Электродинамический клапан

 

Изобретение может быть использовано в области машиностроения при создании арматуры для установок с использованием импульсного напуска газа в вакуумный объем , например для плазменных ускорителей. Цель изобретения - повышение надежности клапана путем предотвращения ложных срабатываний. При разряде импульсного источника энергии 10 импульсный ток разряда накопителя через коммутирующий элемент 11 протекает по одной секции 4 (катушки 2. Созданный этим током переменный магнитный поток пересекает запорный орган 5 и индуцирует в нем ток обратного направления. Вследствие взаимодействия токов разного направления в секции 4 и запорном органе 5 между ними возникает сила отталкивания. Запорный орган 5 отбрасывается от катушки и открывает проход для газа. При этом пока проходит импульс тока запорный орган разгоняется под действием импульса силы. При правильно выбранных параметрах электродинамического привода максимальной скорости запорный орган достигает к концу импульса тока. К этому моменту вентильный коммутатор 11 выключается, а импульсный источник энергии 10 (конденсатор) перезаряжается. Газ из полости высокого давления А через канал напуска газа 13 поступает в вакуумную полость Б. Клапанная пластина вначале движения сжимает мягкий демпфер 6, потом ударяется о более жесткий демпфер 7, и затем возвращается в исходное положение . 2 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 F 16 К 31/02 Р "

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

00 (л)

0 (21) 4860756/29 (22) 20.08.90 (46) 15.01.93. Бюл. М 2 (71) Ленинградский политехнический институт им, M.È.Êàëèíèíà (72) B,Ã.Áàêóòà, О.H.Çàâàäñêàÿ и Л,Н.Карпенко (56) Приборы для научных исследований.

1962, том 33, N. 11, с. 88. (54) ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ КЛАПАН (57) Изобретение может быть использовано в области машиностроения при создании арматуры для установок с использованием импульсного напуска газа в вакуумный обьем, например для плазменных ускорителей, Цель изобретения — повышение надежности клапана путем предотвращения ложных срабатываний. При разряде импульсного источника энергии 10 импульсный ток разряда накопителя через коммутирующий элемент 11 протекает по одной секции 4 катушки 2. Созданный этим током переменИзобретение относится к арматуростроению и может найти применение в установках для физического эксперимента, в которых требуется осуществлять импульсный напуск порции газа, например, в установках с использованием плазменных ускорителей.

Известны электродинамические клапаны для импульсного напуска газа, срабатывающие при разряде импульсного источника электроэнергии. Эти клапаны содержат корпус с каналами входа и выхода газа, запорный орган, совмещенный с якорем электродинамического привода, электроди„„5U„„1788376 А1 ный магнитный поток пересекает запорный орган 5 и индуцирует в нем ток обратного направления, Вследствие взаимодействия токов разного направления в секции 4 и запорном органе 5 между ними возникает сила отталкивания. Запорный орган 5 отбрасывается от катушки и открывает проход для газа, При этом пока проходит импульс тока запорный орган разгоняется под действием импульса силы. При правильно выбранных параметрах электродинамического привода максимальной скорости запорный орган достигает к концу импульса тока, К этому моменту вентильный коммутатор 11 выключается, а импульсный источник энергии 10 (конденсатор) перезаряжается.

Газ из полости высокого давления А через канал напуска газа 13 поступает в вакуумную полость Б. Клапанная пластина вначале движения сжимает мягкий демпфер 6, потом ударяется о более жесткий демпфер 7, и затем возвращается в исходное положение, 2 ил. намическую катушку, демпфер, уплотнитель, коммутатор и импульсный источник электроэнергии.

Недостатком этих клапанов является невысокая надежность, обусловленная их повторными открываниями, Известен электродинамический клапан, выбранный в качестве прототипа. Эта конструкция содержит корпус с каналами входа и выхода газа. запорный орган, который совмещен с якорем электродинамического привода, электродинамическую катушку, по крайней мере один демпфер, уплотнитель, 1788376 коммутатор и импульсный источник электроэнергии. Запорный орган содержит электропроводный участок и установлен в корпусе между демпфером и уплотнителем.

Уплотнитель расположен со стороны элект- 5 родинамической катушки, а катушка соединена через коммутатор с импульсным источником электроэнергии, Недостатком является невысокая надежность, обусловленная возможными по- 10 вторными открываниями (ложными срабатываниями) клапана, Цель изобретения — повышение надежности клапана путем предотвращения ложных срабатываний. 15

