Електроклапан

1 Електроклапан, який має корпус з вхідною та вихідною порожнинами, електромагніт з підпружиненим стопом, сідло, основний запірний орган, виконаний у вигляді поршня з установленими у ньому підпружиненими якорем та управляючим клапаном, який відрізняється тим, що сідло виконане у вигляді трубки Вентурі, а основний запірний орган має насадок, що входить у критичну частину трубки і має довжину, що дорівнює сумі довжини конфузорної частини трубки Вентурі та величини ходу основного запірного органа 2 Електроклапан по п 1, який відрізняється тим, що сідло, яке виконане у вигляді трубки Вентурі, у конфузорній частині має скруглення вхідної кромки, радіус якого дорівнює радіусу поперечного критичного перерізу, а на периферії цього скруглення виконаний виступ, на який сідає ущільнювач основного запірного органа, причому довжина критичної частини трубки дорівнює ходу основного запірного органа, дифузорна частина виконана у вигляді конуса з малим кутом конусності, наприклад 10°, і діаметром на виході, рівним діаметру на вході О Винахід відноситься до малогабаритної швидкодіючої високонапорної пневмопдроавтоматики ракетних двигунів, ракет та космічних апаратів І може бути використаний для дистанційного відкриття та закриття магістралей у інших галузях техніки 1 ВІДОМІ електроклапан И З підсиленням по А С СРСР № 832214 F 16 К 31/02 1979 р, та по А С СРСР № 1010379 F 16 К 31/02 1983 р, які складаються із корпуса, електромагніта, сідла, основного запірного органу з завантажувальним та розвантажувальним каналами і сідлом, у якому рухається підпружинений регулюючий запірний орган-якір При відкритті електроклапана регулюючий запірний орган-якір відкриває розвантажувальний отвір, тиск робочого тіла у регулюючій порожнині зменшується і під дією різниці тиску на вході в електроклапан І у управляючій порожнині основний запірний орган відходить від сідла, з'єднуючи вхід електроклапана з виходом У відкритому становищі він утримується перепадом тиску між названими порожнинами, при цьому тиск у управляючій порожнині завжди більший ніж на виході електроклапана, тобто не вся різниця тиску між входом і виходом електроклапана може бути використана для утримання запірного органу у відкритому становищі, що потребує збільшення перепаду тиску робочого тіла на основному запірному органі Це обумовлює недолік такого клапана потрібен значний гідравлічний опір 2 Відомий електромагнітний клапан з пдропневмопідсиленням по А С СРСР № 892096 F 16 К 31/02 1980 р, який має основні риси електроклапана, приведеного у п 1, але в якому остання частина ходу основного запірного органу і удержання його у відкритому становищі діється за рахунок сили електромагніту Таке рішення ускладнює конструкцію електроклапана, зменшує його надійність і прийнятне для електроклапанів з незначним рівнем тиску робочого тіла 3 Відомий електроклапан прямої дм по А С СРСР № 853272 F 16 К 31/02 1979 р, який має корпус, електромагніт, підпружинений якір у вигляді порожнистого циліндру з верхнім глухим дном та нижнім кільцевим виступом, запірний орган, встановлений у цьому циліндрі і притиснутий додатковою пружиною до його дна При відкритті 00 48272 електроклапана якір спочатку перемішується сам, а запірний орган залишається у початковому положенні, пружина при цьому додатково стискається При досягненні силою пружини величини, більшої ніж сила, з якою запірний орган притискується до сідла тиском робочого тіла на не роз вантаже ну площу запірного органу, запірний орган у відходить від сідла на хід, який пройшов якір Конструкцію такого запірного органу можливо пристосувати і у електроклапан з підсиленням, але такому рішенні притаманні такі недоліки ускладнення конструкції, неможливість отримати електроклапани з малим часом відкриття та закриття, збільшення габаритів та ваги, збільшення гідравлічного опору у зв'язку з ускладненням шляху потоку робочого тіла, мала надійність при дії значних вібраційних та ударних навантажень 4 Відомий електроклапан з пневмопдропідсиленням фірми «Marquardt» (США), що приведений у статті "56 Двигатели реактивной системы управления космического самолета фирмы «Marquardt» для Space Shuttle Академия наук СССР, ВИНИТИ Экспресс-инфомация Астронавтика и ракетодинамика №20 1980 г Москва", який складається із корпуса електромагніта, сідла, підпружиненого основного запірного органу у вигляді поршня, у якому рухається регулюючий запірний орган, зв'язаний з підпружиненим якорем Якір та основний запірний орган підвішені на гнучких мембранах У поршні виконані два канали з сідлами розвантажувальний та завантажувальний Управляючий запірний орган має два ущільнюючих торця, які по черзі перекривають один з каналів поршня При відкритті електроклапана регулюючий запірний орган перекриває завантажувальний