МАГНИТНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНОМ
MAGNETIC DEVICE OF VALVE CONTROL

Магнитное устройство управления клапаном предназначено для управления клапанами, осуществляющими перекрытие воздуха, нейтральных газов, воды, светлых нефтепродуктов и прочих подобных сред. Изобретение относится к области магнитных систем, в частности к конструкциям устройств управления бессальниковыми запорными клапанами, с ручным или дистанционным механическим, а так же пневматическим и гидравлическим управлением. Они могут быть использованы в качестве основных или дополнительных устройств к существующим электромагнитным системам, где требуется повышенная безопасность и надежность.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому магнитному устройству является запорное устройство по SU 806965 А1, F16K 31/08, 23.02.1981.
Анализ работы существующего аналога показывает на ряд недостатков, а именно механизм управления находится в области рабочего флюида, что существенно снижает срок его службы. Сжатый воздух непосредственно управляет затвором запорного устройства путем его подачи под давлением в подпоршневую полость цилиндра. Через уплотнения в поршневой группе он может попадать в рабочую полость запорного устройства, а следовательно, в транспортируемый флюид, что указывает на то, что механизм управления не обеспечивает герметичность запорного устройства. Постоянные магниты выполняют функцию фиксирующих, а не управляющих элементов механизма, сам же механизм управления не может быть трансформирован на другой серийно выпускаемый клапан или запорное устройство. В описании аналога указано, что он может быть использован в различного рода воздуховодах, а следовательно, не может быть использован с более вязкими флюидами, как, например: вода и светлые нефтепродукты, а также запорное устройство не позволяет устанавливать диапазон давления срабатывания клапана на открытие.
Задачей изобретения является применение магнитного устройства вместо электромагнитной катушки для управления серийно выпускаемыми бессальниковыми клапанами без их доработки, с любыми транспортируемыми флюидами, указанными в технической документации клапана, а также работы магнитных устройств в любых средах и применение их в роли регулирующих устройств. В результате чего повышается надежность и безопасность трубопроводных систем и резервуаров, где применение электричества опасно, невозможно или нецелесообразно.
Поставленная задача достигается тем, что вместо электромагнитной катушки клапана установлено магнитное устройство с применением двух постоянных магнитов, при вращении одного из них на 180 градусов изменяется намагниченность стопора неподвижного сердечника клапана, в результате чего происходит управление приводным механизмом клапана.
Техническим результатом является разработка устройства, позволяющего заменить электромагнитную систему управления клапаном на магнитную. Указанный технический результат достигается созданием магнитного устройства управления клапаном, расположенного на неподвижном сердечнике клапана и включающего в себя два постоянных магнита и выполненные из немагнитного материала корпус, каретку, ось, возвратную пружину. Особенность устройства в том, что один постоянный магнит закреплен неподвижно на корпусе и расположен к стопору максимально намагничивая его, а другой постоянный магнит расположен на каретке с осью вращения, с другой стороны стопора с возможностью при повороте под воздействием внешней силы изменения направления силовых линий магнитного поля постоянного магнита на противоположное.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 - клапан без электромагнитной катушки в нормально закрытом положении, на фиг.2 - конструкция устройства магнитной системы в положении постоянного магнита с максимальным намагничиванием стопора, состояние клапана - открыт, на фиг.3 - разрез по А-А на фиг.2, на фиг.4 - конструкция устройства магнитной системы в положении постоянного магнита с минимальным намагничиванием стопора, состояние клапана - закрыт, на фиг.5 - разрез по А-А на фиг.4, на фиг.6 - устройство магнитной системы в сборе с клапаном.
На фиг.1 представлен чертеж отсечного бессальникового клапана без электромагнитной катушки, состоящий из неподвижного сердечника (1), подвижного сердечника (2), стопора (3), возвратной пружины (4), приводного механизма (5), гайки (6).