Поставленная цель достигается тем, что в электродинамическом клапане, содержащем корпус с каналами входа и выхода газа, запорный орган, совмещенный с якорем электродинамического привода, электроди- 20 намическую катушку, по крайней мере один демпфер, уплотнитель, коммутатор и импульсный источник электроэнергии, причем запорный орган содержит электропроводный участок и установлен в корпусе между 25 демпфером и уплотнителем, уплотнитель расположен со стороны электродинамической катушки, а катушка соединена через коммутатор с импульсным источником электроэнергии, предлагается клапан снабдить 30 дополнительным коммутатором и катушку выполнить двухсекционной, причем обе секции общей точкой присоединить к первому выводу основного коммутатора, а из двух других свободных концов вышеуказанных 35 секций вывод первой секции подсоединить к первому выводу импульсного источника электроэнергии, вывод второй секции подсоединить к первому выводудополнительно введенного коммутатора, при этом оба ком- 40 мутатора выполнить вентильными и вторые их выводы соединить со вторым выводом импульсного источника электроэнергии, причем общая индуктивность катушки клапана и индуктивность первой секции связа- 45 ны соотношениями;

vg <Н иуl 2vg и L «,иУ 2 С

50 где L — общая индуктивность катушки;

L1 — индуктивность первой секции катушки;

Н вЂ” толщина электропроводного участка запорного органа; 55 у „и — электропроводность и магнитная проницаемость материала запорного органа;

С вЂ” емкость импульсного источника электроэнергии.

На фиг,1 изображен пример выполнения предлагаемого устройства. Клапан показан в закрытом положении. Клапан содержит корпус 1, состоящий из верхнего и нижнего фланцев, стянутых шпильками.

Электромагнитная катушка 2 вмонтирована в нижний фланец корпуса клапана. Она выполнена двухсекционной с секциями 3 и 4, Демпфер может выполняться из двух элементов; мягкого 6 и более жесткого 7. На верхнем фланце предусмотрен штуцер с каналом входа газа 8,через который газ поступает в камеру высокого давления, проходит по каналам в корпусе и рассредотачивается, В исходном положении запорный орган 5 прижимается к уплотнителю 9 силами давления газа и силами упругости мягкого демпфера 6. Газ под давлением находится в полости "А", которая каналом напуска газа

13 сообщается с вакуумной полостью "Б".

Клапан включает в себя импульсный источник энергии 10 с основным коммутатором

11, а также дополнительно введенный коммутатор 12, Оба коммутатора выполнены вентильными и обладают свойствами симистора. В качестве импульсного источника энергии 10 может использоваться конденсатор, Обе секции катушки 3 и 4 посредством основного 11 и дополнительно введенного 12 коммутаторов соединены с импульсным источником энергии 10. При этом общая точка этих секций Со (показана на фиг.1) подсоединена к одному из выводов основного коммутатора 11, а два свободных конца секций (точки С1 и С ) подсоединены: вывод первой секции — к первому выводу импульсного источника электроэнергии (точка С ); вывод второй секции — к первому выводу дополнительно введенного коммутатора (точка С1). Вторые концы коммутаторов 11 и 12 подсоединены к второму выводу импульсного источника электроэнергии 1С.

Рассмотрим режим работы клапана когда эффект притормаживания запорного органа с последующим переходом к его прижатию используется при закрытии клапана.

Работает устройство следующим образом: при разряде источника энергии 10 импульсный ток разряда накопителя через коммутирующий элемент 11 протекает по одной секции 4 катушки 2 с индуктивностью

L<. Созданный этим током переменный магнитный поток пересекает запорный орган 5 и индуцирует в нем ток обратного направления. Вследствие взаимодействия токов разного направления в секции 4 и запорном органе 5 между ними возникает сила отталкивания, Запорный орган 5 отбрасывается от катушки и открывает проход для газа.

Пока проходит импульс тока запорный ор1788376

45

50 ган разгоняется под действием импульса силы. При правильно выбранных параметрах электродинамического привода максимальной скорости запорный орган достигает к концу импульса тока. К этому моменту вентильный коммутатор 11 выключается, а конденсатор 10 перезаряжается, Газ из полости высокого давления "А" через канал напуска 13 поступает в вакуумную полость "Б". Запорный орган вначале движения сжимает мягкий демпфер 6, потом ударяется о более жесткий демпфер 7, и затем возвращается в исходное положение.

При подходе запорного органа к уплотнителю подается сигнал на коммутирующий элемент 12 и импульсный ток разряда накопителя начинает протекать по двум

i екциям катушки 2 с инду<тлвностью! . В результате того, что индуктивность катушки выбрана из соотношения

/L Н2,иу l 2 /С с момента срабатывания дополнительного коммутатора 12, происходящие процессы становятся качественно другими, чем бь;лл ранее при прохождении тока через секцию 4 (для секции 4 в:ы полнялось соотношение

lp (Н,иy! 2 /С). Ток в катушке 1 и ин«гуцированный ток в запорном органе I2 B некоторые моменты начнут протекать в одном направлении, что изменит знак действующей на запорный орган силы, и из ускоряющей сила станет тормозящей. Для ;ассматриваемого варианта это приводит к ,,войному использованию положительного эффекта — сначала полезно используется положительная полуволна электромагнитной силы, а затем положительно используется и отрицательная полуволна электромагнитной силы.

