Клапан (варианты)

Полезная модель относится к вакуумной технике, а именно к клапанам, предназначенным для перекрывания газовых потоков на границе среды с давлением от 2-3 атмосфер до среднего вакуума со средой с давлением от атмосферы до среднего вакуума (10 ^-5-10^-6 Па). Предлагаемые конструкции клапанов содержат седло с отверстием или отверстиями, над которым центральной частью закреплена мембрана, выполненная с прощелкиванием или без прощелкивания: нормально-открытой или нормально-закрытой. Клапан приводится в действие линейным электродвигателем, состоящим из обмотки и якоря, которые могут быть установлены, как подвижно, так и неподвижно. Клапан может приводиться в действие также внешним приводом другого электромагнитного устройства. Использование полезной модели позволяет уменьшить потребление электроэнергии и загрязнение электромагнитным полем технологической среды, повысить надежность и долговечность работы клапанов, при их относительно простой и компактной конструкции. 4 н.п.ф-лы, 18 з.п.ф-лы, 6 ил.

Полезная модель относится к вакуумной технике, а именно к клапанам, предназначенным для перекрывания газовых потоков на границе среды с давлением от 2-3 атмосфер до среднего вакуума со средой с давлением от атмосферы до среднего вакуума (10 ^-5-10^-6 Па).

Из уровня техники известен клапан, содержащий полый корпус, устройства питания и управления в виде электромагнитного привода, шток клапана, соединенный с одной стороны с заслонкой герметизирующего узла, а с другой - с якорем электромагнита, катушку электромагнита и пружину (см. проспект НПО «АРГОНАВТ-ТЕПЛОЭНЕРГО»). При включении известного клапана, т.е. при подаче напряжения на катушку электромагнита, якорь втягивается в катушку, и шток с заслонкой перемещается в состояние «открыто», преодолевая усилие пружины.

Недостатком известного технического решения является сложность конструкции, потребление электроэнергии при открытом состоянии клапана, повышенное загрязнение среды электромагнитным полем, невысокая надежность и долговечность.

Технической задачей заявленной полезной модели является разработка простых и компактных клапанов, обладающих уменьшенным потреблением электроэнергии и загрязнением электромагнитным полем технологической среды, повышенной надежностью и долговечностью.

Поставленная задача решается тем, что по первому варианту клапан содержит мембрану, закрепленную центральной частью на седле клапана, в котором выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, а периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленном с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной отверстия или отверстий, выполненных в седле клапана.

Клапан может быть снабжен обмоткой электропривода, расположенной на расстоянии от якоря клапана.

Данный вариант клапана эффективен при возможности использования обмотки какого-либо устройства для синхронного срабатывания упомянутого устройства и клапана, либо для подачи на обмотку меньшего напряжения для срабатывания устройства, но достаточного для срабатывания клапана.

В центральной части якоря может быть выполнено отверстие, через которое проходит ограничитель хода якоря, одним концом закрепленный в центральной части мембраны, а на другом конце имеющий упор.

Для уменьшения жесткости мембраны ее прикрепление к якорю может осуществляться с помощью лепестков, выполненных по ее внешнему краю и расположенных перпендикулярно ее плоскости.

Мембрана может быть выполнена с прощелкиванием или простой без прощелкивания: нормально-открытой, т.е. не перекрывающей отверстия, когда на обмотку электропривода напряжение не подается или нормально-закрытой, т.е. перекрывающей отверстия, когда на обмотку электропривода напряжение не подается.

Обмотка привода может быть размещена на одном из концов держателя, другой конец которого закреплен в центральной части мембраны посредством лазерной или контактной сварки.

Обмотка электропривода может быть расположена со свободной стороны клапана.

Данный вариант клапана оптимален для размещения на относительно тонких, магнитно-прозрачных и хрупких корпусах установок, на которых не желательно сверление отверстий, нанесение резьбы, или использование лазерной или контактной сварки (например, на стеклянных или керамических корпусах). При этом седло клапана состоит из корпуса с отверстием, к которому прикреплена пластина с по меньшей мере одним отверстием в центральной части, которой закреплена мембрана.

