КЛАПАН С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ

Техническое решение относится к области оборудования транспортирования низконапорных газовых сред, а именно, к области запорной арматуры, и может быть использовано в теплоэнергетических системах на тепловых станциях, в вакуумных системах, в нефтехимическом и газовом оборудовании.
Известен (SU, авторское свидетельство 870834, опубл. 07.10.1981) отсечной запорный клапан с электромеханическим приводом. Известный клапан содержит корпус со средствами ввода и вывода газового потока, внутри корпуса установлен подпружиненный запорный орган, управляемый посредством электромеханического привода, в состав которого входят электромагнит с подвижным якорем, фиксатор и два концевых выключателя.
Недостатком известного запорного клапана можно признать значительный расход электрической энергии на его функционирование, что может привести к перегреву электромагнита и исключение возможности управления клапаном.
Известен (RU, патент 2135873, опубл. 27.08.1999) отсечной запорный клапан, содержащий крышку с сальниковым узлом, уплотняющим шток клапана, корпус с седлом и входным и выходным патрубками, запорный орган с пружиной и штоком клапана, заключенный в кожух привод, имеющий шток, пружину, две серьги, втягивающий электромагнит с якорем, рычаг, электродвигатель и узел управления, в состав которого входят цепи управления электромагнитом и реверсивным управлением электродвигателя.
Недостатком известного запорного клапана можно признать недостаточную надежность работы вследствие несоответствия упругих характеристик пружин.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 103160, опубл. 27.03.2011) клапан с электромагнитным приводом, отличающийся тем, что он содержит корпус, внутри которого размещены седло, затвор, состоящий из клапана затвора, мембраны и диска, причем в клапане затвора выполнено разгрузочное отверстие, мембрана размещена между фланцем корпуса и его крышкой и имеет перепускное отверстие, под крышкой клапана установлен золотник с возможностью перекрывания отверстия клапана затвора, жестко соединенный с якорем электромагнита и посредством первой пружины с клапаном затвора, при этом вторая пружина размещена между якорем электромагнита и неподвижным стаканом, жестко соединенным с крышкой, внутри которого якорь установлен с возможностью перемещения, причем соотношение усилий, развиваемых первой и второй пружинами при расчетной величине сжатия, составляет от 0,1 до 1,0.
Недостатком известного клапана следует признать сложность изготовления корпуса из-за наличия внутренней диагональной перегородки, наличие штока и узла сальникового уплотнения, наличие электромеханического датчика положения на который воздействует шток через стальной шарик и плоскую пружину, что вызывает дополнительные механические нагрузки на мембранный затвор, ведет к увеличению мощности электромагнита для работы при низких давлениях.
Все вышеперечисленные факторы снижают надежность его работы в составе газотранспортных систем.
Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в расширении области применения клапанов с электромагнитным приводом.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции клапана с электромеханическим приводом, состоит в расширении области его применения на область низкого давления газа вплоть до нулевых значений, повышения герметичности (отсутствие штока и сальникового узла уплотнения штока), снижение энергоемкости электромагнита.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать клапан разработанной конструкции. Клапан с электромеханическим приводом разработанной конструкции содержит цилиндрический, закрытый снизу корпус с крышкой, внутри которого размещены седло, мембранный затвор с разгрузочным отверстием, с перепускным отверстием и диском, размещенный между фланцем корпуса и его крышкой, золотник с возможностью перекрывания/ открывания разгрузочного отверстия мембранного затвора, жестко соединенный с якорем электромагнита и телескопически с мембранным затвором, на цилиндрической поверхности корпуса закреплены средство подачи газа и средство выхода газа, причем средство выхода газа выполнено в виде трубопровода, жестко закрепленного в цилиндрической стенке корпуса и одним торцом (седлом) прилегающего к мембранному затвору, а вторым торцом выходящим за пределы корпуса, при этом клапан дополнительно содержит индукционный датчик, установленный на гильзе электромагнита.
Предпочтительно средство подачи газа представляет собой трубопровод с фланцевым соединением, а второй торец средства выхода газа подключен к фланцевому соединению.
Диаметр трубопровода может быть практически любым, превышающим значение 30 мм.
Конструкция разработанного клапана приведена на рисунке, при этом использованы следующие обозначения: корпус 1, крышка 2, мембранный затвор 3, диск 4, фланец корпуса 5, золотник 6, якорь электромагнита 7, датчик бесконтактный индукционный 8, гильза электромагнита 9, трубопровод выхода газа 10, перепускное отверстие 11, седло 12, разгрузочное отверстие 13, пружина 14, электромагнит 15.
Клапан состоит из корпуса 1, внутри которого установлено седло 12 (торец трубопровода выхода газа). Для перекрывания рабочей среды в корпусе 1 установлен мембранный затвор 3 с разгрузочным отверстием 13, перепускным отверстием 11 и диском 4. Мембранный затвор 3 установлен между фланцем корпуса 5 и крышкой 2 и содержит перепускное отверстие 11. Разгрузочного отверстие 13 клапана выполнено с возможностью перекрытия его золотником 6, жестко связанным с якорем 7 электромагнита. Усилие плотнозапорности обеспечивается за счет пружины 14, которая установлена внутри гильзы 9 электромагнита 15 так, что один ее конец упирается в дно гильзы электромагнита 15, а другой - в якорь 7 электромагнита 15.
В обесточенном состоянии клапан закрыт.
Открытие клапана происходит в следующем порядке. При подаче напряжения якорь 7 электромагнита 15 поднимается вверх, сжимая пружину 14, увлекая за собой золотник 6, открывающий разгрузочное отверстие 13. За счет разности площадей перепускного и разгрузочного отверстий давление рабочей среды в надмембранной камере падает и за счет давления рабочей среды в подмембранной камере мембранный затвор 3 поднимается вверх, и клапан открывается. При нулевом давлении рабочей среды клапан открывается за счет подъема мембранного затвора якорем 7 электромагнита 15 через телескопическую связь между якорем и мембраной.
При снятии напряжения с электромагнита 10 золотник 6 за счет усилия пружины 14 перекрывает разгрузочное отверстие 13 и рабочая среда через перепускное отверстие заполняет надмембранное пространство. Давление под и над мембраной выравнивается, а за счет большей рабочей площади верха мембраны (на величину площади седла) усилие на мембранный затвор сверху превышает усилие на мембранный затвор снизу, мембранный затвор 3 прижимается к седлу и клапан закрывается.
При нулевом или близким к нулевому значению давлению рабочей среды закрытие клапана обеспечивается усилием пружины 14 на мембранный затвор 3 через диск 4 и силой упругости мембранного затвора за счет формы мембраны. Индукционный датчик 9 фиксирует положение якоря 7 электромагнита 15, механически связанного с мембранным затвором 3 и показывает состояние клапана (открыт - закрыт).
Управление клапаном осуществляют в автоматическом или дистанционном режиме.