Электромагнитный клапан (варианты)


 


Владельцы патента RU 2442925:

Шутиков Владимир Антонович (RU)

Группа изобретений относится к арматуростроению, в частности к электромагнитным клапанам с импульсным управлением, и предназначена для использования в системах автоматики безопасности теплоэнергетических установок, технологических трубопроводных систем для управления потоком природного газа. Электромагнитный клапан содержит механизм ручного управления для установки клапана в открытое состояние, электромагнит, в состав которого входят внешний и центральный магнитопроводы, катушка электромагнита и верхний фланец, шайба из магнитного материала, установленная в магнитопроводе симметрично оси катушки. В состав клапана введен шток из ферромагнитного материала. В верхнем фланце по оси симметрии катушки выполнено отверстие, равное диаметру штока. Шайба из магнитного материала установлена на штоке со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу. Шток с шайбой из магнитного материала выполнен с возможностью перемещения по оси отверстия в верхнем фланце относительно центрального магнитопровода. Имеется вариант выполнения электромагнитного клапана, в котором на магнитную шайбу со стороны центрального магнитопровода установлена шайба из ферромагнитного материала. Группа изобретений направлена на достижение повторяемости характеристик клапанов и на снижение мощности управляющего импульса. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к электромагнитным клапанам с импульсным управлением, используемым в системах безопасности теплоэнергетических установок для управления потоком природного газа.

Известны электромагнитные клапаны с импульсным управлением, например:

А.С. СССР №420844, МКИ F16K 31/02, опубл. 25.03.74. Бюл. №11;

А.С. СССР №568778, МКИ F16K 31/02, опубл. 15.08.77. Бюл. №30;

А.С. СССР №1687989, МКИ F16K 31/02, опубл. 30.10.91. Бюл. №40.

Устройства содержат стоп, якорь, жестко связанный с запорным органом, электромагнит, магнитотвердый элемент, укрепленный в стопе, возвратную пружину. При подаче на катушку электромагнита импульса напряжения постоянного тока в магнитной цепи электромагнита возникает магнитный поток, который перемещает якорь с запорным органом к стопу и сжимает возвратную пружину. После окончания импульса напряжения в магнитной цепи электромагнита имеет место магнитный поток, создаваемый магнитотвердым элементом, который удерживает якорь у стопа, преодолевая усилие сжатой пружины. Для установки клапана в закрытое состояние на электромагнит подают импульс напряжения обратной полярности. При этом магнитный поток, создаваемый электромагнитом, имеет направление, противоположное направлению магнитного потока от магнитотвердого элемента. В результате суммарное магнитное поле, действующее на якорь с запорным органом, уменьшается и он под действием возвратной пружины перемещается к седлу клапана и перекрывает проход рабочей среды.

Недостатками клапанов являются:

1. Сложность схемы управления клапаном.

2. Большая мощность управляющих импульсов.

Сложность схемы управления клапаном связана с тем, что для установки клапана в открытое и закрытое состояние используются управляющие импульсы разной полярности

Большая мощность управляющих импульсов в рассматриваемых конструкциях связана с тем, что они используются для установки клапана в открытое состояние. Кроме того, увеличение мощности управляющего импульса связано с наличием в составе клапана возвратной пружины. С ростом требований по герметичности к запорному органу необходимо использовать возвратную пружину с большим усилием сжатия и соответственно подводить к электромагниту большую мощность управляющих импульсов.

Известен запорный клапан газовый с электромагнитным приводом и импульсным управлением. Полезная модель РФ №15044, МПК G08B 17/10, 23/00, опубл. 10.09.2000. Бюл. №25.

Устройство содержит элементы ручной установки клапана в открытое состояние; якорь с запорным органом; электромагнит, управляющий механической защелкой; магнитотвердую вставку, установленную между якорем и запорным органом и выполняющую функцию магнитной пружины. Использование устройства ручной установки клапана в открытое состояние позволяет существенно упростить конструкцию клапана и снизить мощность управляющего импульса. Снижению мощности управляющего импульса достигается также благодаря тому, что вместо механической возвратной пружины в клапане используется магнитная пружина.

