ОТСЕЧНОЙ КЛАПАН
CUTOFF VALVE

Изобретение относится к устройствам бытового и промышленного назначения в области запорно-регулирующей аппаратуры, в частности к предохранительным (отсечным) клапанам, используемым для автоматического перекрытия рабочей среды (воды, газа), с внешним датчиком утечки рабочей среды.
Известен отсечной (предохранительный) клапан, включающий корпус с входным и выходным патрубками, в котором запорный орган закрепляется на штоке, перемещаемом при помощи электромагнита [1]. Уплотнение от протечек рабочей среды выполняется в виде резиновых манжет. Недостатком отсечного клапана является необходимость использования электромагнита большой мощности, обусловленная большим трением штока об уплотнительные резиновые манжеты при его продольном перемещении. Это трение усугубляется отложением различных примесей, содержащихся в рабочей среде (особенно в жидкостях). Все это не позволяет использовать автономные малогабаритные источники электромагнитного питания.
Известен малогабаритный электромагнитный клапан для систем автоматики [2], включающий корпус с входным и выходным патрубками, в котором запорный орган закрепляется на плунжере, перемещаемом при помощи электромагнита. На плунжере также закрепляется постоянный магнит, предназначенный для его удержания в одном из крайних положений. Недостатком клапана является низкая надежность, обусловленная тем, что в рабочей среде находится постоянный магнит, на который налипают различные примеси, приводящие к неполному перекрытию потока рабочей среды. Кроме того, на перемещающийся под действием электромагнита плунжер также могут осаждаться примеси, содержащиеся в рабочей среде, что может привести к его заклиниванию и невозможности аварийного отключения. Необходимо использовать электромагнит большой мощности, что не позволяет использовать малогабаритные источники электрического питания.
Наиболее близким к заявляемому объекту является клапан, включающий корпус с входным и выходным патрубками, крышку (гайку), поворотный шпиндель и затвор из двух керамических дисков с окнами для сообщения с патрубками, один из дисков неподвижен, а второй, подвижный связан с поворотным шпинделем [3]. Достоинством данной конструкции является минимальное трение поворотного шпинделя об круглые резиновые уплотнения в посадочном месте шпинделя. Возможные отложения различных примесей не оказывают влияние на увеличение трения, так как эти отложения не проникают в зону вращения шпинделя. Однако для устранения протечек в закрытом состоянии подвижный и неподвижный керамические диски должны плотно с большим усилием соприкасаться друг с другом. Поэтому для закрытия клапана при аварийных ситуациях необходим электродвигатель для вращения поворотного шпинделя (обычно на 90°), что не позволяет использовать автономные малогабаритные источники электрического питания.
Задача изобретения - создание конструкции отсечного клапана, требующего минимальные усилия для перекрытия рабочей среды, например воды, без протечек рабочей среды и с использованием автономных малогабаритных источников питания.
Поставленная задача достигается следующим образом.
Предлагается отсечной клапан, включающий корпус с входным и выходным патрубками, крышку, поворотный шпиндель и затвор из двух керамических дисков с окнами для сообщения с патрубками, один из дисков неподвижен, а второй, подвижный связан с поворотным шпинделем. На поворотном шпинделе закреплена пружина кручения, на конце шпинделя - два диска, соединенные между собой в трех точках через 120°, причем верхний диск выполнен из магнитомягкого материала и соприкасается с рабочей плоскостью отпускающего электромагнита. Между двумя керамическими дисками в открытом состоянии клапана предусматривается зазор 0,05-0,1 мм, тем самым при аварийном закрытии клапана трение между дисками минимальное.
На фиг. 1 приведена конструкция предлагаемого клапана. Здесь 1 - корпус клапана, 2 - отверстие в штоке поворотном, 3 - круглые уплотняющие резиновые кольца в канавках штока, 4 - узел крепления (3 шт. через 120°) стопорной пластины 10 с пластиной 9 (якорь электромагнита), 5 - зазор 0,1-0,5 мм, 6 - кожух защитный, 7 - электронная схема (приемник радиосигнала, автономный малогабаритный источник питания), 8 - отпускающий электромагнит (например, GTP-20 фирмы WEXON, мощность 3,6 Вт, усилие прижима 7 кг), 9 - пластина якоря электромагнита, 10 - стопорная пластина, 11 - пружина кручения, закрепленная одним концом на штоке 17, другим концом на шайбе 14, 12 - рычаг для поворота стопорной пластины 10 на угол 90°, 13 - гайка, 14 - шайба, 15 - уплотняющая резиновая прокладка, 16 - втулка, 17 - шайба из фторопласта (подшипник), 18 - шток поворотный, 19 - керамическая вставка верхняя, 20 - керамическая вставка нижняя, 21 - уплотняющая резиновая прокладка (уплотнение нижней керамической вставки).
