Клапан электромагнитный двойной
DOUBLE ELECTROMAGNETIC VALVE

Изобретение 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 (RU, патент №2135873, опубл. 27.08.1999) отсечной клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками и седлом, запорный орган с возвратной пружиной и толкателем, привод, заключенный в кожух, между штоком и толкателем размещен промежуточный узел, обеспечивающий срабатывание клапана и снабженный электромагнитом с плоским якорем. Шток и толкатель расположены соосно. Корпус клапана имеет крышку с сальниковым узлом, уплотняющим толкатель, который вместе с возвратной пружиной расположены с разных сторон запорного органа. Промежуточный узел выполнен в виде рычага, один конец которого шарнирно закреплен на основании - базе привода, а второй соединен с плоским якорем электромагнита, и двух серег, имеющих общую ось. Одна, серьга шарнирно связана с толкателем запорного органа, а другая - шарнирно со штоком привода, а в рычаге выполнен с наклоном к толкателю и штоку паз и в него введена указанная общая ось серег.
Недостатками известного технического решения можно признать сложность обеспечения данного решения при больших нагрузках на штоке (от 1-2 тонн и выше) из-за небольших усилий в применяемых электромагнитах и нестабильности работы ввиду непостоянности коэффициентов трения (смазка, отсутствие смазки), а также необходимость дублирования даже на низконапорной газовой магистрали.
Известно (RU, патент 2362900, опубл. 27.07.2009) клапанное устройство для подачи газообразного топлива в двигатель внутреннего сгорания, содержащее корпус с основанием и электромагнитный клапан, причем устройство снабжено вторым электромагнитным клапаном, электромагнитные клапаны расположены по сторонам основания, по оси которого размещен шаговый двигатель, приводящий в движение полый цилиндр с боковой щелью и регулирующий расход газа через отверстие основания при вращении полого цилиндра, причем электромагнитные клапаны соединены с полостью основания отверстиями, перпендикулярными его оси.
Клапанное устройство работает следующим образом. При запуске двигателя: в предпусковом режиме после подачи питания по программе, задаваемой электронным блоком системы управления газовым двигателем, шаговый двигатель открывает щелевой дозатор таким образом, что обеспечивается необходимый для пуска двигателя расход газообразного топлива. При этом электромагнитные клапаны закрыты. При медленном изменении оборотов двигателя и нагрузки открывается (закрывается) щелевой дозатор по заданной программе, обеспечивая подачу необходимого для работы двигателя количества газа. При быстром изменении нагрузки или оборотов Двигателя, в пределах допуска поддержания частоты вращения, изменение проходного сечения канала подачи газа осуществляется за счет включения электромагнитных клапанов на время, задаваемое программой электронного блока. При снятии нагрузки и уменьшении числа оборотов двигателя по команде электронного блока системы управления газовым двигателем происходит выключение электромагнитных клапанов закрывается щелевой дозатор таким образом, что обеспечивается необходимый для остановки двигателя расход газа.
Недостатком известного устройства следует признать узкую область применения - только подача газа в двигатель внутреннего сгорания.
Наиболее близким техническим аналогом разработанного устройства можно признать (RU, патент 161932, опубл. 20.05.2016) клапан с электромагнитным приводом, содержащий цилиндрический, закрытый снизу корпус с крышкой, внутри которого размещены седло, мембранный затвор с разгрузочным отверстием, с перепускным отверстием и диском, размещенный между фланцем корпуса и его крышкой, золотник с возможностью перекрывания/открывания разгрузочного отверстия мембранного затвора, жестко соединенный с якорем электромагнита и телескопически с мембранным затвором, на цилиндрической поверхности корпуса закреплены средство подачи газа и средство выхода газа, причем средство выхода газа выполнено в виде трубопровода, жестко закрепленного в цилиндрической стенке корпуса и одним торцом прилегающего к мембранному затвору, а вторым торцом выходящим за пределы корпуса, при этом клапан дополнительно содержит индукционный датчик, установленный на гильзе электромагнита.
Клапан работает следующим образом. Открытие клапана происходит в следующем порядке. При подаче напряжения якорь электромагнита поднимается вверх, сжимая пружину и увлекая за собой золотник, открывающий разгрузочное отверстие. За счет разности площадей перепускного и разгрузочного отверстий давление рабочей среды в надмембранной камере падает и за счет давления рабочей среды в подмембранной камере мембранный затвор поднимается вверх, и клапан открывается. При нулевом давлении рабочей среды клапан открывается за счет подъема мембранного затвора якорем электромагнита через телескопическую связь между якорем и мембраной. При снятии напряжения с электромагнита золотник за счет усилия пружины перекрывает разгрузочное отверстие и рабочая среда через перепускное отверстие заполняет надмембранное пространство. Давление под и над мембраной выравнивается, а за счет большей рабочей площади верха мембраны (на величину площади седла) усилие на мембранный затвор сверху превышает усилие на мембранный затвор снизу, мембранный затвор прижимается к седлу и клапан закрывается. При нулевом или близким к нулевому значению давлению рабочей среды закрытие клапана обеспечивается усилием пружины на мембранный затвор через диск и силой упругости мембранного затвора за счет формы мембраны. Индукционный датчик фиксирует положение якоря электромагнита, механически связанного с мембранным затвором и показывает состояние клапана (открыт - закрыт). Управление клапаном осуществляют в автоматическом или дистанционном режиме.
Недостатком известного клапана следует признать необходимость дублирования его даже на низконапорной газовой магистрали.
