Електрогідроклапан

Електрогідроклапан, що містить корпус із вхідним, вихідним і дренажним штуцерами, вхідну та керуючу порожнини, основний клапан, робочу пружину, нейтральний електромагніт, рухливу втулку магнітопроводу, рухливий якір з допоміжним клапаном та поршень-золотник, ущільнений по зовнішньому діаметру, який відрізняється тим, що робоча пружина встановлена в керуючій порожнині, яка сполучена з вхідною порожниною, рухлива втулка магнітопроводу встановлена між поршнем-золотником і робочою пружиною, а вихідний штуцер корпуса виконаний у вигляді сопла Вентурі з співвідношенням діаметра критичного перерізу сопла та діаметра на виході 0,53...0,6, довжиною циліндричної ділянки критичного перерізу сопла, рівною 0,45...0,5 від діаметра критичного перерізу, та кутом розкриття конуса сопла в інтервалі 12...14°. Винахід відноситься до малогабаритної швидкодіючої високонапірної гідроавтоматики ракетних двигунів, ракет і космічних апаратів і може використовуватися для дистанційного відкриття і закриття магістралей в інших галузях техніки. Відомий електромагнітний клапан прямої дії (патент Росії №02190142, МПК7 F16K31/02, 27.09.2002p.) який містить вхід, вихід, корпус, у якому розміщені з'єднані штоком з навантаженим пружиною запірним органом циліндричний якір електромагніта, котушка електромагніта в кожусі, при цьому один кінець корпуса виконаний у вигляді труби з внутрішнім різьбленням із встановленим у ній сідлом, торцева поверхня сідла встановлена на рівні входу, інший кінець корпуса має кришку, в осьовій частині корпуса встановлений гвинтовий обмежник ходу якоря, запірний орган, взаємодіючий з конічним обмежником ходу штока з боку якоря, виконаний у вигляді кулі. У процесі спрацьовування якір під дією електромагнітних сил переміщає навантажений пружиною основний запірний орган і надійно закриває сідло, тим самим, припиняючи подачу робочого тіла. Перевагою електромагнітного клапана є висока надійність при невеликих габаритах і масі. Недоліком цього електромагнітного клапана є те, що він не здатний забезпечити високі витрати робочого тіла. Підвищення діаметра прохідного перетину, для забезпечення підвищеної витрати або збільшення тиску на вході приводить до різкого підвищення його маси, габаритів і енергоспоживання. Відомий електрогідроклапан (патент України №48272, МПК7 F16K31/02, 15.08.2002р.) який містить корпус з вхідною і вихідною порожнинами, електромагніт з підпружиненим рухливим стопом, сідло, основний запірний орган, виготовлений у вигляді поршня з встановленим у ньому підпружиненим якорем і керуючим клапаном, при цьому сідло виконане у вигляді трубки Вентурі, а основний запірний орган має насадок, що входить у критичну частину трубки. Перевагами електрогідроклапана є те, що він забезпечує працездатність у широкому діапазоні робочих тисків з витратами робочого тіла до 2кг/с, при невеликій масі, габаритах і енергоспоживанні. Недоліком цього електрогідроклапана є те, що тиск у керуючій порожнині залежить від тиску в критичному перетині сідла, що при деяких сполученнях значень вхідних тисків і витрат може привести до зростання тиску в керуючій порожнині і (19) UA (11) 89948 (13) C2 (21) a200602543 (22) 09.03.2006 (24) 25.03.2010 (46) 25.03.2010, Бюл.№ 6, 2010 р. (72) ШНЯКІН ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, КОНОХ ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ, КОТРЕХОВ БОРИС ІВАНОВИЧ, ТРОЯК АНДРІЙ БРОНІСЛАВОВИЧ, БОЙКО ВАСИЛЬ СТАНІСЛАВОВИЧ (73) ДЕРЖАВНЕ ПІДПРИЄМСТВО "КОНСТРУКТОРСЬКЕ БЮРО "ПІВДЕННЕ" ІМ. М.К.ЯНГЕЛЯ (56) RU 2190142, C2, 27.09.2002 UA 48272, C2, 15.08.2002 US 5799697, 01.09.1998 KR 20000057204, A, 15.09.2000 JP 2000266215, A, 26.09.2000 RU 2005943, 15.01.1994 SU 953337, 23.08.1982 3 викликати нестійкість основного запірного органа. Також до недоліків даного електрогідроклапана можна віднести відсутність дренажу, що звужує область його застосування. Найбільш близьким технічним рішенням до пропонованого є триходовий електроклапан з підсиленням (Прототип - див. у кн. О.И. Ратманский, И.