Клапан запорный электромагнитный нормально открытый
NORMALLY OPEN ELECTROMAGNETIC SHUT-OFF VALVE

Изобретение относится к автоматической арматуре с дистанционным управлением и предназначено для использования в различных областях техники для многократного и быстрого перекрытия газовых и жидкостных магистралей.
Известен нормально открытый электромагнитный клапан, содержащий корпус с проточной частью, затвор, электромагнитный привод с магнитопроводом, седло, герметизирующую разделительную трубку, в нижней части которого расположено седло, сердечник, к которому через тягу крепится затвор, возвратную пружину, расположенную в сердечнике (Патент на изобретение RU 2432512, опубл. 27.10.2011 г.).
Недостатком этого известного клапана является необходимость использования магнита большой мощности, т.к. с увеличением проходного сечения клапана увеличивается необходимая для установки клапана в закрытое положение мощность электромагнита. При этом, с ростом мощности увеличивается масса привода, и, соответственно, его рабочая температура, что ведет к энергетическим затратам при использовании этого клапана и снижению его надежности. Кроме того, в этом клапане отсутствует датчик положения затвора, что снижает его информативность и сужает сферу его применения.
Для создания экономичной при эксплуатации конструкции запорного клапана при использовании его в системах высокого давления используются клапаны с разгрузкой от осевых сил, в конструкции которых помимо основного запорного органа предусмотрен пилотный клапан. Усилие, необходимое для открывания пилотного клапана, определяется его размерами и давлением рабочей среды, что позволяет использовать пружину сжатия с уменьшенными силовыми характеристиками и снизить потребляемый ток при закрытии клапана.
Известен наиболее близкий к заявленному изобретению клапан запорный электромагнитный нормально открытый, принятый в качестве прототипа и содержащий содержащий корпус клапана с проходным каналом и седлом затвора между его входным и выходным патрубками; неподвижно размещенный в корпусе сквозной стакан, сформированный расположенными один под другим разноразмерными полыми цилиндрами: малым и большим; расположенный в полости большого цилиндра стакана по его оси подвижный затвор клапана с проточками в теле, формирующими собой часть пилотного, управляющего работой клапана, канала для перетекания рабочей среды; герметизирующую втулку, закрывающую полость малого цилиндра стакана; размещенные в своем корпусе и связываемые микропереключателем узел управления клапаном с индикацией его положения и включаемый при закрытии клапана электромагнитный привод со своим магнитопроводом, сердечником и пружиной сжатия; а также шток, один конец которого установлен в затворе клапана с возможностью перемещения по его оси, а другой его конец закреплен в сердечнике привода (патент на изобретение RU 2457383, опубл. 27.07.2012 г.).
Недостатками этого электромагнитного клапана, наиболее близкого к заявляемому изобретению, является использование электромагнитного привода толкающего типа, приводящее к сложности изготовления клапана и, соответственно, снижению его надежности.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в снижении усилия, требуемого для закрытия и последующего открытия клапана, за счет формирования в его затворе центрального отверстия, связанного со всеми открытыми каналами и проточками в клапане и образующего вместе с ними пилотный канал для истечения рабочей среды, воздействующей на затвор клапана, а также в снижения нагрева привода клапана за счет снижения потребляемой электроэнергии на удержание клапана в закрытом положении, и в упрощении технологии изготовления основных деталей клапана за счет уменьшения требований к их изготовлению и сборке.