отвір і відкриває розвантажувальний, тиск робочого тіла у регулюючій порожнині зменшується до величини тиску на виході і під дією різниці тиску основний запірний орган відходить від свого сідла і з'єднує вхід електроклапана з виходом У відкритому становищі основний запірний орган утримується перепадом тиску робочого тіла між названими порожнинами При цьому після закриття подачі робочого тіла до управляючої порожнини у ній тиск становиться рівним тиску за запірним органом, а не більшим, як у аналогах, що приведені у п п 1 - 2 - 4, і у яких використовується для утримання основного запірного органу у відкритому становищі частина (як правило - половина) перепаду тиску на електроклапані Це зменшує недолік електроклапана, але все ж потрібно мати небажаний суттєвий гідравлічний опір на основному запірному органі (і електроклапані) Цей електроклапан прийнятий за прототип 5 Основою винаходу є забезпечення надійного утримання основного запірного органу у відкритому становищі при зменшеному перепаду тиску на електроклапані, збільшення швидкодії електроклапана, зменшення розкиду часу його закриття та відкриття Вказана задача вирішується тим, що у електроклапані з основними рисами прототипу сідло основного запірного органу виконано у вигляді трубки Вентурі, а сам основний запірний орган має насадок, який входить у це сідло і має довжину, не меншу суми довжини конфузорної частини трубки Вентурі і ходу основного запірного органу У рішенні, що заявляється, необхідно виділити наступні суттєві ознаки Сідло виконане у вигляді трубки Вентурі, при чому конфузорна частина його має скруглення вхідної кромки, радіус якого дорівнює радіусу поперечного критичного перерізу, а на периферії цього скруглення виконаний незначної висоти виступ, на який сідає ущільнювач основного запірного органу, діаметр критичної частини трубки вибирається таким, щоб забезпечити приріст швидкості потоку і, ВІДПОВІДНО, зменшити статичний тиск робочого тіла у цьому МІСЦІ для збільшення перепаду, який можливо використовувати для утримання запірного органу у відкритому становищі без суттєвого збільшення пдроопору, довжина критичної частини дорівнює ходу основного запірного органу, дифузорна частина виконана у вигляді конуса з кутом 10° на сторону і діаметром на виході, рівним діаметру на вході у електроклапан Основний запірний орган має насадок для з'єднання управляючої порожнини з порожниною критичної частини сідла, де швидкість потоку максимальна, причому насадок виконано такої довжини, що його зріз як на початку, так і у КІНЦІ руху при відчиненні основного запірного органу знаходиться у критичній частині сідла - горловині трубки Вентурі Проаналізуємо ці ознаки У винаході, що пропонується, та у схемі дифузорного клапана, описаній у книзі "М Е Дейч, А Б Зарянкин Гидрогазодинамика Москва Энергоатомиздат 1984г" на стор 289 - 291, сідло має вигляд трубки Вентурі, що дозволяє зменшити пдроопір Однак, авторам винаходу невідомий електроклапан з підсиленням, у якому управляюча порожнина його була б сполучена через насадок запірного органу з тою частиною порожнини на виході, де тиск робочого тіла мінімальний, що має місце у критичному перерізі трубки Вентурі і що дозволяє мати збільшений перепад тиску робочого тіла, який утримує основний запірний орган у відкритому становищі при незначному загальному перепаду тиску робочого тіла на електроклапані Також покращуються динамічні характеристики електроклапана, стабілізується час відкриття та закриття його за рахунок збільшення корисної сили у сумі усіх діючих сил, у тому числі і сил тертя, що впливають на час і на розкид часу спрацювання і надійність електроклапана Виконання трубки Вентурі з параметрами, приведеними вище, стабілізує потік робочого тіла на виході електроклапана, що збільшує сталість роботи електроклапана і зменшує розкид часу спрацювання електроклапана Суттєво, що ці властивості не співпадають з властивостями, які являються ВІДМІННИМИ ознаками у приведених вище аналогах та прототипі Авторам також не відоме інше технічне рішення, де насадок основного запірного органу був би виконаний такої довжини, що його зріз при відкритті електроклапана завжди знаходився б у горловині трубки Вентурі Відзначимо, що цю ознаку неможливо рахувати несуттєвою, оскільки з точки зору задачі вина 48272 ходу отримання означеного ефекту можливе саме у випадку виконання насадка описаної вище довжини Таким чином, названі ознаки відповідають критерію винахідницького рівня 6 Для пояснення конструкції і роботи електроклапана, що пропонується, додається креслення, на якому приведений поздовжній його переріз (фіг 1) та виносний елемент з зображенням насадка запірного органа і критичної та конфузорної частин сідла (фіг 2) Електроклапан має корпус 1 з вхідною 2 та вихідною 3 