КЛАПАН ЗАПОРНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ НОРМАЛЬНО ОТКРЫТЫЙ
NORMALLY OPEN ELECTROMAGNETIC SHUTOFF VALVE

Изобретение относится к автоматической арматуре с дистанционным управлением. Предложенный клапан относится к быстродействующим электромагнитным клапанам нормально открытого типа с запирающим элементом (затвором). Клапан запорный электромагнитный нормально открытый (далее клапан) предназначен для автоматического перекрытия потоков газообразных рабочих сред на газопроводах систем газораспределения, газоснабжения и газопотребления природного газа. Клапан может быть использован в качестве защитного устройства в блоке газооборудования автоматическом, предназначенном для работы группы газовых горелок. В этом случае клапан обеспечивает открытие для рабочей среды трубопровода безопасности при нарушении технологических параметров работы горелки или в случае отключения напряжения в электрической цепи управления клапаном, в том числе и несанкционированного.
Для уменьшения расхода электроэнергии, потребляемой электромагнитом, используют клапаны с разгрузкой от осевых сил. Для этого в конструкции клапана помимо основного запорного органа применяют золотник с уменьшенной неразгруженной от давления площадью. При подаче команды на открытие клапана, питание на катушку прекращается, и открытие клапана осуществляется пружиной сжатия. Усилие, необходимое для открытия золотника определяется его размерами и давлением рабочей среды. Это позволяет использовать пружину сжатия с уменьшенными силовыми характеристиками, а это в свою очередь позволяет уменьшить потребляемый ток при закрытии клапана, когда пружина сжатия подвергается сжатию. К таким клапанам относится известный электромагнитный клапан (патент на полезную модель RU 77658 U1, кл. F16K 31/02, опубл. 27.10.2008 г). Известный электромагнитный клапан является нормально-открытым и содержит корпус с входной и выходной полостями и с седлом для затвора. В корпусе расположен затвор с седлом для золотника. В боковой стенке затвора выполнены сквозные каналы. Во внутренней полости затвора расположен золотник. Первая возвратная пружина расположена между корпусом и затвором. Вторая возвратная пружина расположена между золотником и затвором. Третья компенсирующая пружина установлена между золотником и якорем электромагнита.
В качестве прототипа принят клапан с электромагнитным приводом (патент на полезную модель RU 103161 U1, кл. F16K 31/00, опубл. 27.03.2011 г), поскольку ему присуща совокупность признаков, наиболее близкая к совокупности существенных признаков изобретения. Известный электромагнитный клапан является нормально-открытым и содержит корпус с входной и выходной полостями и с седлом для затвора. Затвор соединен со штоком. Шток расположен по оси прохода в седле затвора. На одном из торцов корпуса расположен стакан, на котором расположен электромагнит. На другом торце корпуса закреплена крышка. В полости образованной корпусом и крышкой расположен датчик положения затвора. Клапан содержит золотник, расположенный с возможностью закрытия отверстия, выполненного в затворе. Первая пружина расположена между корпусом и затвором. Вторая пружина расположена между затвором и золотником. Третья компенсирующая пружина расположена в полости золотника и расположена между торцом золотника и якорем электромагнита.
Известно, что для закрытия запорного электромагнитного нормально-открытого клапана (кратковременный режим - не более 4 секунд) необходим ток, значительно превышающий ток, необходимый для удержания клапана (длительный режим). Продолжительность режима «удержания» может составлять 12 месяцев и более - до момента проведения технического обслуживания клапана. В известных клапанах отсутствуют средства, позволяющие изменять ток, подаваемый на электромагнит. Следовательно, в режиме «удержания» на электромагнит подается ток, необходимый для режима «закрытия». Это приводит к нагреву катушки и, следовательно, к уменьшению срока службы электромагнита, а также к перерасходу электроэнергии.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является снижение расхода электроэнергии, потребляемой электромагнитом, повышение надежности, срока службы и потребительских свойств клапана.
Технический результат достигается тем, что клапан запорный электромагнитный нормально открытый содержит корпус с входной и выходной полостями и с седлом для затвора, электромагнит и крышку, закрепленные на основаниях корпуса, затвор с седлом для золотника, расположенный в полости, образованной корпусом и крышкой, золотник, штуцер, жестко соединенный с затвором, первую, вторую и третью пружину, шток, расположенный по оси прохода седла затвора и блок управления клапаном, при этом золотник расположен в полости, образованной затвором и штуцером, якорь электромагнита и первая пружина расположены в сердечнике электромагнита, первая пружина расположена между торцевыми поверхностями якоря и сердечника электромагнита, вторая пружина расположена между затвором и крышкой, третья пружина расположена между золотником и штуцером, а шток, жестко соединенный с якорем, имеет возможность воздействовать на золотник. Блок управления клапаном расположен между источником питания клапана и электромагнитной катушкой электромагнита и имеет возможность изменять величину потребляемого клапаном тока. Клапан может содержать индуктивный датчик положения затвора, расположенный в крышке клапана.
