ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН
ELECTROMAGNETIC VALVE

Изобретение относится к электромагнитным клапанам (ЭК) и может быть использовано в энергетическом машиностроении, например в летательных аппаратах.
Широко известны ЭК, состоящие из корпуса, электромагнита с якорем, подпружиненными основным и разгрузочным затворами (например, авторское свидетельство СССР №469851, кл. F16K 31/02 с приоритетом от 30.05.73 г.), в которых корпус снабжен дополнительной полостью, в которой расположен подпружиненный запорный элемент, выполненный хвостовиком, пропущенным в полость основного затвора, что обеспечивает безударное торможение клапана.
Недостатком таких ЭК является непроизводительный сброс рабочего тела при открытии клапана в дренаж (атмосферу) для создания перепада давления на основном запорном органе для его открытия.
Известен ЭК с разгрузкой при помощи обвода, не имеющий этого недостатка (см. книгу А.Л. Пржиалковского и С.Х. Щучинского «Электромагнитные клапаны», Ленинград, Издательство «Машиностроение», 1967, стр. 34, Рис. 14), взятый за прототип изобретения, в котором в корпус ЭК установлен основной затвор, перекрывающий выход и делящий клапан на две полости: входную и разгрузочную, которые соединены обводным отверстием. В разгрузочной полости расположен подпружиненный якорь с жестко установленным на торце разгрузочным затвором и связанный полужестко с основным затвором, посредством штифта, а разгрузочный затвор уплотняет выход из клапана через разгрузочное седло, выполненное на основном затворе. При подаче напряжения в катушку электромагнита якорь с разгрузочным затвором перемещается, сжимает пружину и открывает проход рабочему телу на выход из клапана через седло разгрузочного затвора, выполненного на основном затворе. Штифт, установленный в якоре, движется внутри канавки основного затвора до контакта со стенкой канавки.
Давление рабочего тела в разгрузочной полости электромагнита падает, основной затвор поднимается, открывая основной проход рабочему телу на выход из клапана и давая возможность якорю выбрать весь ход. При снятии напряжения с катушки электромагнита пружина разжимается, и якорь с установленным на его торце разгрузочным клапаном садится на седло разгрузки, выполненным на основном затворе. Клапан закрыт, концы штифта занимают промежуточную позицию в канавке основного запорного органа. В случае отсутствия давления рабочего тела основной затвор отрывается от седла при помощи штифта.
Такая конструкция работоспособна, но имеет ряд недостатков:
- ход якоря этой конструкции зависит от глубины внедрения седел в уплотняющие поверхности разгрузочного и основного затворов. В связи с тем, что разгрузочный затвор установлен на торце якоря, при закрытии разгрузочного седла увеличивается глубина отпечатка на уплотняющей поверхности разгрузочного затвора от повышенного контактного усилия на седло в связи с влиянием массы якоря. Увеличение хода якоря увеличивает время открытия ЭК;
- деформация - смятие цилиндрической поверхности штифтов при открытии клапана (из-за большого удельного давления на площадь контакта основного затвора и цилиндрической поверхности штифта), которая приводит к нестабильности величин параметров ЭК, а именно сопротивления и времени срабатывания из-за изменения хода основного затвора;
- появление множественных отпечатков седла на контактирующей поверхности разгрузочного затвора из-за консольного расположения разгрузочного затвора на торце якоря и, как следствие, появление негерметичности по разгрузочному затвору. Консоль увеличивает отклонение от оси клапана совместно с цепочкой несоосностей контактирующих поверхностей: гильзы каркаса электромагнита, якоря, гнезда с уплотнением, седла разгрузочного затвора, основного затвора и корпуса, а также зазоров между ними;
- плохая ремонтоспособность ЭК из-за необходимости замены большого количества узлов и деталей ввиду невозможности доработки контактирующей поверхности разгрузочного затвора для удаления отпечатков и прочих дефектов из-за крепления разгрузочного затвора и штифта в якоре.
Предлагаемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и, в конечном счете, на стабилизацию параметров ЭК и его ремонтноспособности.
