ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ВЕНТИЛЬ НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована в качестве исполнительного двухпозиционного устройства с дистанционным электрическим управлением на трубопроводах больших диаметров (до 100 мм) для автоматического регулирования потоками жидких и газообразных сред.
Известны сервоклапан по заявке №3929551, Германия, публикация 07.03.1991 г., и вспомогательный двухканальный электромагнитный клапан по заявке №63-35878, Япония, публикация 18.07.1988 г.
Сервоклапан, действующий от собственной среды и управляемый магнитным сердечником, по заявке №3929551 содержит корпус, внутри которого размещен дифференциальный поршень, несущий тарелку клапана. С одной стороны поршня расположена напорная камера, соединенная с входом сервоклапана, а с другой стороны поршня расположена камера управления, которая через разгрузочное отверстие в центре поршня соединена с выходом сервоклапана, а через эксцентричное управляющее отверстие - с его напорной камерой. Упругий элемент в виде мембраны изолирует напорную камеру от камеры управления. При отсутствии напряжения на катушке индуктивности разгрузочное отверстие в центре поршня закрыто посредством уплотнения на магнитном сердечнике, который перемещается в нижнее положение под действием усилия пружины. При подаче напряжения на катушку индуктивности магнитный сердечник перемещается в верхнее положение, преодолевая усилие пружины, и открывает разгрузочное отверстие в центре поршня. В результате, давление в камере управления резко падает и клапан под действием входного давления в напорной камере открывается.
Вспомогательный двухканальный электромагнитный клапан по заявке №63-35878 содержит корпус с входным и выходным каналами, внутри которого установлен главный клапан. С тыльной стороны клапана образована камера рабочего давления (камера управления), соединенная при помощи отверстий с входным и выходным каналами. Отверстие, соединяющее камеру рабочего давления с выходным каналом, открывает и закрывает управляющий клапанный элемент, перемещаемый подвижным сердечником электромагнитного блока. Электромагнитный клапан отличается тем, что управляющий клапанный элемент снабжен дополнительной пружиной для герметичного запирания при отсутствии напряжения на катушке индуктивности. При подаче напряжения на катушку индуктивности магнитный сердечник перемещается в верхнее положение, преодолевая усилие пружин, и специально предусмотренным
выступом перемещает управляющий клапанный элемент, стравливая давление из рабочей камеры.
Общим недостатком этих электромагнитных клапанов является большая потребляемая мощность, обусловленная тем, что в рабочем положении оба клапана постоянно находятся под напряжением.
Наиболее близкими к предлагаемой полезной модели являются газовый сервоуправляемый клапан по заявке №63-4073, Япония, публикация 27.01.88 г., и управляемый электрическими импульсами бистабильный с положениями открыт/закрыт клапан для жидкостей по заявке №0356536, ЕВП, публикация 07.03.90 г., а также электромагнитный вентиль по заявке №2004114181/22(015591), Россия, приоритет от 12.05.2004 г., решение о выдаче патента 01.06.2004 г.
Газовый сервоуправляемый клапан по заявке №63-4073 содержит электромагнитный блок, соединенный с корпусом, имеющим входную и выходную камеры. Внутри корпуса установлена главная диафрагма, кинематически связанная с главным клапаном, и диафрагма обратной связи, на противоположных поверхностях которой закреплены сервоклапан и постоянный магнит соответственно. При подаче напряжения на катушку индуктивности магнит под действием электромагнитной силы притягивается к неподвижному сердечнику катушки индуктивности, перемещая одновременно диафрагму обратной связи и закрепленный на ней сервоклапан, который изменяет площадь поперечного сечения отверстия, через которое давление из выходной камеры через распределительный клапан подается к главной диафрагме. Главная диафрагма через толкатель воздействует на главный клапан, изменяя его положение относительно седла. Недостатком конструкции газового сервоуправляемого клапана являются низкая надежность, обусловленная наличием двух диафрагм (главной и обратной связи) и трех клапанов (главного, распределительного и сервоклапана), а также большие габариты и масса.
