Способ управления движением запорного органа электродинамического клапана

 

Изобретение относится карматуростроению и может найти применение в устройствах , осуществляющих быстрый напуск порции газа в вакуумную камеру. Цель изобретения - снижение ударных нагрузок при торможении запорного органа электродинамического клапана С этой целью воздействуют на запорный орган высокочастотным электромагнитным полем импульсного источника электромагнитной энергии неизменной частоты, при этом толщину запорного органа устанавливают меньше глубины проникновения электромагнитного поля, исходя из условия 1/f jr 52//y , где f-частота электромагнитного поляд -толщина запорного органа; /.I и у - магнитная проницаемость и удельная электропроводность материала запорного органа 5 ил 1 табл. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

П9) П I) (st)s F 16 К 31/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ . КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСА!-! ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4010969/63 ,(22) 07.01.86 (46) 30.07.92. Бюл, ¹ 28 (71) Ленинградский государственный технический университет (72) В.Г. Бакута, Л.Н. Карпенко, Б.Ф, Гаркуша, Г.А. Град и 1О.À. Ткаченко (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 112288224433, кл. F 16 К 31/02, 1959, Авторское свидетельство СССР

N 543805, кл. Г 16 К 31/02, 1974.

Карпенко Л.Н, Быстродействующие электродинамические отключающие устройства. Л.О„Энергия, 1973, с.158. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

ЗАПОРНОГО ОРГАНА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО КЛАПАНА

Изобретение относится K арматуростроению и может найти применение в устройствах, осуществляющих быстрый напуск порции газа в вакуумную камеру, например в электродинамических клапанах плазменных ускорителей.

Известен способ управления движением запорного органа электродинамического клапана, включающий воздействие на запорный орган высокочастотным электромагнитным полем импульсного источника электромагнитной энергии, последующее его торможение и возврат в исходное состояние.

Недостатком указанного способа являются высокие ударные нагрузки при торможении, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ управления движением запорного органа

/ (57) Изобретение относится к арматуростроению и может найти применение в устройствах, осуществляющих. быстрый напуск порции газа в вакуумную. камеру, Цель изобретения — снижение ударных нагрузок при торможении запорного органа электродинамического клапана, С этой целью воздействуют на запорный орган высокочастотным электромагнитным полем импульсного источника электромагнитной энергии неизменной частоты, при этом толщину запорного органа устанавливают меньше глубины проникновения электромагнитного поля, исходя из условия 1/f > лд р у, где

f — частота электромагнитного поля; д — толщина запорного органа;,и и у — магнитная проницаемость и удельная электропроводность материала запорного органа. 5 ил. 1 табл. электродинамического клапана, включаю.щий воздействие на запорный орган высокочастотным электромагнитным полем импульсного источника электромагнитной энергии, последующее его торможение и возврат в исходное состояние за счет взаимодействия с буферным элементом клапана.

Успешная реализация указанного способа возможна при соблюдении условия, требующего, чтобы для заданной частоты f воздействующего электромагнитного поля глубина проникновения электромагнитного поля устанавливалась меньше толщины запорного органа д исходя из условия 1/f< яд,иу (где р и у — магнитная проницаемость и электропроводность материала запорного органа). Согласно данному способу управления движением запорного органа последний разгоняется электромагнитными

3 1751573 4 силами до значительной скорости, причем На фиг.1 приведено устройство (электмаксимальная скорость достигается в конце родинамический клапан) для реализации промежутка воздействия на запорный ор- предлагаемого способа управления движеган высокочастотным электромагнитным нием запорного органа электродинамичеполем. Это в конечном счете приводит к 5 ского клапана; на фиг.2-5 — временные возрастанию ударных нагрузок прй тормо- диаграммы электромеханических процесжении запорного органа. сов в клапане,и усилий, воздействующих на

Цель изобретения — снижение ударных запорный орган клапана. нагрузок при торможении запорного орга- Устройство содержит корпус 1, электро10 магнитную катушку 2, запорный орган 3, Поставленная. цель достигается тем, что .канал 4 напуска газа, а также узел возврата согласно способу управления движением запорного органа в исходное положение, запорного органа. электродинамического состоящий из крышки 5 и буферных элеменклапана, включающему воздействие на за- тов 6 и 7. Узел возврата может быть выполпорный орган высокочастотным электро- 15 нен с одним буферным элементом 6 либо с магнитным полем импульсного источника несколькими буферными элементами 6 и 7 электромагнитной энергии, последующее разной жесткости. В исходном положении

