ЭЛЕКТРОКЛАПАН ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
ELECTRIC VALVE OF HIGH PRESSURE

Предлагаемое изобретение относится к области арматуростроения.
Известен электромагнитнй клапан (а.с. №568778, кл. F16К 31/02, заявлено 19.04.1976 г.), содержащий корпус с входным и выходным патрубками, кожух, в котором расположены катушки, корпус электромагнита.
В верхней части кожуха установлен постоянный магнит. Якорь электромагнитного привода посредством штока соединен с запорным органом. В корпусе клапана между пружиной и корпусом электромагнита установлена втулка, выполненная из немагнитного материала с низким коэффициентом трения, например из фторопласта.
Недостаток аналога заключается в том, что его конструкция включает последовательно соединенные цилиндрический якорь электромагнитного привода, опорный диск, шток и запорный орган. Каждый из перечисленных элементов занимает свой габаритный размер в последовательной цепочки их расположения, что приводит к увеличению продольного размера корпуса электромагнита, к нерациональному расположению для электромагнитного взаимодействия поверхностей корпуса и якоря. К тому же внутренняя поверхность корпуса неоправданно увеличена по отношению к поверхности якоря. Как следствие этого аналог обладает неудовлетворительными габаритно-массовыми характеристиками. Кроме того, усилие на якорь электромагнита не обеспечивается максимальным в момент открытия электромагнитного клапана с последующим ослабеванием усилия к моменту полного открытия. Как следствие этого нерационально используется мощность электромагнита, что приводит к необходимости применять завышено более мощный электромагнит с увеличенной его массой и габаритными размерами.
Известен также электромагнитный клапан (патент №2190142, кл. F16К 31/02, приоритет от 03.07.2000) с входом и выходом для топлива, в корпусе которого размещены соединенный штоком с нагруженным пружиной запорным органом цилиндрический якорь электоромагнита, катушка электромагнита в кожухе. С целью повышения надежности один конец корпуса выполнен в виде трубы с внутренней резьбой с установленным в ней седлом, торцевая поверхность которого установлена на уровне входа, а другой конец корпуса снабжен крышкой, в осевой части которой установлен винтовой ограничитель хода якоря, а запорный якорь выполнен в.виде шара, взаимодействующего с коническим ограничителем штока со стороны якоря; торцевые поверхности корпуса снабжены герметизирующей пленкой, например клеевой.
Недостаток указанного аналога заключается в том, что конструкция его выполнена с последовательным соединением штока, коническим ограничителем запорного органа и самого шарового запорного органа в отдельной части корпуса, что ухудшает габаритно-массовые характеристики электромагнитного клапана. Кроме того, указанная конструкция увеличивает рассеивание магнитного поля корпуса и тем самым ослабляет силу притяжения якоря, что приводит к дополнительному ухудшению габаритно-массовых характеристик устройства. Кроме того, усилие на якорь электромагнита не обеспечивается максимальным в момент открытия электромагнитного клапана с последующим ослабеванием усилия к моменту полного открытия. Как следствие этого нерационально используется мощность электромагнита, что приводит к необходимости применять завышено более мощный электромагнит с увеличенной его массой и габаритными размерами.
В качестве прототипа выбран электромагнитный клапан (патент России №2257502, М.кл. F16К 31/02, приоритет от 05.09.2003), включающий корпус, выполненный с входным центральным патрубком и проходным каналом для рабочего тела, с размещенными внутри него якорем электромагнита, пружиной, запорным органом, взаимодействующим с седлом перед выходным патрубком рабочего тела, катушку электромагнита в кожухе, кольцо и втулку, выполненные из немагнитного материала, внутренняя поверхность корпуса со стороны одного торца выполнена в виде поверхности усеченного конуса, разделенной на две части кольцом и с возможностью ее сопряжения с поверхностью якоря, выполненного в виде усеченного конуса с проходными каналами для рабочего тела и цилиндрическим направляющим выступом на его вершине, расположенным во втулке, выполненной подпружиненной с торца, противоположного относительно конической части якоря, запорный орган выполнен в центральной части основания якоря в виде цилиндрической шайбы, седло выполнено в виде выступа вновь введенной крышки корпуса, с обратной стороны которой выполнен выходной патрубок рабочего тела; конусная поверхность корпуса разделена кольцом на равные площади.