Управляемый электрическими импульсами бистабильный с положениями открыт/закрыт клапан для жидкостей по заявке №0356536 содержит электромагнитный блок, соединенный с корпусом, имеющим входную, выходную и управляющую камеры. Управляющая камера отделена от входной камеры эластичной мембраной, механически соединенной с одной стороны с якорем электромагнита, а с другой стороны с заслонкой клапана. Управляющая камера и входная камера соединены каналом выравнивания давления. Электромагнитный блок клапана имеет П-образный сердечник с двумя катушками индуктивности, при этом полюса сердечника и взаимодействующий с ними подвижный якорь размещены в управляющей камере. Недостатком конструкции клапана являются большие габариты и масса, обусловленные наличием двух катушек индуктивности, а также высокая сложность изготовления клапана в целом.
Электромагнитный вентиль по заявке №2004114181/22(015591) содержит корпус, в котором с двух сторон соосно закреплены сердечники, один из которых имеет входной и выходной каналы, а другой - только выходной канал. Внутри корпуса соосно сердечникам размещен якорь, выполняющий функцию двухстороннего запорного клапана с возможностью осевого перемещения. Якорь имеет форму цилиндра со сферическими основаниями, на боковой поверхности которого выполнены грани для прохода рабочей среды. На внешней поверхности корпуса закреплена катушка индуктивности. Между катушкой индуктивности и корпусом симметрично установлены дугообразные постоянные магниты с диаметральным намагничиванием (магниты типа МДД по ГОСТ 24936-89). Для исключения взаимного притяжения постоянные магниты разделены упорами в виде полуколец. Особенностью конструкции этого электромагнитного вентиля являются низкое потребление электроэнергии и повышенная надежность за счет применения в конструкции дугообразных постоянных магнитов с диаметральным намагничиванием. Недостаток - ограниченная область применения, так как электромагнитный вентиль может быть установлен на трубопроводе с диаметром условного прохода не более 10 мм.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является снижение потребления электроэнергии и массогабаритных характеристик, повышение надежности за счет сокращения количества сборочных единиц и расширение области применения - конструкция предлагаемого электромагнитного вентиля непрямого действия позволяет автоматическое регулирование потоками жидких и газообразных сред в трубопроводах больших диаметров (с диаметром условного прохода до 100 мм).
Поставленная цель достигается за счет того, что электромагнитный вентиль непрямого действия содержит исполнительный механизм, имеющий входной и выходной каналы, разделенные седлом, с которым соосно взаимодействует постоянно поджатый пружиной обратной связи главный клапан, закрепленный на диафрагме, образующей камеру управления, соединенную с входным каналом через загрузочное отверстие на диафрагме, и электромагнитный блок, имеющий катушку индуктивности, корпус с расположенными в нем соосно неподвижными сердечниками, дугообразные постоянные магниты с диаметральным намагничиванием, создающие магнитный поток, воздействующий на размещенный в корпусе подвижный якорь, причем расположенный со стороны исполнительного механизма сердечник имеет разгрузочный канал, который открывается или закрывается якорем, имеющим возможность осевого перемещения между сердечниками в зависимости от изменения магнитного потока, и выпускной канал, соответственно соединяющие камеру якоря электромагнитного блока с камерой управления и выходным каналом исполнительного механизма.
На чертеже изображена схема электромагнитного вентиля непрямого действия.
Электромагнитный вентиль непрямого действия содержит исполнительный механизм 1, имеющий входной канал 2 и выходной канал 3, и электромагнитный блок 4. Внутри исполнительного механизма 1 расположен главный клапан 5, закрепленный на диафрагме 6 и постоянно поджимаемый пружиной обратной связи 7 к седлу 8, разделяющему каналы 2 и 3. Диафрагма 6 имеет загрузочное отверстие 9, соединяющее входной канал 2 с камерой управления 10. Электромагнитный блок 4 содержит корпус 11, выполненный из немагнитного материала. В корпусе 11с двух сторон соосно расположены неподвижные сердечники 12 и 13, выполненные из магнитомягкого материала. При этом сердечник 12 имеет разгрузочный канал 14 и выпускной канал 15, соединяющие камеру якоря 16 электромагнитного блока 4 с камерой управления 10 и с выходным каналом 3 исполнительного механизма 1 соответственно. Якорь 17 размещен соосно сердечникам 12 и 13 и выполняет функцию одностороннего запорного клапана, перекрывающего разгрузочный канал 14. На внешней поверхности корпуса 11 закреплена катушка индуктивности 18. Между катушкой индуктивности 18 и корпусом 11 симметрично установлены дугообразные постоянные магниты 19 с диаметральным намагничиванием (типа МДД по ГОСТ 24936-89).