Р. Кричкер. Арматура реактивных систем управления КЛА. М., Машиностроение, 1980. 77с.), який містить нейтральний електромагніт, корпус із вхідним, вихідним і дренажним штуцерами та порожнинами, рухливу втулку магнітопровода, рухливий якір з допоміжним клапаном, поршень-золотник, основний клапан, а також робочу пружину, пружину рухливої втулки магнітопровода і пружину рухливого якоря. Перевагами електроклапана є те, що він працездатний при підвищених витратах робочого тіла і тисках на вході, забезпечує високу швидкодію і надійність. Недоліком цього електроклапана є залежність часу відкриття від параметрів трубопроводу на виході, тобто його довжини, об'єму і гідравлічного опору, що приводить, зі збільшенням довжини й об'єму трубопроводу, до росту часу відкриття, а також погіршує стабільність часу відкриття і накладає обмеження на гідравлічну систему, у яку він установлений. Також недоліком є те, що відкриття основного клапана починається після зменшення тиску в керуючій порожнині до 0,3...0,35 від тиску на вході, що приводить до затримки початку руху основного клапана і збільшенню загального часу відкриття електроклапана. В основу запропонованого винаходу поставлена задача підвищення надійності спрацьовування електрогідроклапана, а також виключення впливу довжини й обсягу вихідного трубопроводу на час відкриття шляхом удосконалення його конструкції без збільшення ваги і габаритів. При рішенні поставленої задачі досягається такий технічний результат, як досягнення 100% імовірності спрацьовування електрогідроклапана і зменшення часу його відкриття в системі з довгими трубопроводами на виході без збільшення ваги і габаритів. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в технічному рішенні, що пропонується, а саме в електрогідроклапані, що містить корпус із вхідним, вихідним і дренажним штуцерами, вхідну та керуючу порожнини, основний клапан, робочу пружину, нейтральний електромагніт, рухливу втулку магнітопровода, рухливий якір з допоміжним клапаном та поршень-золотник ущільнений по зовнішньому діаметрі, робоча пружина встановлена в керуючій порожнині яка сполучена з вхідною порожниною, рухлива втулка магнітопровода встановлена між поршнем-золотником і робочою пружиною, а вихідний штуцер корпуса виконаний у виді сопла Вентурі з відношенням діаметра критичного перетину сопла до діаметра на виході 0,53...0,6, довжиною циліндричної ділянки критичного перетину сопла рівною 0,45...0,5 від діаметра критичного перетину, та кутом розкриття конуса сопла в інтервалі 12...14°. 89948 4 Виконання вихідного штуцера корпуса електрогідроклапана у виді сопла Вентурі з відношенням діаметра критичного перетину до діаметра на виході 0,53...0,6, довжиною циліндричної ділянки критичного перетину сопла рівною 0,45...0,5 від діаметра критичного перетину і кутом розкриття конуса сопла в інтервалі 12...14° дозволяє забезпечити наступний результат. У початковий момент відкриття до заповнення вихідної магістралі через клапан протікає велика витрата рідини, що приводить до істотного падіння тиску на вході й уповільненню його відкриття. Завдяки тому, що до заповнення вихідних магістралей сопло Вентурі працює в кавітаційному режимі, воно має підвищений гідравлічний опір, створюється підпір у вихідній порожнині, і тим самим, забезпечується надійне і більш швидке відкриття електрогідроклапана. Після заповнення вихідних магістралей і відкриття основного клапана потік у соплі Вентури стає не кавітаційним, а його гідравлічний опір зменшується. Встановлення робочої пружини в керуючій порожнині, а рухливої втулки магнітопровода між поршнем-золотником і робочою пружиною приводить до зниження тиску в керуючій порожнині, при якому починається рух основного клапана на відкриття на 85-100% менше ніж у клапані-прототипі. У результаті через більш швидке досягнення балансового тиску в керуючій порожнині час відкриття електрогідроклапана зменшується на 30%. Для пояснення принципу роботи електрогідроклапана приводяться ілюстрації, на яких показані: на Фіг.1 - схема електрогідроклапана до спрацьовування, на Фіг.2 - після