КЛАПАН ЗАПОРНЫЙ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ГАЗОВЫЙ
GAS SHUTOFF VALVE WITH ELECTROMAGNETIC CONTROL

Изобретение относится к арматуростроению, а именно к устройствам автоматической запорной трубопроводной арматуры, и предназначено для использования в газовой и химической промышленности.
Известны различные конструкции автоматических запорных клапанов.
Известен клапан газовый электромагнитный (патент на полезную модель РФ №168188, опубл. 23.01.2017г.), в который входит: корпус из немагнитного металла, выполненный в виде полого цилиндра, расположенного соосно с управляемой магистралью; гайка в виде втулки из магнитного металла, закрепленной по резьбе на одном из концов корпуса соосно его продольной оси; штуцер в виде втулки из магнитного металла, закрепленной по резьбе на другом конце корпуса соосно его продольной оси; золотник, выполненный в виде стакана из полимерного материала с внешними направляющими ребрами, обращенного дном в сторону штуцера, уплотняющая прокладка, закрепленная винтом соосно продольной оси корпуса на торце золотника; якорь, выполненный в виде тонкостенного стакана из магнитного металла, обращенного дном в сторону штуцера, и размещенного внутри золотника соосно продольной оси клапана до упора внешней стенкой своего дна во внутреннюю стенку дна золотника; магнитный элемент, выполненный в виде втулки, расположенной концентрично вокруг корпуса; шпулька из немагнитного электроизоляционного материала со съемной торцевой стенкой, закрепленная на корпусе концентрично вокруг магнитного элемента без возможности, как перемещения вдоль корпуса , так и вращения вокруг него; управляющая обмотка, намотанная на шпульку.
Недостатками этой модели являются вероятность нарушения герметичности корпуса вследствие раскручивания при монтаже на трубопровод, высокое сопротивление потоку рабочей среды, так как золотник выполнен в виде стакана обращенного отверстием навстречу потоку, что на высоких расходах неизбежно будет приводить возникновению зон повышенного давления перед золотником, наличие отверстия в золотнике под винт для установки прокладки может так же стать местом протечки в случае нарушения контакта винта и прокладки.
Известен клапан запорный с электромагнитным управлением газовый (патент на изобретение РФ № 2638122, опубл. 11.12.2017г.), который содержит цилиндрический каркас с фиксирующим кольцом, запорный орган, выполненный в виде затвора с прокладкой, входной патрубок и выходной патрубок с седлом, выполненные из немагнитного материала, узел управления, размещенный в кожухе поверх каркаса и включающий, по крайней мере, одну катушку, толкатель, магнит и разъем. Причем, катушка и магнит расположены по отношению друг к другу таким образом, что при подаче электрического импульса созданный катушкой магнитный поток перемещает магнит и затвор в сторону седла, затвор прижимается к седлу выходного патрубка, перекрывая поток рабочей среды. При этом фиксирующее кольцо, катушка, толкатель и магнит расположены соосно с каркасом на его внешней поверхности и отделены от управляемой рабочей среды, кожух с узлом управления выполнены с возможностью свободного вращения вокруг продольной оси клапана. В свою очередь, толкатель выполнен в виде цилиндра с выступающим кольцом для ручного управления.
Недостатками данной конструкции являются наличие резьбовых соединений, обеспечивающих герметичность и низкая пропускная способность клапана.
Клапан газовый электромагнитный (патент на полезную модель РФ № 168714, опубл.16.02.2017) содержит: корпус из немагнитного материала, выполненный в виде полого цилиндра, расположенного соосно с управляемой магистралью; гайка в виде втулки из металла, закрепленной по резьбе на одном из концов корпуса соосно его продольной оси; штуцер в виде втулки из магнитного металла, закрепленной по резьбе на другом конце корпуса соосно его продольной оси; золотник, выполненный из магнитного материала и расположенный внутри корпуса соосно его продольной оси; уплотняющая шайба, закрепленная на торце золотника соосно продольной оси корпуса; магнитный элемент в виде втулки, расположенной вокруг корпуса; каркас из немагнитного электроизоляционного материала и размещенная на нем управляющая обмотка, расположенные вокруг магнитного элемента; гильза из немагнитного материала в виде втулки, расположенной вокруг магнитного элемента; заглушка из немагнитного материала в виде втулки, расположенной вокруг корпуса, фиксатор из магнитного металла в виде плоской кольцевой шайбы, расположенной концентрично вокруг корпуса. При этом торец гильзы, обращенный в сторону гайки, имеет отбортовку вовнутрь, торец заглушки, обращенный в сторону штуцера, имеет отбортовку наружу, а цилиндрическая часть заглушки расположена в пространстве между торцом магнитного элемента, внешней поверхностью стенки корпуса и внутренней поверхностью стенки гильзы.
Недостатком данной конструкции является недостаточная прочность конструкции. К прочности запорной арматуры предъявляются повышенные требования, так как после монтажа на трубопровод клапан является неотъемлемой частью трубопровода и несет на себе механическую нагрузку, которую передает на него участок трубы до и после клапана. Вся эта нагрузка приложена в большей мере на тонкостенный каркас клапана, выполненный из немагнитного материала, для обеспечения функционирования электромагнитного механизма срабатывания.
Так же недостатком конструкции является тот факт, что коаксиальный корпус клапана, соосно монтируемый на трубопровод, выполнен из трех частей - корпуса, гайки и штуцера закрепленных по резьбе. Сама по себе резьба в трубопроводах является уязвимым местом соединения, требующим повышенного внимания при проведении монтажных работ, а в данном случае помимо двух резьб для непосредственного присоединения арматуры к трубам добавляются еще два резьбовых соединения в теле самого устройства, нарушение целостности или ослабление затяжки которых в процессе монтажа на трубопровод повлечет недопустимое нарушение герметичности всей системы.