Для этого, в отличие от известной конструкции клапана, в якоре выполнено сквозное осевое ступенчатое отверстие со ступенью в его центральной части, при этом отверстие малого диаметра является направляющей поверхностью для разгрузочного седла, разгрузочный затвор расположен в отверстии большего диаметра с возможностью осевого перемещения. Плоскость ступени - заплечик взаимодействует с разгрузочным затвором для отрыва его от седла, а на наружной поверхности якоря, выступающей из электромагнита, выполнена канавка для кинематической связи с основным затвором, в кольцевую канавку которого установлено стопорное кольцо, и между якорем и основным затвором установлена демпфирующая пружина.
Демпфирующая пружина обеспечивает торможение якоря при закрытии ЭК. Использование стопорного кольца для кинематической связи якоря и основного затвора увеличивает площадь контакта между поверхностями при открытии ЭК, что приводит к стабилизации параметров при срабатываниях ЭК.
Якорь при закрытии ЭК имеет возможность осевого перемещения относительно разгрузочного затвора, находящегося на седле, и перемещается далее в сторону закрытия, сжимая установленную между ним и основным затвором демпфирующую пружину, в результате чего кинетическая энергия якоря не влияет на глубину внедрения седла в контактирующую поверхность разгрузочного затвора. Свободная установка разгрузочного затвора в якорь делает ЭК ремонтоспособным при изготовлении без замены большого количества деталей.
Расположение разгрузочного клапана с седлом в одном направляющем отверстии и в центральной части якоря исключает возможность создания множественных отпечатков на контактирующей поверхности разгрузочного затвора и появления негерметичности.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где предоставлен общий вид электромагнитного клапана.
Электромагнитный клапан состоит из корпуса 1 с основным седлом 2 и наконечниками 3 и 4, электромагнита 5 с каркасом 6 и обводным отверстием 7, и стопа 8, основного затвора 9 с кольцом стопорным 10 в канавке 11 и седлом разгрузочным 12 и кольцом уплотнительным 13, якоря 14, у которого в центральной части взаимодействия с цилиндрической направляющей катушки электромагнита выполнено сквозное осевое двухступенчатое отверстие со ступенью - заплечиком 15, имеющее отверстие малого диаметра 16 для направления седла разгрузочного 12 и разгрузочного затвора 17, свободно расположенного в большом отверстии 18 с возможностью осевого перемещения, пружины 19 и демпферной пружины 20. Основной затвор 9 снабжен юбкой 21, размещенной в направляющей втулке 22, выполненной на каркасе 6 электромагнита 5, на внутренней поверхности юбки 21 выполнена канавка 11, в которой установлено стопорное кольцо 10, на наружной поверхности якоря выполнена канавка 23 для взаимодействия со стопорным кольцом 10.
При подаче рабочего тела через наконечник электромагнитного клапана оно поступает через обводное отверстие 7 в разгрузочную полость, которая отделяется от выходной полости основным затвором 9 с седлом 2 и разгрузочным затвором 17 на седле 12, выполненным на основном затворе 9. При подаче напряжения на ЭМ якорь 14 притягивается к стопу 8 и ступенью 15 отрывает разгрузочный затвор 17 от седла разгрузочного 12 и сжимает пружину 19. Давление рабочего тела в разгрузочной полости падает и появляется усилие от действия входного давления на площадь, ограниченную седлом 2 и кольцом уплотнительным 13, которое отрывает основной затвор 9 от седла 2. Клапан открыт. При отсутствии входного давления рабочего тела якорь 14 отрывает основной затвор 9 от седла 2 при помощи кольца стопорного 10.
При снятии напряжения разгрузочный затвор 17 под действием пружины 19 садится на седло разгрузочное 12 и перекрывает выход рабочему тела из разгрузочной полости. Давление в разгрузочной полости становится равным давлению на входе, появляется перепад на основном затворе 9, кроме того, якорь 14 продолжает по инерции двигаться до контакта с кольцом стопорным 10, сжимая демпферную пружину 20, и помогает основному затвору 9 сесть на седло 3. Клапан закрыт. Якорь 14 от усилия демпферной пружины 20 перемещается в обратную сторону до взаимодействия заплечика 15 с разгрузочным затвором 17.
Использование изобретения позволяет повысить стабильность параметров электромагнитного клапана и его ремонтноспособность.