его торможение и возврат в исходное состо- канал 4 напуска газа перекрыт запорным яние за счет взаимодействия с буферным органом 3. Газ под давлением находится в элементом клапана. Частоту воздействия 20 полости А, которая каналом 4 напуска газа электромагнитного поля устанавливают сообщается с вакуумной полостью Б, Гермеравной исходной, при этом глубину проник- . тиэация-вакуумной полости осуществляется новения электромагнитного поля устанав- с помощью уплотнения 8, а герметизация ливают больше толщины запорного органа корпуса — с помощью уплотнения 9. Для исход у 1/f > дф ду 25 создания высокочастотного электромагнитного поля используется импульсный источисходя из условия 1 1 > л ник 10 энергии (например, конденсатор), Новое соотношение параметров про-шение каж е который подсоединен к катушке 2 через раесса об атно общепринятому, При этом допускается HeKDTopoe YxYAKGHMQ (KBNy e» " то му стих и оцесс у р 30 то 11. Чтобы реализовать. предлагаемый положител р у р р способ управления движением запорного положительного результата при торможеоргана, необходимо при сохранении велинии. В известном способе управления двичины f, равной исходной, установить глубижением запорного органа его торможение ну проникновения электромагнитного поля ассмат ивается как отдельная задача, по35 больше толщины запорного органа исходя этому, решая задачу ускорения, избегают выпуска магнитного поля, стремясь запе- из условия 1/f > яд /су . Частота воздейреть его в рабочем зазоре. Для этого требу- ствующего на запорный орган высокочается установление глубины проникновения стотного электромагнитного поля

Электромагнь,тного поля .меньше толщины импульсного источника электромагнитной запорного органа, Предлагаемый способ энергии f связана с параметрами C u L им40 управления движением запорного органа пульсного источника сле ующим образом: позволяет обеспечить дополнительный эф- f=1/2 л LC фект путем использования обычно отрица- где С вЂ” емкость источника энергии(кондентельного явления выпуска магнитного поля сатора);

45 из рабочего зазора. Для этого необходимо L — индуктивность цепи, содержащеи при реализацииспособаустанавливатьглу= импульсный источник энергии и электробинупроникновенияэлектромагнитногопо- магнитную катушку клапана. Для рассматля больше толщины запорного органа при риваемого примера f =7 кГц; y= 1,667 10 сохранении частоты воздействия электро- 1/Ом м ус=12,55.10 Гнlм: 6=0,7мм; С=

-1 -1. магнитного поля, равной исходной. Исполь- = 10 Ф; L = 4 10 Б Гн.

50 -4 зование указанного эффекта расширяет Устройство работает следующим обравозможности предлагаемого способа уп- 3p+. равленйя движением запорного органа При разрядке конденсатора 10 через электродинамического клапана, позволяет коммутатор 11 на катушку 2 клапана по карешать задачу комплексно и при разгоне тушке протекаеттокц(т). Создается. высоко55 запорного органа уже предусматривать воз- частотное электромагнитное поле, можность его дальнейшего торможения. воздействующее на запорный орган 3, в реВсе это позволяет снизить ударные нагруз- зультате чего в последнем индуцируется ток ки при торможении запорного органа. обратного направления 12(1). Вследствие

1751573 взаимодействия токов разного направления 11(t) и 12(t) между ними возникает сила отталкивания. Запорный орган 3 отбрасывается от катушки 2 и открывает проход для газа. Гаэ из полости А высокого давления через канал 4 напуска поступает в вакуумную полость Б. Так как глубина проникновения электромагнитного поля установлена больше толщины запорного органа, это приводит к тому, что между токами It(t) и 12(t) имеет место сдвиг по фазе. Это означает, что возникающие между токами !1(1) и 12(t) усилия в определенный момент времени сменяют знак и из отталкивающих становятся притягивающими. Запорный орган тормозится отмеченными притягивающими электромагнитными силами, в результате чего его скорость и кинетическая энергия снижаются, поэтому его торможение буферными элемецтами 6 и 7 облегчено, а сами элементы 6 и 7 работают в щадящих условиях. Снижаются ударные нагрузки при торможении запорного органа. Под воздействием элементов 7 и 6, а также сил газового давления запорный орган 3 возвращается в исходное положение и клапан закрывается.

