Электромагнитный клапан (варианты)

Электромагнитный клапан (варианты)
F 16 к 31/02
Полезная модель относится к элементам гидро- и пневмоавтоматики и может быть использована в системах автоматического управления.
Известен электромагнитный клапан нормально закрытого типа, содержащий корпус с седлом, размещённую герметично в корпусе электромагнитную катушку, запорный орган, закреплённый на торце подвижного сердечника, возвратную пружину Щучинский С.Х. Клапаны с электромагнитным приводом. - М.: Энергоатомиздат, 1998, с. 34, рис.22.
Недостатками этого клапана являются: большое время срабатывания /1с/ из-за больших массы и хода подвижного сердечника, низкая надёжность из-за применения резинового запирающего элемента.
Известен так же электромагнитный клапан, содержащий размещённую герметично в корпусе электромагнитную катушку, между торцами которой и крышками корпуса с закреплёнными в них сёдлами образованы две камеры, в которых установлены два подпружиненных дисковых якоря с запорными органами Заявка ФРГ № 3501708, кл. F 16 К 31/06, 1991.
Недостатком этого клапана является то, что при длительной работе на запирающих элементах, выполненных в виде конусов, появляются канавки или выкрашивания, снижающие надёжность, а также вызывающие увеличение хода дисковых якорей, и, следовательно, увеличивающие время срабатывания клапана.
между разделительными втулками электромагнитную катушку, между торцами сердечника которой и крышками корпуса с входными и выходными каналами и закреплёнными в них седлами образованы две камеры, в которых установлены два подпружиненных дисковых якоря с запорными органами Патент РФ № 2092736, МПК F 16 К 31/02 (прототип).
Недостатком данного клапана является то, что для увеличении расхода рабочей среды необходимо увеличить: входные и выходные отверстия в крышках и диаметр сопла и соответственно увеличить начальный рабочий зазор магнитной системы. Вследствие этого возрастут ток срабатывания, т.е. потребляемая мощность, время срабатывания клапана, а также увеличатся масса и габариты клапана.
Задача полезной модели - повышение надёжности работы, быстродействия, увеличение расхода рабочей среды при малой потребляемой мощности.
Для решения указанной задачи в электромагнитном клапане содержащем корпус из магнитомягкого материала, катушку, крышку с отверстиями для прохода рабочей среды, подпружиненный якорь, связанную с якорем заслонку, в крышке по первому варианту полезной модели выполнен кольцевой выступ, в котором расположены несколько отверстий для прохода рабочей среды; в кольцевом выступе крышки по второму варианту полезной модели выполнена кольцевая канавка, соединённая с отверстиями для прохода рабочей среды; в крышке по третьему варианту полезной модели установлены несколько сопел, соединённых с отверстиями для прохода рабочей среды и дополнительные упоры, поверхность которых находится на одной плоскости с поверхностью сопел.
,
На фиг. 1 представлен электромагнитный клапан, продольный разрез, на фиг. 2-4 представлен разрез по А-А соответственно для 1-3 вариантов полезной модели, на фиг. 5 представлена зависимость тягового усилия от зазора.
Электромагнитный клапан по первому варианту полезной модели содержит корпус 1, состоящий из собственно корпуса 1.1, выполненного из магнитомягкого материала, в котором размещена электромагнитная катушка 2, и обечайки 1.2, выполненной из немагнитного материала. Якорь-заслонка 3 состоит из собственно якоря 3.1, конструктивно связанного с заслонкой 3.2 и подпружинен пружинами 4. Крышка 5 сочленена с собственно корпусом 1.1 с помощью обечайки 1.2. В якорь-заслонку 3 для дополнительной центровки запрессована направляющая 6. В крышке 5 выполнен кольцевой выступ 7, в котором выполнены отверстия 8, выполняющие роль сопел и подводящие отверстия 9. В обечайке 1.2 выполнены отверстия 10 для прохода рабочей среды. Полости 11 и 12, разделённые выступом 7, соединяются либо канавками, либо отверстиями в выступе см. фиг.2 и фиг.З.
В электромагнитном клапане по второму варианту полезной модели вместо отверстий 8 в кольцевом утолщении выполнены не отверстия, а кольцевая канавка 13, соединённая с подводящими отверстиями 9 в крышке 5.
