КЛАПАН (ВАРИАНТЫ)

-5
-6
Полезная модель относится к вакуумной технике, а именно к клапанам, предназначенным для перекрывания газовых потоков на границе среды с давлением от 2-3 атмосфер до среднего вакуума со средой с давлением от атмосферы до среднего вакуума (10-10 Па).
Из уровня техники известен клапан, содержащий полый корпус, устройства питания и управления в виде электромагнитного привода, шток клапана, соединенный с одной стороны с заслонкой герметизирующего узла, а с другой - с якорем электромагнита, катушку электромагнита и пружину (см. проспект НПО «АРГОНАВТ-ТЕПЛОЭНЕРГО»). При включении известного клапана, т.е. при подаче напряжения на катушку электромагнита, якорь втягивается в катушку, и шток с заслонкой перемещается в состояние «открыто», преодолевая усилие пружины.
Недостатком известного технического решения является сложность конструкции, потребление электроэнергии при открытом состоянии клапана, повышенное загрязнение среды электромагнитным полем, невысокая надежность и долговечность.
Технической задачей заявленной полезной модели является разработка простых и компактных клапанов, обладающих уменьшенным потреблением электроэнергии и загрязнением электромагнитным полем технологической среды, повышенной надежностью и долговечностью.
Поставленная задача решается тем, что по первому варианту клапан содержит мембрану, закрепленную центральной частью на седле клапана, в котором выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, а периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленном с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной отверстия или отверстий, выполненных в седле клапана.
Клапан может быть снабжен обмоткой электропривода, расположенной на расстоянии от якоря клапана.
Данный вариант клапана эффективен при возможности использования обмотки какого-либо устройства для синхронного срабатывания упомянутого устройства и клапана, либо для подачи на обмотку меньшего напряжения для срабатывания устройства, но достаточного для срабатывания клапана.
В центральной части якоря может быть выполнено отверстие, через которое проходит ограничитель хода якоря, одним концом закрепленный в центральной части мембраны, а на другом конце имеющий упор.
Для уменьшения жесткости мембраны ее прикрепление к якорю может осуществляться с помощью лепестков, выполненных по ее внешнему краю и расположенных перпендикулярно ее плоскости.
Мембрана может быть выполнена с прощелкиванием или простой без прощелкивания: нормально-открытой, т.е. не перекрывающей отверстия, когда на обмотку электропривода напряжение не подается или нормально-закрытой, т.е. перекрывающей отверстия, когда на обмотку электропривода напряжение не подается.
Обмотка привода может быть размещена на одном из концов держателя, другой конец которого закреплен в центральной части мембраны посредством лазерной или контактной сварки.
Обмотка электропривода может быть расположена со свободной стороны клапана.
Данный вариант клапана оптимален для размещения на относительно тонких, магнитно-прозрачных и хрупких корпусах установок, на которых не желательно сверление отверстий, нанесение резьбы, или использование лазерной или контактной сварки (например, на стеклянных или керамических корпусах). При этом седло клапана состоит из корпуса с отверстием, к которому прикреплена пластина с по меньшей мере одним отверстием в центральной части, которой закреплена мембрана.
По второму варианту клапан содержит мембрану, закрепленную центральной частью на седле клапана, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие, а периферийной частью - на обмотке электромагнитного привода, выполненной с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной отверстия или отверстий в седле клапана, и статор привода.
Данный вариант клапана отличается значительной компактностью, простотой установки и возможностью установки в любом удобном месте.
Мембрана может быть выполнена с прощелкиванием или без прощелкивания: нормально-открытой или нормально-закрытой.
Статор может быть расположен над обмоткой привода и размещен на одном из концов держателя, другим концом закрепленного в центральной части мембраны посредством лазерной или контактной сварки.
Мембрана может быть прикреплена непосредственно к седлу клапана или к резьбовому крепежному элементу, проходящему через отверстие, выполненное в седле.
По третьему варианту клапан содержит основание с выполненным в нем по меньшей мере одним сквозным отверстием и с кольцевым пазом, выполненным на его боковой поверхности, в котором размещена обмотка электромагнитного привода, мембрану, закрепленную своей периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленном с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной отверстия или отверстий основания, а центральной частью - на торце верхней части основания непосредственно или посредством держателя.
Данный вариант клапана хотя и имеет несколько большие габариты, но значительно более прост в установке и замене, т.к. для его установки на тонкий корпус требуется только создание сквозного отверстия, а на толстый корпус создание сквозного отверстия с резьбой.
Мембрана может быть выполнена с прощелкиванием, или без прощелкивания: нормально-закрытой или нормально-открытой.
Основание клапана может быть выполнено в виде винта, при этом кольцевой паз выполнен в шляпке винта, а на резьбовой части винта размещена уплотнительная прокладка.
Держатель может быть выполнен в виде скобы, размещенной в кольцевой проточке, выполненной коаксиально сквозному отверстию основания.