Указанный технический результат достигается тем, что клапан запорный электромагнитный нормально открытый, содержащий корпус клапана с проходным каналом и седлом затвора между его входным и выходным патрубками; неподвижно размещенный в корпусе сквозной стакан, сформированный расположенными один под другим разноразмерными полыми цилиндрами: малым и большим; расположенный в полости большого цилиндра стакана по его оси подвижный затвор клапана с проточками в теле, формирующими собой часть пилотного, управляющего работой клапана, канала для перетекания рабочей среды; герметизирующую втулку, закрывающую полость малого цилиндра стакана; размещенные в своем корпусе и связываемые микропереключателем узел управления клапаном с индикацией его положения и включаемый при закрытии клапана электромагнитный привод со своим магнитопроводом, сердечником и пружиной сжатия, а также шток, один конец которого установлен в затворе клапана с возможностью перемещения по его оси, а другой его конец закреплен в сердечнике привода,... дополнительно оснащен кронштейном с каналом в теле, надетым на малый цилиндр стакана и опирающимся на его поперечную стенку, связывающую формирующие его цилиндры; а также упругой кольцевой манжетой, установленной в малом цилиндре стакана, при этом, выходной патрубок корпуса выполнен с дополнительным каналом в теле, связанным с каналом кронштейна; а стакан выполнен с поперечными проточными каналами, один из которых проложен поперек тела его большого цилиндра, рассекая его насквозь и связывая его с проточным каналом между входным и выходным патрубками, а другой канал проложен поперек его малого цилиндра через толщу его стенки до осевого канала в нем; и сам затвор клапана выполнен с внутренним центральным отверстием, связанным с его проточками, и установлен в стакане с возможностью охвата своим отверстием упругой кольцевой манжеты; а шток клапана пропущен через кольцевую манжету в стакане и при отключенном приводе установлен в нем с возможностью свободного истечения рабочей среды в канал выходного патрубка через открытый шлюзовый канал между штоком и манжетой, а при включенном приводе установлен в нем с возможностью перекрытия им осевого канала между ним и манжетой и обеспечения повышения давления рабочей среды в центральном отверстии затвора клапана, предопределяющего перемещение затвора на седло с перекрытием им проходного канала между входным и выходным патрубками, причем, пилотный канал клапана, управляющий его работой при закрытии, сформирован всеми открытыми каналами и проточками в клапане, связанными с центральным отверстием в затворе.
Использование платы управления клапаном в качестве его узла управления способствует снижению веса клапана.
Использование оптопары из светодиода и фотоприемника в качестве микропереключателя, связывающего узел управления с электромагнитным приводом также способствует снижению веса клапана.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами:
Фиг. 1 - Клапан запорный в положении «открыто»;
Фиг. 2 - Клапан запорный в положении «закрыто»;
Фиг. 3 - I на Фиг. 1;
Фиг. 4 - II на Фиг. 2;
Фиг. 5 - Механизмом ручного управления клапана.
Клапан запорный электромагнитный нормально открытый содержит:
- корпус клапана 1 (фиг. 1) с проходным каналом и седлом затвора 2 между входным 3 и выходным 4 патрубками;
- неподвижно размещенный в корпусе 1 сквозной стакан 5, сформированный расположенными один под другим разноразмерными полыми цилиндрами: малым цилиндром 6 со своим каналом 7, поперечно проложенным через толщу его стенки до осевого канала в нем, и большим цилиндром 8 со своим каналом 9, проложенным поперек его тела, рассекая его насквозь и связывая его с проточным каналом между впускным 3 и выпускным 4 патрубками клапана;
- упругая манжета 10, расположенная в малом цилиндре 6 стакана 5;
- закрывающая полость малого цилиндра 6 стакана 5 герметизирующая втулка 11;
- расположенный в полости большого цилиндра 8 стакана 5 по его оси затвор клапана 12 с центральным отверстием внутри 13 и проточками в теле 14 и 15 для перетекания рабочей среды;
- размещенные в своем корпусе 16 и связываемые микропереключателем 17 узел управления клапаном 18 с индикацией его положения и включаемый при закрытии клапана электромагнитный привод 19 со своим магнитопроводом 20, сердечником 21 и пружиной сжатия 22;
- а также шток 23, один конец которого установлен в затворе клапана 12 с возможностью перемещения по его оси, а другой его конец закреплен в сердечнике 21 привода 19.
Узел управления 18 с индикацией положения клапана и микропереключатель 17 предназначены для подачи тока на магнитопровод 20 привода 19 для закрытия клапана (кратковременный режим), изменения его величины для удержания клапана (длительный режим) в закрытом состоянии, и отключения тока при переходе клапана в открытое положение, а также для индикации положения клапана: «открыто», «закрыто».
В качестве узла управления 18 использована плата управления, а в качестве микропереключателя 17 электромагнитного привода 19 использована оптопара из светодиода и фотоприемника (не показана).
На малый цилиндр 6 стакана 5 надет кронштейн 24 с каналом 25 в теле, опирающийся на его поперечную стенку, связывающую формирующие его цилиндры 6 и 8.
В сердечнике 21 электромагнитного привода 19 установлен толкатель 26, воздействующий на микропереключатель 17, связанный с узлом управления 18.
Вместо электромагнитного привода может быть использовано устройство ручного управления клапаном (фиг. 5), включающее рукоятку управления 27, на оси которой установлен эксцентрик 28, воздействующий на шток 23 при переводе рукоятки управления 27 из положения «Открыто» в положение «Закрыто». Для фиксации положения рукоятки управления 27 служат взаимодействующие между собой шарик 29 и отдельная пружина сжатия 30.
