электромагнитный клапан

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ КЛАПАН, содержащий установленную на закрытом кожухом каркасе электромагнитную катушку с якорем и резьбовым сердечником, корпус с входом, выходом и седлом и размещенные в нем запорный орган, выполненный в виде грибка с уплотнителем, и мембрану, защемленную центральной частью и периферийной кромкой между двумя деталями с выполненными на них опорными коническими поверхностями, при этом якорь механически связан с центральной частью мембраны и запорным органом, в котором выполнен канал, посредством которого надмембранная полость сообщена с выходом клапана, отличающийся тем, что клапан снабжен резьбовой втулкой, установленной в каркасе с возможностью поворота вокруг оси и зафиксированной в осевом направлении, и соединенным по резьбе с сердечником штоком, снабженным шкалой и дополнительной резьбой, по которой он соединен с резьбовой втулкой, при этом между якорем и запорным органом установлена шайба, состоящая из набора дисков разной толщины, а в канале запорного органа между надмембранной полостью и выходом клапана установлен жиклер.

2. Клапан по п. 1, отличающийся тем, что в каркасе выполнен паз, а сердечник снабжен штифтом, установленным с возможностью взаимодействия с пазом каркаса.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что он снабжен шариковым фиксатором, маховичком, скрепленным с резьбовой втулкой и выполненным с выемкой под шарики фиксатора, и шкалой измерения хода якоря, запорного органа или гидравлического сопротивления клапана в открытом положении.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к арматуростроению, в частности к злектрическим и магнитным средствам управления клапанами, и предназначено для использования в клапанах газовых горелок. Клапан может быть использован также как в газовых, так и в жидкостных магистралях ряда технических объектов разнообразного назначения.

Известен электромагнитный клапан, содержащий электромагнит, в котором имеется якорь, сердечник, обмотка, кожух, уплотняющие кольца. Якорь имеет сквозной осевой канал [1]

В данном устройстве трудно обеспечить значительные проходные сечения при малых габаритах и массе конструкции.

Известен мембранный клапан серии СВМГ, в котором имеется корпус, электромагнит, запорный механизм с мембраной [2] Клапан имеет вход и выход, в корпусе выполнено седло, имеется перемещаемый в осевом направлении грибок с уплотнителем и каналом, сообщающим надмембранную полость с выходом клапана. Имеется также мембрана, уплотняемая по периферии и в центральной части, которая в закрытом положении клапана может опираться на имеющийся в конструкции пояс конической поверхности на установленной на клапане тарели, которая ограничивает перемещение мембраны в направлении электромагнита. В противоположном направлении, т. е. при подаче давления со стороны выхода (когда, например, требуется проверка герметичности в эксплуатационных условиях непосредственно в магистрали) мембрана не имеет соответствующего ограничителя перемещения. Это приводит к необходимости применять более прочные материалы в мембранах, а также к увеличению габаритов и массы конструкции.

Задачей изобретения является повышение ресурса работы клапана и повышение его эксплуатационной надежности, а также повышение эксплуатационных удобств при работе с клапаном. Для выполнения этой задачи в клапане обеспечивается возможность предварительной регулировки хода клапана для обеспечения также требуемого гидравлического сопротивления клапана при его открытом положении. Возможность регулировки хода якоря уменьшает кинетическую энергию удара якоря о сердечник.

Для достижения технического результата в электромагнитном клапане, содержащем установленную на закрытом кожухе каркасе электромагнитную катушку с якорем и резьбовым сердечником, корпус с входом, выходом и седлом и размещенные в нем запорный орган, выполненный в виде грибка с уплотнителем, и мембрану, защемленную центральной частью и периферийной кромкой между двумя деталями с выполненными на них опорными коническими поверхностями, при этом якорь механически связан с центральной частью мембраны и запорным органом, в котором выполнен канал, посредством которого надмембранная полость сообщена с выходом клапана, последний снабжен резьбовой втулкой, установленной в каркасе с возможностью поворота вокруг оси и зафиксированной в осевом направлении, и соединенным по резьбе с сердечником штоком, снабженным шкалой и дополнительной резьбой, по которой он соединен с резьбой втулкой, при этом между якорем и запорным органом установлена шайба, состоящая из набора дисков разной толщины, а в канале запорного органа между надмембранной полостью и выходом клапана установлен жиклер.

Кроме того, в каркасе выполнен паз, а сердечник снабжен штифтом, установленным с возможностью взаимодействия с пазом каркаса. При этом клапан снабжен шариковым фиксатором, маховичком, скрепленным с резьбовой втулкой и выполненным с выемкой под шарики фиксатора, и шкалой измерения хода якоря, запорного органа или гидравлического сопротивления клапана в открытом положении.

