Импульсный клапан с электромагнитным приводом
Изобретение относится к машиностроению, а именно, к арматуростроению, и может быть использовано в различных системах для защиты оборудования от аварийного повышения давления рабочей среды. К техническим результатам, достигаемым при реализации заявленной полезной модели, можно отнести упрощение конструкции клапана, повышение его надежности, улучшение технологичности, ремонтопригодности, а также упрощение его обслуживания. Импульсный клапан с электромагнитным приводом содержи' корпус 1 с патрубками входной 2 и выходной 3. Корпус 1 имеет седло 4 и запирающую тарель 5, подпружиненную тарированной пружиной 6. Седло 4 установлено в корпусе 1 неподвижно через уплотняющую прокладку, с возможностью обеспечения последней герметичности соединения седла 4 и корпуса 1 в сторону выходной 3 магистрали клапана. Сильфонный узел 8 выполнен в виде подвижного уплотнения и имеет подвижный шток 9, пропущенный внутри сильфона 10, на котором установлена запирающая тарель 5. Гильза 11 охватывает сильфонный узел 8 и соединена с 20 корпусом 1 и с сильфонным узлом 8 через неподвижные уплотняющие прокладки 12, обеспечивающие герметичность клапана в окружающую среду. Подвижная опора 13 соединена с подвижным штоком 9 сильфонного узла 8. Направляющая 14 размещена между промежуточной втулкой 15 сильфонного узла 8 и подвижным штоком 9. Полый цилиндрический переходник 16 неподвижно соединен с корпусом 1 и имеет крышку 17. Крышка 17 имеет центральное отверстие. Регулировочный винт 18 установлен на крышке 17 в ее центральном отверстии и имеет, в свою очередь, осевое отверстие под подвижный шток 9 сильфонного узла 8. Регулировочный винт взаимодействует со стаканом 19, размещенным внутри полого цилиндрического 30 переходника 16. Тарированная пружина 6 размещена между подвижной опорой 13 и стаканом 19.
Уплотнительная поверхность седла 4 выполнена конической, а ответная ей и взаимодействующая с ней уплотнительная кромка запирающей тарели 5 выполнена прямоугольной. Конструктивные параметры сильфонного узла 8 и запирающей тарели 5 выбраны из условия обеспечения равенства эффективных площадей этих элементов. Клапан имеет электромагнитным приводом, состоящий из датчиков 20 контроля конечных положений и электромагнита 21, содержащего корпус 22, внутри которого размещены катушка 23, якорь 24, жестко соединенный со своим штоком 25. Электромагнитный привод имеет стоп 26, взаимодействующий в рабочем положении своей поверхностью с ответной ей поверхностью якоря 24. Шток 25 якоря 24 соединен с подвижным штоком 9 сильфонного узла Вис исполнительным элементом датчиков 20 контроля конечных положений.
Изобретение относится к машиностроению, а именно, к арматуростроению, и может быть использовано в различных системах для защиты оборудования от аварийного повышения давления рабочей среды.
Из существующего уровня техники известен импульсный клапан, имеющий корпус с патрубками входной и выходной магистралей подвода и отвода рабочего тела. Внутри корпуса размещено седло и запирающая тарель. Усилие поджатия и открытия запирающей тарели регулируется сложным механизмом с использованием рычажных механизмов и подвесных перемещаемых грузов (см. В.Г.Васильченко и др. "Арматура энергетическая для ТЭС и АЭС", Отраслевой каталог, М., изд. НИИ Экономики в энергетическом машиностроении, 1986 г., стр.36, 37.).
Известен также предохранительный клапан, используемый в арматуростроении для защиты пневмо- и гидросистем от повышения давления рабочей среды сверх допустимого. Клапан содержит корпус с входным и выходным патрубками, седло с запорным органом, имеющем эластичное уплотнение, и шток, состоящий из двух телескопически связанных между собой частей, между которыми установлена пружина. Часть телескопического штока выполнена ступенчатой, а ступени штока соединены между собой по резьбе. Между эластичными уплотнителями запорного органа установлена дистанционная втулка (см. Россия, патент № 2084736, МПК F 16 К 17/14, 1997 г.)
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является клапан, содержащий корпус с патрубками входной и выходной магистралей подвода и отвода рабочего тела, седло и запирающую тарель, подпружиненную тарированной пружиной. Клапан имеет втулку с каналом и седлом в ней по оси и
фиксирующим её на корпусе стержнями. Основной затвор выполнен в виде стакана, охватывающего втулку, с отверстиями в днище под фиксирующие стержни (см. Россия, патент № 2043559, МПК F 16 К 17/04, 1995 г.).
