СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КЛАПАНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
METHOD OF SEALING AND DESIGN OF HIGH-PRESSURE ELECTROMAGNET VALVE

Предлагаемое изобретение относится к области арматуростроения.
Известен электромагнитный клапан (А.С. №568778, кл. F16K 31/02, заявлено 19.04.1976 г.), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, кожух, в котором расположены катушки, корпус электромагнита.
В верхней части кожуха установлен постоянный магнит. Якорь электромагнитного привода посредством штока соединен с запорным органом. В корпусе клапана между пружиной и корпусом электромагнита установлена втулка, выполненная из немагнитного материала с низким коэффициентом трения, например из фторопласта.
Недостаток аналога заключается в том, что в нем в не обеспечивает достаточной надежной работы в течение длительного ресурса как по времени, так и по числу максимальных срабатываний (заданному числу открытий и закрытий). Это связано с тем, что в нем осуществлен способ герметизации закрытого электромагнитного клапана путем только одного пояса герметизирующего взаимодействия поверхностей (без резервирования) и только под действием усилия пружины (без использования для повышения герметизирующего прижатия воздействия высокого давления со стороны рабочего тела, например, на упругоэластичную поверхность герметизации).
Известен также электромагнитный клапан (патент №2190142, кл. F16K 31/02, приоритет от 03.07.2000) с входом и выходом для топлива, в корпусе которого размещены соединенный штоком с наружным пружиной запорным органом цилиндрический якорь электромагнита, катушка электромагнита в кожухе. С целью повышения надежности один конец корпуса выполнен в виде трубы с внутренней резьбой с установленным в ней седлом, торцевая поверхность которого установлена на уровне входа, а другой конец корпуса снабжен крышкой, в осевой части которого установлен винтовой ограничитель хода якоря, а запорный якорь выполнен в виде шара, взаимодействующего с коническим ограничителем штока со стороны якоря; торцевые поверхности корпуса снабжены герметизирующей пленкой, например клеевой.
Недостаток этого аналога заключается в том, что не обеспечивается достаточной надежной работы в течение длительного ресурса как по времени, так и по числу максимальных срабатываний (заданному числу открытий и закрытий). Это связано с тем, что в нем осуществлен способ герметизации закрытого электромагнитного клапана путем только одного пояса герметизирующего взаимодействия поверхностей (без резервирования), а именно, взаимодействия шара с коническим ограничителем штока со стороны якоря и только под действием усилия натяжения пружины (без использования для повышения герметизирующего прижатия воздействия высокого давления со стороны рабочего тела, например, на упругоэластичную поверхность герметизации).
В качестве прототипа выбран электромагнитный клапан (патент России №2257502, Мкл. F16K 31/02, приоритет от 05.09.2003), включающий корпус, выполненный с входным центральным патрубком и проходным каналом для рабочего тела, с размещенными внутри него якорем электромагнита, пружиной, запорным органом, взаимодействующим с седлом перед выходным патрубком рабочего тела, катушку электромагнита в кожухе, кольцо и втулку, выполненные из немагнитного материала, внутренняя поверхность корпуса со стороны одного торца выполнена в виде поверхности усеченного конуса, разделенной на две части кольцом и с возможностью ее сопряжения с поверхностью якоря, выполненного в виде усеченного конуса с проходными каналами для рабочего тела и цилиндрическим направляющим выступом на его вершине, расположенным во втулке, выполненной подпружиненной с торца, противоположного относительно конической части якоря, запорный орган выполнен в центральной части основания якоря в виде цилиндрической шайбы, седло выполнено в виде выступа вновь введенной крышки корпуса, с обратной стороны которой выполнен выходной патрубок рабочего тела; конусная поверхность корпуса разделена кольцом на равные площади.
Недостаток прототипа заключается в том, что способ герметизации электромагнитного клапана в закрытом положении, который осуществлен в нем, не обеспечивает достаточной надежной работы в течение длительного ресурса как по времени, так и по числу максимальных срабатываний (заданному числу открытий и закрытий). Это связано с тем, что в нем осуществлен способ герметизации закрытого электромагнитного клапана путем только одного пояса герметизирующего взаимодействия поверхностей (без резервирования), а именно, взаимодействия цилиндрической шайбы с седлом и только под действием усилия пружины (без использования для повышения герметизирующего прижатия воздействия высокого давления со стороны рабочего тела, например, на упругоэластичную поверхность герметизации).
Задача предлагаемого решения заключается в повышении надежности и ресурса работы электромагнитного клапана путем повышения степени герметичности его закрытия.