На фиг. 1 изображен клапан, разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1 (увеличено); на фиг. 3 вид по стрелке Б (увеличено) на маховичок и стакан при снятом колпачке.

В корпусе 1 клапана имеется вход и выход. На трех пилонах 2 установлен направляющий патрубок 3, в который вставлен по ходовой посадке грибок 4 с уплотнителем 5. Уплотнитель 5 скреплен с грибком 4 с помощью кольца 6, поджимаемого гайкой 7. На корпусе 1 выполнено седло 8, к которому прижимается грибок 4 с уплотнителем 5, разделяя полости входа и выхода с соответствующим требованием по герметичности. Клапан содержит также мембрану 9, нижнее кольцо 10 и верхнее опорное кольцо 11. Эти кольца имеют пояса конических поверхностей 12 и 13, выполняемых на кольцах 10 и 11 соответственно. Как видно из чертежа, эти поверхности параллельны между собой и параллельны коническим поверхностям мембраны 9 при закрытом клапане.

Мембрана 9 в центральной своей части зажата и герметизирована между грибком 4 и верхним опорным кольцом 11, поджатым соединительным болтом 14, ввернутым на резьбе в грибок 4. Мембрана 9 по периферийной части зажата и герметизирована между корпусом 1 и нижним опорным кольцом 10 с одной стороны и стояком 15 с другой стороны. Как видно из чертежа, стояк 15 крепится к корпусу 1 с помощью винтов. Стояк 15 является элементом каркаса электромагнита. В каркас входят также разделитель 16 и стакан 17. Каркас выполнен паяным в местах соединения разделителя 16 со стояком 15 и стаканом 17. Кроме каркаса электромагнит содержит также обмотку 18 на катушке 19. Магнитопровод образует каркас вместе с кожухом 20, который прижат у стойку 15 с помощью прижима 21, навернутого на резьбе на стакан 17. Обмотка 18 монолитно скреплена с кожухом 20 путем заливки соответствующей полости капролактаном 22.

Электромагнит содержит также сердечник 23, который служит также составной частью магнитопровода. На сердечнике 23 ввернут резьбовой штифт 24, вставленный в продольный паз 25, который выполнен на стакане 17. Наличие паза 25 и штифта 24 обеспечивает возможность только поступательного перемещения сердечника 23 в стакане 17. Сердечник 23 скреплен на резьбе со штоком 26, имеющим и вторую резьбу 27. Шток 26 имеет хвостовик, на котором выполнена шкала 28. В стакан 17 вставлена втулка 29, поджимаемая к торцу 30 стакана 17 каркаса с помощью пружины 31 через сердечник 23 и резьбу 27. Втулка 29 скреплена для обеспечения совместности вращения с маховичком 32 (см. также фиг. 2 и 3). Маховичок 32 закреплен на втулке 29 с помощью заглушки 33, имеет выемки 34, в которые может попадать подпружиненный шарик 35 фиксатора, с помощью которого фиксируется угловое положение маховичка 32, а значит и положение сердечника 23 в направлении вдоль оси. На маховичке 32 выполнена шкала 36, а на стакане 17 риска 37 (фиг. 3). Сверху на стакан 17 установлен на резьбе колпачок 38.

Электромагнит содержит также якорь 39 и скрепленную с ним на резьбе гайку 40. Между гайкой 40 и внутренним торцом якоря 39 установлена шайба 41. Эта шайба выбирается из комплекта одинаковых шайб, имеющих разную толщину. Грибок 4 содержит жиклер 42, через который сообщается полость над мембраной 9 и выходная полость клапана. Как видно из фиг. 1, в гидравлическую линию сообщения этих полостей входят также отверстия в соединительном болте 14, гайке 7 и осевое отверстие в грибке 4. Диаметр жиклера 42 не менее чем в 2 раза меньше диаметров остальных отверстий этой линии для того, чтобы именно жиклер в основном определял гидравлическое сопротивление линии.

