Електромагнітний клапан (варіанти)

Настоящее изобретение относится к трубопроводной арматуре, а более точно - к электромагнитному клапану. Известен электромагнитный клапан (А. Л. Пржиалковский, С. X. Щучинский "Электромагнитные клапаны", 1967, "Машиностроение" (Ленинград), с. 20), содержащий электромагнит, якорь которого соединен с размещенным в корпусе затвором. Принцип действия такого электромагнитного клапана основан на перемещении затвора якорем электромагнита, который, в свою очередь, перемещается к стопу под действием сил притяжения, возбуждаемых магнитным потоком, возникающим в обмотке электромагнита. Здесь электромагнит преодолевает полное гидростатическое давление среды на запорный орган - затвор в период, когда воздушный зазор в электромагните максимальный, а тяговое усилие имеет наименьшую величину. Известен электромагнитный клапан прямого действия (SU, А, 1341436), содержащий корпус с седлом, затвор, размещенный в корпусе, прижимаемый к седлу рабочей средой, находящейся под давлением, На корпусе установлен электромагнит с якорем, в котором вдоль его продольной оси выполнено сквозное отверстие, через которое пропущен шток, воздействующий одним концом на затвор. На противоположном конце штока имеется выступ. На якоре закреплена полая втулка, расположенная вне магнитопровода, внутри которой установлена аккумулирующая пружина, нагружающая затвор через шток в направлении от седла. Аккумулирующая пружина имеет силовую характеристику выше нагрузочной и ниже тяговой, то есть при ходе затвора или якоря усилие этой пружины меньше усилия, развиваемого электромагнитом, и больше усилия, требуемого для перемещения затвора. Клапан снабжен также возвратной пружиной, охватывающей шток и взаимодействующей с якорем. При подаче напряжения на соленоид якорь перемещается к стопу и сжимает аккумулирующую пружину. Воздушный зазор между стопом и якорем уменьшается и усилие электромагнита возрастает. В момент, когда усилие, развиваемое якорем, достигнет максимального значения нагрузочной характеристики, начинается открытие клапана. Обратный ход происходит после прекращения подачи напряжения на электромагнит. При этом затвор и якорь возвращаются в исходные положения под воздействием возвратной пружины, а аккумулирующая пружина расслабляется и также занимает свое исходное положение. Размещение втулки в верхней части якоря требует выполнения отверстия в стопе и по всей длине якоря, что не позволяет полностью использовать сечение стопа и якоря. то есть магнитопровода. Согласование только статических характеристик возвратной и аккумулирующей пружины с тяговой характеристикой электромагнита и выбранная форма втулки не позволяют передавать затвору кинетическую энергию, накопленную якорем при совершении им хода, соответствующего деформации аккумулирующей пружины. и не дает возможности изменять силовую гидравлическую характеристику клапана. В основу настоящего изобретения положена задача создания электромагнитного клапана с таким размещением втулки и выбором ее формы, которые обеспечивали бы более полное использование сечения стопа и якоря и позволяли бы изменять силовую гидравлическую характеристику клапана в сторону увеличения ее крутизны, обеспечивая таким образом уменьшение энергии, необходимой для открытия затвора. Поставленная задача решается тем, что в электромагнитном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенным в нем седлом, затвор, размещенный в корпусе с возможностью взаимодействия с седлом, электромагнит с якорем, установленным соосно затвору, шток, проходящий через центральное отверстие, выполненное в якоре вдоль его продольной оси, и установленный с возможностью взаимодействия одним своим концом с затвором, полую втулку, закрепленную на якоре соосно штоку, возвратную пружину, установленную с возможностью взаимодействия с якорем, и аккумулирующую пружину, установленную с возможностью взаимодействия со штоком, согласно изобретению, полая втулка своими стенками закреплена на торцовой поверхности якоря, обращенной к затвору, при этом днище втулки выполнено с выступом, размещенным в ее полости и имеющим центральное отверстие, через которое пропущен шток и. кроме того, клапан снабжен дополнительной аккумулирующей пружиной, установленной в отверстии якоря и взаимодействующей с выступом штока, выполненным на другом его конце, при этом основная аккумулирующая пружина охватывает шток и установлена между выступом штока и днищем втулки. Поставленная задача решаетсятакже тем, что в электромагнитном клапане, содержащем корпус с входным и выходным