Достижению требуемого технического результата в аналогах и прототипе 5 препятствует сложность конструкции, обусловленная наличием многих дополнительных и промежуточных исполнительных и взаимодействующих между собой элементов, в конечном итоге, снижающих надёжность работы клапана и его ремонтопригодность. К недостаткам всех аналогов и прототипа можно отнести также невозможность осуществления принудительного открытия и закрытия клапана, а также, при проведении регламентных работ, отсутствие возможности проводить проверку работоспособности клапана, давления настройки и герметичности, не снимая его с трубопровода. И при отсутствии давления в системе.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание импульсного клапана, имеющего простую в эксплуатации и обслуживании конструкцию, позволяющую проводить регламентные работы и испытания, не снимая клапан с трубопровода.
К техническим результатам, достигаемым при реализации заявленной полезной модели, можно отнести упрощение конструкции клапана, повышение его надёжности, улучшение технологичности, ремонтопригодности, а также упрощение его обслуживания.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что, в импульсном клапане с электромагнитным приводом, содержащем корпус с патрубками входной и выходной магистралей подвода и отвода рабочего тела, седло и запирающую тарель, подпружиненную тарированной пружиной, согласно полезной модели, седло установлено в корпусе неподвижно на входной магистрали клапана через уплотняющую прокладку с возможностью обеспечения последней герметичности соединения седла и корпуса в сторону выходной магистрали клапана, клапан снабжён сильфонным узлом, выполненным в виде подвижного уплотнения с возможностью обеспечения герметичности клапана в окружающую среду, имеющим подвижный шток, пропущенный внутри сильфона, на котором установлена запирающая тарель, взаимодействующая свой уплотнительной кромкой
с седлом корпуса по уплотнительной поверхности седла, гильзой, охватывающей сильфонный узел, и соединённой с корпусом и с сильфонным узлом через неподвижные уплотняющие прокладки, обеспечивающие герметичность клапана в окружающую среду, подвижной опорой, соединённой с подвижным штоком сильфонного узла, направляющей, размещённой между промежуточной втулкой сильфонного узла и подвижным штоком, полым цилиндрическим переходником, неподвижно соединённым с корпусом, с крышкой, закрывающей полый цилиндрический переходник, и имеющей центральное отверстие, и регулировочным винтом, установленным на крышке полого цилиндрического переходника в её центральном отверстии, имеющим, в свою очередь, осевое отверстие под подвижный шток сильфонного узла, и взаимодействующим со стаканом, размещённым внутри полого цилиндрического переходника, причём, тарированная пружина размещена между подвижной опорой и стаканом, уплотнительная поверхность седла выполнена конической, а ответная ей и взаимодействующая с ней уплотнительная кромка запирающей тарели выполнена прямоугольной, а конструктивные параметры сильфонного узла и запирающей тарели выбраны из условия обеспечения равенства эффективных площадей этих элементов, при этом, клапан дополнительно снабжён устройством его принудительного открытия или закрытия, электромагнитным приводом, состоящим из датчиков контроля конечных положений и электромагнита, содержащего корпус, внутри которого размещены катушка, якорь, жёстко соединённый со своим штоком, и стопа, взаимодействующий в рабочем положении своей поверхностью с ответной ей поверхностью якоря, причём, шток якоря соединён с подвижным штоком сильфонного узла и с исполнительным элементом датчиков контроля конечных положений.
Импульсный клапан с электромагнитным приводом может быть снабжён фильтром, установленным на входной магистрали.
Фильтр, установленный на входной магистрали клапана, может быть выполнен сменным.
В импульсном клапане с электромагнитным приводом узел соединения подвижного штока сильфонного узла с запирающей тарелью может быть выполнен с возможностью выбора перекосов тарели при взаимодействии её с седлом в виде
осевого пальца, перпендикулярного плоскости запирающей тарели, жёстко соединённого с ней, торцевая поверхность свободного конца которою выполнена сферической, установленного с зазором в осевом углублении, выполненным с торца в подвижном штоке сильфонного узла, и взаимодействующего с осевым 5 углублением подвижного штока сильфонного узла через шариковый замок в виде набора шариков, размещённых между пальцем запирающей тарели и углублением подвижного штока сильфонного узла в кольцевой проточке, выполненной как на внешней поверхности пальца, так и на внутренней поверхности углубления.
В импульсном клапане регулировочный винт может быть установлен на крышке полого цилиндрического переходника в его центральном отверстии с возможностью обеспечения регулировки усилия пружины для обеспечения изменения давления открытия клапана в пределах ±7% от номинального, а его длина выбрана из условия исключения несанкционированной перенастройки клапана более 10 % от номинального.
