ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ОТСЕЧНОЙ КЛАПАН

Техническое решение относится к области оборудования транспортирования низконапорных газовых сред, а именно, к области запорной арматуры, и может быть использовано в теплоэнергетических системах на тепловых станциях, в вакуумных системах, в нефтехимическом и газовом оборудовании.
Известен (SU, авторское свидетельство 870834, опубл. 7.10.1981) отсечной запорный клапан с электромеханическим приводом. Известный клапан содержит корпус со средствами ввода и вывода газового потока, внутри корпуса установлен подпружиненный запорный орган, управляемый посредством электромеханического привода, в состав которого входят электромагнит с подвижным якорем, фиксатор и два концевых выключателя.
Недостатком известного запорного клапана можно признать значительный расход электрической энергии на его функционирование, что может привести к перегреву электромагнита и исключение возможности управления клапаном.
Известен (RU, патент 2135873, опубл. 27.08.1999) отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим шток клапана, корпус с седлом и входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, заключенный в кожух привод, имеющий шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель и узел управления, в состав которого входят цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя.
Недостатком известного запорного клапана можно признать значительный расход электрической энергии на его функционирование, что может привести к перегреву электромагнита и исключение возможности управления клапаном.
Известен (RU, патент 82286, опубл. 20.04.2009) электромеханический отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим проход штока клапана, корпус с седлом, входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, а также привод. Привод содержит шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель с редуктором и узел управления. В состав узла управления входят цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя. Кроме того, клапан содержит стакан, укрепленный на крышке клапана, и втулку, которая с использованием разрезного кольца установлена на штоке клапана, причем пружина клапана соосно со штоком размещена между стаканом и втулкой. Двухплечный рычаг привода выполнен с жестко скрепленной на нем осью при соотношении плеч больше единицы и установлен на закрепленной к основанию опоре с возможность осевого перемещения, причем на коротком плече рычага установлены втягивающий и удерживающий электромагниты. Якорь втягивающего электромагнита соединен через серьгу с подпружиненным штоком, который через другую серьгу шарнирно соединен с фиксатором. Вспомогательный рычаг установлен на оси указанного двухплечного рычага, а на его конце закреплены соосно с фиксатором фиксирующий палец и фиксатор ручной защелки, при этом рычаг электродвигателя соединен с вспомогательным рычагом. Узел управления также содержит контактор с одним размыкающим и тремя замыкающими контактами, три концевых выключателя с размыкающей и замыкающей парами контактов и мостовой выпрямитель. Цепь реверсированного управления электродвигателем состоит из последовательно соединенных замкнутого контакта контактора, размыкающей пары контактов второго концевого выключателя для положения клапана «закрыто» и клеммы электродвигателя прямого вращения, а также из последовательно соединенных первого разомкнутого контакта контактора, замыкающей пары контактов первого концевого выключателя для положения клапана «открыто» и клеммы электродвигателя обратного вращения. Указанные контакты контактора имеют общую точку соединения с фазой сети, а нейтраль соединена с клеммой электродвигателя. Цепь управления электромагнитами содержит последовательное соединение ключа, параллельно соединенных двух пар замыкающих контактов концевых выключателей и третьего замыкающего контакта контактора и катушки контактора, которая вторым выводом соединена с нейтралью сети. Параллельно этой цепи включены последовательно соединенные второй замыкающий контакт контактора, размыкающая пара третьего концевого выключателя и катушка втягивающего электромагнита, которая также вторым выводом соединена с нейтралью сети. Вход мостового выпрямителя соединен с нейтралью сети и общей точкой соединения замыкающего контакта контактора и размыкающей парой третьего концевого выключателя, а выход мостового выпрямителя подключен к обмотке удерживающего электромагнита.
Недостатком известного технического решения следует признать, что клапан имеет 2 энергоемких электромагнита, втягивающий электромагнит переменного тока имеет большие пусковые токи и имеет сложную кинематическую связь между втягивающим и удерживающим электромагнитами, не исключающей перекосов из-за разной скорости замыкания магнитных систем электромагнитов, что требует дополнительных регулировок, влияющих на трудоемкость изготовления и надежность.