К недостаткам клапана следует отнести применение механической защелки, с помощью которой клапан удерживается в открытом состоянии. Использование механической защелки усложняет конструкцию клапана, требует для управления защелкой использовать электромагнитный привод большой мощности.

Известен клапан электромагнитный газовый с ручным взводом типа КЭМГ http://www.ptfm.ru/prod/gaz/kemg/phtml. Клапан содержит ручной привод для установки клапана в открытое состояние, управляющий электромагнит, шайбу из магнитного материала, с помощью которой клапан удерживается в закрытом состоянии. Применение шайбы из магнитного материала позволяет упростить конструкцию клапана, снизить мощность управляющего импульса.

К недостаткам клапана следует отнести:

1. Невозможность использования клапана при давлениях более 5 кПа.

2. Низкую герметичность запорного органа.

Оба недостатка связаны с тем, что закрытое состояние клапана удерживается с помощью шайбы из магнитного материала, а в открытое состояние клапан переводится с помощью пружины. Для работы на больших давлениях для того, чтобы преодолеть усилие рабочей среды, необходимо использовать пружину с большим усилием сжатия. В свою очередь, большое усилие сжатия пружины ведет к уменьшению усилия, с которым запорный орган прижимается к седлу клапана. Это ухудшает герметичность запорного органа.

Наиболее близким к заявляемому является электромагнитный клапан, патент РФ, №2343328, МПК F16K 31/06, опубл. 10.01.2009. Бюл. №1.

Устройство содержит механизм ручного управления для установки клапана в открытое состояние, электромагнит, в состав которого входят внешний и центральный магнитопроводы, верхний фланец, на котором симметрично оси катушки электромагнита установлена шайба из магнитного материала.

К достоинствам клапана следует отнести простоту конструкции, высокую герметичность запорного органа, малое потребление электрической мощности, необходимой для перевода клапана в закрытое состояние.

К недостаткам - сложность достижения повторяемости характеристик клапана.

Задачей изобретения является достижение повторяемости характеристик клапанов и снижение мощности управляющего импульса.

Технический результат в заявляемом изобретении достигается тем, что в электромагнитный клапан, содержащий механизм ручного управления для установки клапана в открытое состояние; электромагнит, в состав которого входят внешний и центральный магнитопроводы, верхний фланец и катушка электромагнита; шайба из магнитного материала, установленная в магнитопроводе симметрично оси катушки,

согласно изобретению введен шток из ферромагнитного материала; в верхнем фланце, по оси симметрии катушки выполнено отверстие, равное диаметру штока; шайба из магнитного материала установлена на штоке со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу; шток с шайбой из магнитного материала выполнены с возможностью перемещения по оси отверстия в верхнем фланце относительно центрального магнитопровода.

В варианте исполнения электромагнитного клапана на магнитную шайбу со стороны центрального магнитопровода установлена шайба из ферромагнитного материала.

Технический результат в части обеспечения повторяемости характеристик клапана и снижения мощности управляющего импульса достигается:

- выполнением в верхнем фланце симметрично оси катушки (симметрично оси центрального магнитопровода) отверстия, равного диаметру штока;

- установкой в это отверстие штока из ферромагнитного материала с возможностью перемещения этого штока по оси отверстия;

- установкой на ферромагнитном штоке со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу, шайбы из магнитного материала.

В варианте исполнения электромагнитного клапана достижение технического результата в части снижения мощности управляющего импульса обеспечивается установкой на шайбу из магнитного материала со стороны центрального магнитопровода шайбы из ферромагнитного материала.

При изготовлении клапана с импульсным управлением основными параметрами, подлежащими обязательному контролю и определяющими надежную работу в процессе эксплуатации, являются усилие удержания клапана в открытом (рабочем) состоянии и остаточное усилие удержания в момент, когда на электромагнит клапана подан управляющий импульс. Для обеспечения надежной работы клапана с импульсным управлением необходимо, чтобы усилие удержания клапана в рабочем состоянии (усилие удержания запорного органа на рабочей поверхности электромагнита) было по возможности большим, а остаточное усилие удержания стремилось к нулю. Оба этих параметра связаны между собой следующим образом.