Клапан может быть выполнен с кольцевым уплотнением, расположенным по контуру торца основания или по контуру мембраны.
По четвертому варианту клапан содержит основание с выполненным в нем по меньшей мере одним сквозным отверстием и с кольцевым пазом, выполненным на его боковой поверхности, в котором размещена обмотка электромагнитного привода, мембрану, закрепленную своей периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленном с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной отверстий основания, а центральной частью - на колпачке, надетом на основание, при этом в колпачке выполнено по меньшей мере одно отверстие.
Данная конструкция клапана хотя и имеет наибольшие габариты, из всех предыдущих конструкций, но имеет преимущество в том, что хрупкая и уязвимая часть клапана - мембрана надежно защищена колпачком.
Колпачок может быть соединен с основанием посредством резьбы. Отверстия выполняют в боковой стенке колпачка.
Мембрана может быть закреплена на выступе, расположенным на внутренней поверхности торцевой стенки колпачка.
Основание может быть выполнено в виде винта, при этом кольцевой паз выполнен в шляпке винта, а на резьбовой части винта размещена уплотнительная прокладка.
Мембрана может быть выполнена с прощелкиванием или без прощелкивания: нормально-закрытой или нормально-открытой.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен клапан со стационарно установленной обмоткой электропривода над седлом и якорем клапана (первый вариант изобретения).
На фиг.2 изображен клапан со стационарно установленным якорем (статором привода), расположенным над седлом и обмоткой привода (второй вариант изобретения)
На фиг.3. изображен клапан по-первому варианту изобретения с расположение обмотки привода над седлом клапана, закрепленной на держателе.
На фиг.4 изображен клапан по-первому варианту изобретения с расположение обмотки привода под седлом клапана.
На фиг.5 изображен клапан с открытым основанием (третий вариант изобретения).
На фиг.6 изображен клапан с закрытым основанием (четвертый вариант изобретения).
Клапан по первому варианту (фиг.1, 3, 4) содержит мембрану 1, закрепленную центральной частью на седле 2 клапана, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие 3, а периферийной частью на якоре 4, установленном с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной 1 отверстий 3, и стационарно установленную обмотку 5 электропривода. По внешнему контуру мембраны размещено уплотнение 6, которое может быть расположено так же на седле 2 клапана.
Как частный вариант мембрана 1 может быть выполнена с прощелкиванием (фиг.1) или без прощелкивания: нормально-закрытой (фиг.3) и нормально-открытой (фиг.4).
На фиг.1 показан вариант клапана с расположением обмотки 5 электропривода над седлом 2 и якорем 4 клапана. При этом в центральной
части якоря 4 выполнено отверстие, через которое проходит ограничитель 7 хода якоря, одним концом 8 закрепленный в центральной части мембраны 1, а на другом конце имеющий кольцевой упор 9. Мембрана 1 прикреплена к якорю 4 с помощью лепестков 10, выполненных по ее внешнему краю и расположенных перпендикулярно ее плоскости.
На фиг.3 показан вариант клапана, в котором обмотка 5 привода размещена на одном из концов держателя 11, другой конец которого закреплен в центральной части мембраны посредством лазерной или контактной сварки.
На фиг.4 показан вариант клапана, в котором обмотка 5 электропривода расположена под седлом 2 клапана. При этом седло 2 клапана состоит из корпуса 12 с отверстием 3, к которому приклеено основание 13 с по меньшей мере одним отверстием. С противоположной от мембраны стороны к корпусу 12 приклеена обмотка 5 электропривода.
Клапан по второму варианту (фиг.2) содержит мембрану 1, закрепленную центральной частью на седле 2 клапана, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие 3, а периферийной частью на обмотке 5 привода, выполненной с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной 1 отверстий 3, и статора 4 (якоря) привода.
Как вариант, мембрана 1 выполнена с прощелкиванием, при этом статор 4 расположен над обмоткой 5 привода и размещен на одном из концов держателя 11, другим концом закрепленного в центральной части мембраны 1 посредством лазерной или контактной сварки. Мембрана 1 прикреплена к шляпке винта 14, проходящего через отверстие, выполненное в седле 2 и закрепленного гайкой 15.
Клапан по третьему варианту (фиг.3) содержит основание 16 с выполненным в нем сквозным отверстием 17 и с кольцевым пазом 18, выполненным на его боковой поверхности, в котором размещена обмотка 5 электропривода, мембраны 1, выполненной с прощелкиванием и
закрепленной своей периферийной частью на якоре 4, установленным с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной 1 отверстия 17 основания 16, а центральной частью на держателе 19, выполненным в виде скобы, закрепленной в проточке 20 торца верхней части основания 16, на которой размещено уплотнение 21. Основание 16 выполнено в виде винта, при этом кольцевой паз выполнен в шляпке 22 винта, а на резьбовой части 23 винта размещена уплотнительная прокладка 24.
