ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ЗАПОРНЫЙ КЛАПАН (ВАРИАНТЫ)

Электромагнитный запорный клапан относится к области арматуростроения и может быть использован в любых пневмогидросистемах, имеющих запорные клапаны в управляемых электромагнитами магистралях.
Известен электромагнитный привод клапана, в корпусе которого установлены магнитопровод с намагничивающей обмоткой и подвижный якорь соединенный с запорным устройством (Авторское свидетельство СССР №420843, кл. F16К 31/02, 1974).
Недостатком известного устройства являются значительные потери тягового усилия на якоре за счет падения магнитного потенциала в зазоре между магнитопроводом и якорем, а также то, что потребляемая электромагнитом мощность, необходимая для начала движения якоря в 10-30 раз больше мощности, необходимой в конце его движения.
Известен также электромагнитный привод клапана, в магнитопроводе которого соосно установлены, намагничивающая обмотка и подвижный якорь, в котором кольцевой зазор между якорем и магнитопроводом выполнен в виде замкнутой полости, снабженной уплотнениями и заполненной ферромагнитной жидкостью, что, без учета повышения силы трения между якорем и магнитопроводом, в определенной мере улучшает тяговую характеристику электромагнитного привода (Авторское свидетельство СССР №665170, кл. F16К 31/02, 1979).
Такое техническое решение по совокупности существенных признаков наиболее близко данной полезной модели и принято в качестве прототипа.
Недостатком известных устройств является то, что их тяговые характеристики неблагоприятны, так как в начале движения якоря, когда требуется наибольшее усилие, электромагнит развивает наименьшее усилие. В конце хода якоря, когда требуется уменьшение усилия из-за прекращения влияния на запорный орган разности давлений рабочей среды, это усилие многократно возрастает, что вызывает нежелательную ударную нагрузку на якорь. Указанный недостаток носит универсальный характер и приводит к завышению мощности и массы тяговых электромагнитов в любом применении. Задачей данной полезной модели является снижение потребления мощности и массы электромагнита в электромагнитных запорных клапанах и снижение ударных нагрузок на якорь.
Решение задачи достигается тем, что электромагнитный запорный клапан, содержащий корпус с впускным и выпускным каналами, на последнем из которых выполнено седло, перекрываемое подпружиненным запорным органом, имеющим шток, и электромагнит, установленный внутри корпуса, включающий магнитопровод с намагничивающей обмоткой и якорь, соединенный со штоком, согласно полезной модели, магнитопровод установлен с возможностью перемещения соосно якорю, а между магнитопроводом и корпусом установлена пружина сжатия соосно штоку запорного органа, выполненная с рабочей деформацией не менее величины установленного рабочего перемещения магнитопровода, при этом величина перемещения магнитопровода определена из условия преодоления давления рабочей среды и отрыва запорного органа при минимальном зазоре между якорем и полюсом магнитопровода и необходимом тяговым усилием электромагнита; электромагнитный запорный клапан может быть выполнен так, что якорь и шток запорного органа соединены с возможностью взаимного осевого перемещения, а магнитопровод установлен в корпусе неподвижно, при этом на штоке запорного органа установлена пружина сжатия с возможностью противодействия осевому перемещению якоря относительно штока запорного органа, выполненная с рабочей деформацией не менее величины установленного рабочего перемещения якоря относительно штока запорного органа, которое определено из условия преодоления давления рабочей среды и отрыва запорного органа при минимальном зазоре между якорем и полюсом магнитопровода и необходимом тяговым усилием электромагнита; электромагнитный запорный клапан может быть выполнен так, что якорь и шток запорного органа соединены посредством скобы, закрепленной на конце якоря, внутрь которой пропущен шток запорного органа, при этом на торце последнего выполнена головка, а пружина сжатия размещена на штоке запорного органа между головкой и скобой; электромагнитный запорный клапан может быть выполнен так, что пружина сжатия выполнена с жесткостью достаточной для превышения усилия подпружиненного запорного органа и веса электромагнита; электромагнитный запорный клапан может быть выполнен так, что пружина сжатия выполнена с жесткостью достаточной для превышения усилия подпружиненного запорного органа; электромагнитный запорный клапан может быть выполнен так, что в корпусе имеется ограничитель деформации пружины сжатия, выполненный, например, в виде втулки; электромагнитный запорный клапан может быть выполнен так, что ограничитель деформации пружины сжатия установлен между магнитопроводом и корпусом; электромагнитный запорный клапан может быть выполнен так, что ограничитель деформации пружины сжатия установлен внутри скобы соединенной с якорем.