По второму варианту клапан содержит мембрану, закрепленную центральной частью на седле клапана, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие, а периферийной частью - на обмотке электромагнитного привода, выполненной с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной отверстия или отверстий в седле клапана, и статор привода.

Данный вариант клапана отличается значительной компактностью, простотой установки и возможностью установки в любом удобном месте.

Мембрана может быть выполнена с прощелкиванием или без прощелкивания: нормально-открытой или нормально-закрытой.

Статор может быть расположен над обмоткой привода и размещен на одном из концов держателя, другим концом закрепленного в центральной части мембраны посредством лазерной или контактной сварки.

Мембрана может быть прикреплена непосредственно к седлу клапана или к резьбовому крепежному элементу, проходящему через отверстие, выполненное в седле.

По третьему варианту клапан содержит основание с выполненным в нем по меньшей мере одним сквозным отверстием и с кольцевым пазом, выполненным на его боковой поверхности, в котором размещена обмотка электромагнитного привода, мембрану, закрепленную своей периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленном с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной отверстия или отверстий основания, а центральной частью - на торце верхней части основания непосредственно или посредством держателя.

Данный вариант клапана хотя и имеет несколько большие габариты, но значительно более прост в установке и замене, т.к. для его установки на тонкий корпус требуется только создание сквозного отверстия, а на толстый корпус создание сквозного отверстия с резьбой.

Мембрана может быть выполнена с прощелкиванием, или без прощелкивания: нормально-закрытой или нормально-открытой.

Основание клапана может быть выполнено в виде винта, при этом кольцевой паз выполнен в шляпке винта, а на резьбовой части винта размещена уплотнительная прокладка.

Держатель может быть выполнен в виде скобы, размещенной в кольцевой проточке, выполненной коаксиально сквозному отверстию основания.

Клапан может быть выполнен с кольцевым уплотнением, расположенным по контуру торца основания или по контуру мембраны.

По четвертому варианту клапан содержит основание с выполненным в нем по меньшей мере одним сквозным отверстием и с кольцевым пазом, выполненным на его боковой поверхности, в котором размещена обмотка электромагнитного привода, мембрану, закрепленную своей периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленном с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной отверстий основания, а центральной частью - на колпачке, надетом на основание, при этом в колпачке выполнено по меньшей мере одно отверстие.

Данная конструкция клапана хотя и имеет наибольшие габариты, из всех предыдущих конструкций, но имеет преимущество в том, что хрупкая и уязвимая часть клапана - мембрана надежно защищена колпачком.

Колпачок может быть соединен с основанием посредством резьбы. Отверстия выполняют в боковой стенке колпачка.

Мембрана может быть закреплена на выступе, расположенным на внутренней поверхности торцевой стенки колпачка.

Основание может быть выполнено в виде винта, при этом кольцевой паз выполнен в шляпке винта, а на резьбовой части винта размещена уплотнительная прокладка.

Мембрана может быть выполнена с прощелкиванием или без прощелкивания: нормально-закрытой или нормально-открытой.

Полезная модель поясняется чертежами.

На фиг.1 изображен клапан со стационарно установленной обмоткой электропривода над седлом и якорем клапана (первый вариант изобретения).

На фиг.2 изображен клапан со стационарно установленным якорем (статором привода), расположенным над седлом и обмоткой привода (второй вариант изобретения)

На фиг.3. изображен клапан по-первому варианту изобретения с расположение обмотки привода над седлом клапана, закрепленной на держателе.

На фиг.4 изображен клапан по-первому варианту изобретения с расположение обмотки привода под седлом клапана.

На фиг.5 изображен клапан с открытым основанием (третий вариант изобретения).

На фиг.6 изображен клапан с закрытым основанием (четвертый вариант изобретения).

