Клапан газовый электромагнитный

Полезная модель относится к устройствам автоматической трубопроводной арматуры с дистанционным управлением. Предложенный клапан является быстродействующим электромагнитным коаксиальным запорным нормально открытым клапаном и предназначен для автоматического перекрытия потоков газообразных рабочих сред на газопроводах систем газораспределения, газоснабжения и газопотребления.
Известен клапан электромагнитный прямоточный (патент RU на изобретение №2371625), который содержит корпус с подводящим патрубком, крышку корпуса с отводящим патрубком, электромагнитный привод с обмоткой и защитным элементом, дисковый якорь и ярмо с конусообразными поверхностями магнитного зазора между ними и возвратную пружину якоря. Дисковый якорь содержит уплотнительный элемент. Якорь снабжен дренажными отверстиями. Привод расположен в корпусе клапана. Внутренний и наружный коаксиально размещенные полые цилиндры жестко соединены кольцевой перемычкой с дренажными отверстиями. Уплотнительный элемент якоря перекрывает седло отводящего патрубка. Последний размещен на торцевой стенке крышки корпуса клапана.
Известен клапан электромагнитный (авторское свидетельство SU на изобретение №1687988), содержащий корпус, в котором размещены: седло, запорный орган, якорь электромагнита, постоянный магнит, установленный по оси якоря электромагнита, а в корпусе выполнены конические расточки, направленные вершинами навстречу друг другу, при этом высота расточки по оси клапана равна ходу запорного органа.
Известен клапан электромагнитный (авторское свидетельство SU на изобретение №359472), содержащий корпус (10 с седлом (2), катушки (3), магнитопровод с центральной (4) и наружной (5) частями и постоянного магнита (6), установленного между ними, разделяющего магнитопровод на два параллельных магнитопровода, первый из которых разделен воздушным зазором (7), а второй магнитопровод замыкается якорем-клапаном (8).
Известен клапан электромагнитный (авторское свидетельство SU на изобретение №379806), содержащий корпус (1), запорный орган (2), магнитопровод (4) со сторонами (5) и (6) и пазом (7), в котором размещен сигнализатор (8), управляющие обмотки (9) и (10), постоянный магнит (11).
К наиболее существенному недостатку перечисленных выше технических решений следует отнести низкое качество управления потоком перекрытия потока транспортируемой среды, обусловленное недостаточной герметичностью запорного органа в закрытом состоянии клапана.
Наиболее близким аналогом является устройство того же назначения что и заявляемая полезная модель: «Электромагнитный клапан» (патент RU на изобретение №2243441), состоящий из цилиндрического корпуса, входной и выходной втулок, выполненных из ферромагнитного материала, на которых размещены две секции управляющей обмотки, золотника, размещенного между входной и выходной втулками, являющегося запорным органом, и сигнализатора состояния клапана в виде магнитоуправляемого контакта, отличающийся тем, что обе втулки и цилиндрический корпус расположены соосно с управляемой магистралью, размещенные на втулках управляющие обмотки соединены последовательно, образуя две секции единой управляющей обмотки, а на торцах золотника, выполненного из немагнитного материала, жестко укреплены два радиально намагниченных постоянных магнита, причем секции управляющей обмотки соединены между собой таким образом, чтобы при определенной полярности управляющего тока магнитный поток одной секции был направлен согласно магнитному потоку прилежащего к этой секции постоянного магнита, в то время как магнитный поток второй секции направлен против магнитного потока прилежащего к ней постоянного магнита.
К наиболее существенному недостатку близкого аналога следует отнести низкое качество управления потоком перекрытия потока транспортируемой среды, обусловленное недостаточной герметичностью запорного органа в закрытом состоянии клапана.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности управления потоком транспортируемой среды.
Технический результат, отвечающий сформулированной выше задаче, выражается в повышении надежности перекрытия потока транспортируемой среды в закрытом состоянии клапана.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в клапане газовом электромагнитном, в состав которого входит: корпус в виде полого цилиндра, расположенного соосно с управляемой магистралью; гайка в виде втулки, закрепленной по резьбе на одном из концов корпуса соосно его продольной оси, штуцер в виде втулки, закрепленной по резьбе на другом конце корпуса соосно его продольной оси; золотник, расположенный внутри корпуса соосно его продольной оси; уплотняющая прокладка, закрепленная на торце золотника соосно продольной оси корпуса; магнитный элемент и управляющая обмотка, размещенные соосно продольной оси корпуса между гайкой и штуцером, согласно полезной модели, корпус выполнен из немагнитного металла; гайка и штуцер выполнены из магнитного металла; магнитный элемент выполнен в виде втулки, расположенной концентрично вокруг корпуса; управляющая обмотка намотана на шпульку из немагнитного электроизоляционного материала со съемной торцевой стенкой, а шпулька концентрично закреплена на корпусе вокруг магнитного элемента без возможности, как перемещения вдоль корпуса, так и вращения вокруг него; золотник выполнен в виде стакана из антифрикционного полимерного материала с внешними направляющими ребрами, обращенного дном в сторону штуцера; в клапан введен якорь, выполненный в виде тонкостенного стакана из магнитного металла, обращенного дном в сторону штуцера, и размещенного внутри золотника соосно продольной оси клапана до упора внешней стенкой своего дна во внутреннюю стенку дна золотника; при этом уплотняющая прокладка выполнена из эластичного материала, а ее крепление к торцу золотника минимально ограничивает подвижность ее периферийной части вдоль продольной оси клапана.