Устройство принудительного открытия или закрытия импульсного клапана может быть выполнено в виде профилированного стакана с проточками, жёстко закреплённого на клапане со стороны электромагнитного привода, и имеющего шток с упором на одном конце и маховиком на другом конце, установленный в профилированном стакане на резьбе с возможностью вращения по ней, и съёмную скобу, установленную в проточках профилированного стакана, охватывающую шток якоря и шток профилированного стакана, и взаимодействующую с ними.
Поверхность стопа в электромагнитном приводе импульсного клапана и взаимодействующая с ней в рабочем положении ответная ей поверхность якоря могут быть выполнены коническими.
Шток якоря электромагнитного привода импульсного клапана может быть соединён с подвижным штоком сильфонного узла шарнирно.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображён импульсный клапан с электромагнитным приводом в разрезе.
Импульсный клапан с электромагнитным приводом содержит корпус 1 с патрубками входной 2 и выходной 3 магистралей подвода и отвода рабочего тела. Корпус 1 имеет седло 4 и запирающую тарель 5, подпружиненную тарированной пружиной 6.
Седло 4 установлено в корпусе 1 неподвижно на входной 2 магистрали клапана через уплотняющую прокладку 7, обеспечивающую герметичность соединения седла 4 и корпуса 1 в сторону выходной 3 магистрали клапана.
Сильфонный узел 8 клапана выполнен в виде подвижного уплотнения, 5 обеспечивающего герметичность клапана в окружающую среду. Сильфонный узел 8 имеет подвижный шток 9, пропущенный внутри сильфона 10, на котором установлена запирающая тарель 5. Запирающая тарель 5 взаимодействует свой уплотнительной кромкой с седлом 4 корпуса 1 по уплотнительной поверхности седла 4.
Гильза 11 охватывает сильфонный узел 8 и соединена с корпусом 1 и с сильфонным узлом 8 через неподвижные уплотняющие прокладки 12, обеспечивающие герметичность клапана в окружающую среду.
Подвижная опора 13 соединена с подвижным штоком 9 сильфонного узла 8. Направляющая 14 размещена между промежуточной втулкой 15 сильфонного узла 8 и подвижным штоком 9.
Полый цилиндрический переходник 16 неподвижно соединён с корпусом 1 и имеет крышку 17, закрывающую полый цилиндрический переходник 16. Крышка 17 имеет центральное отверстие (не показано).
Регулировочный винт 18 установлен на крышке 17 в её центральном отверстии и имеет, в свою очередь, осевое отверстие под подвижный шток 9 сильфонного узла 8. Регулировочный винт взаимодействует со стаканом 19, размещённым внутри полого цилиндрического переходника 16.
Тарированная пружина 6 размещена между подвижной опорой 13 и стаканом 19. Уплотнительная поверхность седла 4 выполнена конической, а ответная ей и взаимодействующая с ней уплотнительная кромка запирающей тарели 5 выполнена прямоугольной.
При этом, конструктивные параметры сильфонного узла 8 и запирающей тарели 5 выбраны из условия обеспечения равенства эффективных площадей этих элементов.
Клапан снабжён электромагнитным приводом, состоящим из датчиков 20 контроля конечных положений и электромагнита 21, содержащего корпус 22, внутри которого размещены катушка 23, якорь 24, жёстко соединённый со своим
штоком 25. Электромагнитный привод имеет стоп 26, взаимодействующий в рабочем положении своей поверхностью с ответной ей поверхностью якоря 24.
Шток 25 якоря 24 соединён с подвижным штоком 9 сильфонного узла Вис исполнительным элементом (не показано) датчиков 20 контроля конечных положений.
При необходимости, в зависимости от условий эксплуатации, импульсный клапан может быть снабжён фильтром 27, установленным на входной 2 магистрали, который, в свою очередь, может быть выполнен сменным.
Узел соединения подвижного штока 9 сильфонного узла 8 с запирающей тарелью 5, в частности, может быть выполнен с возможностью выбора перекосов тарели 5 при взаимодействии её с седлом 4. Узел может содержать осевой палец 28, перпендикулярный плоскости запирающей тарели 5, и жёстко соединённый с ней. Торцевая поверхность свободного конца пальца 28 может быть выполнена сферической.
Палец 29 установлен с зазором в осевом углублении 29, выполненным с торца в подвижном штоке 9 сильфонного узла 8 так, что, взаимодействует с осевым углублением 29 подвижного штока 9 сильфонного узла 8 через шариковый замок 30 в виде набора шариков, размещённых между пальцем 28 и углублением 29 в кольцевой проточке, выполненной как на внешней поверхности пальца 28, так и на внутренней поверхности углубления 29.