Клапан по первому варианту (фиг.1, 3, 4) содержит мембрану 1, закрепленную центральной частью на седле 2 клапана, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие 3, а периферийной частью на якоре 4, установленном с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной 1 отверстий 3, и стационарно установленную обмотку 5 электропривода. По внешнему контуру мембраны размещено уплотнение 6, которое может быть расположено так же на седле 2 клапана.

Как частный вариант мембрана 1 может быть выполнена с прощелкиванием (фиг.1) или без прощелкивания: нормально-закрытой (фиг.3) и нормально-открытой (фиг.4).

На фиг.1 показан вариант клапана с расположением обмотки 5 электропривода над седлом 2 и якорем 4 клапана. При этом в центральной

части якоря 4 выполнено отверстие, через которое проходит ограничитель 7 хода якоря, одним концом 8 закрепленный в центральной части мембраны 1, а на другом конце имеющий кольцевой упор 9. Мембрана 1 прикреплена к якорю 4 с помощью лепестков 10, выполненных по ее внешнему краю и расположенных перпендикулярно ее плоскости.

На фиг.3 показан вариант клапана, в котором обмотка 5 привода размещена на одном из концов держателя 11, другой конец которого закреплен в центральной части мембраны посредством лазерной или контактной сварки.

На фиг.4 показан вариант клапана, в котором обмотка 5 электропривода расположена под седлом 2 клапана. При этом седло 2 клапана состоит из корпуса 12 с отверстием 3, к которому приклеено основание 13 с по меньшей мере одним отверстием. С противоположной от мембраны стороны к корпусу 12 приклеена обмотка 5 электропривода.

Клапан по второму варианту (фиг.2) содержит мембрану 1, закрепленную центральной частью на седле 2 клапана, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие 3, а периферийной частью на обмотке 5 привода, выполненной с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной 1 отверстий 3, и статора 4 (якоря) привода.

Как вариант, мембрана 1 выполнена с прощелкиванием, при этом статор 4 расположен над обмоткой 5 привода и размещен на одном из концов держателя 11, другим концом закрепленного в центральной части мембраны 1 посредством лазерной или контактной сварки. Мембрана 1 прикреплена к шляпке винта 14, проходящего через отверстие, выполненное в седле 2 и закрепленного гайкой 15.

Клапан по третьему варианту (фиг.3) содержит основание 16 с выполненным в нем сквозным отверстием 17 и с кольцевым пазом 18, выполненным на его боковой поверхности, в котором размещена обмотка 5 электропривода, мембраны 1, выполненной с прощелкиванием и

закрепленной своей периферийной частью на якоре 4, установленным с возможностью перемещения и перекрывания совместно с мембраной 1 отверстия 17 основания 16, а центральной частью на держателе 19, выполненным в виде скобы, закрепленной в проточке 20 торца верхней части основания 16, на которой размещено уплотнение 21. Основание 16 выполнено в виде винта, при этом кольцевой паз выполнен в шляпке 22 винта, а на резьбовой части 23 винта размещена уплотнительная прокладка 24.

Клапан по четвертому варианту (фиг.6) аналогичен предыдущему варианту с той лишь разницей, что на основание 16 при помощи резьбы навинчен колпачок 25, в боковой стенке которого выполнены отверстия 26. Мембрана 1 центральной частью закреплена на выступе 27, расположенным на внутренней поверхности торцевой стенки колпачка 25.

Работа клапана по первому и по второму варианту, в которых мембрана 1 выполнена с прощелкиванием, а якорь 4 и обмотка 5 находятся над седлом клапана осуществляется следующим образом (фиг.1, 2).

Клапан открыт.

На обмотку 5 привода подается напряжение определенной полярности, по обмотке протекает ток. Между якорем 4 и обмоткой 5 возникает отталкивающая сила, которая передается на мембрану 1, в результате чего последняя деформируется и прощелкивается. Мембрана 1 прижимается к седлу 2 клапана, деформируя уплотнитель 6, в результате чего происходит перекрытие и герметизация отверстий 3.

Клапан закрыт.

