся в проходной полости клапана частью предыдущих проб и адсорбции компонентов пробы на внутренних поверхностях проходного объема. Кроме того, сила притяжения якоря к постоянному магниту существенно ослаблена зазором между якорем и постоянным магнитом, что приводит к увеличенному потреблению тока соленоидом для поддержания открытого положения клапана.
Наиболее близким к настоящему изобретению является электромагнитный запорный клапан по патенту RU 2335683. Этот клапан содержит соленоид, сердечник, размещенный в центральном канале соленоида, первый магнитопровод кольцевой формы, внутренняя поверхность которого образует боковую поверхность проходной камеры клапана, второй магнитопровод и наружный магнитопровод, выполненные из магнитомягкого материала и замыкающие осевое и внешнее магнитное поле соленоида.
Клапан содержит также постоянный магнит цилиндрической формы с полюсным наконечником, выполненным из магнитомягкого материала, подводящий и отводящий газовые каналы, открывающиеся в проходную полость, которая образована встречными поверхностями сердечника и полюсного наконечника и поверхностью кольцевого отверстия торцевого магнитопровода. В проходной полости с возможностью осевого перемещения установлен якорь из магнитомягкого материала, выполненный по форме проходной полости. Кроме того, клапан содержит втулки и накидную гайку, выполненные из немагнитных материалов, причем по крайней мере один из газовых каналов проходит через полюсный наконечник, образуя седло запорного узла, а обращенный к полюсному наконечнику торец якоря покрыт слоем эластичного материала.
Недостатком такого клапана является незамкнутость магнитного поля постоянного магнита, т.к. это магнитное поле разорвано втулкой, гайкой и слоем эластичного материала, что уменьшает силу притяжения якоря к седлу и тем самым снижает степень герметичности и допустимое рабочее давление клапана.
Задачей изобретения является повышение герметичности клапана и его рабочего давления.
Указанная задача решается в электромагнитном запорном клапане, содержащем соленоид с сердечником, постоянный магнит, полюсный наконечник, имеющий подводящий газовый канал, магнитопроводы, замыкающие внешнее магнитное поле соленоида, причем первый магнитопровод окружает соленоид, а второй магнитопровод выполнен в форме кольца с отводящим газовым каналом и расположен со стороны торца соленоида, при этом внутренняя поверхность второго магнитопровода и торцевые поверхности сердечника и полюсного наконечника образуют проходную полость, в которой расположен выполненный по форме этой проходной полости якорь, установленный с возможностью осевого перемещения, причем якорь, сердечник, первый и второй магнитопроводы выполнены из магнитомягкого материала, а газовые каналы открыты в проходную полость. Согласно изобретению клапан снабжен дополнительным магнитопроводом из магнитомягкого материала, при этом постоянный магнит выполнен кольцевым с осевой намагниченностью и расположен между вторым и дополнительным магнитопроводами в магнитном контакте с ними, а полюсный наконечник расположен коаксиально постоянному магниту и находится в магнитном контакте с дополнительным магнитопроводом.
Такое выполнение клапана позволяет образовать замкнутую магнитную цепь постоянного магнита, состоящую из дополнительного магнитопровода, 1-го и 2-го магнитопроводов, якоря и полюсного наконечника, что приводит к увеличению силы притяжения якоря к находящемуся на полюсном наконечнике седлу и, следовательно, к возможности повышения рабочего давления клапана и его герметичности в закрытом состоянии.
Как правило, газовый канал, проходящий через полюсный наконечник, выполнен прямолинейным и проходит вдоль оси полюсного наконечника через этот наконечник и примыкающий к нему дополнительный магнитопровод.
Известно, что наличие каналов в магнитотвердых материалах нарушает их магнитные свойства, в связи с чем в клапане по патенту RU 2335683 подводящий канал выполнен в полюсном наконечнике и состоит из горизонтальной и вертикальной частей. При малых габаритах клапана и, соответственно, полюсного наконечника создание в полюсном наконечнике такого подводящего газового канала вызывает определенные сложности вследствие необходимости обеспечения стыка горизонтальной и вертикальной частей канала. Концентрическое расположение наконечника внутри кольцевого магнита позволяет выполнить подводящий газовый канал прямолинейным, что значительно упрощает технологию изготовления клапана.
Преимущественно на торце полюсного наконечника, обращенном в сторону якоря, выполнен кольцевой выступ, окружающий выход газового канала, а на торце якоря, обращенном в сторону полюсного наконечника, выполнена выемка, заполненная эластичным материалом, причем диаметр этой выемки больше наружного диаметра указанного кольцевого выступа, но меньше диаметра торцевой поверхности полюсного наконечника.
Такое выполнение полюсного наконечника и якоря позволяет обеспечить плотный магнитный контакт полюсного наконечника с якорем.
