Клапан перепускной с магнитной фиксацией
Полезная модель относится к арматуростроению и может быть использована для перепуска жидкой и газообразной рабочих сред, в частности в устройствах для измерения дебита скважин в нефтедобывающей промышленности. Конструкция клапана позволяет регулировать величины: усилия пружины и фиксирующей магнитной силы; с целью настройки клапана на заранее заданные величины перепада давления рабочей среды на клапане в моменты его открытия и закрытия. Применение полезной модели позволит расширить область применения клапана, сократить наладочные и регулировочные работы, повысить точность, надежность и качество его работы, конструкция его обеспечивает полное открытие и закрытие клапана без промежуточных положений, что повышает номинальную пропускную способность клапана, а также позволяет увеличение пропускной способности сверх номинальной в случае аварийного роста давления перепускаемой рабочей среды.
Полезная модель относится к арматуростроению и может быть использована для перепуска жидкой или газообразной рабочих сред, в частности в устройствах для измерения дебита скважин в нефтедобывающей промышленности.
Известен магнитоуправляемый клапан, содержащий седло, якорь с золотником. размещенный в разделительной трубке, выполненный из магнитомягкого материала, л постоянный магнит, размещенный между двумя дисками из магнитомягкого материа.ча, неподвижно установленными на разделительной трубке, и заключенный в обойм\ ич магнитомягкого материала, выполненную с возможностью осевого перемещения. (SU. авторское свидетельство №406483 от 25.02.72, F 16 K 31/08).
Недостатком известного магнитоуправляемого клапана является невозможность регулирования величин: усилия пружины и магнитного потока; с целью нас (ройки магнитоуправляемого клапана на заранее заданный перепад давления рабочей среды на запорном органе клапана, что сужает область его применения по перепаду давления.
Известен предохранительный клапан, в корпусе с крышкой, которого размещены подпружиненный запорный орган со штоком, седло, пружина, направляющая втулка. магнитопроводная шайба и магнитная система, выполненная в виде постоянного магнита, установленного между магнитным элементом и магнитопроводом, внутренняя поверхность последнего выполнена в виде поверхности вращения отрезка кардиоиды длиной не больше длины хода запорного органа. (SU, авторское свидетельство №703719 от 12.07.1977. F 16 К 31/08; 17/04).
Недостатками известного предохранительного клапана являются:
- отсутствие возможности регулирования величины магнитного потока в магнитной системе;
- нет магнитной фиксации запорного органа в открытом положении клапана.
Известный клапан наиболее близок к полезной модели по технической сути и достигаемым техническим результатам.
Технической задачей полезной модели является создание клапана перепускного с магнитной фиксацией, конструкция которого позволяет регулировать отдельно, независимо друг от друга, усилия пружины и фиксирующей магнитной силы, обеспечивать настройки клапана на заранее заданные величины перепада давления рабочей среды ни клапане в моменты открытия и закрытия его, увеличивать пропускную способность клапана в случае аварийного повышения давления перепускаемой рабочей среды.
Техническая задача по клапану перепускному с магнитной фиксацией, содержащему корпус с крышкой и, размещенные в нем подпружиненный запорный орган со иноком. седло, пружину, направляющую втулку, магнитопроводную шайбу, магнитную систему, состоящую из постоянного магнита, установленного между магнитным элементом и магнитопроводом, решается согласно полезной модели тем, что магнитная система включает еще один постоянный магнит дополнительно к уже установленному в ней, причем оба постоянных магнита имеют кольцевую форму, размещены и закреплены каждый в своем кольцевом магнитопроводе с сечением П-образной формы, обращены друг к другу одноименными полюсами, при этом кольцевые магнитопроводы плотно сомкнуты между собой глухими торцами, обращены открытыми торцами: один к магнитонроводу, другой к магнитному элементу; посажены и зафиксированы в гильзе из немагнитного материала, сопрягаемой с корпусом с возможностью осевого перемещения. ограничиваемого с одной стороны упором гильзы в крышку, ввернутую на резьбе, с возможностью перемещения по резьбе, в корпус, с другой - упором в пружину, нагружающую с возможностью регулирования предварительного усилия сжатия, шток, на
конце которого закреплен магнитный элемент в виде шайбы, а магнитоировод, включающий магнитопроводную шайбу и скрепленную с ней втулку, посаженную, с возможностью осевого перемещения, во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольцевых магнитопроводов и на соосный ей шток, поджат торцом втулки к магнитному элементу дополнительной пружиной, опирающейся, с возможностью регулирования предварительного усилия сжатия, о шток с запорным органом, сопрягаемым с седлом, в проходном сечении патрубка которого установлен дроссель в виде дросселирующею диска, жестко скрепленный с запорным органом, кроме того, перемещение штока, а вместе с ним магнитного элемента ограничено упором запорного органа в одну сторону в седло, в другую - в поперечную перегородку корпуса, в которой запрессована направляющая втулка, центрирующая по оси шток, а перемещение магнитопровода ограничено упором магнитопроводной шайбы в одну сторону в кольцевой магнитопровод, в другую - через дополнительную пружину, шток и запорный орган, в седло.
