Регулирующий клапан
CONTROL VALVE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относиться к арматуростроению, в частности к клапанам с электромагнитным приводом, и может быть использовано в конструкциях вакуумных систем, а также в устройствах дистанционного управления потоками различных газов и жидкостей.
Уровень техники
Известен электромагнитный клапан, содержащий механизм ручного управления для установки клапана в открытое состояние, электромагнит, седло клапана, якорь с запорным органом, выполненные с возможностью перемещения между седлом клапана и электромагнитом, и две шайбы. Одна шайба выполнена из магнитного, другая шайба - из магнитопроводящего материала. Обе шайбы установлены с одной стороны относительно запорного органа с якорем, а электромагнит - с другой стороны. Одна из шайб жестко связана посредством штока с запорным органом и якорем, другая установлена неподвижно. При переходе клапана в закрытое состояние, обе шайбы находятся в непосредственной близости друг от друга, а одна из шайб выполнена с возможностью регулировки конечного расстояния между ними (см. патент RU №2282090, кл. F16K 31/06).
Известен электромагнитный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, электромагнит, якорь с запорным органом, выполненный с возможностью взаимодействия с электромагнитом, и устройство для индикации положения запорного органа, например магнитоуправляемый контакт. Магнитопровод в области перехода его в стоп выполнен разъемным. В стопе и прилегающем к нему магнитопроводе выполнено отверстие, в которое установлено устройство индикации положения запорного органа с возможностью перемещения вдоль оси этого отверстия (см. патент RU №2282771, кл. F16K 31/06).
Известен клапан электромагнитный, основной запорный орган которого установлен в цилиндрической полости корпуса, а в его внутренней полости расположен вспомогательный клапан, соединенный штоком с электромагнитным приводом, причем он снабжен дополнительным электромагнитом, якорь которого соединен с рычагом, закрепленным на корпусе, а на штоке вспомогательного клапана установлен упор, воспринимающий воздействие указанного рычага (см. патент SU №456952, кл. F16K 31/06).
Данные аналоги имеют следующие общие недостатки. В описанных конструкциях нет возможности в автоматическом режиме установить и зафиксировать клапан в промежуточном положении, а также изменять это положение в динамике для регулирования потока рабочей среды.
Наиболее близким по технической сущности, достигаемому эффекту и принимаемый авторами за прототип является электромагнитный клапан, содержащий корпус с патрубками, шток с плунжером, электромагнит с двумя катушками, при этом якорь фиксируется пружинами в нейтральном положении и находится между намагничивающими катушками и когтеобразными полюсами, причем якорь изготовлен из двух магнитомягких вставок и немагнитной прослойки, две катушки электромагнита намотаны на магнитопроводы (см. патент RU №2357143, кл. F16K 31/06).
Недостатками прототипа является несимметричное расположение приводной части конструкции, что усложняет изготовление опоры для приводной части конструкции и создает технические условия для возникновения заклинивания из-за перекоса штока под действием давления потока рабочей среды.
Раскрытие изобретения
Технический результат, который достигается с помощью изобретения, сводится к созданию технической возможности автоматического изменения положения плунжера и его фиксирование в промежуточных состояниях для регулирования и изменения интенсивности потока рабочей среды.
Технический результат достигается с помощью регулирующего клапана, содержащего корпус с патрубками, плунжер, соединенный через вал с линейным электроприводом, который состоит из двух идентичных цилиндрических магнитопроводов с намагничивающими катушками и выводами, между которыми в средней части вала на резьбе закреплен сборный якорь, при этом линейный электропривод расположен осесимметрично относительно вала и плунжера, сборный якорь представляет собой трехслойную конструкцию, в средней части которой имеется прослойка с двумя запрессованными с противоположных сторон магнитопроводящими дисками, имеющими прямоугольное сечение с выточкой в форме трапециевидного тороида, образующей когтеобразные полюса сборного якоря симметричной магнитной системы линейного электропривода, цилиндрические магнитопроводы линейного электропривода имеют когтеобразные полюса, залитые упругим уплотнителем, в цилиндрических магнитопроводах относительно оси симметрии вала выполнены отверстия для подшипников скольжения, в которые вставлен вал.
Применение заявленного регулирующего клапана обеспечивает высокую точность дозирования, создает возможность автоматически управлять интенсивностью потока рабочей среды, повышает надежность конструкции за счет нового линейного электропривода и его симметричного расположения относительно плунжера.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 представлен общий вид регулирующего клапана в разрезе.
На Фиг. 2 представлен детальный чертеж линейного электропривода регулирующего клапана в разрезе.
На Фиг. 3 показан один из четырех идентичных сегментов полюсов симметричной магнитной системы линейного электропривода.
Осуществление изобретения
Регулирующий клапан состоит из корпуса 1, который через резьбовые соединения 2 прикреплен к патрубкам 3 для врезки в технологические трубопроводы (на фиг. 1 не показаны), в которых происходит регулирование потока рабочей среды за счет перемещения типового механизма плунжера 4. Перемещение плунжера 4 обеспечивает соединенный через вал 5 и осесимметрично расположенный в верхней части корпуса 1 линейный электропривод. Линейный электропривод является сборной конструкцией (см. фиг. 2), состоящей, в том числе, из идентичных по размерам верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов с одинаковыми когтеобразными полюсами 8 магнитопроводов (см. фиг. 3), внутри которых намотаны соответственно верхняя 9 и нижняя 10 намагничивающие катушки.