Чем больше величина магнитного потока, созданного шайбой из магнитного материала, тем больше величина усилия удержания клапана в рабочем состоянии, и тем больше должна быть мощность управляющего импульса, при которой остаточное усилие удержания будет стремиться к нулю.

На практике величина магнитного потока, созданного постоянным магнитом, для различных клапанов одной конструкции может сильно изменяться и зависит от ряда факторов, таких как:

- разброс напряженности магнитного поля, созданного шайбой из магнитного материала,

- разброс геометрических размеров деталей магнитопровода,

- изменение магнитных свойств материала магнитопровода.

По указанным причинам в прототипе трудно получить повторяемость его основных характеристик. Здесь для того чтобы избежать потери управляемости клапаном, необходимо использовать управляющий импульс с заведомо большей мощностью, чем это необходимо.

В заявляемом изобретении для снижения разброса характеристик клапанов с импульсным управлением введен регулируемый зазор между шайбой из магнитного материала и центральным магнитопроводом. Введение регулируемого зазора позволяет независимо от дестабилизирующих факторов всегда подобрать такую величину магнитного потока, при которой обеспечивается заданное и одинаковое усилие удержания запорного органа в рабочем состоянии. В свою очередь, возможность установки заданной и одной и той же величины усилия удержания позволяет минимизировать разброс мощности управляющего импульса, при которой остаточное усилие удержания будет стремиться к нулю.

Создание регулируемого зазора согласно изобретению обеспечивается за счет:

1. Введения в состав клапана ферромагнитного штока, выполненного с возможностью перемещения по оси катушки электромагнита относительно центрального магнитопровода и установки на торце штока, обращенного в сторону центрального магнитопровода, шайбы из магнитного материала. Это создает необходимые условия для изменения расстояния между шайбой из магнитного материала и центральным магнитопроводом и соответственно изменения величины усилия удержания.

2. Выполнение отверстия в верхней шайбе с центром на оси симметрии катушки электромагнита диаметром, равным диаметру ферромагнитного штока, в котором перемещается ферромагнитный шток, позволяет сохранить цепь протекания магнитных потоков постоянного магнита и электромагнита и симметрию магнитной системы.

В прототипе магнитные потоки постоянного магнита и электромагнита начинаются от верхнего фланца, на котором располагается верхняя обкладка магнитной шайбы. Далее они перемещаются через внешний магнитопровод, немагнитный зазор на рабочей поверхности электромагнита и по центральному магнитопроводу приходят к нижней обкладке магнитной шайбы.

В заявляемом изобретении в эту цепь протекания магнитных потоков входит шток из ферромагнитного материала, на торце которого располагается верхняя обкладка магнитной шайбы. Со штока из ферромагнитного материала магнитные потоки переходят на верхний фланец и далее по указанной выше цепочке. Равенство диаметра ферромагнитного штока и диаметра отверстия в верхнем фланце позволяет перемещать ферромагнитный шток в этом отверстии с минимальным зазором и соответственно с минимальным сопротивлением магнитным потокам.

Установка ферромагнитной шайбы на шайбу из магнитного материала со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу, согласно варианту изобретения, позволяет замыкать часть силовых линий магнитного поля катушки электромагнита, минуя верхний фланец и шайбу из магнитного материала. А поскольку шайба из магнитного материала представляет собой большое сопротивление для магнитного потока, то в итоге удается снизить потери магнитного поля, созданного электромагнитом. Как следствие, это позволяет снизить мощность управляющего импульса.

Таким образом:

- выполнение в верхнем фланце симметрично оси катушки отверстия, равного диаметру штока;

- установка в это отверстие штока из ферромагнитного материала с возможностью перемещения этого штока по оси отверстия;

- установка на ферромагнитном штоке со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу, шайбы из магнитного материала

позволяет обеспечить повторяемость характеристик клапанов, снизить мощность управляющего импульса.

Установка ферромагнитной шайбы на магнитную шайбу со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу, в варианте исполнения электромагнитного клапана позволяет дополнительно снизить мощность управляющего импульса.