патрубками и размещенным в нем седлом, затвор, размещенный в корпусе с возможностью взаимодействия с седлом, электромагнит с якорем, установленным соосно затвору, шток проходящий через центральное отверстие, выполненное в якоре вдоль его продольной оси, и установленный с возможностью взаимодействия одним своим концом с затвором, полую втулку, закрепленную на якоре соосно штоку, возвратную пружину, установленную с возможностью взаимодействия с якорем, и аккумулирующую пружину, установленную с возможностью взаимодействия со штоком, согласно изобретению полая втулка своими стенками закреплена на торцовой поверхности якоря, обращенной к затвору, при этом днище втулки выполнено с выступом, размещенным в ее полости и имеющим центральное отверстие, в котором с зазором относительно стенок выступа размещено седло, и, кроме того, возвратная и аккумулирующая пружины охватывают шток и установлены в центральном отверстии якоря, а затвор размещен в якоре. Целесообразно, чтобы по крайней мере одна из взаимодействующи х поверхностей выступа штока и выступа в днище втулки была выполнена выпуклой, причем шток с выступом и выступ втулки были бы выполнены из закаленной стали. Для увеличения силы воздействия потока на затвор для его открытия в одном из вариантов выполнения клапана затвор снабжают осесимметричным выступом с центральным отверстием, в котором с зазором относительно его стенок размещено седло, высота которого должна в этом случае превышать высоту выступа. При размещении затвора в якоре необходимо, чтобы высота седла превышала бы сумму размеров толщины днища втулки вместе с высотой выступа и хода аккумулирующей пружины, равного начальной высоте зазора между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями затвора и выступа втулки при закрытом положении затвора. Целесообразно, чтобы элементы клапана были бы выполнены с соблюдением следующих соотношений: d1 ³ 1,35 d2 ; h1 ³ 0,25 d2 ; h2 = (0,10 - 0,95)h1 ; d3 > d4 , где d1 - наружный диаметр затвора, d2 - вн утренний диаметр седла, d3 - наружный диаметр выступа штока, d4 - диаметр центрального отверстия выступа втулки, h1 - ход якоря электромагнита, равный высоте зазора между торцом якоря и центральной частью магнитопровода электромагнита; h2 - ход аккумулирующей пружины, равный в одном варианте выполнения клапана начальной высоте зазора между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями выступа, штока и выступа втулки, а в другом варианте выполнения клапана - начальной высоте зазора между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями затвора и выступа втулки при закрытом положении затвора. Изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения и чертежами, на которых: фиг. 1 изображает конструктивную схему электромагнитного клапана, в котором через кольцевой выступ втулки проходит шток, согласно изобретению; фиг. 2 - конструктивную схему электромагнитного клапана, в котором через кольцевой выступ втулки проходит седло, согласно изобретению. Электромагнитный клапан содержит корпус 1 с размещенным в нем седлом 2. входным патрубком 3, сообщенным с полостью корпуса 1, и выходным патрубком 4, сообщенным с полостью седла 2. В корпусе 1 размещен также затвор 5, установленный с возможностью взаимодействия с седлом 2 своим уплотнителем 6. На корпусе 1 установлен электромагнит 7 с якорем 8, расположенным соосно затвору 5. В якоре 8 выполнено отверстие 9, а котором размещены возвратная пружина 10, установленная в зазоре 1 между центральной частью магнитопровода электромагнита 7 и якорем 8. а также шток 11, имеющий выступ 12, по обе стороны которого установлены аккумулирующие пружины 13 и 14. На торцовой поверхности якоря 8, обращенной к затвору 5, закреплена своими стенками полая втулка 15, выполненная, например, в виде стакана. Днище втулки 15 имеет выступ 16, с центральным отверстием 17, через которое пропущен шток 11. Затвор 5 может иметь осесимметричный выступ 18 с центральным отверстием 19, в котором с зазором относительно стенок выступа 18 размещено седло 2. В варианте выполнения электромагнитного клапана, представленного на фиг. 2. через центральное отверстие 17 выступа 16 втулки 15 проходит седло 2, а затвор 5 размещен в якоре 8. Кроме того, шток 11 охвачен возвратной пружиной 10 и одной аккумулирующей пружиной 20. При этом высота "а" седла 2 превышает сумму размеров толщины днища втулки 15 вместе с высотой выступа 16 и хода аккумулирующей пружины 20, равного начальной высоте зазора между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями затвора 5 я выступа 