ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН
ELECTROPNEUMATIC VALVE

Изобретение относится к области электропневмоавтоматики и может быть использовано для дистанционного открытия и закрытия дренажной пневмомагистрали.
В системах газоавтоматики при поддержании заданного темпа заполнения емкости и поддержания давления в ней при отборах газа используются электропневмоклапаны (ЭПК) подачи при недорегулировании и ЭПК дренирования газа из емкости при перерегулировании темпа или давления.
Как правило, в пневматических системах используются два параллельно установленных дренажных ЭПК: для исключения значительного перерегулирования ЭПК большого проходного сечения, а для обеспечения более точного регулирования - ЭПК малого проходного сечения.
Для решения указанной задачи регулирования, предлагается ЭПК, имеющий двухрежимное дренирования газа через основное (большое) и малое проходное сечения.
Известен нормально закрытый ЭПК с пневмоусилением без дренажа (Арзуманов, Ю.Л. Системы газоснабжения и устройства пневмоавтоматики ракетно-космических комплексов [Текст]: монография / Ю.Л. Арзуманов, Р.А. Петров, Е.М. Халатов - М.: Машиностроение, 1997. - С. 163-164), при срабатываниях которого разгрузочный клапан занимает крайние положения, перекрывая дренажное или входное седло управляющей магистрали. При этом дренирование через электропневмоклапан возможно только при номинальном расходе газа через проходное сечение основного клапана.
Наиболее близким, принятым за прототип, является электропневмоклапан (патент РФ №2189516, кл. F16K 31/42), содержащий корпус с входным и выходными каналами, основной клапан, выполненный заодно с двухступенчатым поршнем, подпружиненный разгрузочный клапан с входным и дренажным уплотнителями, связанный с электромагнитом. Этот ЭПК не может быть применен для двухрежимного дренирования газа с номинальным и уменьшенным расходом.
Предложен ЭПК, в котором обеспечивается возможность двухрежимного дренирования газа: номинальный расход дренирования по основной линии «вход-выход» и уменьшенный расход дренирования по линии разгрузочного клапана со входа основного клапана в дренаж разгрузочного клапана при установившемся промежуточном его положении.
Предложенный ЭПК содержит корпус с входным и выходными каналами, основной клапан, выполненный заодно с двухступенчатым поршнем, подпружиненный разгрузочный клапан с входным и дренажным уплотнителями, связанный с электромагнитом. Отличается ЭПК тем, что в электромагните имеется дополнительная обмотка, обеспечивающая уменьшенное от номинального усилие, ход разгрузочного клапана разделен на начальный и конечный ход, жесткость пружины разгрузочного клапана на начальном ходе меньше, чем на конечном ходе, например за счет радиальных пазов, уменьшенное усилие электромагнита больше усилия закрытия дренажного уплотнителя и меньше усилия закрытия входного уплотнителя разгрузочного клапана, что обеспечивает фиксированное промежуточное положение разгрузочного клапана при уменьшенном усилии электромагнита.
Для обеспечения стабильной работы ЭПК при уменьшенном расходе дренирования проходное сечение входного уплотнителя разгрузочного клапана принято больше проходного сечения дренажного уплотнителя. В этом случае обеспечивается закрытое положение основного клапана.
На фиг. 1 представлен ЭПК в разрезе.
ЭПК состоит из корпуса 1 с входным А и выходным Б каналами, основного клапана 2, выполненного заодно с двухступенчатым поршнем, подпружиненного разгрузочного клапана 3 с входным 4 и дренажным 5 уплотнителями, связанного с электромагнитом 7.
В электромагните 7 предусмотрена дополнительная обмотка 9, обеспечивающая уменьшенное от номинального усилие, ход разгрузочного клапана 3 разделен на начальный и конечный ход, пружина 6 разгрузочного клапана 3 выполнена с переменной жесткостью: на начальном ходе ее жесткость меньше, чем на конечном ходе, например за счет радиальных пазов, уменьшенное усилие электромагнита 7 больше усилия закрытия дренажного уплотнителя 5 и меньше усилия закрытия входного уплотнителя 4 разгрузочного клапана 3, что обеспечивает фиксированное промежуточное положение разгрузочного клапана 3 при уменьшенном усилии электромагнита 7.
На фиг. 2, 3, 4 показаны соответственно открытое, закрытое и промежуточное положения разгрузочного клапана. На фиг. 5 представлена диаграмма срабатывания ЭПК.