На фиг,2 приведена осцилограмма процессов, происходящих в клапане. При этом приняты следующие обозначения для кривых; 1 — кривая тока после срабатывания коммутатора 11, 2 — соответствующая кривой 1 электромагнитная сила, 3 — кривая хода запорного органа, 4 — кривая скоростл, — кривая тока после cðàáàòûBàíèÿ дополнительно введенного коммутатора 12, 6— кривая электромагнитной силы после срабатывания коммутатора 12, при этом: 7— положительная полуволна силы, тормозящая запорный орган при подходе к уплотнителю; 8 — отрицательная полуволна электромагнитной силы, в результате действия которой, после предварительного снижения скорости запорного органа за счет положительной полуволны 7 он прижимается к уплотнению 9 (на фиг.1).

На фиг.2 видно, что при прохождении полуволны тока (кривая 1) на запорный орган в этот же промежуток времени (Π— t>) действует положительная полуволна электромагнитной ускоряющей силы (кривая 2), Запорный орган разгоняется и к моменту времени т1 приобретает значительную скорость (кривая 4). Далее, встреча с более жестким демпфером 7 вызывае1 затормаживание, скорость снижается и ь моменту t2 становится равной нулю, посл( чего начинается обратное движение и ско рость приобретает отрицательные значения (кривая 4), Величину перемещения запорного органа можно наблюдать по кривой 3.

При обратном движении при подходе к уплотнени.о (уровень показан штриховой линиел) в момент тз срабатывает дополнительно введенный коммутатор 12.

Так как импульсный источник энергии 1С при прохождении первой полуволны ток (кривая 1) перезарядился. то с момента тз..роходит отрицательная полуволна ток; (кривая 5), Благодаря описанному выше вы полнению устройства, эта полуволна тока проходит по всей катушке, индуктивность которой такова, что обеспечивается сдвиг ;o фазе между током в катушке (кривая 5) и ,,>ком во вторичном контуре (кривая 5 показана штриховой линией).. Вследствие этого кривая электромагнитной силы, действующей на запорный орган (кривая 6) имеет

:<ак положительную полуволну(полуволна 7) силы, так и отрицательную полуволну (полуволна 8) силы, Действие полуволны 7 (промежуток времени тз — тл) приводит к снижению скорости запорного органа (см. кривую 4). Соударение с уплотнителем происходит с меньшей скоростью. Уплотнение прогибается и силы упругости стремятся отбросить запорный орган. Этому препятствуют силы давления газа, прижимающие запорный орган, а также электромагнитная притягивающая сила (полуволна 8), действу:ощая в наиболее ответственный момент за:рытия клапана. Клапан закрывается.

Описанный эффект измененИя параметров разрядного контура при возврате запорного органа к уплотнению позволяет затормозить запорный орган при поДходе к уплотнителю, после этОго — плотно прижать его к уплотнителю. Тем самым обеспечивается работа клапана без повторных открываний (ложных срабатываний), что повышает надежность работы устройства

Формула изобретения

Электродинамический клапан, содер жащий корпус с каналами входа и выход; газа, запорный орган, совмещенный с яко рем электродинамического привода, элект

1788376

Г1

С0

Родинамическую катушку, по крайней мере один демпфер, уплотнитель, коммутатор и импульсный источник электроэнергии, причем запорный орган содержит электропроводный участок и установлен в корпусе 5 между демпфером и уплотнителем, уплотнитель расположен со стороны электродинамической катушки, а катушка соединена через коммутатор с импульсным источником электроэнергии, отличающийся 10 тем, что, с целью повышения надежности пу ем предотвращения ложных срабатываний, злектродинамический клапан снабжен дополнительным коммутатором и катушка клапана выполнена двухсекционной, при- 15 чем обе секции общей точкой присоединены к первому выводу основного коммутатора, а из двух других свободных концов указанных секций вывод первой секции подсоединен к первому выводу импульсного источника 20 электроэнергии, вывод второй секции — к первому выводу дополнительно введенного коммутатора, при этом оба коммутатора вы-:, полнены вентильными и вторые их выводы соединены с вторым выводом импульсного источника электроэнергии, причем общая индуктивность L катушки клапана и индук--тивность L< первой секции связаны соотношениями

Vg, (H,èó t 2 g и

/ГОН РУ! 2 С, где Н вЂ” толщина злектропроводногс участка запорного органа; у „и — электропроводность и магнитная проницаемость материала запорного органа, соответственно;

С вЂ” емкость импульсного источника эл ектроэ не р ги и, 1788376

Составитель B. Бакута

Редактор O,Ходакова Техред М.Моргентал Корректор Н.Кешеля

Заказ 67 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101