порожнинами, електромагніт 4, стоп 5, поршень 6, якір 7, сідло 8, основний запірний орган 9 з насадком 9 1, манжетне ущільнення 10 До сідла 8 основний запірний орган 9 притиснутий пружиною 11, що діє через штифти 12 Якір 7 зв'язаний нерухомо з управляючим клапаном 13, що притиснутий до торця основного запірного органа 9 пружиною 14 Довжина насадка 9 1 основного запірного органа 9 дорівнює сумі довжини конфузорної частини сопла 8 та величини хода основного запірного органа (довжини критичної частини 21 сідла) Функціонує електроклапан слідуючим чином При заповненні магістралі робоче тіло з вхідної порожнини 2 через канали 15, 16, 17 надходить в управляючу порожнину 18 Проникненню його до вихідної порожнини 3 перешкоджають управляючий клапан 13 і основний запірний орган 9, які зусиллями пружин 11, 14 та від тиску робочого тіла притиснуті до ВІДПОВІДНИХ сідел При подачі напруги на клеми електромагніта 4 якір 7 притягується до стопа 5, а зв'язаний з ним управляючий клапан 13 - до сідла поршня 6, перекриває завантажувальний канал 16 і відкриває розвантажувальний канал 20 Тиск у управляючій порожнині 18 зменшується і основний запірний орган 9 відходить від сідла 8 Електроклапан відкривається У відкритому становищі торець насадка 9 1 основного запірного органа 9 знаходиться у критичній частині 21 сідла 8, що забезпечує максимальний перепад між вхідною порожниною 2 та управляючою порожниною 18, де тиск мінімальний Це дозволяє при мінімальному перепаді на електроклапані мати максимальну силу на основному запорному органі 9 для його надійного удержання у відкритому стані При вимиканні напруги якір 7 відходить від стопа 5 під дією сили пружини 11 і сили від перепаду тиску робочого тіла у ВХІДНІЙ 2 і у управляючій 18 порожнинах, що діє на зв'язаний з якорем управляючий клапан 13, останній відходить від посадкового місця каналу 16, сідає на посадкове місце основного запірного органа 9 і перекриває розвантажувальний канал 20 Тиск в управляючій порожнині 18 збільшується до тиску у ВХІДНІЙ порожнині 2 і основний запірний орган 9 під дією сили пружини 11 та сили від дії перепаду тиску ро бочого тіла у ВХІДНІЙ та ВИХІДНІЙ порожнинах притискається до сідла 8 Електроклапан закрито У відомих електроклапанах для надійного утримання основного запірного органу у відкритому становищі використовується перепад (або його частина) тиску на ньому (запірному органі), який у основному виникає при дроселюванні потоку у зазорі між основним запірним органом та сідлом, і для пневмопдросистеми є небажаним У пропонуємому ж електроклапані використовується інший перепад тиску, а саме, перепад тиску між порожниною перед запірним органом і порожниною критичної частини запірного органу, де тиск робочого тіла значно менший, ніж тиск на виході електроклапана, за рахунок збільшеної швидкості потока робочого тіла, що забезпечується конфузорною частиною сідла, яка потім знову плавно зменшується у дифузорі до початкової величини У зв'язку з тим, що потік проходить через перерізи, що повільно зменшуються і потім повільно збільшуються, суттєвої трати напору робочого тіла не має і пдроопір електроклапана суттєво не збільшується Потрібний значний перепад тиску робочого тіла досягається за рахунок місцевого тимчасового пониження тиску у критичній частині сідла, з яким і сполучається управляюча порожнина за допомогою насадка потрібної довжини Після виходу з сідла швидкість потоку і тиск відновлюються Швидкодія пропонуємого клапана збільшується за рахунок зменшення як часу його відкриття, так і закриття При відкритті час руху основного запірного органа головним чином визначається часом спорожнення управляючої порожнини У пропонуємому пристрої за рахунок того, що витікання проходить у горловину трубки Вентурі, де тиск знижено, миттєвий розхід з управляючої порожнини більший, ніж у прототипі та у інших відомих електроклапанах Отже, час відкриття пропонуємого електроклапана менший ніж у порівнюваних Час закриття головним чином визначається як швидкістю заповнення управляючої порожнини, що не суттєво зменшується, так і силою основної пружини, яку у електроклапані, що заявляється, можливо збільшити до величини, що забезпечує потрібний зменшений час закриття електроклапана без збільшення його пдроопору У відомих електроклапанах збільшення сили пружини приводить до збільшення пдроопору електроклапана, що є не бажаним 7 Запропонований винахід перевірено у електроклапанах у ДКБ «Південне», результати перевірок позитивні І задовольняють поставленій задачі Конструкція електроклапана дозволяє зменшити пдроопір електроклапана без збільшення його вага та габаритів, підвищити швидкодію та зменшити розкид часу спрацювання, збільшити його надійність 48272 ВИНОСНИЙ еленент А ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71