Сущность полезной модели поясняется чертежом: фиг.1 - общий вид клапана перепускною с магнитной фиксацией.
Клапан перепускной с магнитной фиксацией, в дальнейшем тексте клапан, содержит корпус 1 с крышкой 2, ввернутой в корпус 1 на резьбе с возможностью перемещения по резьбе, подпружиненный запорный орган 3 жестко скрепленный со штоком 4, седло 5. сопрягаемое с запорным органом 3, пружину 6, нагружающую шток 4 с возможностью регулирования предварительного усилия сжатия, направляющую втулку 7, центрирующую шток 4 по оси клапана, магнитопроводную шайбу 8, входящую в состав магнитопровида 9 наряду с втулкой 10, и скрепленную с ней, магнитную систему 11, включающую два кольцевых постоянных магнита 12, размещенных и закрепленных каждый в своем кольцевом магнитопроводе 13 с сечением П-образной формы, обращенных друг к другу одноименными полюсами, установленных между магнитным элементом 14 в виде шайбы. жестко закрепленном на конце штока 4, и магнитопроводом 9.
Кольцевые магнитопроводы 13 плотно сомкнуты глухими горцами и обращены открытыми торцами: один к магнитному элементу 14, другой к магнитопроводной шайбе 8 магнитопровода 9; плотно посажены в гильзу 15 из немагнитного материала, сопрягаемую с возможностью осевого перемещения с корпусом 1, зафиксированные от осевого смещения в гильзе 15 запрессованными в нее кольцом 15а и донцем 15в. Осевое перемещение гильзы 15 ограничено с одной стороны упором ее в крышку 2. с другой в пружину 6, опирающуюся в резьбовую шайбу 16, навинченную по резьбе на шток 4 и законтренную гайкой 17. Магнитопровод 9 втулкой 10 посажен, с возможностью осевого перемещения, во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольцевых магнитопроводов 13 и поджат торцом втулки 10 к магнитному элементу 14 дополнительной пружиной 18. опирающейся с возможностью регулирования предварительного усилия сжатия, в резьбовую шайбу 19, навинченную по резьбе на шток 4. Шток 4, напрессованным на нею стаканом 20 из немагнитного материала, посажен, с возможностью осевого перемещения, во втулку 10 магнитопровода 9. Кольцевые магниты 12 закреплены в кольцевых магнитопроводах 13 стопорными кольцами 13а. Применение стакана 20 и гильзы 15 из немагнитного материала предотвращает рассеивание магнитных потоков в кольцевых магнитопроводах 13 в окружающие детали из магнитных материалов. Расположение кольцевых постоянных магнитов 12 одноименными полюсами навстречу друг к другу позволяет избежать взаимного гашения магнитных потоков в глухих торцах кольцевых магнитопроводов 13 возможного в случае направления навстречу друг к другу разноименных полюсов. Направляющая втулка 7 запрессована в поперечную перегородку 21, установленную и зафиксированную стопорным кольцом 21 а в корпусе 1.
Клапан с помощью конического быстросъемного фланцевого соединения 22 устанавливается в устройство применения 23, при этом седло 5 насаживается на потрубок седла 5д, в проходном сечении которого размещен дроссель 24 в виде дросселирующего диска 24а, жестко скрепленный с запорным органом 3. Эластомерные уплотнительные
кольца 5ж, 3а, 22а, 2а обеспечивают герметичность полости клапана, а кольцо 2а наряду с этим обеспечивает контрение крышки 2 от самопроизвольного выворачивания ее по резьбе из корпуса 1. Перемещение штока 4 и вместе с ним магнитного элемента 14 ограничено упором запорного органа 3 в одну сторону в седло 5, в другую - в поперечную перегородку 21. Перемещение магнитопровода 9 ограничено упором магнитопроводной шайбы 8 в одну сторону в кольцевой магнитопровод 13, в другую - через дополнительную пружину 18. шток 4 и запорный орган 3 в седло 5. Седло 5 включает эластомерную манжету 5а. обеспечивающую за счет эластичности самоуплотнение сопряжения запорного органа 3 с манжетой 5а при их контакте, опорную шайбу 5в, на которую осуществляется упор запорного органа 3 при посадке его на седло 5, резьбовую втулку 5г, крепящую манжету 5а и опорную шайбу 5в в резьбовом гнезде 1 а корпуса 1.
Клапан работает и регулируется следующим образом.
Перепад давления рабочей среды, при закрытом положении клапана, на запорном органе 3 воздействует на него усилием, воспринимаемым пружиной 6 и фиксирующей магнитной силой действующей на магнитный элемент 14 со стороны магнитной цепи:
кольцевой постоянный магнит 12, кольцевой магнитопровод 13 и магнитный элемент 14. который является замыкающим звеном магнитной цепи. При превышении перепадом давления рабочей среды верхнего предела, на который настроен клапан, происходит отрыв запорного органа 3 от седла 5, частичное открытие клапана и отрыв магнитного элемента 14 от магнитной цепи, фиксирующая магнитная сила резко падает по величине до нуля и происходит расфиксирование закрытого положения клапана. Под динамическим воздействием потока рабочей среды из патрубка седла 5д на запорный орган 3 и на дросселирующий диск 24а дросселя 24 запорный орган 3 со штоком 4, преодолевая усилие сжатия пружины 6, поднимается до тех пор, пока магнитопроводная шайба К магнитопровода 9 не упрется в кольцевой магнитопровод 13, под воздействием дополнительной пружины 18. Дальнейшее передвижение остановится, поскольку в
противном случае к усилию сжатия пружины 6 может добавиться скачком предварительное усилие сжатия дополнительной пружины 18, а разница между усилием сжатия пружины 6 и динамическим воздействием потока рабочего тела не превышает предварительного усилия сжатия дополнительной пружины 18. Клапан открылся на номинальную величину, магнитопроводная шайба 8 замыкает магнитную цепь: кольцевой постоянный магнит 12, кольцевой магнитопровод 13, магнитопроводная шайба 8; и попадает под воздействие фиксирующей магнитной силы магнитной цепи. Произошла магнитная фиксация открытого положения клапана. Клапан перепускает рабочую среду в количестве в пределах номинальной пропускной способности.
При снижении величины перепада давления рабочей среды на клапане ниже нижнего предела, на который настроен клапан, сумма динамического воздействия потока рабочей среды на дросселирующий диск 24а дросселя 24 и запорный орган 3 и фиксирующей магнитной силы на магнитопроводую шайбу 8 становится ниже усилия сжатия пружины 6, происходит отрыв магнитопроводной шайбы 8 под воздействием пружины 6 на шток 4, который воздействием магнитного элемента 14 на торец втулки 10 магнитопровода 14 сдвигает магнитопроводную шайбу 8. Фиксирующая магнитная сила падает по величине до нуля, происходит расфиксация открытого положения клапана. Под воздействием пружины 6, преодолевающей динамическое воздействие потока рабочей среды, запорный орган 3 сдвигается вниз и садится на седло 5, перекрывая поток рабочей среды, клапан закрыт. Магнитный элемент 14 замыкает магнитную цепь: кольцевой постоянный магнит 12, кольцевой магнитопровод 13, магнитный элемент 14. Магнитный элемент 14 попадает под воздействие фиксирующей магнитной силы магнитной цепи. Произошла магнитная фиксация закрытого положения клапана.
В случае аварийного повышения давления рабочей среды, например выброс газового пузыря в жидкую рабочую среду, динамическое воздействие потока рабочей среды остается большим даже после открытия клапана на номинальную величину и
превышает сумму предварительного усилия сжатия дополнительной пружины 18 и усилия сжатия пружины 6, что позволяет сдвигаться штоку 4, сжимая пружину 6. до отрыва магнитного элемента 14 от контакта с торцом втулки 10 магнитопровода 9, что приводит к скачкообразному приложению предварительного усилия сжатия дополнительной пружины 18 к штоку 4, и дальнейшее передвижение его продолжается при сжатии пружин 6 и 18 вплоть до упора запорного органа 3 в поперечную перегородку 21 корпуса 1, тем самым. сдвигая запорный орган 3 на максимальное расстояние от седла 5 и открывая клапан на максимальную величину, что дает возможность быстро сбросить давление перепускаемой рабочей среды и вернуться к номинальному режиму работы клапана, когда запорный орган 3 вернется в положение номинального открытия клапана. При снижении аварийною перепада давления, динамическое воздействие потока рабочей среды падает но величине и шток 4 под воздействием усилий пружин 6 и 18 сдвигается до соприкосновения магнитного элемента 14 с торцом втулки 10 магнитопровода 9, усилие сжатия дополнительной пружины 18 падает скачком до нуля и шток 4 останавливается, запорный орган 3 находился от седла 5 на расстоянии, обеспечивающем номинальное открытие клапана. Дальнейшее происходит в нормальном режиме работы.
Регулирование и настройка клапана осуществляется следующим образом.
Величина верхнего предела перепада давления рабочей среды, при котором открывается клапан, зависит от суммы фиксирующей магнитной силы магнитной цепи, действующей на магнитный элемент 14 и предварительного усилия сжатия пружины 6. Регулирование предварительного усилия сжатия пружины 6 производят вращением резьбовой шайбы 16. Регулирование фиксирующей магнитной силы производят изменением величины зазора Zo между кольцевым магнитопроводом 13 и магнитным элементом 14 в крайнем положении штока 4, определяемом упором запорного органа 3 в седло 5, вращением крышки 2. Изменение величины зазора Zo меняет величину сопротивления в магнитной цепи, что приводит к изменению величины магнитного котика
в магнитной цепи и, следовательно, к изменению фиксирующей магнитной силы. Величина нижнего предела давления рабочей среды, при котором закрывается клапан, зависит от разницы усилия сжатия пружины 6 и фиксирующей магнитной силы, действующей на магнитопроводную шайбу 8 магнитопровода 9. Настройка на величину нижнего предела заключается в регулировании величины предварительного усилия сжатия пружины 6.
Величина аварийного давления рабочей среды, при котором происходит открытие клапана сверх номинальной величины, определяется величиной предварительного усилия сжатия дополнительной пружины 18, которая регулируется вращением резьбовой шайбы 19.
Настройка клапана осуществляется на специальном стенде. Допускается частичная подстройка клапана, в эксплуатации на устройстве применения 23, на величину верхнею предела перепада давления рабочей среды.
Применение полезной модели позволит расширить область применения клапана. сократить наладочные и регулировочные работы; повысить точность, надежность и качество его работы.
Клапан перепускной с магнитной фиксацией, содержащий корпус с крышкой и. размещенные в нем подпружиненный запорный орган со штоком, седло, пружину, направляющую втулку, магнитопроводную шайбу, магнитную систему, состоящую и; постоянного магнита, установленного между магнитным элементом и магнитопроводом, отличающийся тем, что магнитная система включает еще один постоянный магнит дополнительно к уже установленному в ней, причем оба постоянных магнита имеют кольцевую форму, размещены и закреплены каждый в своем кольцевом магнитопроводе с сечением П-образной формы, обращены друг к другу одноименными полюсами, при этом кольцевые магнитопроводы плотно сомкнуты между собой глухими торцами, обращены открытыми торцами: один к магнитопроводу, другой к магнитному элементу; посажены и зафиксированы в гильзе из немагнитного материала, сопрягаемой с корпусом с возможностью осевого перемещения, ограничиваемого с одной стороны упором гильзы в крышку, ввернутую на резьбе, с возможностью перемещения по резьбе, в корпус, с другой - упором в пружину, нагружающую с возможностью регулирования предварительного усилия сжатия, шток, на конце которого закреплен магнитный элемент в виде шайбы, а магнитопровод, включающий магнитопроводную шайбу и скрепленную с ней втулку, посаженную, с возможностью осевого перемещения, во внутреннюю цилиндрическую поверхность кольцевых магнитопроводов и на соосный ей шток,
поджат торцом втулки к магнитному элементу дополнительной пружиной, опирающейся, с возможностью регулирования предварительного усилия сжатия, о шток с запорным органом, сопрягаемым с седлом, в проходном сечении патрубка которого установлен дроссель в виде дросселирующего диска, жестко скрепленный с запорным органом. кроме того, перемещение штока, а вместе с ним магнитного элемента ограничено упором запорного органа в одну сторону в седло, в другую - в поперечную перегородку корпуса, в которой запрессована направляющая втулка, центрирующая по оси шток, а перемещение магнитопровода ограничено упором магнитопроводной шайбы в одну сторону в кольцевой магнитопровод, в другую - через дополнительную пружину, шток и запорный орган в седло.