Техническая проблема, решаемая с использованием разработанного устройства, состоит в обеспечении герметичности подвода газовой среды к месту потребления.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в упрощении запорной арматуры газовой магистрали.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать клапан электромагнитный двойной разработанной конструкции. Клапан электромагнитный двойной содержит корпус, внутри которого размещены первое седло, первый мембранный затвор с разгрузочным отверстием, первой мембраной с перепускными отверстиями, размещенной между первым фланцем корпуса и его крышкой, первый золотник, установленный с возможностью перекрывания/открывания разгрузочного отверстия мембранного затвора, соединенный (жестко, телескопически или пружиной) с якорем электромагнита и с мембранным затвором, на корпусе закреплены средство подачи газа и средство выхода газа, причем средство выхода газа выполнено в виде трубопровода, жестко закрепленного в стенке корпуса, первым торцом выходящим за пределы корпуса. Кроме того, он дополнительно содержит размещенные внутри корпуса второе седло, второй мембранный затвор с разгрузочным отверстием, второй мембраной с перепускными отверстиями, размещенной между вторым фланцем корпуса и его крышкой, второй золотник, установленный с возможностью перекрывания/открывания разгрузочного отверстия мембранного затвора, соединенный (жестко, телескопически или пружиной) с якорем электромагнита и с мембранным затвором, первый газовод, расположенный между средством подачи газа и вторым мембранным затвором, причем мембрана первого затвора установлена с возможностью перекрывания первого газовода, объем корпуса разделен перегородкой на две части, первая из которых расположена под мембраной первого затвора, а вторая часть расположена под мембраной второго затвора, при этом второй затвор расположен с возможностью вывода газа в средство вывода газа, при этом средство выхода газа вторым торцом прилегает ко второму мембранному затвору.
В некоторых вариантах реализации затворы установлены на торцах корпуса, а средство подачи газа и средство выхода газа расположены на противоположных боковых сторонах корпуса.
В других вариантах реализации первый затвор установлен на торце корпуса, на втором торце корпуса установлено средство выхода газа, средство подачи газа и второй затвор расположены на противоположных боковых сторонах корпуса.
Затворы могут быть установлены на корпусе с использованием фланцевых соединений. Хотя не исключены другие варианты крепления затворов на корпусе.
Предпочтительно корпус выполнен цилиндрическим.
На фиг. 1 представлен вариант реализации разработанного устройства, при котором оба затвора расположены на торцах корпуса, а на фиг. 2 - вариант, когда первый затвор установлен на торце корпуса, на втором торце корпуса установлено средство выхода газа, средство подачи газа и второй затвор расположены на противоположных боковых сторонах корпуса. На графическом материале использованы следующие обозначения: корпус 1, первое седло 2, первый мембранный затвор 3 с разгрузочным отверстием 4, первой мембраной 5 с перепускными отверстиями 6, первый фланец 7 корпуса 1 с крышкой 8, первый золотник 9, якорь 10 и катушка 11 первого электромагнита, средство 12 подачи газа, средство 13 выхода газа, второе седло 14, второй мембранный затвор 15 с разгрузочным отверстием 16, второй мембраной 17 с перепускными отверстиями 18, второй золотник 19, якорь 20 и катушка 21 второго электромагнита, второй фланец 22 корпуса 1 с крышкой 23, газовод 24, перегородка 25.
Устройство работает следующим образом.
Газ подают в корпус и он движется по газоводу. На пути газа расположена первая (верхняя) мембрана, одновременно играющая роль, затвора. Мембрана, в случае, когда нет давления на входе, прижата к седлу пружиной и за счет своей формы (седло представляет собой край трубы, вваренной в косую перегородку) перекрывает поток газа. В мембране выполнены отверстия, расположенные по кругу напротив кольцевого зазора между седлом и корпусом. При наличии давления на входе газ снизу давит на мембрану, проходит через эти отверстия в надмембранное пространство и прижимает мембрану к седлу, обеспечивая герметичность затвора. Поскольку площадь мембраны, на которую давит газ сверху, больше, обеспечивается плотное прижатие мембраны давлением газа. В центре мембраны есть дополнительно разгрузочное отверстие, которое плотно перекрывается якорем электромагнита. При подаче напряжения на катушку первого электромагнита его якорь втягивается, открывая разгрузочное отверстие. Через него давление из надмембранного пространства резко сбрасывается, а давление, снизу давящее на мембрану, открывает клапан. Практика показала, что при низком давлении (5 кПа и менее) необходима связь якоря и мембраны, чтобы клапан открывался не только за счет давления снизу, но и за счет движения якоря, приподнимающего мембрану. Эта схема работает при любом положении электромагнита (вверх, вбок, вниз). После этого газ при открытом первом верхнем клапане (поднятой мембране) попадает в пространство под косой вставкой, давя на нижнюю (вторую) мембрану, которая одинакова с верхней. Нижняя (вторая) мембрана работает аналогично верхней, и после открытия второго клапана газ выходит из клапана и идет далее по газопроводу (например, к горелке). Закрытие клапана (каждого) происходит так: при снятии электропитания с магнита пружина опускает якорь, который перекрывает разгрузочное отверстие, и толкает мембрану. Мембрана за счет своей формы и упругости тоже стремится закрыть клапан. Также при этом давление над мембраной оказывается больше, чем под мембраной, и мембрана опускается, закрывая клапан и обеспечивая полную герметичность в затворе. Данный порядок работы одинаков для обеих мембран (клапанов).
Достижение указанного технического результата обеспечено всей конструкцией разработанного устройства.