Конструкция заявляемого клапана приведена на чертеже.

Электромагнитный клапан содержит механизм ручного управления 1 для установки клапана в открытое состояние, электромагнит, в состав которого входят внешний 2 и центральный 3 магнитопроводы, верхний фланец 4 и катушка 5, шайба 6, выполненная из магнитного материала, шток 7, выполненный из ферромагнитного материала, отверстие 8 в верхнем фланце 4, шайба 9, выполненная из ферромагнитного материала, рабочая поверхность 10 электромагнита, запорный орган 11, седло 12, оправка 13 из немагнитного материала.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии клапан закрыт. При этом запорный орган 11 прижат к седлу 12 клапана. Напряжение питания на катушке 5 электромагнита отсутствует.

Под действием шайбы из магнитного материала, установленной на штоке из ферромагнитного материала, в магнитопроводе протекает магнитный поток Ф1. Благодаря потоку Ф1 на рабочей поверхности 10 электромагнита всегда существует магнитное поле, способное удерживать запорный орган 11 в верхнем положении, если последний ввести в соприкосновение с рабочей поверхностью 10.

Величина магнитного потока Ф1 регулируется с помощью штока 7.

Для достижения этой возможности:

- верхняя часть штока 7 выполнена с резьбой;

- на верхнем фланце 4 по оси симметрии катушки 5 выполнено отверстие 8, а также установлена оправка 13 из немагнитного материала;

- в оправке 13 по оси симметрии катушки 5 выполнено отверстие с такой же резьбой, как и у штока 7.

Вращение штока 7 в резьбовой части оправки 13 в итоге позволяет перемещать магнитную шайбу 6, установленную на штоке 7, относительно центрального 3 магнитопровода.

Расстояние между шайбой 6 из магнитного материала и центральным 3 магнитопроводом устанавливается таким, чтобы обеспечивалось заданное усилие удержания запорного органа 11 на рабочей поверхности 10 электромагнита. Величину усилия удержания можно контролировать, например, с помощью контрольного груза, который крепится к запорному органу 11.

При перемещении запорного органа 11 в верхнее положение с помощью механизма ручного управления 1 клапан открывается. При достижении запорным органом 11 рабочей поверхности 10 между ними возникает сила притяжения, под действием которой запорный орган 11 удерживается в верхнем положении (у рабочей поверхности 10) сколь угодно долго.

При кратковременной подаче напряжения питания постоянного тока (управляющего импульса) на катушку 5 электромагнита в магнитопроводе протекает магнитный поток Ф2. Направление потока Ф2 противоположно потоку Ф1, созданному постоянным магнитом.

Амплитуда напряжения (управляющего импульса) подбирается такой, чтобы остаточное усилие удержания запорного органа 11 на рабочей поверхности 10 стремилось к нулю.

При равенстве магнитных потоков Ф1 и Ф2 суммарная составляющая магнитного потока в области рабочей поверхности 10 будет равна нулю. Соответственно усилие удержания запорного органа 11 в верхнем положении также станет равным нулю. Под действием собственного веса, а также небольшой силы притяжения, которое воздействует на запорный орган со стороны устройства 1 установки клапана в открытое состояние, запорный орган 11 перемещается к седлу 12. В результате клапан закрывается.

Конструкция заявляемого клапана была испытана на клапанах с проходным сечением 15, 20, 25 мм. В качестве рабочей среды использовался воздух с давлением до 0,1 МПа.

Заявляемый клапан изготавливался с применением следующих материалов и комплектующих:

1. Все элементы магнитопровода, в том числе центральный 3 и внешний 2 магнитопроводы, ферромагнитный шток 7, шайба 9 из ферромагнитного материала изготавливались из стали 20880 («Армко») с отжигом после механической обработки.

2. Запорный орган 11 был выполнен из стали 20880.

3. Магнитная шайба 6 выполнена из самарий-кобальта в виде диска диаметром 7 мм и высотой 1,5 мм. Ферромагнитная шайба 9 - в виде диска диаметром 8 мм и высотой 1 мм.