Так же недостатком является тот факт, что золотник должен быть выполнен из магнитного материала, чтобы обеспечить связь между магнитным элементом и золотником. Эта связь тем больше, чем ближе поверхность золотника к магнитному элементу, таким образом необходимо увеличивать площадь золотника в поперечном сечении корпуса, что неминуемо влечет за собой снижение пропускной способности устройства.
Задача настоящего изобретения заключается в создании надежного в работе автоматического запорного клапана.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в упрощении технологии изготовления, увеличении прочности и пропускной способности клапана.
Указанный технический результат достигается благодаря тому, клапан запорный с электромагнитным управлением газовый включает в себя корпус, выполненный в виде цельной многоступенчатой втулки с входным и выходным резьбовыми отверстиями, внутри которой соосно установлен золотник, выполненный в виде обтекаемого тела вращения, со сферическим основанием с одной стороны и глухим отверстием с другой с четырьмя выступами для центрирования с установленным в отверстии постоянным магнитом, в корпус соосно по входной резьбе установлена вставка с фильтром таким образом, чтобы обеспечить золотнику с магнитом свободный ход вдоль оси корпуса, со стороны выходного отверстия в корпус соосно установлена мембрана и зафиксирована втулкой по выходной резьбе корпуса, причем внутренний диаметр мембраны много меньше внутренних диаметров корпуса и втулки, на втулку соосно надета выходная гайка, таким образом, что гайка заневолена от перемещения вдоль собственной оси, но имеет свободу вращаться вокруг нее, на внешних поверхностях наибольшего и наименьшего диаметров корпуса установлены неподвижно кольца из магнитомягкого материала таким образом, что они обеспечивают перемещение вдоль собственной оси толкателя из немагнитного материала, соосно установленного на корпус, на толкателе неподвижно закреплен кольцевой магнит, таким образом, чтобы магнитные полюса магнита на толкателе и магнита в золотнике были направлены взаимно противоположно, на корпус неподвижно установлен соленоид.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами.
(Фиг.1) - клапан в продольном разрезе,
(Фиг.2) - положение золотника «Клапан открыт»,
(Фиг.3) - положение золотника «Клапан закрыт»,
(Фиг.4) - золотник.
Позициями на иллюстрациях обозначены:
1 - корпус,
2 - золотник,
3 - малый магнит,
4 - вставка с фильтром,
5 - мембрана,
6 - втулка,
7 - гайка,
8 - кольцо,
9 - кольцо,
10 - толкатель,
11 - кольцевой магнит,
12 - соленоид.
Заявляемый клапан запорный с электромагнитным управлением газовый включает в себя корпус 1, выполненный в виде многоступенчатой цельной втулки с входным и выходным резьбовыми отверстиями, внутри которой соосно установлен золотник 2, имеющий форму обтекаемого для снижения сопротивления рабочей среде тела вращения со сферическим основанием с одной стороны и глухим отверстием с другой с четырьмя выступами для центрирования с установленным в отверстии постоянным магнитом 3.
В корпус 1 соосно по входной резьбе установлена вставка с фильтром 4 таким образом, чтобы обеспечить золотнику 2 с малым магнитом 3 свободный ход вдоль оси корпуса 1.
Со стороны выходного отверстия в корпус 1 соосно установлена мембрана 5 и зафиксирована втулкой 6 по выходной резьбе корпуса 1, причем внутренний диаметр мембраны 5 много меньше внутренних диаметров корпуса 1 и втулки 6. Мембрана одновременно выполняет 2 функции: обеспечивает герметичность сопряжения корпуса 1 и втулки 6 и формирует посадочное место для золотника в положении «закрыт».
На втулку 6 соосно одета выходная гайка 7, таким образом, что гайка заневолена от перемещения вдоль собственной оси, но имеет свободу вращаться вокруг нее.
На внешних поверхностях наибольшего и наименьшего диаметров корпуса 1 установлены неподвижно кольца 8 и 9 из магнитомягкого материала таким образом, что они обеспечивают перемещение вдоль собственной оси толкателя 10 из немагнитного материала соосно установленного на корпус 1.
На толкателе 10 неподвижно закреплен кольцевой магнит 11, таким образом, чтобы магнитные полюса магнита 11 и магнита 3 были направлены взаимно противоположно.
На корпус 1 неподвижно установлен соленоид 12.
Клапан работает следующим образом.
В нормальном состоянии клапан открыт. При этом: золотник 2 находится в крайнем левом положении (Фиг.2), толкатель 10 находится в крайнем правом положении внутри соленоида 12. Фиксация толкателя в этом положении происходит за счет взаимного притяжения кольцевого магнита 11 и кольца 9. Рабочая среда подается со стороны входного отверстия корпуса 1.
При подаче управляющего импульса тока на соленоид 12 возникающее магнитное поле выталкивает толкатель 10 с кольцевым магнитом 11 до упора в сторону кольца 8. Так как полюсы магнитных полей кольцевого 11 и малого 3 магнитов противоположны, происходит взаимное отталкивание толкателя 10 и золотника 2. Золотник перемещается в крайнее правое положение и конусной поверхностью сопрягается с внутренней поверхностью мембраны 5, перекрывая поток рабочей среды.
В закрытом состоянии толкатель 10 удерживается за счет взаимного притяжения кольцевого магнита 11 и кольца 8.
Для открытия клапана необходимо вручную переместить толкатель 10 в крайнее правое положение, при этом золотник 2 переместиться в крайнее левое положение, открыв поток рабочей среды.
Клапан имеет возможность закрытия вручную. Для этого необходимо переместить толкатель 10 в крайнее левое положение, при этом золотник 2 переместиться в крайнее правое положение и перекроет поток рабочей среды.