На обмотку 5 подается напряжение обратной полярности, по обмотке протекает ток в обратном направлении. Между якорем 4 и обмоткой 5 возникает притягивающая сила, которая передается на мембрану 1, в результате чего последняя деформируется и прощелкивается в обратном направлении. Происходит разгерметизация и открытие перекрываемых отверстий. Подача напряжения на обмотку 5 прекращается.

Клапан открыт.

Работа клапана по третьему и по четвертому варианту (фиг.5, 6), в которых мембрана 1 выполнена с прощелкиванием, якорь 4 размещен над седлом 4 клапана, а обмотка 5 под седлом клапана осуществляется аналогично предыдущему варианту, но при закрытии клапана происходит притяжение обмотки 5 и якоря 4, а при открытии - их отталкивание.

Работа клапана по первому варианту, в которых мембрана 1 выполнена без прощелкивания нормально закрытой, а якорь 4 и обмотка 5 находятся над седлом 2 клапана осуществляется следующим образом (фиг.3).

Клапан закрыт.

На обмотку 5 привода подается напряжение определенной полярности, по обмотке протекает ток. Между якорем 4 и обмоткой 5 возникает притягивающая сила, которая передается на мембрану 1, в результате чего последняя деформируется. Происходит разгерметизация и открытие перекрываемых отверстий. Мембрана 1 дальше отходит от седла, еще больше открывая отверстия 3.

Клапан открыт.

На обмотку 5 прекращается подача напряжения. Усилие притяжения обмотки 5 и якоря 4 исчезает. Мембрана 1 возвращается в исходное положения, перекрывая с помощью уплотнителя 6 отверстия 3.

Клапан закрыт.

В случае нахождения обмотки 5 и якоря 4 по разные стороны от седла принцип работы аналогичен описанному варианту, но при подаче на обмотку 5 напряжения, последняя и якорь 4 взаимо отталкиваются.

Работа клапана по первому варианту, в которых мембрана 1 выполнена без прощелкивания нормально-открытой, якорь 4 находится над седлом, обмотка 5 под седлом осуществляется следующим образом (фиг.4).

Клапан открыт.

На обмотку 5 привода подается напряжение определенной полярности, по обмотке протекает ток. Возникает сила, притягивающая якорь 4 и обмотку 5, которая передается на мембрану 1, в результате чего последняя деформируется и через уплотнитель 6 прижимается к седлу клапана, герметизируя отверстие 3.

Клапан закрыт.

На обмотку 5 прекращается подача напряжения. Усилие притяжения обмотки 5 и якоря 4 исчезает. Мембрана 1 возвращается в исходное положения, открывая отверстие 3.

Клапан открыт.

В случае нахождения якоря 4 и обмотки 5 по одну сторону от седла принцип работы аналогичен вышеописанному варианту, но при подаче напряжения на обмотку 5, последняя и якорь 4 взаимо отталкиваются.

Вышеописанные конструкции клапанов просты в управлении и легко поддаются автоматизации. Линейный электропривод, встроенный в конструкцию клапанов и мембрана, выполняющая роль тарелки клапана, позволяют сделать клапаны компактными и с очень маленькой металлоемкостью, а возможность применения бескорпусных вариантов значительно улучшает эти параметры. Клапаны не имеют узлов трения движения, а, следовательно, не загрязняют среду микрочастицами износа и высокомолекулярными углеродными загрязнениями, выделяющимися из смазки. В случае применения специального провода обмотки и фторопластового уплотнителя клапаны могут работать при температуре 300-400°С.

Режим работы мембраны с прощелкиванием, малой перемещаемой массой и небольшим ходом якоря привода позволяет значительно снизить размеры приводной обмотки, а также еще в большей степени снизить размеры обмотки при применении специальной автоматики и работе обмотки в импульсном режиме с большими токами (длительность

импульса 0,05-0,5 с), что также позволит сделать конструкции клапанов еще более компактными.

При применении клапанов в ответственных конструкциях возможна установка резервного привода, либо управление сильным внешним магнитным полем.