На чертеже показан клапан запорный электромагнитный нормально открытый.
Клапан запорный электромагнитный нормально открытый содержит следующие элементы:
1 - корпус;
2 - крышка;
3 - сердечник;
4 - электромагнитная катушка;
5 - якорь;
6 - первая пружина;
7 - затвор;
8 - вторая пружина;
9 - золотник;
10 - штуцер;
11 - третья пружина;
12 - шток;
13 - датчик положения затвора;
14 - блок управления клапаном.
В корпусе 1 клапана выполнены входная и выходная полости и седло для затвора. На боковой поверхности корпуса жестко установлены штуцера для соединения с газопроводом. На одном из оснований корпуса закреплен электромагнит. На противоположном основании корпуса закреплена крышка 2.
Сердечник 3 электромагнита имеет вид стакана. На сердечнике расположена электромагнитная катушка 4. В сердечнике расположены якорь 5 и первая пружина 6. Первая пружина 6 предназначена для возврата конструктивных элементов клапана в исходное состояние. Первая пружина расположена между торцевой поверхностью якоря 5 и глухим торцом сердечника 3.
Крышка 2 и корпус 1 образуют полость, в которой с возможностью возвратно-поступательного движения расположен затвор 7. Затвор, предназначенный для перекрывания прохода в седле, выполнен с диаметром меньшим, чем диаметр полости, в которой он расположен, поэтому между боковой стенкой затвора и внутренней боковой стенкой крышки имеется зазор. В боковой стенке затвора выполнены сквозные каналы. Между затвором и крышкой расположена вторая пружина 8. В полости затвора расположен золотник 9, перемещение которого в полости затвора ограничено поверхностью седла золотника и штуцером 10, жестко закрепленным с затвором. Между золотником и штуцером установлена третья пружина 11. На боковой поверхности штуцера выполнена резьба для соединения с затвором, в основании штуцера выполнено отверстие. Вторая 8 и третья 11 пружины сжатия предназначены для удержания клапана в закрытом состоянии.
На торцевых поверхностях затвора и золотника установлены уплотнительные кольца из эластичного материала. Седла затвора и золотника имеют вид кольцевых выступов. При закрытии клапана седло затвора вдавливается в уплотнительное кольцо затвора, а седло золотника вдавливается в уплотнительное кольцо золотника.
Один конец штока 12 жестко соединен с якорем 5 электромагнита. Другой конец штока 12 имеет возможность воздействия на золотник 9 и далее на затвор 7 в процессе «открывания» клапана и в исходном открытом состоянии клапана. Якорь электромагнита, шток и золотник расположены по одной оси.
Для контроля положения затвора предусмотрен бесконтактный индуктивный датчик 13 положения затвора. Датчик (выключатель) 13 положения затвора расположен в крышке 2.
Клапан содержит блок управления клапана 14 (далее БУК), установленный между электромагнитной катушкой электромагнита и источником питания клапана. БУК предназначен для изменения величины потребляемого клапаном тока.
Работа клапана происходит следующим образом.
Исходное состояние клапана - нормально открытое. В этом состоянии электромагнит и БУК обесточены. Под действием первой пружины 6 якорь 5 электромагнита через шток 12 воздействует на золотник 9. Золотник, в свою очередь, воздействует на штуцер 10, жестко закрепленный на затворе, перемещая затвор до упора в крышку 2. Вторая пружина 8 и третья пружина 11 сжаты. Когда затвор находится в крайнем нижнем положении, индуктивный датчик 13 сигнализирует об открытом положении клапана.
Для закрытия клапана подается управляющий сигнал на БУК 14, а с него на катушку 4 электромагнита подается напряжение. При этом якорь 5 движется вверх к торцу сердечника и сжимает первую пружину 6. Шток 12 поднимается вместе с якорем и прекращает прижимать золотник 9 к штуцеру 10. Под действием возвратных усилий второй 8 и третьей 11 пружин золотник и затвор закрывают проходы в своих седлах.
В режиме «закрытия клапана» на катушку подается ток, достаточный для закрытия клапана. Этот режим кратковременный и длится не более 4 с. После этого БУК снижает ток на катушке в несколько раз и уменьшенный ток, достаточный для удержания клапана в закрытом состоянии, подается на катушку все время до момента открытия клапана. Использование БУК позволяет снизить потребление электроэнергии при эксплуатации клапана запорного электромагнитного нормально открытого.
Для открытия клапана отключается питание на БУК, при этом электромагнитная катушка обесточивается. Первая пружина 6 разжимается и воздействует на якорь и шток клапана. Проход в седле золотника, выполненный в затворе, открывается из-за воздействия штока на золотник. Рабочая среда поступает из входной полости корпуса во внутреннюю полость затвора через сквозные каналы в боковой стенке затвора и далее через проход в седле золотника в выходную полость корпуса. Давления во входной и выходной полостях корпуса выравниваются. При этом давление среды воздействует на затвор, благодаря чему возникает избыточная сила, которая вместе с усилием первой пружины «отрывает» затвор от седла.