СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ И УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КЛАПАНА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
PROCEDURE FOR SEALING AND DEVICE OF ELECTRO-MAGNETIC VALVE OF HIGH PRESSURE

Предлагаемое изобретение относится к области арматуростроения.
Известен электромагнитнй клапан (а.с. №568778, кл. F16K 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 он не обеспечивает достаточной надежной работы в течение длительного ресурса как по времени, так и по числу максимальных срабатываний (заданному числу открытий и закрытий). Это связано с тем, что в нем осуществлен способ герметизации закрытого электромагнитного клапана путем только одного (без резервирования) пояса герметизирующего взаимодействия поверхностей и только под действием усилия пружины (без использования для повышения герметизирующего прижатия воздействия высокого давления со стороны рабочего тела, например, на упругоэластичную поверхность герметизации).
Известен также электромагнитный клапан (патент №2190142, кл. F16K 31/02, приоритет от 03.07.2000) с входом и выходом для топлива, в корпусе которого размещены соединенный штоком с наружным 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 которого 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 данного аналога заключается в том, что он не обеспечивает достаточной надежной работы в течение длительного ресурса как по времени, так и по числу максимальных срабатываний (заданному числу открытий и закрытий). Это связано с тем, что в нем осуществлен способ герметизации закрытого электромагнитного клапана путем только одного пояса герметизирующего взаимодействия поверхностей (без резервирования), а именно взаимодействия шара с коническим ограничителем штока со стороны якоря и только под действием усилия пружины (без использования для повышения герметизирующего прижатия воздействия высокого давления со стороны рабочего тела, например, на упругоэластичную поверхность герметизации).
В качестве прототипа выбран электромагнитный клапан (патент России №2257502, М. кл. F16K 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 он не обеспечивает достаточной надежной работы в течение длительного ресурса как по времени, так и по числу максимальных срабатываний (заданному числу открытий и закрытий). Это связано с тем, что в нем осуществлен способ герметизации закрытого электромагнитного клапана путем только одного пояса герметизирующего взаимодействия поверхностей (без резервирования), а именно взаимодействия цилиндрической шайбы с седлом и только под действием усилия пружины (без использования для повышения герметизирующего прижатия воздействия высокого давления со стороны рабочего тела, например, на упругоэластичную поверхность герметизации).
Задача предлагаемого решения заключается в повышении надежности работы электромагнитного клапана и увеличении его ресурса путем повышения степени герметичности его закрытия.
Поставленная задача решена за счет того, что в способе герметизации электромагнитного клапана высокого давления, включающем его герметизацию в закрытом положении путем взаимодействия металлических круговой кромки седла и запорного органа под воздействием высокого давления рабочего тела на пружину и его открытие путем отжимания указанной пружины и открытия запорного органа усилием якоря электромагнита при подаче на него электропитания, запорный орган выполняют с конической рабочей поверхностью, седло с кромкой выполняют на плоской поверхности, размещают на ней уплотнитель в виде упругоэластичного пленочного кольца, наружный край которого жестко закрепляют на указанной поверхности, а внутренний выполняют с выступом над кромкой седла и посредством вдавливания со смещением внутреннего края кольца в сторону его периферии достигают повышения герметичности. Для реализации указанного способа электромагнитный клапан высокого давления, включающий корпус, выполненный с входным центральным патрубком и проходным каналом для рабочего тела и с внутренней поверхностью со стороны одного торца, выполненной в виде поверхности усеченного конуса, разделенной на две части кольцом, выполненным из немагнитного материала и с возможностью ее сопряжения с поверхностью якоря электромагнита, выполненного в виде усеченного конуса с проходными каналами для рабочего тела и цилиндрическим направляющим выступом на его вершине, расположенным во втулке, выполненной из немагнитного материала и подпружиненной с торца, противоположного относительно конической части якоря, с металлическим запорным органом, выполненным в центральной части основания якоря электромагнита и с возможностью взаимодействия с металлическим седлом, выполненным в центральной части крышки корпуса, с обратной стороны которой выполнен выходной патрубок рабочего тела, седло выполнено с уплотнителем в виде упругоэластичного плоского пленочного кольца, расположенного на плоской поверхности, в которой расположена кромка седла, внутренний край упругоэластичного уплотнителя выполнен выступающим над кромкой седла, наружный край жестко и герметично закреплен по всему периметру указанной плоской поверхности, а запорный орган выполнен с конической поверхностью. При этом уплотнитель выполнен из фторопласта марки 4 толщиной (0,09-0,11) мм для стального седла с кольцевой его кромкой диаметром 1 мм и стальным запорным органом с конической рабочей поверхностью 120 градусов, при этом наружный край уплотнителя выполнен с диаметром (2,5±0,01) мм.