1. Клапан, содержащий мембрану, закрепленную центральной частью на седле клапана, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие, а периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленного с возможностью перемещения и перекрывания мембраной отверстия или отверстий, выполненных в седле клапана.

2. Клапан по п.1, отличающийся тем, что снабжен обмоткой электропривода, которая расположена на расстоянии от якоря клапана.

3. Клапан по п.1, отличающийся тем, что в центральной части якоря выполнено отверстие, через которое проходит ограничитель хода якоря, одним концом закрепленный в центральной части мембраны, а на другом конце имеющий упор.

4. Клапан по п.1, отличающийся тем, что мембрана выполнена с возможностью прощелкивания или без прощелкивания.

5. Клапан по п.2, отличающийся тем, что снабжен обмоткой привода, которая размещена на держателе, закрепленном в центральной части мембраны.

6. Клапан по п.1, отличающийся тем, что снабжен обмоткой электропривода, которая расположена со свободной стороны клапана.

7. Клапан по любому из пп.1, 2, 6, отличающийся тем, что седло клапана состоит из корпуса с отверстием, к которому прикреплена пластина с по меньшей мере одним отверстием, в центральной части которой закреплена мембрана.

8. Клапан, содержащий мембрану, закрепленную центральной частью на седле клапана, в котором выполнено по меньшей мере одно отверстие, а периферийной частью - на обмотке электромагнитного привода, выполненной с возможностью перемещения и перекрывания мембраной отверстия или отверстий в седле клапана, и статор привода.

9. Клапан по п.8, отличающийся тем, что статор размещен на держателе, закрепленном в центральной части мембраны.

10. Клапан по любому из п.8 или 9, отличающийся тем, что мембрана прикреплена непосредственно к седлу клапана или к резьбовому крепежному элементу, проходящему через отверстие, выполненное в седле.

11. Клапан по п.8, отличающийся тем, что мембрана выполнена с прощелкиванием или без прощелкивания.

12. Клапан, содержащий основание с выполненным в нем по меньшей мере одним сквозным отверстием и с размещенной на нем обмоткой электропривода, мембрану, закрепленную своей периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленном с возможностью перемещения и перекрывания мембраной отверстия или отверстий основания, а центральной частью - на торце верхней части основания непосредственно или посредством держателя.

13. Клапан по п.12, отличающийся тем, что основание выполнено в виде винта, при этом кольцевой паз выполнен в шляпке винта, а на резьбовой части винта размещена уплотнительная прокладка.

14. Клапан по п.12, отличающийся тем, что держатель выполнен в виде скобы, размещенной в кольцевой проточке, выполненной коаксиально сквозному отверстию основания.

15. Клапан по любому из пп.12-14, отличающийся тем, что мембрана выполнена с прощелкиванием или без прощелкивания.

16. Клапан по п.12, отличающийся тем, что он выполнен с кольцевым уплотнением, расположенным по контуру торца основания и/или по контуру мембраны.

17. Клапан, содержащий основание с выполненным в нем по меньшей мере одним сквозным отверстием и с размещенной на нем обмоткой электромагнитного привода, мембрану, закрепленную своей периферийной частью на якоре электромагнитного привода, установленном с возможностью перемещения и перекрывания мембраной отверстий основания, а центральной частью - на колпачке, надетом на основание, при этом в колпачке выполнено по меньшей мере одно отверстие.

18. Клапан по п.17, отличающийся тем, что колпачок соединен с основанием посредством резьбы.

19. Клапан по п.17, отличающийся тем, что мембрана закреплена на выступе, расположенном на внутренней поверхности торцевой стенки колпачка.

20. Клапан по п.17, отличающийся тем, что основание выполнено в виде винта, при этом кольцевой паз выполнен в шляпке винта, а на резьбовой части винта размещена уплотнительная прокладка.

21. Клапан по любому из пп.17-20, отличающийся тем, что мембрана выполнена с прощелкиванием или без прощелкивания.

22. Клапан по п.17, отличающийся тем, что он выполнен с уплотнением, расположенным по контуру торца основания и/или по контуру мембраны.