ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН
ELECTRIC PNEUMATIC VALVE

Изобретение относится к области электропневмоавтоматики и может быть использовано для заполнения и сброса давления из емкостей в системах газоснабжения давлением до 40 МПа, в которых недопустимы ударные и вибрационные воздействия.
Известны электропневмоклапаны (ЭПК) с дренажем а.с. СССР №385128, F16K 31/02 и а.с. СССР №905565, F16K 17/10, содержащие входной и дренажный каналы, поршень и управляющий клапан с электромагнитным приводом.
Недостатком этих аналогов является высокий уровень виброшумовых характеристик и непроизводительные потери рабочей среды за счет перетекания рабочей среды со входа в дренаж в переходных процессах открытия и закрытия.
Известен трехходовой клапан с электромагнитным управлением по а.с. СССР №396511, F16K 11/10 (прототип), содержащий корпус с входным, выходным и дренажным каналами, входной и дренажный клапаны, поршень, управляющий клапан с электромагнитным приводом. В нем, кроме основного, предусмотрен дополнительный поршень, обеспечивающий опережающее закрытие дренажного клапана при открытии входного клапана, и, наоборот, опережающее закрытие входного клапана при открытии дренажного клапана. В прототипе отсутствует перетекание рабочей среды со входа в дренаж.
Недостатком прототипа является сложность конструкции, увеличенные массо-габаритные характеристики, снижение надежности работы.
Предложен ЭПК, содержащий корпус с входным, выходным и дренажным каналами, клапан, взаимодействующий с двухступенчатым поршнем, и управляющий клапан с электромагнитным приводом.
Отличительные признаки предложенного ЭПК следующие:
- входной и дренажный уплотнители выполнены с одной стороны клапана, обращенной к поршню;
- дренажный канал электропневмоклапана выведен из полости, расположенной между ступенями поршня;
- в малой ступени поршня со стороны, обращенной к клапану, выполнен канал, сообщающий входной и дренажный каналы;
- на торце малой ступени поршня со стороны входа в дренажный канал выполнено дренажное седло;
- полный ход поршня равен сумме его хода на перекрытие дренажного канала от упора закрытого положения до контакта дренажного седла с клапаном и совместного хода с клапаном на открытие входного канала от седла в корпусе до упора открытого положения.
Положительный эффект от использования изобретения заключается в снижении уровня виброшумовых характеристик сравнительно с аналогами за счет исключения перетекания рабочей среды под давлением со входа в дренаж, а также уменьшении массо-габаритных характеристик относительно прототипа за счет отличительных признаков предложенного ЭПК.
На чертеже изображен предложенный ЭПК.
На фиг.1 приведен общий вид ЭПК в разрезе.
На фиг.2, 3, 4 показано схематическое изображение элементов при срабатывании:
- на фиг.2 - исходное положение закрытого ЭПК;
- на фиг.3 - промежуточное положение подвижных элементов в процессе открытия;
- на фиг.4 - открытое положение ЭПК.
Устройство предложенного ЭПК поясняется общим видом на фиг.1.
В корпусе 1 имеются каналы для подсоединения к магистралям: входной 2, выходной 3 и дренажный 4.
Клапан 5 выполнен с возможностью взаимодействия с двухступенчатым поршнем 6.
Управляющий клапан, состоящий из входного 7 и дренажного 8 клапанов с электромагнитным приводом 9, сообщает входную и управляющие полости ЭПК.
Клапан 5 содержит входной 10 и дренажный 11 уплотнители. В корпусе 1 имеется входное седло 12, а на поршне 6 - дренажное седло 13. Входной 10 и дренажный 11 уплотнители выполнены с одной стороны клапана 5, обращенной к поршню 6.
Дренажный канал 4 выведен из полости, расположенной между малой 14 и большой 15 ступенями поршня 6.
В малой ступени 14 выполнен канал 16, сообщающий выходной 3 и дренажный 4 каналы между собой при закрытом положении клапана 5.
В корпусе 1 имеется упор закрытого положения 17, ограничивающий крайнее положение поршня 6 при закрытом клапане 5, и упор открытого положения 18, ограничивающий крайнее положение поршня 6 при открытом клапане 5.
На фиг.2 показан полный ход А поршня 6 от упора закрытого положения 17 до упора открытого положения 18, а также ход Б поршня 6 на перекрытие дренажного канала 4 от упора закрытого положения 17 до контакта поршня 6 в клапан 5.
На фиг.4 показан ход В на открытие входного канала 2 от начала открытия клапана 5 до контакта поршня 6 с упором открытого положения 18.
Работает предложенный ЭПК следующим образом.
В исходном положении давление подано во входной канал 2, напряжение питания на электромагнитном приводе 9 отсутствует. Клапаны 7 и 5 закрыты. Поршень 6 прижат к упору закрытого положения 17. Выходной 3 и дренажный 4 каналы сообщены между собой каналом 16.
При подаче напряжения на электромагнитный привод 9 происходит открытие клапана 7 и закрытие клапана 8. Давление со входного канала 2 попадает на управляющую полость большей ступени 15. Поршень 6 перемещается от упора 17 до упора 18 на величину хода А.
Процесс движения поршня 6 делится на два этапа. На первом этапе поршень 6 перемещается на величину хода Б от упора 17 до контакта седла 13 поршня 6 с уплотнителем 11 клапана 5. При этом происходит перекрытие связи между выходным 3 и дренажным 4 каналами. В этом положении все каналы перекрыты клапаном 5 и седлами 12, 13. На втором этапе происходит совместное с клапаном 5 перемещение поршня 6 и на величину хода В от момента отрыва уплотнителя 11 от седла 12 до контакта поршня 6 в упор 18. При этом происходит открытие связи между входным 2 и выходным 3 каналами.
Закрытие ЭПК происходит в обратном порядке.
Из описания работы предложенного ЭПК видно, что в процессе его срабатывания полностью отсутствуют перетечки рабочей среды из входного канала 2 в дренажный канал 4.
Осуществление изобретения возможно в условиях заводов-изготовителей пневмоарматуры. Планируется внедрение в системах газоснабжения с повышенными требованиями по ударным и вибрационным воздействиям при срабатывании ЭПК.
Приведем оценочный расчет экономии рабочей среды за счет исключения паразитного перетекания ее со входа в дренаж.
В аналоге паразитный массовый (М) расход определяется по формуле:
M=G·t, где
<mrow><mi>G</mi><mo>=</mo><mi>μ</mi><mo>⋅</mo><mi>F</mi><mfrac><mi>P</mi><mrow><msqrt><mi>T</mi></msqrt></mrow></mfrac><mi>B</mi><mi>ϕ</mi></mrow>
- расход по линии «Вход»-«Дренаж»;
µ=0,82 - коэффициент расхода через ЭПК;
2
F=0,785 см - проходное сечение ЭПК;
2
P=400 кгс/см - рабочее давление;
T=293 K - температура газа;
Bφ=0,4 - газовые параметры для рабочей среды воздух (азот);
0
t=t·N - суммарное время нахождения открытой связи по линии «Вход»-«Дренаж»;
0
t= 0,05 с - время связи входного и дренажного каналов при переходном процессе срабатывания ЭПК;
N=5000 - ресурс по количеству срабатываний ЭПК.
Определим паразитный расход рабочей среды M, который экономится при использовании предложенного ЭПК:
Приведенный расчет экономии газа показывает, что система газоснабжения упрощается за счет уменьшения на 8 штук баллонов объемом по 400 литров.