Поставленная задача решена за счет того, что осуществляют дополнительную герметизацию электромагнитного клапана путем взаимодействия, по меньшей мере, двух последовательно расположенных перед круговой кромкой седла упругоэластичных уплотнительных кольцевых выступов с конической поверхностью запорного органа под воздействием на них высокого давления рабочего тела с противоположной стороны относительно указанной конической поверхности; седло выполнено, по меньшей мере, с двумя вновь введенными уплотнительными выступами, последовательно расположенными перед кольцевой кромкой седла на одном монолитном с ними основании, высота которых соизмерима с расстояниями между ними и с профилями их сечений, сопряженными с конической поверхностью по периметру в виде острых углов в плоскости, проходящей через продольную ось запорного органа, основание указанных выступов герметично закреплено по периметру седла напротив конической поверхности запорного органа; уплотнительные выступы с их монолитным основанием выполнены из фторопласта, например, марки 4.
Суть предложенного электромагнитного клапана высокого давления поясняется фиг.1 и 2, на которых клапан показан соответственно в закрытом и открытом положениях.
Электромагнитный клапан высокого давления содержит корпус 1, выполненный с входным центральным патрубком 2 и проходными каналами 3 для рабочего тела, запорным органом 4, выполненным в центральной части основания якоря 5 электромагнита и с возможностью герметичного взаимодействия его конической поверхности 6 с кольцевой кромкой 7 седла 8, выполненного в центральной части крышки 9 корпуса 1, с обратной стороны которой выполнен выходной патрубок 10 рабочего тела, пружина 11 якоря 5 для перемещения его вместе с запорным органом 4 в закрытое положение, седло 8 выполнено, по меньшей мере, с двумя вновь введенными уплотнительными выступами 12, последовательно расположенными перед кольцевой кромкой 7 седла 8 на одном монолитном с ними основании 13, высота которых соизмерима с расстояниями между ними и с профилями их сечений, сопряженными с конической поверхностью 6 по периметру в виде острых углов в плоскости, проходящей через продольную ось запорного органа 4, основание 13 выступов 12 герметично закреплено по периметру седла 8 напротив конической поверхности 6 запорного органа 4, уплотнительные выступы 12 с их монолитным основанием 13 выполнены из фторопласта, например, марки 4.
Предложенный электромагнитный клапан высокого давления работает следующим образом. При подаче напряжения на катушку электромагнита якорь 5 перемещается в сторону входного патрубка 2, преодолевая усилие пружины 11 и перемещая запорный орган 4 относительно его продольной оси, открывает кольцевую кромку 7 седла 8, при этом рабочее тело под высоким давлением проходит из входного центрального патрубка 2 по проходным каналам 3, через открытое седло 8 в выходной патрубок 10.
После снятия напряжения электропитания с электромагнита якорь 5 под действием пружины 11 перемещается в сторону выходного патрубка 10 и путем герметизирующего взаимодействия конической поверхности 6 запорного органа 4 с кольцевой кромкой 7 седла 8 закрывает его и прекращает прохождение рабочего тела в выходной патрубок 10. При этом одновременно происходит герметизирующее взаимодействие конической поверхности 6 запорного органа 4 с упругоэластичными кольцевыми выступами 12, кромки острых углов которых под давлением рабочего тела со стороны проходных каналов 3 плотно с герметизирующим эффектом прижимаются к конической поверхности 6 по ее периметру. Упругоэластичные кольцевые выступы 12 расположены последовательно перед кольцевой кромкой 7 седла 8, что обеспечивает двойное повышение дополнительной герметизации клапана и тем самым повышает надежность его работы.
Уплотняющие упругоэластичные кольцевые выступы 12 с их общим основанием 13 выполнены из фторопласта, например, марки 4, а общее основание 13 герметично закреплено на седле 8 перед его кольцевой кромкой 7. Это позволило соответственно увеличить ресурс и надежность работы кольцевых выступов 12, повысить герметизирующее уплотнение с их помощью за счет повышения давления на них со стороны рабочего тела, что в конечном счете обеспечило повышение надежности работы клапана.
Высота кольцевых выступов 12 выполнена соизмеримой с расстояниями между ними, а края профилей их острых углов в закрытом положении клапана сопряжены под давлением рабочего тела с конической поверхностью 6. Это позволило обеспечить высокую степень дополнительной герметичности клапана при выполнении требований по компактности конструкции.
2
2
Уточнение формы уплотняющих упругоэластичных кольцевых выступов 12 с их острыми углами, расположением их в настоящее время проходят расчетно-экспериментальную отработку с учетом обеспечения максимально возможной герметичности, надежности работы при заданном ресурсе срабатывания электромагнитного клапана с заданным диапазоном рабочего тела, например, от 180 кгс/см до 0,5 кгс/см.
В известных авторам источниках технической и патентной информации не обнаружены признаки технических решений, аналогичные отличительным признакам заявленного решения.