Наиболее близким аналогом разработанного электромеханического отсечного клапана можно признать (RU, патент 103882, опубл. 26.08.2010) электромеханический отсечной клапан, содержащий корпус со средствами ввода и вывода газовой среды, в корпусе расположена с возможностью перекрывания потока тарелка, соединенная со штоком, выполненным с возможностью перемещения посредством привода, при этом привод содержит рычаг, на одном конце которого установлены электромагнит и электромагнитное реле времени, рычаг в средней части выполнен с возможностью соединения посредством регулируемой тяги со штоком клапана, на основании дополнительно смонтированы магнитный пускатель, выполненный с возможностью приема управляющего сигнала и установленный с возможностью включения электромагнита и электромагнитного реле времени, и средства подключения привода к сети электрического тока. В предпочтительном варианте реализации в тарелке выполнено отверстие, которое при закрытом положении клапана также закрыто. На штоке может быть размещена пружина, упирающаяся одним концом в крышку клапана, а другим во втулку, закрепленную на штоке. Используемый привод может дополнительно содержать блок концевых выключателей, представляющий собой рамку, закрепленную на конце рычага, при этом на рамке установлены кнопочные выключатели, внутри рамки на вращающейся оси расположены кулачки по одному на выключатель, установленные с возможностью воздействия на кнопки выключателей. В одном их вариантов реализации блок концевых выключателей может быть выполнен с возможностью поворота в зависимости от положения рычага. Также в одном из вариантов реализации привод может дополнительно содержит фиксатор, установленный на рычаге шарнирно с использованием серег, вилки, штока и коромысла. В этом варианте реализации предпочтительно фиксатор соединен с электромагнитом и электромагнитным реле времени с возможностью поворота на угол 90° при рабочем ходе электромагнита и электромагнитного реле времени и выполнения возвратного движения под действием пружины, расположенной на штоке, соединяющем электромагнит с фиксатором, при этом шток размещен в направляющей, приваренной к рычагу, на котором закреплены электромагнит и электромагнитное реле времени. В средней части рычага привода может быть установлена ось, посредством которой рычаг закреплен с возможностью вращения на опоре, размещенной на основании привода. В наиболее предпочтительном варианте реализации привод дополнительно закрыт кожухом.
Недостатком известного электромеханического отсечного клапана следует признать сложность конструкции применительно к механической части, допускающую возможность несрабатывания клапана в некоторых ситуациях, значительное энергопотребление, использование только переменного тока для управления клапаном.
Техническая задача, на решение которой направлено разработанное техническое решение, состоит в оптимизации конструкции электромеханического отсечного клапана, снижение энергоемкости, достижения универсальности вида тока управления, отсутствие регулировок.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции электромеханического отсечного клапана, состоит в повышении надежности работы клапана.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную конструкцию электромеханического отсечного клапана. Электромеханический отсечной клапан разработанной конструкции содержит корпус со средствами ввода и вывода газовой среды, в корпусе расположена с возможностью перекрывания потока тарелка, соединенная со штоком, выполненным с возможностью перемещения посредством привода, закрепленного на корпусе, при этом электромеханический привод содержит основание, на котором установлены четвертьоборотный электрический исполнительный механизм, основной рычаг, на одном конце которого установлены электромагнит с функцией выдержки времени и блок концевых выключателей, показывающих открытое/закрытое состояние клапана, на втором конце основного рычага установлен фиксатор защелки, причем основной рычаг установлен с возможностью взаимодействия со штоком затвора клапана и через фиксатор защелки со вспомогательным рычагом, с которым взаимодействует рычаг четвертьоборотного электрического исполнительного механизма с блоком концевых выключателей, ограничивающих исходное и конечное положения вспомогательного рычага, при этом электромеханический привод содержит промежуточное реле для приема управляющего сигнала и включения/отключения электромагнита фиксатора защелки, четвертьоборотного электрического исполнительного механизма.
