Електромагнітний клапан

1 Електромагнітний клапан, що складається з корпусу з розміщеним в ньому запірним органом, жорстко зв'язаним з демпферним пристроєм, пружини зворотної дії, електромагнітного приводу, електромагнітного клапана керування, який відрізняється тим, що він оснащений буферною пружиною, встановленою між якорем і запірним органом, датчиком положення і позиционером у вигляді електронного блока, демпферний пристрій виконаний мембранним, складається з двох незалежних камер, кожна з яких утворюється своєю мембраною, а в перетічному каналі демпферного пристрою виконані принаймні дві дюзи і два клапани зворотної дії 2 Електромагнітний клапан за п 1, який відрізняється тим, що дюзи мають різні перерізи каналу Винахід відноситься до трубопровідної арматури Електромагнітні клапани відносяться до запірної арматури і забезпечують дискретне відкриття прохідного отвору для робочого середовища або перекривають його Проміжних положень запірного органу в електромагнітних клапанах в більшості випадків немає Електромагнітні клапани отримали велике розповсюдження завдяки своїй простоті і високій надійності, а також невеликим витратам під час експлуатації Одначе, для керування потоками газу та рідини потрібно, щоб клапан не повністю відкривався, а частково Для цього використовуються регулюючі клапани з пневматичними, гідравлічними і електромоторними приводами Основними їх недоліками є складність конструкції і засобів керування ними, а також висока ціна та значні експлуатаційні витрати осердя розташоване в середині обмотки індуктивного датчика переміщення, який видає електричний сигнал позицюнеру про положення запірного органа, Сила дії пружини направлена вниз і притискує запірний орган до сідла, розташованого в корпусі Сила електромагніту направлена угору, коли струм проходить по обмотці піднімає якір з запірним органом угору на задану висоту Клапан побудований на принципі зрівноваження сили притягання якоря до стопу еле кто ром а гніту і сили стиснення пружини В клапані встановлена пружина зворотної дії великої жорсткості Це значить, що зусилля її на початку зжаття на багато разів менше від зусилля зжаття в КІНЦІ, тобто, в найвищій точці підйому запірного органу з якорем В клапані застосований електромагніт з електромеханічною характеристикою меншої жорсткості, ніж жорсткість зворотної пружини Відомий електромагнітний регулюючий клапан фірми Target Rock Corporation , який прийнятий в якості аналога Клапан складається з корпусу запірного органа, пружини зворотної дії, електромагніту в якому розташований якір? який жорстко зв'язаний з запірним органом, На верхньому торці якоря установлений шток з магнітом та феритовим осердям Магніт взаємодіє з магнітокерованими контактами у які служать кінцевими вимикачами Феритове Якщо в обмотку електромагніту через позицюнер пропустити струм, то електромагніт підніме якір і запірний орган на певну величину і зупиниться, при цьому забезпечиться часткове відкриття проходу клапану Змінивши величину струму в ту чи іншу сторону, можна міняти степінь відкриття проходу отвору клапану та вести поступове (повільне) регулювання потоку робочого середовища через клапан Для більш точного регулювання використову О ю о 49075 ється датчик положення якоря і позицюнер На вхід позицюнера подається керуючий струм, позицюнер підсилює його і подає в обмотку електромагніту Електромагніт забезпечує підйом якоря разом з осердям датчика положення Коли осердя досягає такого положення, що струм датчика стане рівним керуючому струму, зростання струму через обмотку припиняється і осердя, якір та запірний орган клапана утримуються на досягнутій відстані запірного органа від сідла Незначне зміщення осердя датчика положення вниз викликає збільшення величини струму в обмотці, і якір повертає всю систему назад в задане положення, і навпаки Клапану притаманні всі позитивні якості електромагнітних клапанів, але поряд з ними у нього є наступні недоліки значне енергоспоживання (енерговитрачення) із-за того, що обмотка електромагніту повинна знаходитись весь час під струмом, а потужність електромагніту складає до 0,5кВт Ця потужність в основному перетворюється в тепло, для відводу якого в навколишнє середовище необхідно застосовувати електромагніти значних розмірів В зв'язку з тим, що сила