Недостаток прототипа заключается в том, что взаимодействие запорного органа с седлом в момент начала открытия осуществляется с преодолением усилия их прилипания под действием не только пружины, но и дополнительно высокого давления на якорь с запорным органом при отделении рабочих поверхностей усилием, перпендикулярным плоскости сопряжения рабочих поверхностей, что приводит к применению более мощного электромагнита с увеличенными энергопотреблением и габаритно-массовыми характеристиками. Кроме того, усилие на якоре электромагнита имеет крутую характеристику в зависимости от хода клапана и как следствие этого нерационально используется мощность электромагнита, что приводит к необходимости применять завышено более мощный электромагнит с увеличенной его массой и габаритными размерами.
Задача предлагаемого решения - уменьшение потребляемой мощности, массы и габаритов электромагнитного клапана высокого давления.
Задача решена за счет того, что кольцо из немагнитного материала выполнено в основании поверхности усеченного конуса корпуса.
Предложенный электромагнитный клапан высокого давления иллюстрируется на фиг.1 и 2, на которых он показан соответственно в закрытом и открытом положениях.
Электромагнитный клапан высокого давления содержит корпус 1, выполненный с входным центральным патрубком 2 и проходным каналом 3 для рабочего тела и с внутренней поверхностью 4 со стороны одного торца, выполненной в виде поверхности усеченного конуса, и с кольцом 5, выполненным из немагнитного материала в основании поверхности усеченного конуса корпуса 1 и с возможностью ее сопряжения с поверхностью 6 якоря 7 электромагнита, выполненного в виде усеченного конуса с проходными каналами 8 для рабочего тела и цилиндрическим направляющим выступом 9 на его вершине, расположенным во втулке 10, выполненной из немагнитного материала и подпружиненной 11 с торца, противоположного относительно конической части якоря 7, с запорным органом 12 цилиндрического типа, выполненным в центральной части основания якоря 7 электромагнита и с возможностью взаимодействия с седлом 13, выполненным в центральной части крышки 14 корпуса 1, с обратной стороны которой выполнен выходной патрубок 15, и с катушкой 16.
Предложенный электромагнитный клапан высокого давления работает следующим образом. При подаче напряжения на катушку 16 электромагнита якорь 7 перемещается в сторону входного центрального патрубка 2, преодолевая усилие пружины 11 перемещает запорный орган 12 относительно его продольной оси и открывает седло 13, при этом рабочее тело под высоким давлением поступает в выходной патрубок 15.
После снятия напряжения электропитания с катушки 16 электромагнита якорь 7 под действием пружины 11 перемещается в сторону выходного патрубка 15 и закрывает запорным органом 12 седло 13, при этом движение рабочего тела через выходной патрубок 15 прекращается.
За счет того, что кольцо 5 расположено в основании поверхности усеченного конуса корпуса 1 электромагнита, увеличена площадь магнитного рабочего зазора вдвое по сравнению с прототипом и соответственно вдвое увеличено начальное тяговое усилие электромагнита в момент отрыва запорного органа 12 от седла 13. По результатам лабораторных испытаний начальное тяговое усилие достигнуто около 1,5 кг (у прототипа - 0,7 кг). Это позволило значительно снизить требуемую мощность электромагнита, уменьшить его массу и габариты при максимальном давлении рабочей среды. При этом массу и габариты электромагнитного клапана высокого давления удалось уменьшить примерно на 40% относительно прототипа.
В настоящее время ведутся работы по внедрению электромагнитного клапана в производство.
В известных авторам источниках технической и патентной информации не обнаружены признаки технических решений, аналогичные отличительным признакам заявленного решения.