ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к регулирующим устройствам с мембранно-пружинным исполнительным механизмом, снабженных электрогидравлическим приводом и может быть использована для работы в качестве исполнительного устройства в системах автоматического регулирования потоков жидкости, газов или пара.
Главной проблемой всех известных в настоящее время технических решений, предназначенных для автоматического регулирования потоков жидкостей, газов или пара является их низкая надежность в следствии коррозии и поломки пружины мембрано-пружиного механизма, а также из-за перегорания катушки электромагнита. В случае применения электрогидравлического клапана для регулирования потоков жидкости, газов и пара на техногенно-опасных объектах, выход их из строя может привести к крупным техническим, техногенным и экологическим авариям и катастрофам (например, если электрогидравлический клапан используется для регулирования потоков в атомной установке).
Известны различные клапаны с электромагнитным управлением, содержащие управляющую полость, электромагнит, якорь, седло, корпус (Эдельман А.И. Топливные клапаны жидкостных ракетных двигателей. М. 1970, с.67-70).
Известны также конструкции клапанов с электромагнитным управлением, состоящие из электромагнита, якоря, мембраны, седла, корпуса, пружины и содержащие полости управляющего и высокого давления, загрузочные и перепускные каналы. Принцип действия этих клапанов основан на преобразовании электрической энергии в механическую энергию перемещения якоря в вспомогательном клапане, который одновременно является вспомогательным клапаном. Вспомогательный клапан управляет работой основного клапана путем регулирования давления в управляющей полости. Из-за изменения давления в управляющей полости, отделенной от полости высокого давления мембраной, создается усилие, перемещающее мембрану.
В зависимости от перепада давления на мембране клапан или открывается или закрывается. Повышение давления в управляющей полости осуществляется через загрузочный канал, соединяющий ее с полостью высокого давления. Понижение давления в управляющей полости осуществляется через перепускной канал, соединяющий ее с выходной магистралью (Ротенберг А.Г. Маршов В.М. Кобулашвили Ш.Н. Новые приборы автоматики и контроля в холодильной промышленности. М. 1981).
Известен мембранный клапан, содержащий корпус с входным, выходным отверстием и седлом, соединенный со штоком запорный орган в виде золотника, электромагнитный (импульсный) привод возвратно-поступательного движения движителя (в виде шпинделя), который связан через мембрану (упругий непроницаемый для рабочей среды элемент) со штоком (см. Гуревич Д.Ф. и др. Арматура атомных электростанций. - М.:Энергоиздат, 1982, с.113, фиг.3.21). Мембрана работает аналогично сильфону и обеспечивает абсолютную герметичность корпуса от движителя.
Недостатком устройства является малый ход рабочего органа - золотника из-за ограниченного хода мембраны, для увеличения которого необходимо увеличение диаметра мембраны, что приводит к увеличению габаритов изделия, что ограничивает применение для больших Ду и Ру (условных диаметров и давлений).
Наиболее близким по конструкции является электромагнитный клапан (Авторское свидетельство СССР №1106947, Кл. F16К 31/02, опубликовано 07.08.1084, Бюл. №29), в рабочей полости корпуса которого с входным и выходным патрубками установлен основной запорный орган, связанный через шток с мембраной и имеющий загрузочное отверстие, соединяющее входной патрубок с надмембранной полостью, и разгрузочное отверстие, перекрываемое управляющим запорным органом, управляемым с помощью электромагнита, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в подмембранной полости между мембраной и запорным органом размещена перегородка со сквозным отверстием, соединяющим входную и подмембранную полости, в корпусе выполнен канал, соединяющий подмембранную полость с дренажом, а клапан снабжен дополнительным управляющим запорным органом с электромагнитным приводом, перекрывающим канал.
Первым недостатком прототипа является то, что существует возможность попадания жидкости в полость катушки электромагнита через сальниковое уплотнение управляющего запорного органа, так как он постоянно находиться под напором жидкости поступающей через сквозное отверстие перегородки, соединяющее входную и подмембранную полость.
Вторым недостатком является возможность работы устройства только при использовании жидкостей определенной чистоты и вязкости, так как в противном случае возникает опасность засорения сквозных отверстий, через которые жидкость воздействует на мембрану, что приведет к выходу из строя клапана.
Третьим недостатком является отсутствие возможности регулирования потока жидкости, газа и пара проходящего через клапан, что делает невозможным использования данного устройства в автоматических системах регулирования.
Четвертый недостаток состоит в том, что возвратная пружина основного запорного органа постоянно находится в воде и ржавеет, теряя свои свойства.
Пятым недостатком прототипа является необходимость постоянной подачи напряжения на электромагнитный привод дополнительного запорного органа для удержания клапана в открытом состоянии, что приводит к перегреву катушки электромагнита и снижению надежности работы клапана.
