ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН

Полезная модель относится к промышленной трубопроводной арматуре, преимущественно к клапанам с электромагнитным приводом, предназначенным, например, для работы в качестве исполнительного устройства в системах автоматического релейного регулирования потоками жидких и газообразных сред. Среди используемых устройств такого типа клапаны с непосредственным действием отличаются простотой конструкции.
Известен электромагнитный привод клапана втяжного типа прямого действия, в корпусе которого установлен подвижный якорь цилиндрического вида, подпружиненный со стороны клапанной головки возвратной пружиной и перемещающийся относительно корпуса в осевом направлении (Пржиаловский А.Л., Щучинский С.Х. Электромагнитные клапаны. Л. Машиностроение 1967, с.21, рис.5). При этом якорь расположен в немагнитной разделительной трубке и ограничен в движении стоп-деталью (полюсом) с амортизирующим медным кольцом, впрессованным в нее. Под амортизацией здесь понимается возможность менее шумной работы на переменном токе. "Залипания" якоря в крайнем положении при работе на постоянном токе это не исключает. Другим недостатком данного клапана является наличие потерь на преодоление якорем с большой площадью поверхности сил трения в паре скольжения материала якоря по металлу трубки. Не исключена возможность бокового смещения якоря внутри указанной трубки с образованием зазора и попаданием в него твердых частиц и как следствие вероятности заклинивания.
Известен также электромагнитный клапан того же типа, но в котором якорь в стоп входит коническим окончанием (пат. RU №2196929, F16K 31/06, от 20.03.2000). При этом в ответной части стопа установлена соответствующей формы упругая прокладка. Рассчитывают, что таким образом можно добиться снижения уровня звуковой мощности, исключения бокового удара непосредственно соприкасающихся металлических торцов якоря и полюса, исключение "залипания" якоря за счет остаточного магнетизма в момент отключения питания катушки. Но данная конструкция клапана не обеспечивает постоянства его динамических характеристик из-за возможного сминания прокладки. Величина немагнитного зазора при этом будет меняться и трудно подобрать подвижным стопом первоначальное состояние.
Известен электромагнитный клапан для переключения направления потоков, содержащий корпус с двусторонним запорным органами и с электромагнитным приводом, в якоре которого выполнена проточка для возвратной пружины (пат. DЕ 1157868, F16K 31/06, от 29.10.1960). Седло клапана сделано с выступающей частью под уплотнительный элемент, но из того же материала, что и магнитопровод. А это может влиять на силу прижатия и не исключает залипания якоря в крайнем положении. Кроме того, данное устройство характеризуется большой конструктивной сложностью и недостаточной эксплуатационной надежностью.
Известен также электромагнитный клапан, использующий вспомогательный запорный орган, совмещенный с якорем электромагнитного привода и перекрывающий одно из отверстий (пат. US 4295631, F16K 31/40, от 20. 10.1981). Пружина здесь установлена в осевом отверстии, а по наружному диаметру имеются как минимум пара канавок для подвода давления среды и разгрузки якоря. А сам электромагнитный привод воздействует на мембрану, которая поджимается конической пружиной. Быстродействие такого клапана ограничено из-за возможности залипания якоря в области ограничителя его хода. Этот клапан достаточно надежен в эксплуатации, но не лишен некоторых 'конструктивных сложностей и к тому же не может обеспечить отсутствие заклиниваний якоря.
Наиболее близким по конструкции к предлагаемому решению является электромагнитный клапан втяжного типа, содержащий основание с присоединительным фланцем, магнитопровод, катушку, якорь с уплотнительным элементом на одной стороне, разделительную трубку с деталью, ограничивающей перемещения якоря (стопом) и возвратной пружины, установленной в осевом отверстии стопа и якоря. Для уменьшения шума при работе на переменном токе якорь так же имеет со стороны стопа запрессованное медное кольцо (Пржиаловский А.Л., Щучинский С.Х. Электромагнитные клапаны. Л. Машиностроение 1967, с.139-141, рис.81, тип ЭМП). Здесь приведены все основные характеристики таких устройств, но ничего не сообщается о динамических параметрах, и в частности о быстродействии. Кроме того, конструкцию сложно использовать для выполнения двухстороннего прохода.