В электромагнитном кпапане по третьему варианту полезной модели отверстия 8 выполнены в виде отдельных сопел 14, располагающихся в разрезе опорного выступа 15 или внутри него. Поверхности сопел 14 и опорного выступа 15 находятся в одной плоскости. Это обеспечивается совместным шлифованием и притиркой.
При обесточенной электромагнитной катушке 2 якорь-заслонка 3 прижимается к торцу кольцевого выступа 7 (кольцевой канавки 13, сопел 14), выполненного в крышке 5, и закрывает отверстия 8. Контактное давление, обеспечивающее герметичность, создаётся установочным усилием пружин 4. Клапан закрыт. Отверстия 9 не соединяются с отверстиями 10.
После подачи напряжения на обмотку электромагнитной катушки 2 якорь-заслонка 3 перемещается к торцу собственно корпуса 1.1. Через образовавшийся зазор между торцом выступа 7 (кольцевой канавки 13, сопел 14) и, соответственно отверстиями 8 в выступе 7 (кольцевой канавке 13, соплах 14) и заслонкой 3.2 поступает рабочая среда и уходит через отверстия 10, выполненные в обечайки 1.2. Клапан открыт.
После обесточивания обмотки электромагнитной катушки 2 якорь-заслонка 3 под воздействием рабочего усилия пружин 4 перемещается к отверстиям 8 в выступа 7 (кольцевой канавки 13, сопел 14) и закрывает их. Клапан закрыт.
Предлагаемая конструкция электромагнитного клапана позволяет повысить надёжность устройства и уменьшить износ сопел, вследствие большой площади опорной поверхности выступа 7, кольцевого сопла 13 и опорного пояска 15, воспринимающей ударные нагрузки от действия пружин, уменьшить энергопотребление, а также повысить быстродействие кпапана.
Пропускная способность одиночного сопла-заслонки определяется формулой:
где: без- расход через кольцевую щель;
-L,- -.
, ,(1)
1 - зазор между заслонкой и отверстием. Расход через сопло:
Для обеспечения равенства пропускной способности, полагая , приравнивая (1) и (2) получаем зазор i равный:
т.е. для увеличения пропускной способности клапана при увеличении D необходимо увеличивать h. Обозначим новое значение диаметра и зазора соответственно DZ и Ла- Как правило, тяговое усилие элеетромагнита имеет ярко выраженный нелинейный характер в функции зазора, что иллюстрируется на фиг.5. Поэтому кроме увеличения действующих сил вследствие увеличения площади необходимо увеличивать ток электромагнита для компенсации падения тягового усилия из-за увеличения зазора с величины /7i до величины h2 см. фиг.5. Если же вместо одного отверстия диаметром Da делать несколько отверстий меньшего диаметра c/i так, чтобы
ТО необходимый зазор Л будет меньшим:
лг-)2л:d гс
-  п-  n-n-d,-h(о)
44
отсюда получаем:
h      (6)
Т.е. при сохранении пропускной способности, соответствующей новому диаметру Da, / будет в «п раз меньше Ла. Т.к. тяговая характеристика нелинейная, то тяговое усилие электромагнита увеличится значительно более, чем в «п раз. Это позволит соответственно уменьшитьпотребляемую мощность
(2)
.f(3)
(4)
4 п 4-п
электромагнита. Уменьшение зазора соответственно уменьшает расстояние проходимое якорем. Это увеличивает быстродействие клапана.
При кольцевом сопле истечение идёт в две стороны, следовательно получается соотношение:
2- :-Dcp-h  -Dcp-b(7)
где: DCP- средний диаметр кольцевого сопла; Ь - ширина кольцевой канавки. Из(6) и (7)получаем:
т.е. при кольцевой канавке, т.к. рабочий зазор может быть уменьшен (более чем) в два раза по сравнению с соплом в виде отверстия. Следствия указаны выше.
Заявляемое техническое решение, по мнению авторов, не является очевидным, а его изобретательский уровень достаточно высок.
Устройство предназначено для использования в конкретной отрасли народного хозяйства, а именно в пневмо- и гидроавтоматике.
Возможность реализации устройства обеспечивается с помошью описанных в заявке технических средств.
Устройство способно обеспечить достижение заявленного эффекта.
Возможность изготовления устройства не вызывает сомнений, т.к. в нём использованы детали и узлы, применяемые в промышленности.
(8)
2 DCP