Между верхним 6 и нижним 7 цилиндрическими магнитопроводами расположен сборный якорь 11, который с помощью резьбы 12 крепится к средней части вала 5. Сборный якорь 11 представляет собой трехслойную конструкцию, в средней части которой имеется прослойка 13 с двумя запрессованными с противоположных сторон магнитопроводящими дисками 14. Прослойка 13 выполнена из немагнитного материала для разделения магнитных полей верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушек. Магнитопроводящие диски 14 в разрезе имеют прямоугольное сечение с выточкой в форме трапециевидного тороида, образующей когтеобразные полюса 15 на сборном якоре 11 симметричной магнитной системы линейного электропривода.
В верхнем цилиндрическом магнитопроводе 6 выполнено отверстие, в которое вставлен опорный подшипник скольжения 16, а в нижнем цилиндрическом магнитопроводе 7 - вставлен проходной подшипник скольжения 17. Подшипники скольжения 16 и 17 выполняют центрирование цилиндрических магнитопроводов 6 и 7 относительно оси симметрии вала 5 и обеспечивают его возвратно-поступательное перемещение с минимальным трением.
Части верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов с когтеобразными полюсами 8 залиты упругим уплотнителем 18. Уплотнитель 18 предотвращает прилипание магнитопроводящих дисков 14 к цилиндрическим магнитопроводам 6 и 7, а также обеспечивает дополнительную герметизацию намагничивающих катушек 9 и 10.
Режим работы намагничивающих катушек 8 и 9 задается системой управления (на фиг. не показана) через выводы 19.
Регулирующий клапан работает следующим образом. Корпус 1 через резьбовые соединения 2 по средствам патрубков 3 монтируется в трубопроводы с рабочей средой (на фиг. не показаны), в которых происходит регулирование потока рабочей среды за счет перемещения типового механизма плунжера 4. Плунжер 4 может занимать три характерных положения:
I - крайнее нижнее положение плунжера 4, при котором полностью перекрыт поток рабочей среды в патрубках 3;
II - крайнее верхнее положение плунжера 4, при котором патрубки 3 полностью открыты, а интенсивность потока рабочей среды максимальна;
III - плунжер 4 находится в промежуточном положении, перекрывая или открывая патрубки 3, тем самым дозируя интенсивность потока рабочей среды.
Эти три характерных положения плунжера 4 задаются возвратно-поступательным движением вала 5, который перемещается вместе со сборным якорем 11 линейного электропривода. Линейный электропривод состоит из верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов, внутри которых намотаны соответственно верхняя 9 и нижняя 10 намагничивающие катушки с уплотнителем 18 и выводами 19, сборного якоря 11 из прослойки 13 и двух магнитопроводящих дисков 14, закрепленного по резьбе 12 на валу 5 (см. фиг. 2). Сборный якорь 11 перемещается под действием электромагнитного поля, которое формируется в зависимости от модуляции электрических импульсов, подаваемых на намагничивающие катушки 9 и 10 от системы управления (на фиг. не показана) через выводы 19. Если конфигурация электромагнитного поля такова, что магнитные силы на верхней намагничивающей катушке 9 больше, чем на нижней намагничивающей катушке 10, то сборный якорь 11 линейного электропривода перемещается вверх, поднимая через вал 5 плунжер 4. Если магнитные силы на верхней намагничивающей катушке 9 меньше, чем на нижней намагничивающей катушке 10, то плунжер 4 будет перемещаться вниз. Если на верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушках формируется конфигурация электромагнитных полей, при которой магнитные силы уравновешивают сборный якорь 11 линейного электропривода в промежуточном положении, то плунжер 4 фиксируется в необходимом промежуточном положении, при этом дозируя интенсивность потока рабочей среды через патрубки 3. При возникновении на верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушках одинаковых магнитных сил, плунжер 4 занимает среднее положение, как показано на фиг. 1, при этом пропускная способность регулирующего клапана в два раза меньше, по сравнению с его полностью открытым состоянием. Скорость подачи электрических импульсов на намагничивающие катушки 9 и 10 влияет на скорость перемещения плунжера 4, таким образом, появляется возможность не только задавать положение плунжера, но и управлять скоростью его перемещения.
Для увеличения тяговых характеристик линейного электропривода цилиндрические магнитопроводы 6, 7 и магнитопроводящие диски 14 имеют когтеобразные полюса 8 и 15, которые формируют контактную площадь распространения магнитных линий, распределяя тем самым создаваемые усилия при перемещении сборного якоря 11 линейного электропривода. Величина необходимых усилий задается условиями технологического процесса регулирования потока рабочей среды и определяется расчетом, результат которого зависит от трех параметров магнитной системы линейного электропривода:
α - угол формирования когтеобразных полюсов 8 и 15;
b - ширина когтеобразных полюсов 8 и 15;
h - глубина выточки в форме трапециевидного тороида в магнитопроводящих дисках 14.
В отличие от прототипа заявленный регулирующий клапан имеет новую конструкцию линейного электропривода, которая позволяет через вал 5 автоматически изменять положение плунжера 4 и фиксировать его в промежуточных состояниях, а также регулирующий клапан имеет осесимметричное расположение элементов линейного электропривода по отношению к плунжеру 4, что исключает перекос вала 5 под действием потока рабочей среды.
Применение заявленного регулирующего клапана повышает скорость и точность регулирования интенсивности потока рабочей среды в технологических трубопроводах с газами или жидкостями, создает возможность в автоматическом режиме управлять потоком рабочей среды, упрощает регулирование интенсивности потока рабочей среды в различных технологических процессах за счет новой конструкции и симметричного расположения линейного электропривода относительно плунжера.