16 втулки 15 при закрытом положении затвора 5. Предлагаемый магнитный клапан работает следующим образом. При подаче напряжения на катушк у электромагнита 7 (фиг. 1, 2) якорь 8 месте с втулкой 15 перемещается к стопу и отжимает возвратную и аккумулирующую пр ужины 10,14 (фиг. 1), при этом усилие сжатой аккумулирующей пружины 13 суммируется с усилием якоря 8. Воздушный зазор между якорем 8 и центральной частью магнитопровода электромагнита 7 уменьшается и усилие электромагнита 7 возрастает. Разность между усилием на якоре 8 и разностью усилий пружин 10, 13, 14 используется для накопления кинетической энергии якоря 8. Когда якорь 8 проходит расстояние h2 выпуклые поверхности выступа 16 втулки 15 и выступа 12 штока 11 соприкасаются с ударом и кинетическая энергия якоря 8 передается через выступ 12 и шток 11 затвору 5. В этот момент на затвор 5 действует сумма двух сил - от сжатой аккумулирующей пружины 13 и от удара. Для то го, чтобы произошел удар, выступ 12 штока 11 имеет наружный диаметр ,аз больший, чем внутренний диаметр 04 центрального отверстия 17 выступа 16 втулки 16. При этом для накопления достаточной для удара энергии выдерживаются соотношения h2 = (0,10 - 0,95)h1 и h1 ³ 0,25 d2 , где h1 - ход якоря 8 электромагнита 7, h2 рабочий ход аккумулирующей пружины 14, равный начальной высоте зазора между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями выступа 12 штока 11 и выступа 16 втулки 15. При меньшем ходе якоря 8 площадь проходного сечения, открываемого при включении электромагнита 7, будет меньше площади поперечного сечения седла 2. При h2 > 10h1 наличие аккумулирующей пружины 14 не имеет смысла, так как при слишком малой ее деформации в ней и якоре 8 не может накопиться достаточной кинетической энергии. При h2 > 0,95h1 нет возможности передать затвору 5 кинетическую энергию, накопленную якорем 8. Кинетическая энергия якоря 8 и потенциальная энергия аккумулирующей пружины 14 расходуются затем на необходимую для перемещения затвора 5 работу, которая тем меньше, чем круче падает гидравлическая характеристика затвора 5 по мере его удаления от седла 2. Для обеспечения достаточной крутизны гидравлической характеристики выдерживается соотношение между наружным диаметром затвора 5 и внутренним диаметром седла 2 в виде d1 ³ 1,35 d2 . При таком соотношении, определенном экспериментально, обеспечивается почти вертикальное расположение силовой гидравлической характеристики. В конце открытия пружина 14 распрямляется, восстанавливает зазор и подтягивает затвор 5 к якорю 8, обеспечивая зазор между якорем 8 и седлом 2. Обратный ход происходит после снятия напряжения с катушки электромагнита 7. При этом затвор 5 и якорь 8 возвращаются в исходное положение под воздействием возвратной пружины 10 якоря 8 и собственного веса подвижных деталей. При размещении затвора 5 (фиг. 2) в якоре 8, когда якорь 8 проходит расстояние п2. происходит взаимодействие обращенных друг к др угу поверхностей затвора 5 и выступа 16 втулки 15. Дополнительное улучшение характеристик клапана в момент срыва затвора 5 (фиг. 1, 2) вокруг наружной поверхности седла 2 образован кольцевой канал либо с помощью выступа 18 (фиг. 1) затвора 5, направленного в сторону седла 2, либо с помощью выступа 16 (фиг. 2), выполненного в днище втулки 15. Поток жидкости или газа после движения по кольцевому каналу при прохождении через седло 2 изменяет свое направление почти на 180°, что приводит к увеличению силы воз действия потока на затворе 5 для его открытия. Электромагнитный клапан, выполненный согласно изобретению, позволяет при неизменных мощности, массе и габаритах электромагнита 7 и неизменном диаметре d2 седла 2 повысить рабочее давление в 15-30 раз или, если это необходимо, сохранить значение давления рабочей среды, но значительно улучшить энергетические, массовые и габаритные характеристики клапана. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет значительно уменьшить потребляемую мощность, массу и габариты электромагнита 7, расширить область применения, диапазон рабочих давлений, диаметров трубопроводов и температур рабочей и окружающей среды, повысить коэффициент запаса по усилиям, определяемый как отношение суммарных активных сил, действующи х на затвор 5 при открытии клапана, к гидравлическим силам, прижимающих затвор 5 к седлу 2, и уменьшить массу подвижных деталей, тем самым повысить надежность электромагнитного клапана. Настоящее изобретение может быть с успехом использовано в качестве перекрывающих клапанов во всех областях промышленности и в машиностроении.