спрацьовування. Електрогідроклапан складається з робочої пружини 1, нейтрального електромагніта 2, рухливої втулки магнітопровода 3, керуючої порожнини 4, пружини рухливого якоря 5, рухливого якоря 6, рухливого герметизуючого з'єднання 7, поршнязолотника 8, впускного каналу 9, пропускного каналу 10, впускного сідла 11, допоміжного клапана 12, дренажного сідла 13, основного клапана 14, вхідної порожнини 15, вхідного штуцера 16, сідла основного клапана 17, вихідного штуцера 18, вихідної порожнини 19, дренажного каналу 20, сідла дренажного клапану 21, корпуса 22, а також дренажного клапана 23, дренажної порожнини 24 і дренажного штуцера 25. На Фіг.1 стрілками показано напрямок потоку рідини до спрацьовування, а на Фіг.2 - після спрацьовування електрогідроклапана. У поршні-золотнику 8 маються впускний 9 і пропускний 10 канали, а також впускне 11 і дренажне 13 сідло. До основного клапана 14 прикріплений дренажний клапан 23. Корпус електрогідроклапана 22 має вхідний 16 і дренажний 25 штуцери, а також вихідний штуцер 18 у виді сопла Вентурі. Також корпус електрогідроклапана 22 містить сідло основного клапана 17, сідло дренажного клапана 21, вхідну 15, вихідну 19 і дренажну 24 порожнини. Керуюча порожнина 4 електрогідроклапана відділена від вхідної порожнини 15 рухливим герметизуючим з'єднанням 7. Працює електрогідроклапан у такий спосіб. У знеструмленому стані допоміжний клапан 12 зусиллям пружини рухливого якоря 5 і тиском робо 5 чого тіла притиснутий до дренажного сідла 13. Керуюча порожнина 4 з'єднана з вхідною порожниною 15 через впускний канал 9 і пропускний канал 10, тиск у ній дорівнює вхідному. Основний клапан 14 зусиллям робочої пружини 1 і тиском у вхідний 15 і керуючої 4 порожнинах притиснутий до сідла 17, вхідна порожнина 15 і вихідна порожнина 19 роз'єднані. У той же час вихідна порожнина 19 з'єднана з дренажною порожниною 24. При подачі напруги на обмотку нейтрального електромагніта 2 рухливий якір 6 притягається до рухливої втулки магнітопровода 3, при цьому, зв'язаний з рухливим якорем 6 допоміжний клапан 12 відходить від дренажного сідла 13 і сідає на впускне сідло 11, надходження робочого тіла з вхідної порожнини 15 у керуючу порожнину 4 припиняється. Керуюча порожнина 4 через пропускний канал 10 і дренажний канал 20 з'єднується з дренажною порожниною 24 і тиск у ній падає до величини, рівної тиску в дренажній порожнині 24. Під дією перепаду тисків, що з'явився, між вхідною порожниною 15 і керуючою порожниною 4 поршеньзолотник 8 з основним клапаном 14, допоміжним клапаном 12 і рухливою втулкою магнітопровода 3 переміщаються до посадки дренажного клапана 23 на сідло 21. Вхідна порожнина 15 з'єднується з вихідною 19, а вихідна 19 і дренажна 24 порожнини роз'єднуються. 89948 6 При знятті напруги з обмотки нейтрального електромагніта 2 рухливий якір 6 під дією зусилля пружини 5 відходить від рухливої втулки магнітопровода 3. Зв'язаний з рухливим якорем 6 допоміжний клапан 12 відходить від впускного сідла 11 і сідає на дренажне сідло 13 перекриваючи дренажний канал 20. Тиск у керуючій порожнині 4 стає рівним тиску у вхідній порожнині 15. Перепад тисків, що утримує основний клапан 14 у відкритому положенні, зникає і під дією зусилля від робочої пружини 1 і зусилля від перепаду тисків на дренажному 23 і основному клапані 14 останній сідає на сідло 17, а дренажний клапан 23 відходить від сідла 21. Вхідна 15 і вихідна 19 порожнини роз'єднуються, а вихідна порожнина 19 з'єднується з дренажною порожниною 24. Таким чином, завдяки тому, що робоча пружина встановлена в керуючій порожнині яка сполучена з вхідною порожниною, рухлива втулка магнітопровода встановлена між поршнем-золотником і робочою пружиною, а вихідний штуцер корпуса виконаний у виді сопла Вентурі підвищується надійність спрацьовування електрогідроклапана і зменшується час його відкриття не залежно від довжини, обсягу і гідравлічного опору вихідної магістралі, без збільшення ваги і габаритів. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 89948 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601