Электромагнитное запорное устройство

Электромагнитное запорное устройство относится к технике жидкостных магистралей, в частности к запорным устройствам. Электромагнитное запорное устройство содержит корпус с полостями, электромагнит, якорь, запорный клапан, расположенный в корпусе, и шаровой запорный элемент, расположенный в головке запорного клапана, при этом шток запорного клапана расположен вертикально головкой с шаровым запорным элементом вниз. Шаровой запорный элемент выполнен со средней плотностью ниже плотности жидкости и при наличии жидкости в магистрали всегда находится в закрытом положении, но при сливе жидкости из магистрали автоматически открывается. Электромагнитное запорное устройство позволяет повысить надежность электромагнитного запорного устройства за счет снижения износа поверхности шарового запорного элемента при обеспечении полного и автоматического слива жидкости из полостей электромагнитного запорного устройства даже при отключенном электропитании.

Полезная модель относится к технике жидкостных магистралей, в частности к запорным устройствам.

Известен клапанный узел (патент РФ 2110003 от 27.04.1998 г., МПК F16K 31/02, F16K 15/04), содержащий шаровой запорный элемент с полостью, в которой расположен груз, седло, направляющую втулку, крышку и катушку индуктивности, при этом груз и крышка выполнены из магнитомягкого материала.

Недостатками аналога являются: повышенный износ поверхности шарового запорного элемента при многократном использовании клапанного узла для слива жидкости, трудность полного слива жидкости из полости клапанного узла, например, для длительного хранения, с необходимостью включения катушки.

Известен электромагнитный клапан (патент РФ 2108479 от 10.04.1998 г., МПК F16K 31/02, F02M 51/06), наиболее близкий к рассматриваемому техническому решению и выбранный в качестве прототипа. Электромагнитный клапан содержит корпус, электрообмотку, запорный элемент в виде шарика, седло, канал сброса.

Недостатками прототипа являются: повышенный износ поверхности запорного элемента при многократном функционировании, а также невозможность полного слива жидкости из полостей электромагнитного клапана и необходимость для этого подачи напряжения на электрообмотку.

Задачей рассматриваемого технического решения является усовершенствование конструкции электромагнитного запорного устройства в части слива жидкости из его полостей, а именно: снижение износа поверхности шарового запорного элемента и обеспечение полного слива жидкости.

Задача решается за счет того, что электромагнитное запорное устройство содержит корпус с верхней и нижней полостями, электромагнит с якорем, шаровой запорный элемент, размещенный в головке запорного клапана, при этом шток запорного клапана расположен вертикально головкой вниз и находится в кинематической связи с якорем электромагнита сверху, а в штоке и головке запорного клапана выполнены отверстия и каналы, с помощью которых верхняя полость корпуса сообщена с нижней полостью корпуса; головка запорного клапана опирается на возвратную пружину, установленную в нижней полости корпуса, а шаровой запорный элемент выполнен со средней плотностью ниже плотности жидкости, поступающей в электромагнитное запорное устройство.

В частном случае задача решается за счет того, что шаровой запорный элемент выполнен из внутренней части и наружной оболочки, при этом наружная оболочка выполнена эластичной и герметичной.

В частном случае задача решается за счет того, что внутренняя часть шарового запорного элемента выполнена в виде сферы и расположена внутри наружной оболочки эксцентрично.

Предлагаемое техническое решение позволяет повысить надежность электромагнитного запорного устройства за счет снижения износа поверхности шарового запорного элемента, обеспечения полного и автоматического слива жидкости из полостей электромагнитного запорного устройства.

На фиг.1 изображено электромагнитное запорное устройство в разрезе, при этом направление потока жидкости при штатном функционировании электромагнитного запорного устройства обозначено а, а направление слива жидкости - b.

Электромагнитное запорное устройство содержит корпус, состоящий из нижней части корпуса 1 со штуцером подвода жидкости (или отвода жидкости при автоматическом обратном сливе), верхней части корпуса 2 со штуцером отвода жидкости и электромагнит 3. В нижней части корпуса 1 выполнена нижняя полость 4, в верхней части корпуса 2 выполнена верхняя полость 5. В нижней части корпуса 1 расположен запорный клапан с головкой 6 с мягким уплотнением 7, седлом 8, проходными каналами 9 и штоком 10. Головка 6 запорного клапана выполнена с отверстиями 11 и проходным каналом 12. В головке 6 расположен шаровой запорный элемент 13. Также в состав электромагнитного запорного устройства входят возвратная пружина 14 запорного клапана и крышка 15 головки 6 клапана с отверстиями.

Внутри обмотки катушки электромагнита 3 соосно штоку 10 расположены якорь 16 и толкатель 17.

Шаровой запорный элемент 12 выполнен из внутренней части и наружной оболочки, наружная оболочка выполнена из эластичного герметичного материала, а внутренняя часть - из материала, плотность которого такова, что средняя плотность шарового запорного элемента 13 меньше плотности жидкости. Внутренняя часть расположена эксцентрично относительно наружной оболочки, при этом центр плавучести расположен выше центра масс.

Для обеспечения работоспособности шарового запорного элемента 13 запорный клапан имеет стабильную пространственную ориентацию, а именно: ось штока 10 запорного клапана расположена вертикально к поверхности земли, головкой 6 вниз. В головке 6 для шарового запорного элемента выполнено седло 18. Также в шейке головки 6 выполнены ходы 19, соединяющие проходные каналы 9 запорного клапана с проходным каналом 12 головки 6.

Электромагнитное запорное устройство работает следующим образом:

В исходном, начальном состоянии электромагнит 3 не подключен к источнику электропитания, полости 4 и 5 не заполнены жидкостью, шаровой запорный элемент 13 под действием силы тяжести занимает нижнее положение в полости головки 6 на крышке 15 и не запирает проходной канал 12 головки 6, запорный клапан под действием возвратной пружины 14 закрыт, и мягкое уплотнение 7 прижато к седлу 8 герметично.

Приведение в рабочее положение осуществляют подачей жидкости из магистрали в нижнюю полость 4, шаровой запорный элемент 13 увлекается вверх повышающимся уровнем жидкости вследствие плавучести и герметично закрывает седло 18 эластичным слоем наружной сферической поверхности, т.к. сфера в любом положении надежно соприкасается с круговой кромкой седла 18 по всей длине линии соприкосновения. Требуемая плавучесть обеспечивается, например, при средней плотности шарового запорного элемента 13, равной, например, 80-90% от плотности жидкости.

Функционирование электромагнитного запорного устройства при штатном действии осуществляют подачей и снятием напряжения электрического тока на контактах электроразъема обмотки катушки электромагнита 3. При включении электромагнита 3 якорь 16 втягивается и посредством толкателя 17 передает усилие открытия на шток 10 запорного клапана с головкой 6, головка 6 с мягким уплотнением 7 отходит от седла 8 и образует кольцевую щель для прохода жидкости под давлением из нижней полости 4 в верхнюю полость 5 и далее на выход через штуцер корпуса - запорный клапан открыт. Время выдержки в открытом положении запорного клапана определяется конкретным режимом работы электромагнитного запорного устройства. При открытом запорном клапане шаровой запорный элемент 13 остается в закрытом положении под действием силы плавучести, скоростного напора жидкости и остаточного перепада давления между полостями корпуса. Закрытие запорного клапана осуществляется снятием напряжения электрического тока с контактов электроразъема, после чего головка 6 запорного клапана под действием возвратной пружины 14 и перепада давления жидкости в полостях 4 и 5 садится мягким уплотнением 7 на седло 8 - запорный клапан закрыт для прохода жидкости. Шаровой запорный элемент 13 при открытии запорного клапана, выдержке и закрытии неизменно находится в прижатом к седлу 18 положении и его эластичный наружный слой не изнашивается при многократных срабатываниях запорного клапана.

Высвобождение шарового запорного элемента 13 происходит автоматически при обратном сливе жидкости из магистрали и полостей 4 и 5 электромагнитного запорного устройства, например, при подготовке к хранению в условиях действия низких температур значительно ниже температуры замерзания жидкости в магистрали. При сливе жидкости шаровой запорный элемент 13 автоматически отделяется от седла 18 под действием силы тяжести, напора жидкости в верхней полости корпуса 5 и разрежения в нижней полости корпуса 4, создаваемого сливаемой жидкостью в магистрали, а затем ложится на крышку 15 - проходной канал 12 открывается, и жидкость сливается в магистраль из самой нижней точки верхней полости корпуса 5 через проходные каналы 9 запорного клапана, ходы 19 и проходной канал 12 головки 6, а затем через отверстия 11 в головке 6 - в нижнюю полость корпуса 4 и во входную магистраль.

Техническое решение предназначено для регулирования работы жидкостных магистралей и позволяет осуществлять обратный слив жидкости из магистрали после отключения подачи жидкости автоматически. Автоматический обратный слив предотвращает деформации корпусов и элементов электромагнитного запорного устройства.

1. Электромагнитное запорное устройство, содержащее корпус с верхней и нижней полостями, электромагнит с якорем, шаровой запорный элемент, отличающееся тем, что шаровой запорный элемент размещен в головке запорного клапана, при этом шток запорного клапана расположен вертикально головкой вниз и находится в кинематической связи с якорем электромагнита сверху, а в штоке и головке запорного клапана выполнены отверстия и каналы, с помощью которых верхняя полость корпуса сообщена с нижней полостью корпуса; головка запорного клапана опирается на возвратную пружину, установленную в нижней полости корпуса, а шаровой запорный элемент выполнен со средней плотностью ниже плотности жидкости, поступающей в электромагнитное запорное устройство.

2. Электромагнитное запорное устройство по п.1, отличающееся тем, что шаровой запорный элемент выполнен из внутренней части и наружной оболочки, при этом наружная оболочка выполнена эластичной и герметичной.

3. Электромагнитное запорное устройство по п.2, отличающееся тем, что внутренняя часть шарового запорного элемента выполнена в виде сферы и расположена внутри наружной оболочки эксцентрично.