ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН

Полезная модель относится к области машиностроения, а конкретнее к арматуростроению, и может быть использовано в системах регулирования давления.
Известен электропневмоклапан (ЭПК), содержащий корпус с входным и выходными патрубками, размещенный между ними основной запорный орган [Пржиановский А.Л. и Шучинский С.Х. Электромагнитные клапаны. Л., «Машиностроение», 1972, с.74, фиг.36].
Недостатком клапана является снижение ресурса за счет увеличенного рабочего хода мембраны и необходимости ее замены.
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, кл. F16K 31/02, опубл 7.11.81, БИ №41, автор Гудименко В.Л. и др. «Электромагнитный клапан»].
1
4
с
с
с
Недостаткаом известного клапана является то, что ввиду жесткой связи основного запорного органа с мембраной, последняя совершает рабочий ход, равный рабочему ходу запорного органа, то есть порядка / d (где d - диаметр проходного сечения седла, с которым взаимодействует основной запорный орган) для обеспечения равнопроходности тракта перед и за запорным органом. Причем с увеличением диаметра d соответственно увеличивается и рабочий ход мембраны.
Общеизвестно, что увеличение рабочего хода мембраны, как металлической, так и эластомерной, приводит к увеличению напряжений в деформируемом материале мембраны, что снижает ее ресурс (число срабатываний до потери работоспособности), а уменьшение ее рабочего хода соответственно увеличивает ее ресурс. Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом полезной модели является повышение ресурса за счет снижения рабочего хода мембраны относительно рабочего хода основного рабочего органа.
Технический результат достигается тем, что в электропневмоклапане, содержащем 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, в корпус дополнительно 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.
Введение рычажно-шарнирного механизма позволяет увеличить ресурс мембран, как металлических, так и эластомерных за счет уменьшения их рабочих ходов, также становится возможным применение мембран с малыми ходами в полнопроходных ЭПК за счет подстройки длин плеч разноплечевого рычажно-шарнирного механизма.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого электропневмоклапана.
1
2
1
2
1
2
На фиг.2 представлен рычажно-шарнирный механизм электропневмоклапана. Схема поясняет выбор соотношения между рабочим ходом l основного запорного органа 25 и рабочим ходом l хвостовика 9 при соответствующих длинах L и L плеч разноплечевого рычага 21 (L<L) при его повороте на угол α относительно оси вращения 22. Положение рычага 21 после его поворота на угол α изображено пунктирной линией. Обозначение позиций на фиг.2 соответствует обозначению позиций на фиг.1.
Электропневмоклапан (ЭПК) состоит из: 1 - корпус; 2 - надмембранная полость; 3 - мембрана; 4 - подмембранная полость; 5 - верхняя обойма; 6 - пружина; 7 - нижняя обойма; 8 - винт; 9 - хвостовик; 10, 19 - соединительные каналы; 11 - полость; 12 - двусторонний запорный орган; 13 - дренажный канал; 14, 15 - седло; 16 - металлический хвостовик двухстороннего запорного органа; 17 - пружина; 18 - катушка; 20, 23, 27 - внутреннее сферообразное отверстие; 21 - рычаг; 22 - резьбовой подпятник; 24 - канал для прохода рабочей среды; 25 - основной запорный орган; 26 - хвостовик; 28 - входной патрубок; 29 - седло; 30 - выходной патрубок; a - магистраль резервуара сжатого газа А; б - приемная магистраль потребителя расхода Б.
Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.
В исходном положении ЭПК закрыт, то есть входной патрубок 28 разобщен от выходного патрубка 30 в виду посадки основного запорного органа 25 на седло 29 под действием пружины 6, усилие которой передается основному запорному органу 25 через обоймы 5, 7; хвостовик 9 жестко соединен с обоймой 7 винтом 8, имеющий внутреннее сферообразное отверстие 20; рычаг 21 и хвостовик 26 с внутренним сферообразным отверстием 27.
