НОРМАЛЬНО-ОТКРЫТЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН
NORMALLY OPEN ELECTRO-MAGNETIC VALVE

Изобретение относится к области арматуростроения, а более конкретно к клапанам с электромагнитным приводом, и может быть использовано в различных областях техники для многократного и быстрого перекрытия газовых и жидкостных магистралей.
Известны электромагнитные клапаны нормально-открытого типа с неуравновешенным запирающим элементом затвора, которые преимущественно применяются в качестве защитного устройства, обеспечивающего открытие потока рабочей среды в трубопроводе в случае отключения напряжения в электрической цепи управления клапаном, в том числе и несанкционированного, а также предотвращающего возникновение аварийной ситуации. Например, электромагнитный клапан по патенту CN №2619100, МПК F16K 31/06, 2004 г., который содержит корпус с входным и выходным патрубками, электромагнит, якорь с запорным органом, выполненный с возможностью взаимодействия с электромагнитом толкающего типа. Недостатками указанного электромагнитного клапана являются: невозможность обеспечения разгрузки запорного органа от одностороннего действия рабочей среды; сложность изготовления (при работе сердечник должен дойти до полюса, а запирающий элемент гарантированно прижаться к седлу в корпусе клапана - отсюда ужесточение требований к изготовлению деталей).
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа по максимальному количеству совпадающих признаков, является электромагнитный клапан (см. С.Х.Щучинский «Клапаны с электромагнитным приводом». М.: Энергоатомиздат, 1988 г., с.36), который содержит корпус с седлом, перекрываемым запорным органом (затвором), имеющим неметаллическое уплотнение, электромагнитный привод с магнитопроводом, герметизирующую разделительную трубку, полюс, сердечник и возвратную пружину.
Общими признаками прототипа с предлагаемым техническим решением являются корпус, через который при открытом затворе осуществляется проход рабочей среды, запорный орган (затвор), электромагнитный привод с магнитопроводом, герметизирующая разделительная трубка и сердечник, а также возвратная пружина.
К недостаткам указанного электромагнитного клапана можно отнести использование электромагнитного привода толкающего типа, что приводит к сложности изготовления, а также данный клапан не может обеспечить разгрузку затвора от одностороннего действия рабочей среды.
Задача данного изобретения - создание нормально-открытого клапана с электромагнитным приводом тянущего типа, с затвором, разгруженным от одностороннего действия рабочей среды, снижение сложности его изготовления.
Поставленная задача достигается тем, что в нормально-открытом электромагнитном клапане, который содержит корпус с проточной частью, затвор, электромагнитный привод с магнитопроводом, седло, герметизирующую разделительную трубку, сердечник, связанный с затвором, и возвратную пружину, затвор размещен в отверстии проточной части корпуса, выполнен трубчатым с клинообразными кромками и имеет неметаллическое кольцевое уплотнение. Клинообразные кромки выполнены с диаметром, равным наружному диаметру затвора. Затвор связан через тяги с сердечником электромагнитного привода, седло расположено в нижней части разделительной трубки, а возвратная пружина расположена в осевом отверстии сердечника. Для поджатия затвора к седлу введена дополнительная пружина, установленная на тяге под затвором. В нижней части корпуса установлен ручной дублер.
В результате получена конструкция нормально-открытого электромагнитного клапана тянущего типа, в котором обеспечена разгрузка затвора от одностороннего действия рабочей среды, а требования к изготовлению основных деталей значительно уменьшены.
Данный технический результат достигается следующей совокупностью отличительных признаков:
- затвор размещен в отверстии проточной части корпуса, выполнен трубчатым с клинообразными кромками, диаметр которых равен наружному диаметру затвора, и имеет неметаллическое кольцевое уплотнение,
- седло расположено в нижней части разделительной трубки,
- затвор связан с сердечником электромагнитного привода через тяги,
- введена дополнительная пружина, установленная на тяге под затвором.
Таким образом, обеспечивается заявленный технический результат, достижение которого невозможно в известных аналогичных устройствах и, в частности, в прототипе.
На фиг.1 схематически показан электромагнитный клапан, на фиг.2 изображено седло с запорным органом в увеличенном масштабе, на фиг.3 дан чертеж нормально-открытого клапана, взятого за прототип.
Клапан состоит из корпуса 1, через который при открытом затворе 2 осуществляется проход рабочей среды, электромагнитного привода 3, разделительной трубки 4, в нижней части которой расположено седло 5, сердечника 6, к которому через тяги 7 и 8 крепится затвор 2. В отверстии, выполненном в сердечнике 6, установлена возвратная пружина 9, а на тяге 7 установлена дополнительная пружина 10 для поджатия затвора к седлу клапана. Затвор 2 выполнен в виде трубы с клинообразными кромками и имеет кольцевое неметаллическое уплотнение 11.
Принцип действия клапана: в исходном состоянии клапан открыт. Полости «1» и «2» сообщены. При подаче напряжения на обмотку катушки электромагнитного привода 3 под действием магнитного потока сердечник 6 перемещается вверх, сжимая пружину 9, и поднимает затвор 2 до упора в седло 5. Далее сердечник 6 с тягой 7 продолжает перемещаться до упора в дно разделительной трубки 4, сжимая дополнительную пружину 9, которая, в свою очередь, прижимает затвор к седлу. Клапан закрывается. Герметичность затвора при этом достигается за счет давления затвора 2 на седло 5 с усилием, создаваемым дополнительной пружиной 10.
При подаче рабочей среды с давлением Р по стрелке "1" (при этом клапан закрыт) затвор с усилием F поджимается к седлу:
,
1
где D - внутренний диаметр затвора 2,
2
D - наружный диаметр затвора 2.
1
В то же время среда проходит через внутреннюю полость затвора и с усилием F отжимает затвор от седла:
,
cp
где D - диаметр кромки затвора 2.
Та часть давления Р, которая оказывается неуравновешенной из-за разницы площадей:
,
компенсируется усилием дополнительной пружины 10, которая создает необходимое усилие для уплотнения седла 5.
2
При подаче рабочей среды с давлением Р по стрелке "2" затвор с усилием F отжимается от седла 5:
.
Это усилие, малой величины, компенсируется усилием возвратной пружины 10.
cp
2
Фактически разница между D и D настолько мала, что ее можно не учитывать.
После снятия напряжения с электромагнитного привода 3, сердечник 6 под действием усилия возвратной пружины 9 движется вниз, перемещая затвор 2, - клапан открыт.
Принцип работы ручного дублера: при вращении рукоятки 12 по часовой стрелке шток 13 перемещается вверх, давит на тяги 7, 8 и поднимает затвор 2 до упора в седло 5, перекрывая поток рабочей среды. Уплотнительное кольцо 14 обеспечивает герметичность ручного дублера относительно окружающей среды. При вращении рукоятки 12 против часовой стрелки, шток 13 перемещается в обратную сторону и затвор 2 под действием возвратной пружины 9 опускается, обеспечивая сообщение полостей клапана.