4. Катушка 5 электромагнита выполнена проводом ПЭВ1, диаметр провода без изоляции - 0,1 мм. Сопротивление катушки - 120 Ом.

5. Оправка 13 выполнена из пластмассы и фиксировалась на верхнем фланце 4 с помощью пластмассовых заклепок.

5. Для управления клапаном (в режиме его выключения) использовался импульс напряжения амплитудой 5 В. Импульсная мощность, достаточная для перевода клапана в закрытое состояние, ≤0,21 Вт.

Заявляемый клапан позволяет:

1. Снизить требования по точности изготовления деталей магнитопровода в 2 раза.

2. В 4-5 раз снизить разброс остаточного усилия удержания благодаря возможности установки заданной величины усилия удержания клапана

3. Снизить на ~50% запас мощности, необходимой для надежного перевода клапана в закрытое состояние.

4. В варианте исполнения изобретения достигается возможность дополнительного снижения мощности управляющего импульса на 5-10%% за счет установки шайбы из ферромагнитного материала на шайбу из магнитного материала со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу.

1. Электромагнитный клапан, содержащий механизм ручного управления для установки клапана в открытое состояние, электромагнит, в состав которого входят: внешний и центральный магнитопроводы, катушка электромагнита и верхний фланец, шайба из магнитного материала, установленная в магнитопроводе симметрично оси катушки, отличающийся тем, что в состав клапана введен шток из ферромагнитного материала, в верхнем фланце по оси симметрии катушки выполнено отверстие, равное диаметру штока, а шайба из магнитного материала установлена на штоке со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу, при этом шток с шайбой из магнитного материала выполнен с возможностью перемещения по оси отверстия в верхнем фланце относительно центрального магнитопровода.

2. Электромагнитный клапан, содержащий механизм ручного управления для установки клапана в открытое состояние, электромагнит, в состав которого входят: внешний и центральный магнитопроводы, катушка электромагнита и верхний фланец, шайба из магнитного материала, установленная в магнитопроводе симметрично оси катушки, отличающийся тем, что в состав клапана введены шток и шайба из ферромагнитного материала, в верхнем фланце по оси симметрии катушки выполнено отверстие, равное диаметру штока, при этом шайба из магнитного материала установлена на штоке, а шайба из ферромагнитного материала - на шайбе из магнитного материала, обе шайбы установлены на штоке со стороны, обращенной к центральному магнитопроводу, при этом шток с шайбами из магнитного и ферромагнитного материала выполнен с возможностью перемещения по оси отверстия в верхнем фланце относительно центрального магнитопровода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к предохранительным (отсечным) клапанам с электромагнитным приводом, используемым в системах автоматики теплоэнергетических установок, технологических трубопроводных системах для управления потоком природного газа.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к предохранительным (отсечным) клапанам с электромагнитным приводом, и предназначено для использования в системах автоматики теплоэнергетических установок, технологических трубопроводных систем для управления потоком природного газа.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к клапанам с электромагнитным приводом, и предназначено для использования в конструкциях вакуумных систем, в устройствах дистанционного управления потоками газа и жидкости.

Изобретение относится к насосостроению, а именно к центробежным самовсасывающим насосам с предвключенным струйным аппаратом. .

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к предохранительным (отсечным) клапанам с электромагнитным приводом, используемым в системах автоматики теплоэнергетических установок, технологических трубопроводных системах для управления потоком природного газа.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности, к электромагнитным клапанам с импульсным управлением, используемым в системах безопасности теплоэнергетических установок для управления потоком природного газа.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к реверсивным клапанам с дистанционным импульсным управлением, и предназначено для использования как в качестве запорных органов на различных магистралях, трубопроводах и других коммуникациях, так и в качестве исполнительного механизма в системах автоматического управления подачей газа по трубопроводу.

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к предохранительным (отсечным) клапанам с электромагнитным приводом, и предназначено для использования в системах автоматики теплоэнергетических установок, технологических трубопроводных систем для управления потоком природного газа.

Изобретение относится к устройствам для управления потоками газов и жидкостей и предназначено для использования в устройствах и системах с дистанционным автоматизированным управлением.