притягання електромагніту та пружини знаходиться в рівновазі, то незначні коливання турбулентного потоку можуть сильно розхитувати запірний орган і призвести до автоколивань системи, в якій клапан здійснює регулювання Виникнення автоколивань - є одним з основних недоліків електромагнітних клапанів в режимі регулювання Відомий електромагнітний клапан за пат РФ № 2094685, що здійснює функцію регулюючого клапана, який є прототипом Клапан складається з корпусу з виконаним в ньому сідлом та розташованим в ньому запірним органом та електромагнітного привода Електромагнітний привод керує пілотним клапаном, котрий здійснює в свою чергу керування головним клапаном Головний клапан жорстко з'єднаний за допомогою штока з поршнем, котрий розташований в демпферному циліндрі Поршень ділить демпферний циліндр на дві порожнини, між порожнинами створений перетічний канал Обидві порожнини наповнені рідиною Всередині перетічного каналу розташований автономний перекривний орган, котрий складається з сідла та перекривного елемента, котрий керується індивідуальним електромагнітним приводом від імпульсного генератора Клапан відкривається силою тиску по команді пілотного клапана, а рідина, що заповнює верхню порожнину демпферного циліндра, заважає переміщенню поршня і сповільнює рух запірного органу Імпульсний генератор за потребою закриває чи відкриває на деякий час перекривний орган регулюючи швидкість руху запірного органу і навіть зупиняючи рух поршня і запірного органа На поршень під час руху чи зупинки діє сила, котра стискає рідину, котра не змінює свого об'єму і тому поршень не може зрушитись з місця, коли перетічний канал закритий Стиснена рідина може витікати через ущільнення, змінюючи свій об'єм в циліндрі та положення поршня Клапану притаманні такі недоліки Тертя штока та поршня в місцях ущільнення збільшує похибки регулювання, а витікання рідини по рухомих ущільнюваннях в демпферному циліндрі призводить до зменшення об'єму рідини та зміни положення запірного органа В основу винаходу поставлена задача розробити конструкцію електромагнітного клапану з покращеними технічними характеристиками шляхом вдосконалення та оптимізацм конструкції приводного пристрою, створення жорсткого, який фіксував би в будь-якому положенні запірний орган, демпферного пристрою, і забезпечення передачі енергії електромагніту стисненій пружині, і витрачення набутої енергії пружини в напрямку ходу запірного органу на переміщення запірного органу клапану Поставлена задача та технічний результат досягається тим, що електромагнітний клапан, який складається з корпусу, запірного органу, жорстко зв'язаного з демпферним пристроєм, пружини зворотної дії, електромагнітного привода, електромагнітного клапана управління, згідно винаходу оснащений буферною пружиною, установленою між якорем і запірним органом, датчиком положення і позицюнером у вигляді електронного блока, демпферний пристрій виконаний мембранним, складається з двох незалежних камер, кожна з яких утворюється своєю мембраною, а в переточному каналі демпферного пристрою виконані по меншій мірі дві дюзи і два клапани зворотної дії Крім того, в переточному каналі встановлені дві дюзи різних перетинів каналу СПІЛЬНІ З прототипом суттєві ознаки Корпус, запірний орган, жорстко зв'язаний з демпферним пристроєм, пружина, електромагнітний привід, електромагнітний клапан управління Суттєві ознаки, які відрізняють електромагнітний клапан, що заявляється, забезпечують отримання технічного результату, такі - встановлена між запірним органом і якорем електромагнітного приводу буферна пружина, яка стискається під час робочого ходу електромагнітного проводу і тим самим забезпечується накопичення енергії, що використовується в наступному під час відкриття клапана, - жорстко зв'язаний з запірним органом двокамерний мембранний демпферний пристрій, який фіксує запірний орган на будь-якій відстані від сідла та зумовлює швидкість переміщення запірного органу, - в переточному каналі демпферного пристрою встановлені дві дюзи різних перетинів і два зворотних клапани, які пропускають в протилежні сторони з різними швидкостями речовину демпферного пристрою і які задають різні швидкості закриття і відкриття клапану Вказані суттєві ознаки, що відрізняють, забезпечують наступний результат Для