Клапан по четвертому варианту (фиг.6) аналогичен предыдущему варианту с той лишь разницей, что на основание 16 при помощи резьбы навинчен колпачок 25, в боковой стенке которого выполнены отверстия 26. Мембрана 1 центральной частью закреплена на выступе 27, расположенным на внутренней поверхности торцевой стенки колпачка 25.
Работа клапана по первому и по второму варианту, в которых мембрана 1 выполнена с прощелкиванием, а якорь 4 и обмотка 5 находятся над седлом клапана осуществляется следующим образом (фиг.1, 2).
Клапан открыт.
На обмотку 5 привода подается напряжение определенной полярности, по обмотке протекает ток. Между якорем 4 и обмоткой 5 возникает отталкивающая сила, которая передается на мембрану 1, в результате чего последняя деформируется и прощелкивается. Мембрана 1 прижимается к седлу 2 клапана, деформируя уплотнитель 6, в результате чего происходит перекрытие и герметизация отверстий 3.
Клапан закрыт.
На обмотку 5 подается напряжение обратной полярности, по обмотке протекает ток в обратном направлении. Между якорем 4 и обмоткой 5 возникает притягивающая сила, которая передается на мембрану 1, в результате чего последняя деформируется и прощелкивается в обратном направлении. Происходит разгерметизация и открытие перекрываемых отверстий. Подача напряжения на обмотку 5 прекращается.
Клапан открыт.
Работа клапана по третьему и по четвертому варианту (фиг.5, 6), в которых мембрана 1 выполнена с прощелкиванием, якорь 4 размещен над седлом 4 клапана, а обмотка 5 под седлом клапана осуществляется аналогично предыдущему варианту, но при закрытии клапана происходит притяжение обмотки 5 и якоря 4, а при открытии - их отталкивание.
Работа клапана по первому варианту, в которых мембрана 1 выполнена без прощелкивания нормально закрытой, а якорь 4 и обмотка 5 находятся над седлом 2 клапана осуществляется следующим образом (фиг.3).
Клапан закрыт.
На обмотку 5 привода подается напряжение определенной полярности, по обмотке протекает ток. Между якорем 4 и обмоткой 5 возникает притягивающая сила, которая передается на мембрану 1, в результате чего последняя деформируется. Происходит разгерметизация и открытие перекрываемых отверстий. Мембрана 1 дальше отходит от седла, еще больше открывая отверстия 3.
Клапан открыт.
На обмотку 5 прекращается подача напряжения. Усилие притяжения обмотки 5 и якоря 4 исчезает. Мембрана 1 возвращается в исходное положения, перекрывая с помощью уплотнителя 6 отверстия 3.
Клапан закрыт.
В случае нахождения обмотки 5 и якоря 4 по разные стороны от седла принцип работы аналогичен описанному варианту, но при подаче на обмотку 5 напряжения, последняя и якорь 4 взаимо отталкиваются.
Работа клапана по первому варианту, в которых мембрана 1 выполнена без прощелкивания нормально-открытой, якорь 4 находится над седлом, обмотка 5 под седлом осуществляется следующим образом (фиг.4).
Клапан открыт.
На обмотку 5 привода подается напряжение определенной полярности, по обмотке протекает ток. Возникает сила, притягивающая якорь 4 и обмотку 5, которая передается на мембрану 1, в результате чего последняя деформируется и через уплотнитель 6 прижимается к седлу клапана, герметизируя отверстие 3.
Клапан закрыт.
На обмотку 5 прекращается подача напряжения. Усилие притяжения обмотки 5 и якоря 4 исчезает. Мембрана 1 возвращается в исходное положения, открывая отверстие 3.
Клапан открыт.
В случае нахождения якоря 4 и обмотки 5 по одну сторону от седла принцип работы аналогичен вышеописанному варианту, но при подаче напряжения на обмотку 5, последняя и якорь 4 взаимо отталкиваются.
Вышеописанные конструкции клапанов просты в управлении и легко поддаются автоматизации. Линейный электропривод, встроенный в конструкцию клапанов и мембрана, выполняющая роль тарелки клапана, позволяют сделать клапаны компактными и с очень маленькой металлоемкостью, а возможность применения бескорпусных вариантов значительно улучшает эти параметры. Клапаны не имеют узлов трения движения, а, следовательно, не загрязняют среду микрочастицами износа и высокомолекулярными углеродными загрязнениями, выделяющимися из смазки. В случае применения специального провода обмотки и фторопластового уплотнителя клапаны могут работать при температуре 300-400°С.
Режим работы мембраны с прощелкиванием, малой перемещаемой массой и небольшим ходом якоря привода позволяет значительно снизить размеры приводной обмотки, а также еще в большей степени снизить размеры обмотки при применении специальной автоматики и работе обмотки в импульсном режиме с большими токами (длительность
импульса 0,05-0,5 с), что также позволит сделать конструкции клапанов еще более компактными.
При применении клапанов в ответственных конструкциях возможна установка резервного привода, либо управление сильным внешним магнитным полем.