Причинно-следственная связь между техническим результатом и введенными в клапан газовый электромагнитный существенными признаками состоит в том, что форма и взаимное расположение составных частей клапана, в том числе: магнитного элемента; шпульки с размещенной на ней управляющей обмоткой; золотника; якоря; уплотняющей прокладки и способа ее крепления к торцу золотника; а также, материалы, из которых выполнены элементы конструкции клапана, существенно повышают эффективность управления потоком транспортируемой среды, в том числе, за счет того, что благодаря эластичности материала уплотняющей шайбы и благодаря способу ее крепления к торцевой поверхности золотника, обеспечивается подвижность периферийной части уплотняющей шайбы в направлении продольной оси клапана, и, как следствие этого, высокая плотность прилегания уплотняющей шайбы к торцевой поверхности штуцера даже при наличии дефектов элементов конструкции клапана или перекоса положения золотника. Иными словами, достигается технический результат, выраженный в повышении надежности перекрытия потока транспортируемой среды в закрытом состоянии клапана. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, не позволил обнаружить на дату подачи заявки средства того же назначения, совокупность существенных признаков которого полностью идентична совокупности существенных признаков заявляемой полезной модели. Из этого сделан вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию НОВИЗНА.
Перечень фигур заявляемой полезной модели.
На фиг. 1 приведен чертеж клапана, находящегося в состоянии «Открыто», что соответствует исходному состоянию. На фиг. 2 приведен чертеж клапана, находящегося в состоянии «Закрыто». На фиг. 3 приведен чертеж золотника с закрепленной на его торце с помощью винта уплотняющей прокладки. На фиг. 4 и фиг. 5 в увеличенном масштабе приведены фрагменты чертежа клапана в закрытом состоянии для случая, когда не обеспечивается параллельность между торцом штуцера и торцом золотника, обусловленная перекосом золотника относительно продольной оси клапана. При этом фиг. 4 соответствует заявляемой полезной модели, а фиг. 5 соответствует прототипу. Позиции на фиг. 5 соответствуют позициям, указанным в описании патента на прототип за исключением позиции уплотняющей шайбы, позиция которой на фиг. 5 обозначена в виде (*), так как в описании прототипа уплотняющая шайба вообще не имеет позиции.
Позициями на чертеже обозначены:
1 - корпус;
2 - гайка;
3 - штуцер;
4 - золотник;
5 - уплотняющая прокладка;
6 - винт;
7 - якорь;
8 - магнитный элемент;
9 - шпулька
10 - съемная торцевая стенка;
11 - управляющая обмотка;
В состав клапана газового электромагнитного входит: корпус (1) из немагнитного металла, выполненный в виде полого цилиндра, расположенного соосно с управляемой магистралью; гайка (2) в виде втулки из магнитного металла, закрепленной по резьбе на одном из концов корпуса (1) соосно его продольной оси; штуцер (3) в виде втулки из магнитного металла, закрепленной по резьбе на другом конце корпуса (1) соосно его продольной оси; золотник (4), выполненный в виде стакана из полимерного материала с внешними направляющими ребрами, обращенного дном в сторону штуцера (3), уплотняющая прокладка (5), закрепленная винтом (6) соосно продольной оси корпуса (1) на торце золотника (4); якорь (7), выполненный в виде тонкостенного стакана из магнитного металла, обращенного дном в сторону штуцера (3), и размещенного внутри золотника (4) соосно продольной оси клапана до упора внешней стенкой своего дна во внутреннюю стенку дна золотника (4); магнитный элемент (8), выполненный в виде втулки, расположенной концентрично вокруг корпуса (1); шпулька (9) из немагнитного электроизоляционного материала со съемной торцевой стенкой (10), закрепленная на корпусе (1) концентрично вокруг магнитного элемента (8) без возможности, как перемещения вдоль корпуса (1), так и вращения вокруг него; управляющая обмотка (11), намотанная на шпульку (9). Элементы конструкции, обязательные для любого клапана, но не отражающие существо предлагаемого технического решения (например, крепежные элементы, прокладки, защитные сетки и др.) на чертежах не показаны.
Описание работы клапана.