Суть предложенного способ герметизации и устройство электромагнитного клапана высокого давления иллюстрируется на фиг.1 и 2, на которых указанный клапан 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, разделенной на две части кольцом 5, выполненным из немагнитного материала 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 с пружиной 11 с торца, противоположного относительно конической части якоря 7, с запорным органом 12, 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 рабочего тела, причем взаимодействие запорного органа 12 с седлом 13 для герметизации между ними выполнено соответственно между их стальными конической поверхностью 16 и кольцевой кромкой 17, уплотнитель, выполненный в виде упругоэластичного плоского пленочного кольца 18, расположенного на плоской поверхности 19, в которой расположена кольцевая кромка 17 седла 13 и которое выполнено со своим внутренним краем 20, выступающим над кромкой 17 седла 13 или заподлицо с ней, а наружный край 21 упругоэластичного плоского пленочного кольца 18 по всему периметру жестко и герметично закреплен на плоской поверхности 19, катушка электромагнита 22 в кожухе 23.
Упругоэластичное плоское пленочное кольцо 18 выполнено из фторопласта марки 4 толщиной (0,09-0,11) мм для седла 13 с кольцевой его кромкой 17 диаметром 1,0 мм и запорным органом 12 с конической поверхностью 16 под углом 120 градусов, при этом жестко и герметично закрепленный наружный край 21 упругопластичноого плоского пленочного кольца 18 выполнен с диаметром (2,5-2,7) мм.
Предложенный электромагнитный клапан высокого давления работает следующим образом. При подаче напряжения на катушку 22 электромагнита в кожухе 23 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 с его кольцевой кромкой 17, при этом рабочее тело под высоким давлением проходит из входного центрального патрубка 2 по проходным каналам 3, 8, через открытое седло 13 в выходной патрубок 15.
2
2
После снятия напряжения электропитания с катушки 22 электромагнита якорь 7 под действием пружины 11 перемещается в сторону выходного патрубка 15 и закрывает запорным органом 12 седло 13 и движение рабочего тела в выходной патрубок 15 прекращается. При этом происходит герметизирующее взаимодействие конической поверхности 16 запорного органа 12 с кольцевой кромкой 17 седла 13, а также внутреннего края 20 упругопластичного плоского пленочного кольца 18 по периметру герметичного сопряжения конической поверхности 16 с кольцевой кромкой 17. При этом коническая поверхность 16 отодвигает внутренний край 20 в сторону периферии упругоэластичное плоское пленочное кольцо 18, вспучивает его (см. фиг.2) и тем самым создает возможность высокому давлению рабочего тела (например, от 180 кгс/см до 0,5 кгс/см) со стороны проходных каналов 8 с силой вдавливать упругоэластичный внутренний край 20 между сопряженными поверхностью 16 и кромкой 17 и тем самым дополнительно герметизировать их. Таким образом, стало возможным осуществить резервирование герметичности, обеспечиваемое кольцевой кромкой 17 седла 13 путем выполнения последовательно дополнительной герметизации с помощью упругоэластичного плоского пленочного кольца 18, что позволило повысить надежность и ресурс работы электромагнитного клапана.
По результатам проведенных на предприятии теоретически-экспериментальных исследований в выпущенную конструкторскую документацию заложены следующие параметры предложенного решения: упругоэластичное плоское пленочное кольцо 18 выполнено из фторопласта марки 4 толщиной (0,09-0,11) мм для стального седла с кольцевой его кромкой диаметром 1,0 мм и стальным запорным органом с конической рабочей поверхностью 120 градусов, при этом наружный край 21 упругоэластичного плоского пленочного кольца 18 выполнено с диаметром (2,5-2,7) мм.
В известных авторам источниках технической и патентной информации не обнаружены признаки технических решений, аналогичные отличительным признакам заявленного решения.