На фиг. 2 приведена конструкция керамической вставки нижней и верхней. Здесь 1 - корпус керамической вставки, 2 - перемычка, 3 - отверстие.
На фиг. 3 приведен вид на шток сверху, на котором крепится верхняя керамическая вставка. Здесь 1 - корпус штока, 2 - выемка (внизу), 3 - ось, 4 - отверстие.
На фиг. 4 приведена конструкция узла крепления. Здесь 1 - пластина якоря электромагнита, 2 - стопорная пластина, 3 - пружина, 4 - винт.
Работает отсечной клапан следующим образом (фиг. 1).
В исходном состоянии пластина якоря электромагнита 9 прижата к плоскости отпускающего электромагнита 8 и удерживается в положении, при котором клапан в положении открыто, т.е. перемычки 2 (фиг. 2) верхней и нижней керамических вставок 1 перпендикулярны друг другу, при этом поток рабочей среды между входным 20 (фиг. 1) и выходным патрубком 21 максимальный. Пружина кручения 11 находится во взведенном состоянии. Это состояние удерживается через стопорную пластину 10 и пластину 9 силой прижатия отпускающего электромагнита 8. При аварийной ситуации от электронной схемы 7 на отпускающий электромагнит 8 поступает импульс напряжения определенной длительности (обычно 1-2 сек). При этом отпускающий электромагнит теряет способность притягивания и удерживания пластины якоря электромагнита 9, под действием пружины 3 (фиг. 4) пластина 9 отходит от плоскости электромагнита с образованием зазора 0,1-0,5 мм, шток поворотный 18 под действием пружины кручения 11 поворачивается на 90° (угол поворота обеспечивается прорезью в корпусе клапана 1). Перемычки 2 (фиг. 2) верхней и нижней керамических вставок перемещаются в параллельное состояние (друг над другом, как это показано на фиг. 1), происходит перекрытие потока рабочей среды между входным и выходным патрубками. За счет образования зазора между плоскостью электромагнита 8 и удерживающей пластиной 9 и первоначально установленного зазора между керамическими вставками 19 и 20 трение между штоком поворотным 18 и круглыми уплотняющими резиновыми кольцами 3 в канавках штока во втулке 16 минимальное. Кроме того, пружина кручения 11 выполняется с небольшим зазором (0,1-0,2 мм) между витками. В исходном состоянии, когда клапан находится в положении открыто, зазор между витками пружины кручения 11 минимален или отсутствует, т.е. пружина находится в сжатом состоянии. Этому способствует сила, образующаяся за счет давления рабочей среды на выемку 2 (фиг. 3) штока поворотного 18.
В закрытом состоянии рабочая среда (например, вода) поступает через отверстие 2 (фиг. 1) в пространство между штоком 18 и втулкой 16 и прижимает шток поворотный к керамическим вставкам 19 и 20, при этом уменьшается давление рабочей среды на выемку 2 (фиг. 3), пружина кручения 11 разжимается, тем самым выбирается зазор между керамическими вставками 19 и 20. Это устраняет протекание воды между входным и выходным патрубками. Круглые уплотняющие резиновые кольца 3 (фиг. 1) обеспечивают надежное уплотнение оси штока 18 от протекания воды. Уплотняющая резиновая прокладка 21 обеспечивает уплотнение нижней керамической вставки 20.
-3
-3
Электронная схема 7 включает в себя приемник радиосигнала с низким потреблением (6 В, 15 мкА). При поступлении радиосигнала от беспроводного датчика утечки воды приемник включает электронное реле (электронный транзисторный ключ), при помощи которого электрическое напряжение от источника питания подается на катушку отпускающего электромагнита в течение 1-2 сек. Мощность электромагнита составляет 3,6 Вт и в течение 2 сек потребляемая энергия не превышает 2⋅10 Вт⋅ч. Энергии автономного источника напряжения хватает на длительный срок работы клапана.
После устранения причины протекания воды при помощи рычага 12 стопорная пластина 10 совместно с пластиной 9 переводится в исходное состояние, при котором пружина 11 скручивается (при этом предварительно на отпускающий электромагнит подается напряжение отключения кнопкой подачи напряжения (не показано)). Возможно неполное открытие клапана путем перемещения пластины 10 совместно с пластиной 9 на угол меньший 90°, что расширяет возможности применения клапана для систем автоматики.
Источники информации
1. Патент РФ на изобретение №22820090. Электромагнитный клапан. Опубл. 20.08.2006 г.
2. Патент РФ на полезную модель №66462. Малогабаритный электромагнитный клапан для систем автоматики.
3. Патент РФ на изобретение №2175735. Кран. Опубл. 10.11.2001 г.