Магнитное устройство управление клапаном, расположенное на неподвижном сердечнике клапана (1) фиг.2 и включающее в себя постоянные магниты (7) и (8) и выполненные из немагнитного материала корпус (9), каретку (10), ось (11), возвратную пружину (12), отличающееся тем, что один постоянный магнит (7) закреплен неподвижно на корпусе (9) и расположен к стопору (3), максимально намагничивая его, а другой постоянный магнит (8) расположен на каретке (10) с осью вращения с другой стороны стопора (3), с возможностью при повороте под воздействием внешней силы F изменять направления силовых линий магнитного поля постоянного магнита (8) на противоположное.
На фиг.4 представлено положение постоянного магнита (8), при котором стопор (3) размагничен, клапан закрыт. Устройство работает следующим образом. Постоянный магнит (7), фиг.4, закреплен по отношению к стопору (3) на корпусе (9) так, что максимально намагничивает его, а постоянный магнит (8) расположен на каретке (10) с противоположной стороны стопора (3) противоположным полюсом к магниту (7) так, что в результате наложения полей друг на друга постоянных магнитов (7) и (8), приводит к полному размагничиванию стопора (3). Вращающийся магнит (8) приводится в движение благодаря воздействию внешней силы F и возвращается в исходное состояние пружиной (12) и силой магнитного поля постоянного магнита (8) к стопору (3) неподвижного сердечника (1). Постоянный магнит (8), фиг.2, разворачивается на 180 градусов внешней силой F, изменяя направление силовых линий магнитного поля постоянного магнита (8) так, что стопор (3) намагничивается силами взаимодействия одноименных полюсов двух постоянных магнитов (7) и (8). Данное устройство дает возможность эффективно изменять намагниченность стопора (3) от максимальной величины, создаваемой двумя постоянными магнитами (7) и (8), при которой подвижный сердечник (2) примагничен к стопору (3), состояние клапана - открыто, фиг.2, до минимального значения, при котором сила возвратной пружины (4), фиг.1, действующая на приводной механизм (5), становится расчетной, состояние клапана - закрыто, фиг.4.
На фиг.6 представлено магнитное устройство управлением клапаном в сборе с клапаном. Корпус устройства управления клапаном (9), фиг.6, устанавливается вместо электромагнитной катушки (на чертеже не указана) клапана (13) и фиксируется гайкой (6).
Испытания опытного образца проводились в системе водоснабжения с рабочим давлением 6 атм на серийных двухходовых отсечных бессальниковых мембранных клапанах с условным проходом Ду-15 и Ду-20. При рабочем ходе подвижного сердечника клапана 3,5 мм и усилии возвратной пружины на диафрагму 450 г применялись постоянные магниты сплава Nd-Fe-В (неодим - железо - бор), размерами 22×22×22 мм, силой 230 мТл. Удерживаемая сила подвижного сердечника в режиме «клапан открыт», фиг.2, составляет до 10-11 кг. Остаточная намагниченность стопора в режиме «клапан закрыт», фиг.4, практически равна 0. Также проверялась работа узлов клапана при испытании устройства с постоянными магнитами больших размеров, а именно 25×27×20 мм, намагниченностью 260 мТл, 42×32×20 мм, намагниченностью 270 мТл и 40×40×23 мм, намагниченностью 320 мТл. Результаты показали, что тяговые усилия подвижного сердечника увеличивались без увеличения сил трения в паре скольжения подвижного и неподвижного сердечников клапана, а остаточная намагниченность стопора в положении каретки с магнитом, фиг.4, оставалась на том же уровне и зависела от точности расположения каретки к стопору.
Таким образом, данное изобретение позволяет исключить необходимость применения электроэнергии в управлении клапаном, тем самым повышая надежность и безопасность при эксплуатации. Магнитное устройство управления клапаном не нагревает его корпус, а следовательно, флюид, проходящий через него, что позволяет использовать его в любых средах, в том числе и агрессивных. Магнитное устройство с клапаном может работать в погружном состоянии в жидкостях с определенной вязкостью. Одно из значимых достоинств состоит в том, что устройство может быть совмещено с пневматическим, гидравлическим, механическим управлением и позволять устанавливать диапазон давления срабатывания клапана на открытие. Установка магнитного устройства не требует конструктивных изменений клапана, тем самым не нарушает его герметичность.