КЛАПАН С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ

Техническое решение 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 (SU, авторское свидетельство 870834) отсечной запорный клапан с электромеханическим приводом. Известный клапан содержит корпус со средствами ввода и вывода газового потока, внутри корпуса установлен подпружиненный запорный орган, управляемый посредством электромеханического привода, в состав которого входят электромагнит с подвижным якорем, фиксатор и два концевых выключателя.
Недостатком известного запорного клапана можно признать значительный расход электрической энергии на его функционирование, что может привести к перегреву электромагнита и исключение возможности управления клапаном.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2135873) отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим шток клапана, корпус с седлом и входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, заключенный в кожух привод, имеющий шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель и узел управления, в состав которого входят цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя.
Недостатком известного запорного клапана можно признать недостаточную надежность работы вследствие несоответствия упругих характеристик пружин.
Техническая задача, на решение которой направлено разработанное техническое решение, состоит в оптимизации конструкции электромеханического отсечного клапана.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции клапана с электромагнитным приводом состоит в повышении надежности работы клапана в результате применения пружин с соотношением усилий от 0,1 до 1.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанную конструкцию клапана с электромагнитным приводом. Клапан с электромагнитным приводом содержит корпус, внутри которого размещены седло, затвор, состоящий из клапана затвора, мембраны, диска и направляющего штока, причем в клапане затвора выполнено разгрузочное отверстие, мембрана размещена между фланцем корпуса и его крышкой и имеет перепускное отверстие, под крышкой клапана установлен золотник с возможностью перекрывания отверстия клапана затвора, жестко соединенный с якорем электромагнита и посредством первой пружины с клапаном затвора, при этом вторая пружина, размещенная между якорем электромагнита и неподвижным стаканом, жестко соединенным с крышкой, внутри которого якорь установлен с возможностью перемещения, причем соотношение усилий, развиваемых первой и второй пружинами при расчетной величине сжатия, составляет от 0,1 до 1,0. Предпочтительно площадь разгрузочного отверстия составляет от 0,001 до 0,1 площади клапана затвора.
Клапан предназначен для работы в качестве запорной арматуры с дистанционным управлением на линии подачи газа.
В дальнейшем особенности конструкции клапана, а также его работа будут рассмотрены с использованием чертежа.
На чертеже приняты следующие обозначения: корпус 1, клапан затвора 2, мембрана 3, диск 4, направляющий шток 5, крышка 6, золотник 7, пружины 8 и 9; электромагнит 10, якорь 11, седло 12.
В базовом варианте реализации клапан с электромеханическим приводом состоит из корпуса 1 проходного типа (см. рис), внутри которого установлено седло 12. Для перекрывания потока рабочей среды в корпусе 1 установлен затвор, состоящий из клапана затвора 2, мембраны 3, диска 4 и направляющего штока 5. В центре клапана затвора 2 выполнено разгрузочное отверстие. Мембрана 3 зажата между фланцем корпуса 1 и крышкой 6 и имеет перепускное отверстие. Отверстие клапана затвора 2 выполнено с возможностью перекрывания золотником 7, жестко связанным с якорем 11 электромагнита 10. Золотник 7 в свою очередь связан с клапаном затвора 2 посредством пружины 8.
В обесточенном состоянии клапан всегда закрыт. При нулевом давлении рабочей среды и близком к нулю закрытие клапана обеспечивается усилием пружины 9. При рабочем давлении закрытию клапана также способствует сила давления среды, действующая на диск 4 и прижимающая его к седлу. Эта сила возникает вследствие разности площадей мембраны, находящихся под давлением в надмембранной и подмембранной полостях.
Открытие клапана происходит в следующем порядке. При подаче напряжения якорь электромагнита 10 поднимается вверх, увлекая за собой золотник 7, который открывает разгрузочное отверстие клапана затвора 2, площадь которого в несколько раз больше площади перепускного отверстия мембраны 3. За счет разности площадей перепускного и разгрузочного отверстий давление рабочей среды в надмембранной камере падает, так как открытое разгрузочное отверстие соединяет выходную полость клапана с входной, и за счет давления рабочей среды в подмембранной камере затвор поднимается вверх, сжимая пружину 9, и клапан открывается. При нулевом давлении клапан открывается за счет связи клапана затвора 2 с золотником 7 через пружину 8.
При снятии напряжения с электромагнита 10 золотник 7 за счет усилия пружины 9 перекрывает разгрузочное отверстие клапана затвора 2 и рабочая среда через перепускное отверстие мембраны 3 заполняет надмембранное пространство. Давление под и над мембраной выравнивается, и под действием пружины 9 клапан закрывается.
Электрическое питание поступает в клапан через клеммный ряд, расположенный на корпусе и дополнительно содержащий диодный выпрямительный мост.
Использование клапана разработанной конструкции с указанным соотношением характеристик пружин позволяет в любом варианте подачи газа осуществлять надежное перекрытие газовой магистрали.