Изобретение относится к области арматуростроения и предназначено для дозированной подачи рабочей среды и управления проходным отверстием соединительного трубопровода, по которому в качестве рабочей среды пропускается газ или жидкость.

Изобретение относится к автоматике и предназначено для его использования в автоматах для точной дозировки расхода газов, в приборах учета расхода газов. .

Изобретение относится к раздаточному устройству для аппарата раздачи воды, который рассчитан, прежде всего, на раздачу питьевой воды, с клапанным устройством, которое имеет стержень клапана, выполненный с возможностью уплотнительного прилегания к седлу клапана, и с раздаточным корпусом, который имеет первое входное отверстие и находящееся с первым входным отверстием в гидродинамической связи второе входное отверстие для подсоединения подводящих водопроводов, а также выходное отверстие для выдачи воды, которое находится в гидродинамической связи с первым входным отверстием и вторым входным отверстием, причем гидродинамическая связь между обоими входными отверстиями и выходным отверстием происходит через канальный участок, который на расположенном на торцевой стороне конце имеет седло клапана для стержня клапана

Изобретение относится к машиностроению и предназначено в качестве клапанного модуля для подачи текучих, прежде всего газообразных, сред в двигатель внутреннего сгорания

Изобретение относится к арматуростроению и предназначено для использования в системах управления жидкостно-газовыми потоками

Изобретение относится к клапанному механизму гидравлической мощности, по меньшей мере, с одним электромагнитным клапаном, соленоид которого соединен или может быть соединен посредством всего двух управляющих линий с электронным устройством управления и (или) связи

Изобретение относится к клапанному устройству регулировки давления согласно уровню техники, более детально определенному в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в системах газоснабжения, включая оборудование ракетно-космических комплексов. Пневмоклапан содержит корпус, седло с клапаном. Уплотняющая поверхность седла расположена со стороны, противоположной входному штуцеру. Клапан установлен с опорой на двуплечий рычаг. Одно плечо указанного двуплечего рычага шарнирно соединено с подпружиненным штоком, а другое в закрытом положении клапана зафиксировано шепталом. Последнее шарнирно закреплено на корпусе пневмоклапана и застопорено чекой. При этом шептало установлено с возможностью контакта со штоком пиропривода, закрепленного на корпусе пневмоклапана. Указанный пиропривод состоит из цилиндра с заглушкой, двух последовательно установленных поршней, которые образуют две разобщенные рабочие полости. Каждая из указанных полостей сообщается с отдельной каморой, оснащенной пиропатроном. При срабатывании пиропатронов любой или обеих камор поршень пиропривода взаимодействует с шепталом. Реализация изобретения позволяет обеспечить многократное его использование, быстродействие, исчисляемое несколькими тысячными секунды, и достаточное проходное сечение. 2 ил.

Электромагнитный запорный клапан предназначен для использования в приборах и системах с автоматизированным управлением. Электромагнитный запорный клапан содержит соленоид с сердечником, постоянный магнит, полюсный наконечник, имеющий подводящий газовый канал, магнитопроводы, замыкающие внешнее магнитное поле соленоида. Причем первый магнитопровод окружает соленоид. Второй магнитопровод выполнен в форме кольца с отводящим газовым каналом и расположен со стороны торца соленоида. Внутренняя поверхность второго магнитопровода и торцевые поверхности сердечника и полюсного наконечника образуют проходную полость. В последней расположен якорь, выполненный по форме этой проходной полости. Указанный якорь установлен с возможностью осевого перемещения. Причем якорь, сердечник, первый и второй магнитопроводы выполнены из магнитомягкого материала. Газовые каналы открыты в проходную полость. Электромагнитный запорный клапан снабжен дополнительным магнитопроводом из магнитомягкого материала. Постоянный магнит выполнен кольцевым с осевой намагниченностью и расположен между вторым и дополнительным магнитопроводами в магнитном контакте с ними. Полюсный наконечник расположен коаксиально постоянному магниту и находится в магнитном контакте с дополнительным магнитопроводом. Изобретение направлено на повышение герметичности клапана и его рабочего давления. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх