Электромагнитный клапан с металлическим сильфоном
Заявляемое техническое решение относится к машиностроению, преимущественно к запорным клапанам. Задачей заявляемой полезной модели является повышение ресурса работы, надежности, возможности работы при высокой температуре рабочего тела. Электромагнитный клапан содержит корпус 1, имеющий штуцеры подвода 2 и отвода 3 рабочего тела, катушку 4, пружины 5 и 6, якорь 7, жестко соединенный со втулкой 8, внутри которой расположена полусфера 9, металлический сильфон 10, герметично соединенный с верхним фланцем сильфона 11 и нижним фланцем сильфона 12, клапан 13, с выполненным в нем отверстием 14, жестко соединенный плотной беззазорной посадкой с верхним фланцем сильфона 11, штуцер21, дроссель 15. с подборным проходным отверстием, взрывобезопасную щель 18, взрывобезопасный кабельный ввод 19. Технический результат достигается за счет выполненых из стали деталей запорного узла, деталей узла разделителя надклапанной и подклапанной полостей, в том числе за счет применения металлического сильфона, а так же отсутствия трущихся элементов в запорном узле и в узле разделителя надклапанной и подклапанной полостей. 1 н.п.ф-лы, 1 илл.
Полезная модель относится к машиностроению, преимущественно к запорным клапанам, устанавливаемым на различных магистралях, трубопроводах и других коммуникациях, более узко - к клапанам, имеющим перекрывной орган с участком для прохода рабочей среды и преимущественно с электромагнитным приводом нормально-закрытого типа.
Известна конструкция устройства для регулирования давления в пневматических шинах автотранспортного средства, содержащая корпус с входным, выходным и сбросовым каналами, в котором установлены с возможностью обеспечения сообщения между каналами два электромагнитных клапана, снабженных запорными элементами, а сбросовый канал оснащен защитной диафрагмой, причем запорный элемент каждого из электромагнитных клапанов представляет собой поршень с втулкой, оснащенной со стороны якоря клапана седлом разгрузочного отверстия, а с противоположной стороны - закрепляющей уплотнение, при этом якорь каждого из электромагнитных клапанов оснащен возвратной пружиной и уплотнением. За счет повышения быстродействия, надежности, ресурса работоспособности, производительности, заявляемое устройство позволяет повысить свои эксплуатационные характеристики (см. свидетельство РФ на полезную модель РФ 
48611, МПК F16K 31/02, В60Т 8/38, опубл. 27.10.2005).
Недостатком данной конструкции является применение в запорном органе трущихся неметаллических уплотнительных колец, износ которых снижает герметичность клапана, уменьшает ресурс работы и надежность конструкции, а также ограничивает применение по температурным характеристикам.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является конструкция запорного клапана, содержащая кольцевое седло с наружным и внутренним кольцами и запорный орган, имеющий участок для прохода рабочей среды к внутреннему кольцу и соединенный с расположенным по его оси штоком привода, который снабжен поршнем, имеющим уплотнительное кольцо (см. патент РФ на изобретение 2202060, МПК F16K 1/44, F16K 31/02, опубл. 10.04.2003).
Недостатком данной конструкции является использование подвижного поршня с уплотнениями для разделения полостей, износ которых приводит к уменьшению ресурса работы устройства и его надежности, а также ограничивает применение по температурным характеристикам.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение ресурса работы, надежности, возможности работы при высокой температуре рабочего тела.
Технический результат заключается в создании конструкции электромагнитного клапана, обеспечивающей решение поставленной задачи, т.е. повышении ресурса работы, надежности, возможности работы при высокой температуре рабочего тела.
Указанный технический результат достигается за счет выполнения из стали деталей запорного узла, деталей узла разделителя надклапанной и подклапанной полостей, в том числе за счет применения металлического сильфона, а так же отсутствия трущихся элементов в запорном узле и в узле разделителя надклапанной и подклапанной полостей.
Поставленная задача решается тем, что электромагнитный клапан, с металлическим сильфоном содержит корпус, имеющий штуцеры подвода и отвода рабочего тела, катушку, электропитание которой подается через взрывобезопасный кабельный ввод, подпружиненный якорь, имеющий возможность осевого перемещения, жестко соединенный со втулкой, внутри которой расположена полусфера, выполняющая роль стравливающего клапана, штуцер, согласно полезной модели, введены металлический сильфон, к торцам которого герметично присоединены, например пайкой или сваркой, металлические фланцы сильфона, причем нижний фланец сильфона имеет отверстие, в которое установлен дроссель с подборным проходным отверстием, и жестко закреплен в корпусе сильфона, а верхний фланец сильфона жестко соединен плотной беззазорной посадкой с клапаном и, стянут с помощью винтов с фланцем, за счет чего в конструкции образуются две разделенные между собой полости - надклапанная и подклапанная, при этом между наружными поверхностями сильфона, верхнего фланца сильфона, фланца и внутренней поверхностью корпуса сильфона имеется радиальный зазор, исключающий трение между ними, и между фланцем и втулкой, установленной в якорь, имеется осевой зазор.
Новыми признаками в предлагаемой конструкции являются:
- детали конструкции: фланец, верхний и нижний фланцы сильфона, выполненные из нержавеющей стали, что повышает надежность устройства при использовании рабочего тела, имеющего высокую температуру;
- клапан, верхний фланец сильфона, соединенные между собой плотной беззазорной посадкой и стянутые вместе с фланцем винтами для обеспечения герметичности запорного узла без применения неметаллического уплотнения и повышения надежности соединений, что увеличивает ресурс конструкции;
- металлический сильфон, использованый в качестве разделителя полостей (надклапанной и подклапанной) с различным давлением, это исключает применение неметаллических разделителей полостей (диафрагма - мембрана, подвижный поршень с неметаллическими уплотнениями), что исключает трение деталей и, не снижая надежности конструкции, позволяет использовать рабочее тело, имеющее высокую температуру;
- верхний и нижний фланцы сильфона герметично соединенные с сильфоном сваркой, что увеличивает надежность конструкции;
- наличие зазора между наружными поверхностями сильфона, верхнего фланца сильфона, фланца и внутренней поверхностью корпуса сильфона, образующих разделение надклапанной и подклапанной полостей, что исключает трение деталей между собой, чем увеличивает ресурс и надежность электромагнитного клапана.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фигуре изображен электромагнитный клапан с металлическим сильфоном в продольном разрезе.
Электромагнитный клапан с металлическим сильфоном содержит корпус 1, имеющий штуцеры подвода рабочего тела 2 и отвода рабочего тела 3, катушку 4, пружины 5 и 6, якорь 7, жестко соединенный со втулкой 8, внутри которой расположена полусфера 9, металлический сильфон 10, расположенный в корпусе сильфона 24 и герметично соединенный с верхним фланцем сильфона 11 и нижним фланцем сильфона 12, клапан 13 с выполненным в нем отверстием 14, жестко соединенный плотной беззазорной посадкой с верхним фланцем сильфона 11, при этом, клапан 13, верхний фланец сильфона 11 и фланец 22 стянуты между собой с помощью винтов 26, дроссель 15 с подборным проходным отверстием, корпус гермоввода 16, соединенный с крышкой 17, взрывобезопасную щель 18, образованную разностью посадочных диаметров крышки 17 и корпуса гермоввода 16, взрывобезопасный кабельный ввод 19.
Рассмотрим работу заявляемого устройства.
В исходном положении напряжение на катушке 4 отсутствует - электромагнитный клапан закрыт. Клапан 13 герметично прижат к торцу штуцера 21 пружинами 5 и 6, а так же давлением рабочего тела в надклапанной полости 23, суммарное усилие которых превосходит суммарное усилие поджатого сильфона 10 и усилие давления рабочего тела в подклапанной полости 20. Клапан 13 перекрывает отверстие штуцера 21. При подаче напряжения на катушку 4 якорь 7, жестко соединенный со втулкой 8, внутри которой размещена полусфера 9, выполняющая роль стравливающего клапана, начинает перемещаться (втягиваться в катушку 4), сжимая пружину 6 и выбирая зазор между втулкой 8 и фланцем 22, обеспечивая при этом первоочередное открытие отверстия 14, выполненное в клапане 13, ив надклапанной полости 23 за сильфоном 10 давление рабочего тела снижается, оставаясь в подклапанной полости 20 неизменным. Создается условие, когда суммарное усилие пружин 5, 6 и давления рабочего тела в надклапанной полости 23 становится меньше суммарного усилия поджатого сильфона 10, тягового усилия катушки электромагнита и давления рабочего тела в подклапанной полости 20, при этом происходит дальнейшее перемещение якоря 7, фланца 22 и перемещение связанного с ним клапана 13 вверх, и рабочее тело поступает в штуцер 3 через отверстие 25 штуцера 21.
При снятии напряжения с катушки 4 якорь 7, жестко соединенный со втулкой 8, внутри которой размещена полусфера 9, под действием пружины 6 перемещается, закрывая отверстие 14. Утечка рабочего тела из надклапанной полости 23 прекращается и за счет поступающего рабочего тела через отверстие в дросселе 15 давление в надклапанной полости 23 растет. Это происходит до тех пор, пока суммарное усилие действия пружин 5, 6 и давления рабочего тела в надклапанной полости 23 не превысит суммарное усилие поджатого сильфона 10 и давления рабочего тела в подклапанной полости 20. В этот момент якорь 7, жестко соединенный со втулкой 8, клапан 13, жестко связанный с фланцем 22 и верхним фланцем сильфона 11, совершают поступательное движение до тех пор, пока клапан 13 не закроет отверстие 25.
Причем, регулировка времени срабатывания (включения и выключения) достигается с помощью подборного дросселя 15, позволяющего изменить соотношение площадей отверстия 14 и отверстия в дросселе 15, а введение в данную конструкцию взрывобезопасной щели 18, образованную разностью посадочных диаметров корпуса гермоввода 16 и соединенной с ней крышкой 17 (ГОСТ Р 51330.0-99), и взрывобезопасного кабельного ввода 19, установленного на крышке 17, обеспечивает взрывобезопасность конструкции.
Технический результат достигается за счет:
- применения деталей конструкции (фланец, верхний и нижний фланцы сильфона), выполненных из нержавеющей стали, что позволяет использовать рабочее тело, имеющее высокую температуру;
- клапана 13 и верхнего фланца сильфона 11, соединенных между собой, для обеспечения герметичности в стыке, плотной беззазорной посадкой и стянутых вместе с фланцем 22 винтами 26 для повышения надежности соединений;
- использования металлического сильфона 10 в качестве разделителя надклапанной и подклапанной полостей с различным давлением, что исключает применение неметаллических разделителей полостей (диафрагма - мембрана, подвижный поршень с неметаллическими уплотнениями), а также исключает трение деталей и позволяет использовать рабочее тело, имеющее высокую температуру, при этом устройство надежно в работе;
- верхнего 11 и нижнего 12 фланца сильфона герметично соединенных с сильфоном 10 сваркой, что увеличивает надежность конструкции;
- наличия зазора между наружными поверхностями сильфона, верхнего фланца сильфона, фланца и внутренней поверхностью корпуса сильфона, образующих разделение надклапанной и подклапанной полостей, что исключает трение деталей между собой, чем увеличивает ресурс и надежность электромагнитного клапана.
Использование стальных деталей в запорном узле, в узле разделителя надклапанной и подклапанной полостей позволяет устройству на протяжении всего ресурса, определяемого высокой износостойкостью стали, сохранять работоспособность во всем температурном диапазоне рабочего тела от минус 65°С до плюс 350°С, что позволяет считать конструкцию надежной.
Заявляемое устройство имеет преимущества перед аналогами тем, что в его конструкции применены металлические элементы в запорном узле и в узле разделителя надклапанной и подклапанной полостей, использован металлический сильфон и отсутствуют трущиеся между собой уплотнительные элементы.
Таким образом, конструкция заявляемого технического решения обеспечивает достижение поставленной задачи.
Заявляемое устройство экспериментально подтвердило возможность получения предполагаемого результата.
Электромагнитный клапан с металлическим сильфоном, содержащий корпус, имеющий штуцеры подвода и отвода рабочего тела, катушку, электропитание которой подается через взрывобезопасный кабельный ввод, подпружиненный якорь, имеющий возможность осевого перемещения, жестко соединенный со втулкой, внутри которой расположена полусфера, выполняющая роль стравливающего клапана, штуцер, отличающийся тем, что он снабжен металлическим сильфоном, к торцам которого герметично присоединены, например, пайкой или сваркой металлические фланцы сильфона, причем нижний фланец сильфона имеет отверстие, в которое установлен дроссель с подборным проходным отверстием и жестко закреплен в корпусе сильфона, а верхний фланец сильфона жестко соединен плотной беззазорной посадкой с клапаном и стянут с помощью винтов с фланцем, за счет чего в конструкции образуются две разделенные между собой полости, надклапанная и подклапанная, при этом между наружными поверхностями сильфона, верхнего фланца сильфона, фланца и внутренней поверхностью корпуса сильфона имеется радиальный зазор, исключающий трение между ними, и между фланцем и втулкой, установленной в якорь, имеется осевой зазор.