Исходным положением является открытое состояние клапана, отображенное на фиг. 1. При этом золотник (4) находится в крайнем правом положении. Зазор между магнитным элементом (8) и гайкой (2) минимален и определяется толщиной съемной торцевой стенки (10), что обеспечивает при отсутствии тока в управляющей обмотке (11) фиксацию магнитного элемента (8), якоря (7) и золотника (4) в крайнем правом положении. В этом положении золотника (4) внутренняя полость гайки (2) имеет сообщение с внутренней полостью штуцера (3) ,и газ (или другая среда) свободно проходит вдоль рабочей полости клапана справа налево. Для переключения клапана в закрытое состояние на управляющую обмотку (11) подается импульс положительной полярности, который вызывает появление вокруг управляющей обмотки (11) магнитного поля, выталкивающего магнитный элемент (8) в направлении штуцера (3). Перемещение магнитного элемента (8) в крайнее левое положение вызывает перемещение в том же направлении якоря (7) и золотника (4), перекрывающего отверстие штуцера (3). В крайнем левом положении магнитного элемента (8) его магнитное поле замыкается через материал штуцера (3) и материал якоря (7), что и обеспечивает фиксацию магнитного элемента (8), фиксацию якоря (7) и фиксацию золотника (4) в этом положении после прекращения действия управляющего импульса. Данное положение золотника (4) отображено на фиг. 2. Для возвращения клапана в исходное открытое положение на управляющую обмотку (11) подается импульс отрицательной полярности, который вызывает вокруг управляющей обмотки (11) магнитное поле, перемещающее магнитный элемент (8) в направлении гайки (2), а вслед за ним и перемещение в этом же направлении якоря (7) и золотника (4). После того, как магнитный элемент (8) занял крайнее правое положение, сила притяжения, создаваемая его магнитным полем, обеспечивает его удержание после прекращения управляющего импульса, а также удержание якоря (7) и золотника (4) в крайнем правом положении.
Введение в заявляемый клапан отраженных в формуле полезной модели изменений его конструкции обеспечивает подвижность вдоль продольной оси клапана периферийной части уплотняющей прокладки (5), которая под действием перепада давления рабочей среды между входом и выходом клапана смещается в направлении торцевой поверхности штуцера (3) и обеспечивает надежное перекрытие потока рабочей среды, даже, если торцевая поверхность штуцера (3) и торцевая поверхность золотника (4) не являются параллельными. Иными словами обеспечивается значительно большая герметичность запорного органа клапана. Данная непараллельность может быть обусловлена дефектами элементов конструкции клапана, или их износом, что может привести к перекосу золотника (4). На фиг. 4 отражен вариант, когда непараллельность между торцевой поверхностью штуцера (3) и торцевой поверхностью золотника (4) обусловлена перекосом золотника (4), в данном случае вправо по часовой стрелке. В результате такого перекоса золотника (4) расстояние между торцами штуцера (3) и золотника (4) в нижней части клапана меньше, чем расстояние между этими же торцами в верхней части клапана, что может быть причиной утечки газа в верхней части клапана. Однако вследствие подвижности периферийной части уплотняющей прокладки (5) верхняя ее часть за счет перепада давления рабочей среды между входом и выходом клапана изгибается в сторону торцевой поверхности штуцера (3) и закрывает образовавшийся за счет перекоса золотника (4) зазор, обеспечивая плотное прилегание уплотняющей прокладки (5) к торцу штуцера (3). На фиг. 5 отражена та же ситуация применительно к техническому решению, описанному в прототипе, в котором применено жесткое крепление уплотняющей шайбы (поз.*) к торцу золотника (4) по всей поверхности уплотняющей шайбы (поз.*). Из фиг. 5 видно, что отсутствие подвижности уплотняющей шайбы (поз.*) не позволяет устранить щель между торцевой поверхностью штуцера (3) и торцевой поверхностью уплотняющей шайбы (поз.*), что доказывает преимущество заявляемой полезной модели по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями. В результате использования технического решения, изложенного в заявляемой полезной модели, существенно повышается герметичность запорного органа клапана.
Вышеизложенные сведения показывают, что при использовании заявляемой полезной модели выполнена следующая совокупность условий:
- средство, воплощающее заявляемую полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в устройствах автоматической трубопроводной арматуры с дистанционным управлением.
- средство, воплощающее заявляемую полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата, а именно значительное повышение эффективности управления потоком транспортируемой среды путем надежного перекрытия выходного отверстия клапана в его закрытом состоянии даже при погрешностях изготовления элементов конструкции клапана или износа соприкасающихся поверхностей подвижных элементов конструкции клапана.
Для заявляемого устройства, в том виде, в котором оно охарактеризовано в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью средств, описанных в заявке, следовательно, заявляемая полезная модель соответствует критерию ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.