к
Электромагнитный вентиль непрямого действия работает совместно с энергосберегающим блоком управления (ЭБУ) по патенту РФ №37174 на полезную модель (приоритет 08.12.2003 г.), который в зависимости от положения контакта контролирующего датчика Д, воспринимающего какую-либо физическую величину, формирует импульсы отрицательной или положительной полярности и передает их на катушку индуктивности 18 электромагнитного блока 4, вызывая изменение направления магнитного потока.
1
1
2
2
1
2
1
1
2
В начальном состоянии при отсутствии рабочего тока в катушке индуктивности 18, постоянные магниты 19 создают магнитный поток, который, проходя через якорь 17, разветвляется на две части: магнитный поток Ф проходящий в зазоре u, и магнитный поток Ф, который проходит в зазоре u. Эти магнитные потоки (Ф и Ф) создают тяговые усилия, действующие на якорь 17 и направленные в противоположные стороны. Под действием тяговых усилий якорь 17 притягивается, например, к сердечнику 12, перекрывая разгрузочный канал 14. При этом магнитный поток Ф, замыкаясь через полюса постоянных магнитов 19, якорь 17 и сердечник 12, надежно фиксирует положение якоря 17 относительно сердечника 12. В нейтральном положении (т.е. при u=u) якорь 17 практически не останавливается из-за неустойчивости такого положения, так как малейшая несимметричность или ничтожно малое внешнее усилие выводят якорь 17 из среднего положения. Главный клапан 5 под действием собственного веса и усилия пружины обратной связи 7 перекрывает проход в седле 8. Рабочая среда под давлением из входного
канала 2 (полость высокого давления) через загрузочное отверстие 9 в диафрагме 6 поступает в камеру управления 10, создавая контактное давление главного клапана 5 на уплотнительную поверхность седла 8. Происходит закрытие потока рабочей среды через исполнительный механизм 1.
к
у
1
2
1
р1
1
у
р2
2
у
р2
р1
к
2
При включении энергосберегающего блока управления (ЭБУ) в сеть, в зависимости от положения переключающего контакта контролирующего датчика Д, формируется импульс отрицательной (или положительной) полярности, действующий в течение времени нескольких полупериодов сетевого напряжения и создающий в катушке индуктивности 18 кратковременный (управляющий) магнитный поток Ф, проходящий последовательно через зазоры u и u. Если якорь 17 находится у сердечника 12, тогда в зазоре u, будет действовать результирующий магнитный поток Ф=Ф-Ф, а в зазоре из- магнитный поток Ф=Ф+Ф Следовательно, сила притяжения, обусловленная магнитным потоком Ф, будет больше силы, созданной магнитным потоком Ф, и якорь 17 переместится к сердечнику 13, открывая разгрузочный канал 14. В результате этого камера управления 10 через камеру якоря 16 и выпускной канал 15 оказывается сообщенной с выходным каналом 3 (полость низкого давления). Так как площадь проходного сечения отверстия разгрузочного канала 14, перекрываемого якорем 17, больше, чем площадь загрузочного отверстия 9, то заполнение камеры управления 10 происходит значительно медленнее, чем опорожнение, в результате чего давление в ней падает. Диафрагма 6 под действием разности давлений прогибается вверх, поднимая главный клапан 5 и открывая проход в седле 8. Происходит открытие потока рабочей среды через исполнительный механизм 1. Электросхема энергосберегающего блока управления (ЭБУ) обесточивается до следующего изменения состояния контактов контролирующего датчика Д. В это время положение якоря 17 относительно сердечника 13 будет фиксироваться магнитным потоком Ф.
к
у
При изменении положения контактов контролирующего датчика Д происходит перезарядка энергосберегающего блока управления (ЭБУ) полуволнами напряжения другой полярности, в результате чего изменяется направление тока в катушке индуктивности 18 и, следовательно, изменяется направление (управляющего) магнитного потока Ф, вызывая перемещение якоря 17 вдоль главной оси в обратном направлении.
Предлагаемая полезная модель позволяет значительно снизить потребление электроэнергии и массогабаритные характеристики, а также повысить надежность электромагнитного вентиля непрямого действия за счет эффективного использования постоянных магнитов и сокращения количества сборочных единиц, входящих в состав изделия.