відкриття клапану використовується електромагніт в наступному режимі на обмотку подається імпульс струму на протязі 0,5-1 сек, а коли якір піднімається до стопу, то величина струму зменшується в 8-10 разів Цією ДІЄЮ електромагнітний привод переводиться, в так званий "ощадливий режим" і завдяки цьому електромагніт не гріється від струму, що проходить через обмотку Струм утримання достатній, щоб утримувати якір біля стопу, а буферну 49075 пружину - в стисненому стані Таким чином, запропонованим технічним рішенням досягнуто зменшення в багато разів розмірів обмотки та самого електромагніту Після зупинки якоре пружина, розтискуючись, піднімає запірний орган з заданою швидкістю до тих пір, поки їй дозволить демпферний пристрій Швидкість руху визначиться величиною перетину каналу, що з'єднує камери демпферного пристрою Застосування демпферного пристрою дозволяє з малою швидкістю рухати запірний орган, не створюючи різких збуджень в пневмота гідросистемах, а також, жорстко зафіксувати запірний орган на заданій висоті, тому що речовина в замкненому об'ємі камери не стискається і поводить себе як тверде тіло Електромагнітний клапан, який встановлений на каналі, що з'єднує камери демпферного пристрою, забезпечує зупинку або пуск в рух запірний орган під час здійснення регулювання Дюзи, що встановлені в каналі демпферного пристрою, дозволяють повільно з заданими швидкостями закривати і відкривати клапан не викликаючи пдроударів На фіг 1 показаний електромагнітний клапан, що заявляється, який складається з корпусу 1, запірного органе 2, зворотної пружини 3, електромагнітного приводу 4, демпферного пристрою 5, датчика положення 6, позицюнера 7 і регулюючого електромагнітного клапана 8 Електромагнітний привод 4 складається з обмотки 9, стопу 10 і якоря 11, який може під дією сил магнітного притягання підніматися вгору до стопу 10, стискуючи буферну пружину 12 Буферна пружина 12 своїм верхнім кінцем упирається в тарілку 13 мембрани 14 нижньої камери 15 демпферного пристрою Мембрани 14 і 16 жорстко закріплені на штоці 17, який в центрі має осьовий отвір 18, що з'єднує між собою порожнини, надмембранну 19 і підмембранну 20 клапану, і забезпечує урівнювання тиску робочого тіла між порожнинами 19 і 20 Які р 11 затиснений між буферною пружиною 12 і буртом 21 штоку 17 таким чином, що ні пружина 12, ні якір 11 не проявляють ніякої дії на елементи, що їх оточують Рухома система, яка складається з штоку 17, запірного органу 2, якоря 11, пружини 12, мембран 14 і 16 та осердя 22 індуктивного датчика положення 6, утримується в нижньому положенні тільки зворотною пружиною 3, перекриваючи прохідний отвір клапану вленому МІСЦІ положення мембран та штоку 17, в зв'язку з тим, що речовина не стискається (практично не стискається) Електромагнітний клапан працює таким чином Робоче середовище надходить в корпус як вказує стрілка А, а запірний орган 2 не пропускає робочого середовища в боковий патрубок, тому що притиснений пружиною З Для відкриття проходу клапану, наприклад, на 30%, в позицюнер 7 подається керуючий струм Ік = 0,3 Іном, позицюнер 7 вмикає струм Іс рівний номінальному значенню, в електромагнітний привід 4, і струм Ір, котрий рівний номінальному значенню в регулюючий клапан 8 На протязі, приміром , 0,1 секунди якір 11 піднімається до магнітопроводу 10 і піднімає нижній кінець пружини 12, стискуючи и на весь можливий для неї хід Після цього позиціонер 7 зменшує струм Іс в електромагнітному приводі 4 в десятки разів, до величини достатньої тільки для утримання якора 11 біля стопу 10 і утримання буферної пружини 12 у стисненому стані Одночасно регулюючий клапан 8 відкриває перетічний канал 24 Верхній кінець буферної пружини 12 починає піднімати угору шток 17 з запірним органом 2, витискаючи з заданою швидкістю речовину з камери 15 в камеру 23 Коли осердя 22 датчика положення 6 підніметься на 30% свого ходу і його сигнал Ізз стане рівним керуючому сигналу Ік, позицюнер виключить струм Ір в регулюючому клапані 8, котрий закриє канал 24 Мембрана 16 утворює верхню камеру 23, а мембрана 14 - нижню камеру 15 демпферного пристрою 5 Обидві камери 23, 15 з'єднані між собою перетічним каналом 24 і наповнені рідиною, наприклад, індустріальним маслом Крім того в каналі 24 встановлені дюзи 25 і 26 з різними отворами, а також