ЭПК работает следующим образом.
В исходном положении при поданном входном давлении и отсутствии напряжения на обмотках 8, 9 электромагнита 7 ЭПК закрыт. Основной клапан 2 закрыт и прижат к седлу корпуса 1. Разгрузочный клапан 3 открыт, при этом дренажный уплотнитель 5 перекрывает канал ДРЕНАЖ 2, входной уплотнитель 4 открыт на ход h (фиг. 2). Рабочая среда со входа попадает в управляющую полость В и поджимает клапан 2 к седлу корпуса 1.
В режиме номинального дренирования по линии «Вход-выход» на обмотки 8, 9 подается номинальное напряжение. Разгрузочный клапан 3 перемещается на полный ход h (фиг. 3), перекрывая входной уплотнитель 4. Давление из управляющей полости В сбрасывается через канал ДРЕНАЖ 2. Основной клапан 2 входным давлением на его поршень открывается. Происходит дренирование с номинальным расходом по линии «Вход-ДРЕНАЖ 1».
При выключении электромагнита 7 разгрузочный клапан 3 пружиной 6 перекрывает дренажный уплотнитель 5 (фиг. 2). Рабочая среда попадает в управляющую полость В и закрывает основной клапан 2. Дренирование прекращается.
ДР
ВХ
В режиме уменьшенного дренирования напряжение подается только на обмотку 8, обеспечивающую уменьшенное усилие электромагнита . Это усилие подбирается таким образом, что оно больше усилия противодействия, создаваемого «мягкой» частью пружины 6 при закрытом дренажном уплотнителе 5 (Q) и меньше этого усилия при закрытом входном уплотнителе 4 (Q).
1
2
В результате такого соотношения усилий разгрузочный клапан 3 при включении одной обмотки 8 фиксируется в промежуточном положении (фиг. 4). При этом дренажный уплотнитель 5 открыт на ход h, входной уплотнитель 4 на ход h, а сумма этих ходов равна общему ходу h. Происходит дренирование с уменьшенным расходом по линии «Вход-ДРЕНАЖ 2» при закрытом основном клапане 2.
При этом закрытое положение основного клапана 2 обеспечивает наличие достаточного для закрытия давления в управляющей полости В за счет того, что проходное сечение разгрузочного клапана по входному уплотнителю 4 больше его проходного сечения по дренажному уплотнителю 5.
На фиг. 5 представлена диаграмма срабатывания ЭПК. На диаграмме показаны следующие параметры:
- уменьшенное усилие электромагнита 7;
- номинальное усилие электромагнита 7;
ДР
Q - усилие противодействия при закрытом дренажном уплотнителе 5 с учетом мягкой части пружины 6 и пневматических усилий;
ВХ
Q - усилие противодействия при закрытом входном уплотнителе 4 с учетом жесткой части пружины 6 и пневматических усилий;
0 - выключенное положение электромагнита. Дренажный уплотнитель 5 прижат к седлу, основной клапан 2 закрыт (см. фиг. 1, 2);
X - включенное положение электромагнита 7 в режиме номинального усилия. Входной уплотнитель 4 прижат к седлу, основной клапан 2 открыт (см. фиг. 3). Имеется возможность дренирования через большое сечение основного клапана 2 (ДРЕНАЖ 1);
Y - включенное положение электромагнита 7 в дополнительном режиме уменьшенного усилия. Разгрузочный клапан находится в промежуточном положении (см. фиг. 4), при котором входная полость сообщается с ДРЕНАЖОМ 2, основной клапан 2 закрыт. Имеется возможность дренирования со входа через малое сечение;
Ζ - характерная точка промежуточного положения разгрузочного клапана 3, при котором уменьшенное усилие электромагнита 7 равно усилию противодействия пружины 6 и пневматических усилий.
Актуальность предлагаемого технического решения подтверждается необходимостью двухрежимного дренирования газа, с целью поддержания требуемого темпа заполнения емкости или поддержания заданного уровня давления на выходе магистральной линии, решаемое в настоящее время более сложно при помощи параллельного включения двух электропневмоклапанов номинального и уменьшенного сечений. Предлагаемое решение позволяет исключить возможность перерегулирования, которое может возникнуть от резкого открытия ЭПК большого проходного сечения.
Преимуществом заявляемого решения является уменьшение массогабаритных параметров дренажных линий и оборудования в целом с одновременным расширением его функциональных возможностей - функция уменьшенного расхода дренирования.