Все открытые каналы и проточки в клапане, связанные с центральным отверстием 13 в затворе клапана 12, формируют вместе пилотный канал, управляющий работой клапана для его закрытия и удержания в закрытом положении. При этом, сам пилотный канал клапана, сформирован из сопрягаемых отверстий, каналов и проточек конструктивно простых деталей, не требует использования сложного оборудования для формирования этих отверстий, каналов и проточек, т.к. их состыковка не обязывает к соблюдению жестких требований к чистоте их изготовления.
Принцип действия клапана.
В исходном нерабочем состоянии узел управления 18 не задействован и на магнитопровод 20 привода 19 напряжение не поступает, шток 23 находится в своем свободном нижнем положении, затвор 12 опущен на седло затвора 2, неплотно прикрывая проход из канала входного патрубка 3 в канал выходного патрубка 4. Все каналы клапана, связанные с центральным отверстием поршня затвора открыты.
При подаче под давлением рабочей среды в канал входного патрубка 3 происходит перемещение затвора 12 снизу вверх, открывающее проходной канал между входным 3 и выходным 4 патрубками. Клапан открыт. Рабочая среда, через проточки 14 и 15 в теле затвора 12 попадает в полость его центрального отверстия 13, оттуда через канал 31 между штоком 23 и упругой кольцевой манжетой 10 она свободно истекает в осевой канал 32 малого цилиндра 6 стакана 5 и через его поперечный канал 7 и попадает в канал 25 кронштейна 24, а из него в дополнительный канал выходного патрубка 4 и выходит из него за пределы клапана.
При подаче напряжения на магнитопровод 20 электромагнитного привода 21 сердечник 21 под действием магнитного потока перемещается вверх, сжимая пружину 22, и поднимает шток 23, перекрывая, тем самым, канал 31 между штоком 23 и упругой кольцевой манжетой 10. При этом толкатель 26 перемещается вверх, воздействуя на микропереключатель 17 на узле управления 18 (сигнал «Закрыто»).
При перекрытии канала 31 между штоком 23 и упругой кольцевой манжетой 10, формирующего собой часть пилотного канала клапана, происходит нарастание давления в закрытой полости центрального отверстия 13 затвора 12 за счет поступления рабочей среды из канала входного патрубка 3, что приводит к его перемещению вниз, уменьшая за счет воздействия рабочей среды на затвор 12 клапана требуемое от привода усилие для его закрытия. Затвор 12 садится на седло 2, перекрывая поперечный канал 9 в большом цилиндре 8 стакана 5 и проходной канал между входным 3 и выходным 4 патрубками. Клапан переходит в закрытое состояние. При этом, все открытые каналы (фиг 1) и проточки в клапане, связанные с центральным отверстием 13 в его затворе 12, формируют вместе пилотный канал клапана, управляющий работой клапана для его закрытия.
В режиме закрытия клапана на катушку (не показана) магнитопровода 20 подается ток, достаточный для закрытия клапана. При этом, за счет снижения усилия для закрытия клапана, требуемого от привода, снижается количество потребляемой им для этого электроэнергии. Этот режим длится не более 4 с. После этого узел управления 18 снижает ток в катушке магнитопровода 20 в несколько раз до значения, достаточного для удержания клапана в закрытом состоянии, и удерживает его все время до момента открытия клапана.
Для открытия клапана узел управления 18 снимает напряжение с катушки магнитопровода 20. Пружина сжатия 22 перемещает сердечник 21 вниз, увлекая при этом шток 23, и открывая, тем самым, все каналы в клапане, связанные с центральным отверстием 13 в затворе 12 и формирующие вместе пилотный канал клапана. При этом, давление рабочей среды в полости центрального отверстия 13 затвора 12 падает и затвор 12 перемещается вверх, давление рабочей среды во входном и выходном каналах патрубков 3 и 4 уравнивается и клапан переходит в открытое состояние.
Созданное техническое решение, благодаря совокупности своих существенных признаков, отраженных в формуле изобретения, позволяет снизить усилие, требуемое для закрытия и последующего открытия клапана, за счет формирования в его затворе центрального отверстия, связанного со всеми открытыми каналами и проточками в клапане и образующего вместе с ними пилотный канал для истечения рабочей среды, воздействующей на затвор клапана, а также уменьшить нагрев привода клапана за счет уменьшения потребляемой электроэнергии на удержание клапана в закрытом положении, и в упрощении технологии изготовления основных деталей клапана за счет уменьшения требований к их изготовлению и сборке.
Заявленный в качестве изобретения клапан запорный электромагнитный нормально открытый прошел испытания и готов к выпуску на предприятии заявителя.