1
1
1
ПРО
ПРО
Одновременно в корпусе 1 основной запорный орган 25 поджимается к седлу 29 давлением р сжатого газа, которое одновременно поступает в надмембранную 2 и подмембранную 4 полости, обеспечивая ее полную разгрузку от воздействия давления сжатого газа. Подмембранная полость 4 через соединительные каналы 10, 19 и полость 11 сообщается с надмембранной полостью 2. Ввиду постоянства рабочей площади мембрана 3 с посадочным диаметром D и равенства противоположно направленных усилий, развиваемых давлением р сжатого газа при воздействии на противоположные стороны мембраны 3 (), данные усилия уравновешиваются, и основной запорный орган 25 поджимается к седлу 29 усилием давления р сжатого газа (, где D - диаметр проходного сечения седла 29) и усилием от момента, создаваемого пружиной 6 на плече рычага 21 длиной L (P·L, где Р - усилие предварительной затяжки пружины 6).
Для открытия ЭПК подается ток на обмотку 18. Под действием электромагнитной силы, развиваемой обмоткой 18, металлический хвостовик 16 перемещается, преодолевая усилие пружины 17, вверх, обеспечивая перекладку двухстороннего запорного органа 12 с седла 14 на седло 15. При этом подмембранная полость 4 отсекается от канала 19, сообщающего ее с надмембранной полостью 2 и соединяется с дренажным каналом 13, сообщенным с атмосферой. Вследствие этого избыточное давление сжатого газа из подмембранной полости 4 стравливаемся через дренажный канал 13 и сравнивается по величине с атмосферным.
Очевидно, что статическое равновесие системы «мембранный узел - рычажный механизм - основной запорный орган» нарушится, так как на открытие основного запорного органа 25 начинает работать усилие от давления р сжатого газа в надмембранной полости 2 (), возникающий от которого момент на левом плече рычага 21 () превысит сумму моментов от усилия поджатия основного запорного органа 25 к седлу от давления р сжатого газа на правом плече рычага 21 и от усилия пружины 6, воздействующей на левое плечо рычага 21 ().
Вследствие этого рычаг 21 повернется в резьбовом подпятнике 22 имеющего внутреннее сферообразное отверстие 23 для установки рычага и канал 24 для прохода рабочей среды, на некоторый угол, что приведет к отходу основного запорного органа 25 от седла 29 и соответственно к сообщению выходного 30 и входного 28 патрубков ЭПК.
При обесточивании катушки 18, двухсторонний запорный орган 12 под действием пружины 17 переложится с седла 15 на седло 14, отсекая подмембранную полость 4 от дренажного канала 13 и сообщая ее с надмембранной полостью 2. При этом давление сжатого газа по обе стороны мембранного узла выравнивается, и рычажный механизм переложит основной запорный орган 25 в положение посадки на седло 29, т.е. в ранее рассмотренное статическое положение равновесии системы «мембранный узел - рычажный механизм - основной запорный орган».
Из фиг.2 следует:
1
2
В последующем расчете с учетом выше приведенных исходных параметров. (l, l) и задавшись длинной одного из плеч рычага 10 (с учетом конструктивных и массогабаритных характеристик конструкции) из (1) определяют соответствующую длину другого плеча разноплечего рычага 21. Следует учитывать весьма важное, выше отмеченное обстоятельство, что если в ЭПК будет установлено гостированная мембрана с указанным для нее максимально допустимым рабочим ходом и соответствующим ему ресурсом, то при эксплуатации ЭПК с такой мембраной на меньших рабочих ходах резко повысится ее ресурс.
Предлагаемая конструкция электропневмоклапана позволяет повысить ресурсные показатели эластомерных мембранных узлов в 2-3 раза, а металлических (сильфонных) на порядок и более при работе данных узлов на рабочих ходах, меньших половины их допустимого рабочего хода. В связи с этим повышается ресурс данных ЭПК в сравнении с безрычажными электропневмоклапанами.