Достижение указанного технического результата обусловлено за счет замены втягивающего электромагнита переменного тока и электромагнитного реле времени, соединенных сложной кинематической связью, не исключающей перекосов из-за разной скорости замыкания магнитных систем электромагнитов, что требует, дополнительных регулировок, периодической смазки узлов трения и контроль состояния смазки, влияющих на трудоемкость изготовления и надежность - форсированным втягивающим электромагнитом постоянного тока с функцией задержки времени на отключение для исключения срабатывания клапана при кратковременном (менее 1 сек.) исчезновении электропитания, что обеспечивает малое энергопотребление, отсутствие бросков пускового тока управления, снижает токи автоматов управления, простая кинематическая связь якоря электромагнита с фиксатором защелки исключает перекосы, не требует регулировок и смазки за счет применения специальных антифрикционных материалов, что обеспечивает высокую работоспособность и надежность. Работа всей цепи управления через диодный мост обеспечивает универсальность рода тока управления.
Разработанная конструкция иллюстрирована графическим материалом, где на фиг. 1 приведен разрез электромеханического отсечного клапана в одном из вариантов реализации, на фиг. 2 - разрез привода электромеханического отсечного клапана, на фиг. 3 - схема электрическая принципиальная привода клапана, при этом использованы следующие обозначения позиций: привод 1; корпус 2; крышка 3; тарелка 4; шток затвора 5; пружина затвора 6; кольцо уплотнительное 7; штуцер 8 и 9; основание 10; опора 11; рычаг 12-14; диск 8; штока привода 15; защелка ручная 16; серьга 17; пружина штока привода 18; реле промежуточное 19; электромагнит 20; механизм исполнительный 21; информационный блок положения клапана (блок концевых выключателей) 22; фиксатор защелки 23; диодный мост 24; клемма 26, 27, 28, 32, 33, 34, 35.
Электромеханический отсечной клапан разработанной конструкции работает следующим образом:
Электромеханический отсечной клапан разработанной конструкции работает следующим образом:
а) при подаче напряжения ~220 В на клемму 26 (см. фиг. 3) рычаг МЭО устанавливается в исходное нижнее положение, при котором клапан закрыт. При этом рычаг МЭО должен находиться в гнезде фиксатора 23 (см. фиг. 2);
б) после подачи управляющего сигнала (~; =) 220 В на клеммы 27 и 28 (см. фиг. 3), в исходном положении рычага МЭО, срабатывает реле 19, включающее электромагнит 20. Фиксатор 23 поворачивается на угол 90°, тем самым, соединяя рычаги 12 и 13 между собой (см. фиг. 2). Рычаг МЭО начинает подниматься, увлекая за собой через связанные рычаги 12-13 и серьгу 17 (см. фиг. 2), шток затвора 5 (фиг. 1) и клапан открывается, при этом пружина затвора 6 (см. фиг. 1) сжимается;
в) для уменьшения усилия в момент открытия клапана, на штоке затвора 5 предусмотрен сброс рабочей среды из верхней полости клапана в нижнюю, за счет открытия в первый момент отверстия в тарелке 4 (см. фиг. 1), которое было закрыто штоком 5 до начала его подъема;
г) открытие клапана происходит до тех пор, пока не разомкнется контакт 32 микропереключателя МЭО (см. фиг. 3). Момент срабатывания контакта этого микропереключателя должен соответствовать ходу штока, равному 0,25 условного диаметра клапана). Для закрытия клапана снимается сигнал с клеммы 27 и 28 питание реле 19 прекращается, электромагнит 20 обесточивается, под действием пружины штока привода 18 (см. фиг. 2) фиксатор 33 поворачивается в обратную сторону, и клапан в следствии действия пружины 6 затвора (см. фиг. 1) закрывается;
е) для закрытия клапана в любой момент времени вручную необходимо потянуть ручку ручной защелки 16 (см. фиг. 2), которая расцепит рычаги, освободит рычаг 12, и клапан закроется.
ж) контакт 33 концевого выключателя МЭО обеспечивает включение реле 19 только при условии, что рычаг МЭО находится в нижнем положении;
з) контакт 35 реле 19, подключенный параллельно контакту 33 концевого выключателя, обеспечивает работу реле 19 (самоблокировку) в момент открытия клапана;
и) контакт 34 дублирует контакт реле 19 при открытом состоянии клапана, исключая самопроизвольный сброс при вибрации.
к) при кратковременном исчезновении электропитании привода клапана (до 0,7-0,9 с.) электромагнит 20 удерживает клапан в открытом положении в течение этого времени.
Использование клапана разработанной конструкции позволяет обеспечить высокую надежность и малое энергопотребление клапана.