КЛАПАН ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Предложение относится к области автоматики и может быть использовано для управления потоками текучих сред (газа, жидкости, пара).
Широко известны управляемые клапаны различного рода действия, такие как наиболее простые клапаны прямого действия, например, серии EV-210A с электромагнитным управлением. Известны другие с более сложной конструкцией и системой управления, такие как клапаны с сервоприводом, разгружающим рабочие органы клапанов от противодавления, например, серии EV-220, для работы без перепада давления или серии EV-250, в которой используется этот перепад давления в добавление к действию сервопривода.
Эти типы управления хорошо показаны в обзоре ЗАО «Данфосс» - Промышленные клапаны, представленного в интернете на сайте http://ic.danfoss.ru/docs/2_solenoid_volves_2006.pdf. (этот сайт был просмотрен 21.02.2014 г.).
Наиболее близким аналогом к предложенному клапану, который был принят за прототип (сайт http://ic.danfoss.ru/docs/2-solenoid_volves_2006.pdf.), является клапан прямого действия EV-210A, содержащий корпус клапана с входным и выходным патрубками, сообщающихся между собой через проходное отверстие, рабочий орган, перекрывающий проход через проходное отверстие и привод рабочего органа, перемещающий рабочий орган вдоль оси проходного отверстия.
Недостатком всех клапанов прямого действия, в том числе и принятого за прототип, является то, что возникающий на рабочем органе (тарелке, мембране) при закрытом состоянии клапана перепад давления препятствует его открыванию и тем больше, чем больше проходное отверстие клапана (т.е. чем на больший расход выполнен клапан). Поэтому клапаны прямого действия, несмотря на их простоту, применяются на малые расходы (способны без избыточной затраты энергии перекрывать только небольшие проходные сечения).
Техническим результатом является получения клапаном прямого действия возможности перекрывать проходные сечения и больших размеров для управления большими потоками и при этом без увеличения энергопотребления его привода.
Технический результат достигается тем, что в предложенном клапане прямого действия, содержащего корпус клапана с входным и выходным патрубками, сообщающихся между собой через проходное отверстие, рабочий орган, перекрывающий проход через проходное отверстие и привод рабочего органа, перемещающий рабочий орган вдоль оси проходного отверстия, при этом рабочий орган клапана выполнен в виде прямолинейного короба, продольная ось которого совмещена с осью проходного отверстия, при этом площадь его поперечного сечения больше площади этого отверстия, один конец короба направлен в сторону проходного отверстия, а другой конец короба размещен с герметизирующим уплотнением и возможностью продольного перемещения в неподвижном глухом колодце корпуса клапана, заглушающим торец этого конца короба.
Кроме того, привод рабочего органа клапана выполнен в виде прикрепленного к коробу с помощью упругих спиц постоянного магнита, имеющего возможность свободного перемещения вдоль оси проходного отверстия клапана в воздушном зазоре между полюсами магнитопровода с катушкой электромагнитной системы, управляемой для переключения клапана разнополярными импульсами.
Сущность предложенного клапана поясняется чертежами
На фиг. 1. показана конструктивная схема запорного рабочего органа клапана прямого действия, на фиг. 2 показаны формы поперечного сечения рабочего органа (короба), на фиг. 3 показан вариант герметизации рабочего органа, на фиг. 4 показана конструктивная схема электромагнитного привода клапана.
Клапан (фиг. 1) содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, сообщающихся между собой через проходное отверстие 4 клапана, рабочий орган 5 (короб), перекрывающий проход через проходное отверстие 4 и привод 6 рабочего органа 5, перемещающий рабочий орган 5 вдоль оси проходного отверстия 4, рабочий орган 5 клапана выполнен в виде прямолинейного короба, продольная ось которого совмещена с осью проходного отверстия 4 и площадь его поперечного сечения больше площади этого отверстия 4, один конец короба 5 направлен в сторону проходного отверстия 4, а другой конец короба 5 размещен с герметизирующим уплотнением 9 и возможностью продольного перемещения в непроточном колодце 8 корпуса 1 клапана, заглушающим торец этого конца короба 5.
10
Клапан работает следующим образом. Текучая среда (газ, вода, пар) поступает во входной патрубок 2 и проходит к выходному патрубку 3 через проходное отверстие 4, когда рабочий орган 5 опущен приводом 6 вниз в колодец 8 в корпусе 1 клапана. Для закрытия клапана рабочий орган 5 приводом 6 с помощью упругий спиц 7 поднимается вверх и, прижимаясь к уплотнительному элементу 11, перекрывает проходное сечение 10 F клапана.
торца
торца
10
При этом возникающий перепад давления воздействует практически только на боковые стенки подвижного короба 5 и создает малые силы, препятствующие открытию рабочего органа 5, т.к. площадь f торца короба 5 мала (f<<F). Таким образом, не возникает противодействия открыванию клапана прямого действия при любых размерах проходного отверстия 4 клапана. Кроме этого, короб 5 может быть любой формы сечения, как показано на фиг. 2, а герметизирующий элемент 9 (фиг. 1) для низких давлений рабочей среды, например, бытовой газ с низким давлением и большим расходом, может быть заменен эластичным чехлом 9 (фиг. 3). Упругие спицы 7 позволяют коробу 5 самоустанавливаться относительно уплотнительного элемента 11 (фиг. 1).
Для перемещения легкого, не испытывающего практически противодействия, рабочего органа 5 не требуется больших затрат энергии. Предлагается (фиг. 4) мало энергозатратный электромагнитный привод с управлением положением рабочего органа 5 клапана электроимпульсами с помощью постоянного магнита 12, прикрепленного упругими спицами 7 к коробу 5 (рабочему органу), который расположен между полюсами 13 и 14 магнитопровода с электрокатушкой 15.
Такой электромагнитный привод управляется импульсами и не требует энергии удерживания рабочего органа 5 в течение ожидания последующего переключения.
Привод (фиг. 4) работает следующим образом. Постоянный магнит 12 притягивается к полюсу 13 или 14, совершая перемещение в воздушном зазоре между ними вверх или вниз вместе с прикрепленным к нему рабочим органом 5. Перемещение постоянного магнита 12 происходит в одну сторону при подаче на катушку 15 импульса одной полярности, а в другую сторону при подаче на катушку 15 импульса другой полярности. Постоянный магнит 12 переходи г от одного полюса 13 к другому 14 вместе с прикрепленным к нему посредством упругих спиц 7 рабочим органом 5 при изменении их полярности с южного на северный или наоборот. Поэтому он одновременно испытывает притяжение одним полюсом и отталкивание другим, или наоборот, если полярность электрического импульса, поданного на катушку 15 изменена.
Использование такого клапана прямого действия с малым энергозатратным электромагнитным приводом позволяет его применять для управления и большими потоками текучей среды.