Регулировочный винт 18 импульсного клапана установлен на крышке 17 полого цилиндрического переходника 16 в его центральном отверстии с возможностью обеспечения регулировки усилия пружины 6 для обеспечения изменения давления открытия клапана в пределах ± 7% от номинального, а длина регулировочного винта выбрана из условия исключения несанкционированной перенастройки клапана более 10 % от номинального.
Устройство принудительного открытия или закрытия клапана выполнено в виде профилированного стакана 31 с проточками, жёстко закрепленного на клапане со стороны электромагнитного привода, и имеющего шток 32 с упором 33 на одном конце и маховиком 34 на другом конце. Шток 32 установлен в профилированном стакане 31 на резьбе с возможностью вращения по ней. Съёмная скоба 35
установлена в проточках профилированного стакана 31, охватывает шток 25 якоря 24 и шток 32 профилированного стакана 31, и взаимодействует с ними.
Поверхность стопа 26, и взаимодействующая с ней в рабочем положении ответная ей поверхность якоря 24 могут быть выполнены, например, плоскими или коническими.
Шток же 25 якоря 24 может быть соединён с подвижным штоком 9 сильфонного узла, например, шарнирно.
Импульсный клапан с электромагнитным приводом работает следующим образом.
В исходном положении импульсный клапан с электромагнитным приводом закрыт. Тарированная пружина 6 через подвижную опору 13, направляющую 14 и сильфонный узел 8 прижимает запирающую тарель 5 к седлу 4, обеспечивая герметичность по тракту Вход - Выход. За счёт того, что уплотнительная поверхность седла 4 выполнена конической, а ответная ей и взаимодействующая с 15 ней уплотнительная кромка запирающей тарели 5 выполнена прямоугольной, герметичность по тракту Вход - Выход осуществляется по окружности, что обеспечивает высокую надёжность клапана.
При штатной эксплуатации срабатывание импульсного клапана производится от электромагнитного привода. При повышении давления в защищаемом объёме (со стороны Входа) до давления уставки на открытие подаётся напряжение на катушку 23. Под действием возникающей электромагнитной силы якорь 24 со штоком 25 перемещается к стопу 26 и, сжимая тарированную пружину 6, через подвижный шток 9 сильфонного узла 8 открывает импульсный клапан, обеспечивая полное проходное сечение. При снижении давления в защищаемом объёме до величины уставки на закрытие снимается напряжение с электромагнитного привода и под действием тарированной пружины б импульсный клапан закрывается.
В случае отказа электромагнитного привода импульсный клапан работает в режиме предохранительного клапана следующим образом. 30 При повышении давления в защищаемом объёме до давления начала открытия (Рно) импульсный клапан начинает открываться независимо от электромагнитного привода и при давлении, например, в Ро=1,15Рр открывается
полностью. При этом, давление защищаемого объёма воздействует на запирающую тарель 5 со стороны патрубка 2 входной магистрали подвода рабочего тела. При превышении давления в защищаемом объёме усилия тарированной пружины 6, последняя сжимается, открывая клапан, и идёт перепуск рабочего тела в патрубок выходной 3 магистрали.
Происходит падение давления в защищаемом объёме, импульсный клапан под воздействием тарированной пружины 6 начинает закрываться и при падении давления в системе до давления обратной посадки, например, в Роп
0,9Рр импульсный клапан полностью закрывается - запирающая тарель 5 садится на седло 4 и перепуск рабочего тела прекращается.
Благодаря тому, что конструктивные параметры сильфонного узла 8 и запирающей тарели 5 выбраны из условия обеспечения равенства эффективных площадей этих элементов, исключается воздействие давления на выходе из импульсного клапана на давление Ро и давление Р оп, где ро - давление полного открытия, а Роп - давление обратной посадки.
Регулировочный винт 18, установленный на крышке 17, через стакан 19 позволяет проводить регулировку усилия тарированной пружины 6, увеличивая или уменьшая его.
Для проведения регламентных работ предусмотрено принудительное открытие или закрытие импульсного клапана с помощью устройства принудительного открытия и закрытия.
Устройство принудительного открытия и закрытия клапана установлено на нём со стороны электромагнитного привода. Съёмная скоба 35 вставляется в проточки профилированного стакана 31 и охватывает шток 25 якоря 24 и шток 32 профилированного стакана 31, одновременно взаимодействуя с ними. Вращая маховик 34 принудительно открывать и закрывать импульсный клапан.