Основными задачами полезной модели являются увеличение надежности за счет снижения потерь на трение, устранение возможности заклинивания якоря путем дополнительного центрирования, а также достижение требуемого быстродействия.
Решение задачи заключается в том, что в электромагнитном клапане, состоящем из электромагнита с цилиндрическим якорем с уплотнительным элементом на его торце, выполнены на противоположном торце якоря, по меньшей мере, два продольных отверстия, в которых установлены винтовые возвратные цилиндрические пружины, поджатые направляющими немагнитными штифтами, жестко закрепленными в детали, ограничивающей перемещение якоря, при этом или штифты имеют выступ, задающий величину воздушного зазора и который отвечает требованиям заданного интервала времени срабатывания клапана или установлена между штифтами дополнительная немагнитная деталь с выступом. Немагнитная деталь с выступом может быть установлена на торце якоря перед деталью, ограничивающей перемещение якоря А, кроме того, между отверстиями с пружинами установлен уплотнительный элемент, поверхность которого перекрывает выступающее относительно уровня магнитопровода седло, выполненное в немагнитной втулке с проходным отверстием, при этом зазор задается выступами штифтов. Кроме того, указанные штифты имеют длину большую, чем возможный ход якоря. Предложенные усовершенствования электромагнитного клапана поясняются схематическим чертежом.
На фиг.1 изображен электромагнитный привод клапана в разрезе, Электромагнитный привод клапана содержит основание 1 с проточками под уплотнение 2, якорь 3, магнитопровод 4, в верхней части которого (стопе) расположены штифты 5, которые входят в соответствующие отверстия якоря 3 и опираются на пружины 6, поджимающие якорь 3 с запорным элементом 7 на противоположном торце. Якорь перемещается внутри направляющей трубки 8. Катушка 9 расположена внутри магнитопровода 4. В магнитопроводе сверху установлена втулка 10 с выступающим относительно поверхности магнитопровода седлом. Отверстие во втулке в свою очередь перекрывается уплотнительным элементом, установленным на торце якоря между отверстиями с пружинами.
Вместо втулки с проходным отверстием и выступающим седлом, может использоваться выступ 11 в немагнитной детали 12 без отверстия, вставленной в деталь ограничивающую перемещение якоря 3 вместо втулки с седлом. Это вариант выполнения схематично приведен на фиг.2.
Так же возможна размещение такой детали (не показана) и на торце якоря 3, вместо установленной на месте, показанного на фиг.1 уплотнительного элемента под втулкой 10. Понятно, что отверстий и пружин может быть больше. Это определяется скорее теми параметрами, которые задаются на этапе проектирования.
Величина зазора при этом сказывается на быстродействии клапана. Для этого снимают тяговую характеристику электромагнитного клапана от величины зазора, который регулируется высотой выступа. Затем смотрят времена срабатывания при включении и выключении электрического тока подаваемого на катушку. Из чего, в соответствии с требуемым быстродействием выбирают величину зазора. Для уменьшения возможных изменений при эксплуатации в качестве материала выступа используют немагнитные металлы. Кроме того, например, для двухсторонних клапанов возможно использование иных конструкции (см. пат. RU №2276025).
Электромагнитный клапан работает следующим образом. При подаче напряжения на катушку электромагнита 9 под действием магнитного потока якорь 3 с запорным органом движется в направляющей трубке 8, причем движение -скольжение якоря происходит по установленным в отверстиях гладким штифтам 5, сделанным, например, из латуни. В верней части может быть расположен дополнительный элемент уплотнения, который будет служить для перекрывания прохода воздуха в кольцевой щели между трубкой 8 и якорем 3, например, в атмосферу, через отверстие во втулке 10.
Ширина кольцевой щели между трубкой 8 и якорем 3 определяется величиной зазора необходимого для скольжения якоря и позволяет проходить твердым частицам рабочей среды с размером не более величины этого зазора без опасности их защемления между гильзой и якорем. При снятии напряжения с катушки электромагнита 9 якорь 3 под действием пружины 6 возвращается в исходное состояние. Далее процесс подачи тока может быть повторен,
Таким образом, предлагаемый электромагнитный клапан может использоваться для многократного и быстрого перекрытия газовых и жидкостных магистралей На предложенный электромагнитный клапан разработана соответствующая техническая документация и начат пробный мелкосерийный выпуск такой продукции.