зворотні клапани 27 і 28, котрі перепускають рідину в різні напрямки через канал 24 Якщо перетічний канал 24 відкритий, то масло може вільно перетікати з однієї камери в другу без перешкод для руху мембран 14 і 16 разом зі штоком 17 і запірним органом 2 Якщо перетічний канал 24 перекрити керуючим клапаном 8, то речовина не буде перетікати з камери, об'єм якої буде зменшуватись внаслідок руху штоку 17, і тим самим, змінювати свій об'єм, чим зафіксує у встано Якщо необхідно прикрити прохід електромагнітного клапана, наприклад, до величини десятипроцентного відкриття, то подається управляючий струм 0,1 Ік За такої умови (Ізз>Ік) позицюнер 7 видає команду електромагнітному приводу 4 вимкнутись, а регулюючому клапану - включитись Якрір 11 під дією пружини 12 опускається на бурт 21 і пружина 12 припиняє дію Під дією пружини З запірний орган 2 і шток 17 рухаються вниз, тому що речовина може перетікати з верхньої камери 23 в нижню 15 Коли струм датчика положення І33 стане рівним 0,1 Ік, то регулюючий клапан 8 перекриває канал 24 і рух штока 17, і запірного органу 2 припиняється, тому що речовина в камері 23 не може стискатись Регулюючий клапан 8 відкриває весь Канал 24 закривається, припиняється перетікання речовини з нижньої камери в верхню і, завдяки нестисливості речовини в камері 15, шток 17 і запірний орган 2 зупиняються на заданій струмом висоті, і пружина 12 утримує шток 17 і запірний орган 2 на цій висоті, а через клапан потік робочого середовища буде обмежений заданим частковим відкриттям проходу Якщо при незмінному керуючому струмі Ік змінюється сила дії робочого середовища на запірний орган, наприклад, зменшиться, то запірний орган 2 і осердя 22 перемістяться вниз і Ізз стане менш Ік За такої умови позицюнер 7 видасть сигнал регулюючому клапану 8 на відкриття, пружина 12 підніме шток і запірний орган 2 до такого рівня, коли І33 = Ік За такої умови регулюючий клапан перекриває з'єднувальний канал 24 і шток з запірним органом 2 зупиняється Якщо подається струм Ік рівний, наприклад, відкриттю клапана на 50%, то процесе переміщення пройде, як описано раніш 49075 канал 24, якщо струм 1К сильно відрізняється від І33 і частково - якщо Ік близько до значення І33 Це дозволяє керувати потоком робочого середовища без перерегулювання Якщо в системі регулювання потоком робочого середовища можливе перерегулювання, то в заявленому електромагнітному клапані замість регулюючого клапану 8 встановлюється електромагнітний клапан, який дискретно управляє перетіканням речовини з камери в камеру Процес регулювання провадиться таким же чином, як описано вище, тільки зупинка руху запірного органу 2 здійснюється по-різному Багато технологічних процесів, що зв'язані з подачею газу або речовини, потребують, наприклад, невеликої швидкості відкриття клапану і велику швидкість -закриття, або навпаки Наприклад, під час запуску котлів небохідно помалу збільшувати подачу газу в пальник до повного загорання факелу А під час аварійних випадків необхідно швидко ВІДСІКТИ подачу газу Для такого випадку в перетічному каналі встановлюється зворотний клапан, який не пропускає речовини з нижньої камери в верхнкм дюза, яка 8 забезпечує помірне перетікання речовини з нижньої камери в верхню Електромагнітний клапан працює в режимі запірного клапана, тому позицюнер не застосовується Для відкриття клапану в обмотку електромагніту 4 подається форсуючий струм і після переміщення якоря 11 вгору до упору в магнітопровід 10 струм зменшується до величини струму утримання Якір здійснив механічну роботу на стискання буферної пружини 12 і пружина 12 починає здійснювати роботу переміщення запірного органу 2 та витискання речовини з нижньої камери в верхню через дюзу Діаметр дюзи визначає швидкість підйому запірного органу, який повільно піднімається до упору Для закриття клапану вимикається струм утримання, якір 11 відпускає пружину 12, а пружина 3 через відкритий зворотній клапан швидко витісняє речовину з верхньої камери в нижню і закриває прохід клапану Якщо необхідно закривати клапан також повільно, але зі швидкістю ВІДМІННОЮ ВІД ШВИДКОСТІ відкриття, то встановлюється друга дюза і зворотний клапан, останній забезпечить пропуск речовини з верхньої камери в нижню через другу дюзу 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