В импульсном клапане с электромагнитным приводом применены традиционные конструктивные материалы и он может быть изготовлен в условиях опытного и серийного производства.
1. Импульсный клапан с электромагнитным приводом, содержащий корпус с патрубками входной и выходной магистралей подвода и отвода рабочего тела, седло и запирающую тарель, подпружиненную тарированной пружиной, отличающийся тем, что седло установлено в корпусе неподвижно на входной магистрали клапана через уплотняющую прокладку с возможностью обеспечения последней герметичности соединения седла и корпуса в сторону выходной магистрали клапана, клапан снабжен сильфонным узлом, выполненным в виде подвижного уплотнения с возможностью обеспечения герметичности клапана в окружающую среду, имеющим подвижный шток, пропущенный внутри сильфона, на котором установлена запирающая тарель, взаимодействующая свой уплотнительной кромкой с седлом корпуса по уплотнительной поверхности седла, гильзой, охватывающей сильфонный узел, и соединенной с корпусом и с сильфонным узлом через неподвижные уплотняющие прокладки, обеспечивающие герметичность клапана в окружающую среду, подвижной опорой, соединенной с подвижным штоком сильфонного узла, направляющей, размещенной между промежуточной втулкой сильфонного узла и подвижным штоком, полым цилиндрическим переходником, неподвижно соединенным с корпусом, с крышкой, закрывающей полый цилиндрический переходник и имеющей центральное отверстие, и регулировочным винтом, установленным на крышке полого цилиндрического переходника в ее центральном отверстии, имеющим, в свою очередь, осевое отверстие под подвижный шток сильфонного узла и взаимодействующим со стаканом, размещенным внутри полого цилиндрического переходника, причем тарированная пружина размещена между подвижной опорой и стаканом, уплотнительная поверхность седла выполнена конической, а ответная ей и взаимодействующая с ней уплотнительная кромка запирающей тарели выполнена прямоугольной, а конструктивные параметры сильфонного узла и запирающей тарели выбраны из условия обеспечения равенства эффективных площадей этих элементов, при этом клапан дополнительно снабжен устройством его принудительного открытия или закрытия, электромагнитным приводом, состоящим из датчиков контроля конечных положений, электромагнита, содержащего корпус, внутри которого размещены катушка, якорь, жестко соединенный со своим штоком, и стопа, взаимодействующего в рабочем положении своей поверхностью с ответной ей поверхностью якоря, причем шток якоря соединен с подвижным штоком сильфонного узла и с исполнительным элементом датчиков контроля конечных положений.
2. Импульсный клапан с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что он снабжен фильтром, установленным на входной магистрали.
3. Импульсный клапан с электромагнитным приводом по п.2, отличающийся тем, что фильтр, установленный на входной магистрали клапана, выполнен сменным.
4. Импульсный клапан с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что узел соединения подвижного штока сильфонного узла с запирающей тарелью выполнен с возможностью выбора перекосов тарели при взаимодействии ее с седлом в виде осевого пальца, перпендикулярного плоскости запирающей тарели, жестко соединенного с ней, торцевая поверхность свободного конца которого выполнена сферической, установленного с зазором в осевом углублении, выполненным с торца в подвижном штоке сильфонного узла, и взаимодействующего с осевым углублением подвижного штока сильфонного узла через шариковый замок в виде набора шариков, размещенных между пальцем запирающей тарели и углублением подвижного штока сильфонного узла в кольцевой проточке, выполненной как на внешней поверхности пальца, так и на внутренней поверхности углубления.
5. Импульсный клапан с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что регулировочный винт установлен на крышке полого цилиндрического переходника в его центральном отверстии с возможностью обеспечения регулировки усилия пружины (6) для обеспечения изменения давления открытия клапана в пределах ±7% от номинального, а его длина выбрана из условия исключения несанкционированной перенастройки клапана более 10% от номинального.
6. Импульсный клапан с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что устройство принудительного открытия или закрытия клапана выполнено в виде профилированного стакана с проточками, жестко закрепленного на клапане со стороны электромагнитного привода и имеющего шток с упором на одном конце и маховиком на другом конце, установленный в профилированном стакане на резьбе с возможностью вращения по ней, и съемную скобу, установленную в проточках профилированного стакана, охватывающую шток якоря и шток профилированного стакана и взаимодействующую с ними.
7. Импульсный клапан с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что поверхность стопа и взаимодействующая с ней в рабочем положении ответная ей поверхность якоря выполнены или плоскими, или коническими.
8. Импульсный клапан с электромагнитным приводом по п.1, отличающийся тем, что шток якоря соединен с подвижным штоком сильфонного узла шарнирно.