Общим признаком с прототипом является то, что электрогидравлический клапан содержит корпус с входными и выходными патрубками, в рабочей полости которого установлен основной запорный орган с возвратной пружиной, связанный через шток с рабочей мембраной, положение которой управляется изменением положений управляющих запорных органов, имеющих самостоятельные электромагнитные приводы
Решаемая полезной моделью задача - создание электрогидравлического клапана, предназначенного для автоматического регулирования потоков жидкостей, газов или пара, исключающего возможность выхода его из строя из-за коррозии и поломки пружины мембрано-пружиного механизма, а также перегорания катушки электромагнита. Технический результат заключается в повышении надежности электрогидравлического клапана.
Технический результат достигается тем, что внутри управляющих запорных органов установлены эластичные мембраны с возможностью регулирования свободного хода положением торцевых концов штоков, перемещаемых посредством электромагнитов управляющих запорных органов, при этом возвратная пружина основного запорного органа расположена в его подмембранной полости, отделенной от рабочей полости сальниковым уплотнением.
Повышение надежности заключается в том, что совокупность новых элементов в предлагаемом техническом решении конструкции управляющих запорных клапанов, выполненых в виде эластичных мембран, свободный ход которых регулируется положением торцевых концов штоков, приводимых в движение электромагнитами управляющих запорных органов, позволяет отказаться от сальникового уплотнения, через которое возможна утечка воды, и как следствие, перегорание катушки электромагнита и самопроизвольная разрегулировка реле.
Кроме того, расположение возвратной пружины основного запорного органа в его подмембранной полости, отделенной от рабочей полости сальниковым уплотнением обеспечивает работу возвратной пружины в условиях без коррозии, что также приводит к повышению надежности электрогидравлического клапана в целом.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен электрогидравлический клапан.
В корпусе электрогидравлического клапана 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками установлены: основной запорный орган 4, сальниковое уплотнение 5, шток 6, возвратная пружина 7, гидрокамера 8 с рабочей мембраной 9, горизонтальный клапан 10, круглые стойки 11 и управляющие запорные органы 12.
Управляющие запорные органы 12 содержат внутри эластичные мембраны 13, свободный ход которых регулируется положением торцевых концов штоков 14, приводимых в движение электромагнитами 15 и возвратными пружинами 16.
Возвратная пружина 7 основного запорного органа 4 расположена в его подмембранной полости 17, отделенной от рабочей полости 18 сальниковым уплотнением 5.
Круглые стойки 11 имеют плоские торцы 19 с наружной резьбой и по два вертикальных канала 20 и 21, перекрываемых эластичными мембранами 13.
Горизонтальный клапан 10 соединен с гидрокамерой 8 посредством штуцера 22.
Электрогидравлический клапан работает следующим образом.
При включении левого электромагнита 15 поднимается шток 14, преодолевая сопротивление возвратной пружины 16, при этом эластичная мембрана 13 прогибается вверх под давлением воды, поступающей из напорной магистрали по вертикальному каналу 20 круглой стойки 11, и вода из канала 20 поступает во второй вертикальный канал 21 и далее через штуцер 22 попадает в гидрокамеру 8 и давит на мембрану 9. Создаваемое в гидрокамере 8 давление постепенно преодолевает усилие упругости пружины 7 и шток 6 начинает перемещать медленно вниз основной запорный орган 4. Клапан открывается.
При отключении катушки левого электромагнита 15 движение основного запорного органа 4 прекращается и его положение фиксируется благодаря замкнутому объему воды в гидрокамере 8.
В режиме автоматического регулирования электронный регулятор (на чертеже не показан) включает катушку левого электромагнита 15 короткими паузами и вода в гидрокамеру 8 попадает малыми порциями.
Движение основного запорного органа 4 в противоположную сторону происходит под действием возвратной пружины 7, когда на катушку правого электромагнита 15 подано напряжение, а катушка левого электромагнита 15 отключена.
При включении правого электромагнита 15 правый шток 14 поднимается вверх, освобождает эластичную мембрану 13 и вода из гидрокамеры 8 под действием давления от рабочей мембраны 9 и возвратной пружины 7 поступает по штуцеру 22 и каналу 21 правой круглой стойки 11 к эластичной мембране 13, прогибает ее и по каналу 20 медленно выталкивается в сливную магистраль. Клапан закрывается.
Предложенная конструкция клапана устраняет недостатки, которые имеются у прототипа.
Во-первых, эластичная мембрана, прижатая буртами кронштейна к стойке, создает полную герметизацию и устраняет утечки воды наружу.
Во-вторых, полностью устраняет перегрузки электромагнита, так как вследствие вышеуказанной герметизации отпадает необходимость в уплотнении штока, которое в прототипе создавало перегрузки электромагнита за счет сил трения штока об уплотнение.
В третьих, полностью устраняется самопроизвольное разрегулирование электрогидрореле в течение всего срока эксплуатации, которое раньше возникало из-за износа сальникового уплотнения штока.
В четвертых, возвратные пружины электрогидрореле теперь не ржавеют и имеют удобный доступ для осмотра, так как вынесены из воды наружу.
Таким образом, предлагаемый электрогидравлический клапан позволяет обеспечить повышение его надежности его работы.