На фиг.1 показан общий вид электромагнитного запорного клапана, в котором магнитопровод с намагничивающей обмоткой установлен в корпусе клапана с возможностью осевого перемещения относительно запорного органа;
на фиг.2 - якорь соединен с подпружиненным запорным органом с возможностью осевого перемещения относительно последнего при неподвижном магнитопроводе;
на фиг.3 представлены тяговые и механические характеристики данной полезной модели и прототипа.
Электромагнитный запорный клапан (фиг.1) состоит из магнитопровода 1 с полюсом («стопом») 12 и намагничивающей обмоткой 2, якоря 3, соединенного со штоком 4 запорного органа 5, подпружиненного возвратной пружиной 6, седла 13 на выпускном канале. Между магнитопроводом 1 и корпусом 7 установлена пружина сжатия 8 и ограничитель 9 максимальной деформации.
Электромагнитный запорный клапан по второму варианту (фиг.2) состоит из магнитопровода 1 с полюсом («стопом») 12 и намагничивающей обмоткой 2, якоря 3, соединенного со штоком 4 запорного органа 5, подпружиненного возвратной пружиной 6, седла 13 на выпускном канале. В скобе 11, соединенной с якорем 3 под головкой 10, выполненной на торце штока 4 установлена пружина сжатия 8 и ограничитель 9 максимальной деформации.
2
Электромагнитный запорный клапан (фиг.1, фиг.3) работает следующим образом. При отсутствии питания намагничивающей обмотки 2 запорный орган 5 перекрывает седло 13 корпуса 7 за счет силы F (фиг.3) механической нагрузки, создаваемой возвратной пружиной 6, давлением рабочей среды на верхнюю плоскость запорного органа 5 и весом перемещаемых частей: якоря 3, штока 4 и запорного органа 5. Магнитопровод 1 удерживается в крайнем верхнем положении пружиной сжатия 8.
3
2
1
3
1
При подачи питания на обмотку 2, под действием магнитного поля, магнитопровод 1 с обмоткой 2 перемещается встречно якорю 3, создавая деформацию пружины 8, которая увеличивает силу механической нагрузки до величины F (фиг.3). При этом, величина рабочего воздушного зазор S уменьшается и при величине S зазора тяговое усилия электромагнита становится равным F, (точка «с» на фиг.3), которое становится достаточным для превышения силы механической нагрузки, что сопровождается отрывом запорного органа 5 от седла 13. Далее, с ростом тягового усилия электромагнита запорный орган 5 отходит от седла с выравниванием давлений рабочей среды на нижней и верхней плоскости запорного органа 5 и уменьшением силы механической нагрузки до величины F (фиг.3). Пружина 8 освобождается и перемещает части электромагнита 1, 2, 3 и шток 4 с запорным органом 5 в крайнее верхнее положение, обеспечив полное открывание выпускного канала запорного клапана.
1
3
1
Электромагнитный клапан по второму варианту (фиг.2, фиг.3) работает следующим образом. При подаче питания на обмотку 2, якорь 3 под действием магнитного поля через скобу 11 и головку 10 увеличивает деформацию пружины сжатия 8 и перемещается в направлении полюса 12 магнитопровода 1. Уменьшение воздушного зазора до величины S (фиг.3) создает тягового усилие достаточное для превышения силы F (фиг.3) механической нагрузки. Запорный орган 5 отходит от седла 13 на выпускном канале. Давление рабочей среды на нижней и верхней плоскости запорного органа 5 выравниваются, а сила механической нагрузки уменьшается до величины F (фиг.3). За счет освобождения пружины сжатия 8 и передачи через скобу 11 и головку 10 ее усилия на шток 4, происходит перемещения штока 4 вслед за якорем 3, чем обеспечивается полное открывание клапана.
При отключении питания электромагнита под действием возвратной пружины 6 запорный орган 5 и якорь 3 возвращаются в исходное закрытое положение в каждом из вариантов полезной модели.
Применение пружины сжатия 8 совместно с возможностью осевого перемещения магнитопровода 1 или якоря 3 относительно запорного органа, создает существенное снижение потребляемой мощности и массы электромагнита. Это обусловлено нарастанием тягового усилия электромагнита по закону квадратичной гиперболы в зависимости от размера воздушного зазора S (фиг.3) и соответствующим выбором размера рабочего воздушного зазора, необходимого для срабатывания электромагнита.
1
2
Например, если срабатывание электромагнита и необходимое тяговое усилие выбраны для величины перемещения S магнитопровода (точка «с» на фиг.3), составляющим 85% полного хода якоря S, (фиг.3), то потребляемая мощность уменьшается в 40, а масса электромагнита - в 6 раз.
Данный электромагнитный запорный клапан является промышленно применимым, так как при изготовлении применяются известные материалы и технологии.