Ход грибка 4 при открытии клапана определяется ходом якоря 39 т.e. расстоянием Н между соответствующими торцами якоря 39 и сердечника 23 с немагнитной шайбой 43. Ход якоря 39 зависит от положения сердечника 23 с шайбой 43 и исходного положения якоря 39. При сборке обеспечивается нулевое значение между торцами 44 втулки 29 и сердечника 23. В этом положении сердечника подбирается заданный ход H якоря 39 путем выбора из комплекта шайб разной толщины шайбы 41. Таким образом с помощью одинаковых шайб разной толщины подбирается усилие электромагнита, отрывающее грибок 4 с уплотнителем 5 от седла 8. А в конечном счете регламентируется величина кинетической энергии удара якоря 39 о сердечник 23 с немагнитной шайбой 43.

В клапане детали 15, 20, 17, 21, 39, 23 выполнены из электротехнической стали, проставка 16 из немагнитной стали 12Х18Н10Т, корпус клапана 1 из латуни ЛС-59, уплотнитель 5 и мембрана 39 из резины, пружина 31 из стали 12Х18, обмотка 18 из медного изолированного провода, катушка 19 из капрона, колпачок 38 из пластмассы, а остальные детали в основном из конструкционных сталей.

Клапан работает следующим образом.

Его устанавливают в рабочую магистраль (например, в трубопровод). В исходном положении клапан разделяет с требуемой герметичностью входную и выходную полости.

При подаче давления на вход клапан закрыт благодаря тому, что суммарно усилие от пружины 31 и от давления, действующего на грибок 4, больше усилия от давления на эффективную площадь мембраны 9. Мембрана 9 опирается на пояс конической поверхности 13, что ограничивает деформацию мембраны, исключая ее разрушение.

При подаче давления на выход суммарное усилие от давления на эффективную площадь мембраны 9 и от пружины 31 больше усилия от давления на грибок 4. Мембрана 9 опирается на пояс конической поверхности 12, что ограничивает деформацию мембраны, исключая ее разрушение. Такое конструктивное исполнение мембранного узла не только позволяет повысить надежность и увеличить ресурс, но также и повысить удобство эксплуатации, так как позволяет проводить проверки герметичности и длительные выдержки под давлением как со стороны входа, так и со стороны выхода непосредственно на техническом объекте (в конкретном случае имеется ввиду газовая горелка).

Для открытия магистрали на обмотку 18 подается электрическое напряжение. Под действием электромагнитных сил якорь 39 перемещается вверх к сердечнику 23, сжимая пружину и ударяясь о немагнитную шайбу 43. Вместе с якорем 39 перемещается шайба 41, гайка 40, болт 14, мембрана 9, грибок 4, уплотнитель 5, кольцо 6 и гайка 7. Благодаря наличию жиклера 42 это перемещение происходит замедленно, так как происходит выравнивание давлений между полостью над мембраной 9 за жиклером 42 и выходной полостью клапана перед этим жиклером. Таким образом жиклер 42, замедляя перемещение якоря 39, уменьшает кинетическую энергию удара якоря 39 о сердечник 23 с немагнитной прокладкой 43. Это повышает надежность работы клапана и его ресурс.

При необходимости изменить гидравлическое сопротивление клапана в открытом положении снимают колпачок 38. Вращают маховичок 32 совместно с втулкой 29. Вращение втулки 29 благодаря резьбе 27 приводит к поступательному перемещению штока 26 с сердечником 23. При этом обеспечивается изменение величины хода якоря H, а также хода грибка 4 и изменение гидравлического сопротивления клапана. Верхняя кромка заглушки 33 показывает на шкале 28 штока 26 грубое значение величины хода H якоря 39 и хода грибка 4, а также гидравлического сопротивления клапана соответственно. Более точное значение этих величин определяется с помощью дополнительной шкалы 36 на маховичке 32 и риски 37 или по щелчкам шарика 35 шарикового фиксатора в результате попадания шарика в каждую из 8 выемок 34 на маховичке 32 (см. фиг. 1, 2 и 3).

При такой регулировке обеспечивается уменьшение среднего значения хода клапана, т. е. уменьшение кинетической энергии удара якоря 39 с немагнитную шайбу 43 и стержень 23, т. е. увеличивается ресурс работы клапана и его надежность. Одновременно это обеспечивает удобство эксплуатации клапана, так как предварительно сняв на заводе изготовителе характеристику зависимости гидравлического сопротивления клапана от положения грибка 4, т. е. для данного экземпляра от хода якоря H или от показаний по шкалам 28 и 36, можно с помощью маховичка 32 и шкал 28 и 36 установить требуемое гидравлическое сопротивление клапана в открытом положении. Это можно сделать, не прибегая к измерению хода клапана и электромагнита (хода грибка электроклапана и якоря электромагнита) и снятия клапана с магистрали, т. е. с технического объекта, в составе которого клапан эксплуатируется.