Кроме того, между боковой поверхностью полюсного наконечника и внутренней поверхностью постоянного кольцевого магнита может быть коаксиально расположена втулка из немагнитного материала.
При этом первый и дополнительный магнитопроводы соединены стяжными винтами, а между обращенными навстречу одна другой торцевыми поверхностями второго магнитопровода и втулки из немагнитного материала, а также между соленоидом и обращенной навстречу ему торцевой поверхностью второго магнитопровода установлены уплотнительные кольца.
Это позволяет разъединить соленоидный и запорный узлы клапана с целью ремонта и замены неисправного узла или уплотнения.
Эти и другие особенности и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего описания со ссылкой на чертеж, на котором схематично представлен клапан согласно изобретению, вид в разрезе.
Клапан содержит соленоид 1 с сердечником 2, первый магнитопровод 3, окружающий соленоид 1, и второй магнитопровод 4, выполненный в виде кольца и расположенный со стороны торца соленоида 1. Сердечник 2 и магнитопроводы 3 и 4 выполнены из магнитомягкого материала. Сердечник 2 находится в магнитном контакте с первым магнитопроводом 3, который, в свою очередь, находится в магнитном контакте со вторым магнитопроводом 4, так что магнитопроводы 3 и 4 замыкают внешнее магнитное поле соленоида. Кроме того, клапан содержит кольцевой постоянный магнит 5 с осевой намагниченностью, полюсный наконечник 6, расположенный коаксиально постоянному магниту 5, и дополнительный магнитопровод 7. Полюсный наконечник 6 и дополнительный магнитопровод 7 выполнены из магнитомягкого материала. При этом кольцевой постоянный магнит 5 расположен между вторым магнитопроводом 4 и дополнительным магнитопроводом 7 в магнитном контакте с ними. Внутренняя поверхность второго магнитопровода 4 и торцевые поверхности сердечника 2 и полюсного наконечника 6 образуют проходную полость, в которой расположен выполненный по форме этой проходной полости якорь 8 из магнитомягкого материала, установленный с возможностью осевого перемещения. Преимущественно якорь 8 имеет форму цилиндра с диаметром, обеспечивающим легкоходовую посадку. На внутренние поверхности проходной камеры может быть нанесено противокоррозионное покрытие.
Через полюсный наконечник 6 и второй магнитопровод 4 проходят прямолинейные подводящий и отводящий газовые каналы 9 и 10, соответственно, открывающиеся в проходную полость. При этом подводящий газовый канал 9 проходит через полюсный наконечник 6 вдоль его оси и через примыкающий к нему дополнительный магнитопровод 7.
На торце полюсного наконечника 6, обращенном в сторону якоря 5, выполнен кольцевой выступ 11, окружающий выход газового канала 9, а на торце якоря 8, обращенном в сторону полюсного наконечника 6, выполнена выемка 12, заполненная эластичным материалом 13, причем диаметр этой выемки 12 больше наружного диаметра указанного кольцевого выступа 11, но меньше диаметра торцевой поверхности полюсного наконечника 6.
Между боковой поверхностью полюсного наконечника 6 и внутренней поверхностью постоянного кольцевого магнита 5 коаксиально расположена втулка 14 из немагнитного материала, а между внутренней поверхностью второго магнитопровода 4 и боковой поверхностью полюсного наконечника 6 имеется центрирующее кольцо 15.
Первый и дополнительный магнитопроводы 3 и 4 соединены стяжными винтами 16, а между обращенными навстречу одна другой торцевыми поверхностями второго магнитопровода 4 и втулки 14 из немагнитного материала, а также между соленоидом 1 и обращенной навстречу ему торцевой поверхностью второго магнитопровода 4 установлены уплотнительные кольца 17 и 18, соответственно.
В обесточенном состоянии клапан закрыт. Якорь 8 за счет притяжения якоря 8 к постоянному магниту 5 прижат к седлу на полюсном наконечнике 6, образованном выемкой 12 с расположенной в ней эластичным материалом 13. Замкнутость магнитного поля по цепи магнит 5 - второй магнитопровод 4 - якорь 8 - полюсный наконечник 6 - дополнительный магнитопровод 7 увеличивает силу прижатия якоря 8 к седлу полюсного наконечника 6, повышая тем самым допустимое рабочее давление клапана и его герметичность в закрытом положении. При этом контакт якоря 8 с поверхностью полюсного наконечника 6 происходит непосредственно металл к металлу, поскольку выступ 11 на полюсном наконечнике 6 входит в выемку 12. При подаче напряжения на соленоид 1 возникает магнитодвижущая сила в цепи, состоящей из сердечника 2, магнитопроводов 3 и 4 и якоря 8, бóльшая, чем сила притяжения якоря 8 к полюсному наконечнику 6. Якорь 8 притягивается к сердечнику 2 и открывает клапан. При снятии напряжения с соленоида 1, в том числе при аварийном прекращении подачи тока, клапан автоматически закрывается.