Длинноходовой электромагнит с постоянным тяговым усилием на рабочем ходу
LONG-STROKE ELECTROMAGNET WITH CONSTANT TRACTIVE FORCE IN OPERATING STROKE

Изобретение относится к области приводов, содержащих электромагниты, и могут быть широко использованы в различных областях техники, в частности, в приводов клапанов, устанавливаемых на газовых и жидкостных магистралях.
Известен (RU, патент 2121726, опубл. 10.11.1998) пропорциональный электромагнит, предназначенный преимущественно для гидравлических систем, состоящий из ферромагнитного корпуса, ферромагнитного фланца (стопа), цилиндрической ферромагнитной гильзы с немагнитной вставкой, ферромагнитного якоря, перемещающегося в гильзе, причем гильза одним концом вставляется в корпус, а с другой стороны в гильзу вставляется фланец, который одновременно своей широкой частью вставляется в корпус, рабочая торцевая поверхность якоря выполнена с трапецеидальной кольцевой канавкой с углом основания трапеции сечения канавки 60°<α<80° и глубиной канавки (0,6-0,8) от величины рабочего хода якоря, на торцевой поверхности фланца выполнен буртик соответствующего профиля, а катушка намотана на каркас, состоящий из гильзы, фланца и шайбы.
Недостатком известного электромагнита следует признать узкую область применения.
Известен (SU, патент, 1741570, опубл. 15.05.1991) электромагнит постоянного тока с двумя рабочими магнитными зазорами, содержащий корпус с расположенной в нем катушкой управления, опорный фланец с неподвижным стопом с отверстием и фланец с внутренним воротничком, в котором выполнено проходное отверстие, образующее внутреннюю и внешнюю кромки, втяжной якорь, зафиксированный от радиальных перемещений со стороны стопа направляющей втулкой стопа и расположенным в ней с возможностью возвратно-поступательного перемещения и передачи воздействия якоря на исполнительный механизм из немагнитного материала.
Недостаток конструкции указанного электромагнита состоит в том, что, вследствие большой проводимости в зазоре отверстия внутреннего воротничка на участке его прохода через фланец, влияние на тяговую характеристику наружного рабочего магнитного зазора может существенно сказаться, начиная с того момента, когда до конца хода остается расстояние, близкое к зазору между цилиндрическим участком якоря и проходным отверстием внутреннего воротничка, кроме этого, неравномерное радиальное притяжение якоря к полюсам вызывает консольную нагрузку на штоке.
Известен также (RU, патент 2111573, опубл. 20.05.1998) электромагнит постоянного тока с двумя рабочими магнитными зазорами, содержащий корпус с расположенной в нем катушкой управления, опорный фланец с неподвижным стопом с отверстием и фланец с внутренним воротничком, в котором выполнено проходное отверстие, образующее внутреннюю и внешнюю кромки, втяжной якорь, зафиксированный от радиальных перемещений со стороны стопа направляющей втулкой стопа и расположенным в ней с возможностью возвратно-поступательного перемещения и передачи воздействия якоря на исполнительный механизм штоком из немагнитного материала, причем опорный фланец выполнен с направляющей втулкой из антифрикционного материала, втяжной якорь выполнен на цилиндрической поверхности с проточкой, образующей две ступени, одна из которых находится у внутренней кромки внутреннего воротничка фланца, выполненного с крышкой, а вторая ступень при исходном положении якоря находится у внешней кромки внутреннего воротничка, выполненной со стороны крышки фланца, якорь снабжен направляющей втулкой из антифрикционного материала, размещенной в отверстии, выполненном в его торце, и направляющим стержнем, выполненным из немагнитного материала и установленным осесимметрично в дне крышки фланца, при этом шток в зоне стыковки его с якорем на участке между торцом якоря в его исходном положении и направляющей втулкой стопа выполнен с ферромагнитной дистанционной втулкой, наружный диаметр которой равен диаметру штока на участке его расположения во втулке стопа.
Недостатком известного электромагнита следует признать сложность его конструкции.
Техническая проблема, решаемая применением разработанного устройства, состоит в расширение области применения длинноходовых электромагнитных приводов трубопроводной арматуры на газовых и жидкостных магистралях.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанного устройства, состоит в упрощении его конструкции, упрощение технологии его изготовления, а также надежность работы.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать электромагнит разработанной конструкции. Длинноходовой электромагнит с постоянным тяговым усилием на рабочем ходу разработанной конструкции содержит катушку, якорь, размещенный с возможностью втягивания в катушку под действием электромагнитного поля, диамагнитную гильзу, в которой перемещается якорь, и пружину, размещенную в гильзе, причем диамагнитная гильза на внешней стороне содержит ферромагнитный воротничок, а с другой стороны внутри гильзы установлен ферромагнитный полюс, при этом на внешней стороне гильзы со стороны установки ферромагнитного полюса установлен ферромагнитный шунт.
Преимущество использования длинноходового электромагнита с постоянным тяговым усилием на рабочем ходу в электромагнитных клапанах состоит в том, что, варьируя длину стакана и катушки, мы можем изменять величину хода якоря, от чего зависит условный диаметр (Ду) клапана. Чем длиннее ход, тем больше Ду клапана (тарелку надо поднимать на высоту 0,25Ду).
Постоянное тяговое усилие на всей длине хода обеспечивает надежное открытие клапана, при этом какие-либо помехи, которые могут возникнуть на середине или в конце хода (например, трение якоря внутри стакана), преодолеваются магнитным полем. Например, если обычный магнит может недотянуть якорь до конца (вследствие подклинивания якоря и уменьшения тягового усилия), то при постоянном усилии подобное исключено.
Разработанный электромагнит (см. рис) содержит катушку 1, втягивающую якорь 5, диамагнитную гильзу 4 с ферромагнитным воротничком 6 с одного конца и ферромагнитным полюсом 2 с другого.
При этом в магнитной цепи гильзы в зоне основного рабочего зазора расположен ферромагнитный шунт 3 переменного сечения.
При увеличении высоты ферромагнитного шунта длина рабочего хода якоря электромагнита с постоянным тяговым усилием возрастает, что позволяет установить рабочий ход якоря электромагнита в соответствии с пропускной способностью трубопроводной арматуры.
Изменяя высоту ферромагнитного воротничка в определенных пределах, можно менять тяговые усилия.