Основные технические преимущества предлагаемого способа управления движением запорного органа электродинамического клапана проиллюстрированы на фиг.2-5 и в таблице, На фиг.2-5 представлены варианты расчета на ЭВМ временных диаграмм электромеханических процессов в электродинамическом клапане до момента взаимодействия запорного органа с буферным элементом 7,.На фиг.2-5 и в таблице приняты следующие обозначения: I>(t) — ток в катушке клапана; 12(t) — индуцированный ток в запорном органе; F(t) — электромагнитная сила, действующая на запорный орган;

V(t) — скорость запорного органа, причем VM — максимальная скорость; Ч, — конечная скорость на рассматриваемом участке (скорость соударения запорного органа с буферным элементом 7): Kv = Чм.IЧк — коэффициент снижения скорости. Фиг,2 относится к конструкции, где реализован известный способ. Фиг.3-5 относятся к вариантам конструкции по предлагаемому способу управления движения запорного органа. Анализ электромеханических характеристик показывает на качественное отличие процессов, представленных на фиг.2, от процессов, представленных на фиг.3— -"5. .Это отличие прослеживается, если сравнить графики электромагнитной силы Е(т), действующей на запорный орган. По известному способу (фиг.2) при протекании по катушке клапана полуволны тока I>(t) электромагнитная сила F(t) остается все время положительной. Ток 12(t) находится в противофазе с током! (т). Для конструкций с предлагаемым способом управления движением эапорного органа на графиках электромагнитной силы F(t) имеются участки, где сила F(t) отрицательна, что ведет к снижению скорости запорного органа (фиг,3-5), В таблице более подробно представле5

Эффект электромагнитного самоторможения запорного органа в конце участка разгона приводит к значительному снижению скорости запорного органа и его кинетической энергии в момент удара о буферный элемент клапана. Это позволяет

55 уменьшить в десятки и более раз ударные нагрузки при торможении запорного органа и в такой же мере позволяет уменьшить объем буферного элемента, а также повысить надежность его работы. ны сравнительные характеристики некдторых вариантов электродинамических клапанов, выполненных в соответствии с предлагаемым способом управления дви15 жением запорного органа. Сравнение проводится с конструкцией, где реализован известный способ, При этом индекс ниже и0" относится к известному способу, индекс и1" — для новых конструкций. В таблице при20 нчты следующие обозначения; Po, P> — максимальная сила взаимодействия между запорным органом и буферным элементом; а5, а — удельная энергия, поглощаемая единицей объема буферного элемента

25 (P = 2 WZ а = W/U, где W — кииегическая энергия запорного органа массой

m (W = mV t

30 Кр = Р1/Ро — максимальной силы взаимодействия запорного органа с буферным элементом; К = а /ао — удельной энергии. поглощаемой единицей объема буферного элемента; Kw = W>/Wo — кинетической энер35 гии запорного органа и Kv =- UiИ вЂ” обьема буферного элемента;. Ч,IЧ 1 — отношение конечных скоростей соударения запорного органа с буферным элементом, причем, так как конечная скорость по известному спосо40 бу близка к максимальной скорости рассматриваемых вариантов, Чк,iЧк1 = Kv

Из данных таблицы видны преимущества, полученные при использовании предлагаемого способа управления движением, запорного органа электродинамического клапана.

1751573

Формула изобретения

Способ управления движением запор ного органа электродинамического клапана, включающий воздействие на запорный орган высокочастотным электромагнитным полем импульсного источника электромагнитной энергии, последующее его торможение и возврат в исходное состояние вследствие его взаимодействия с буферным элементом клапана, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения ударных нагрузок при торможении, частоту воздействия электромагнитного поля сохраняют равной исходной, при этом глубину проникновения электромагнитного поля устанавливают больше толщины запорного органа, исходя

6. из условия

1/f > иФру, где f частота электромагнитного поля; д — толщина запорного органа; р и —, магнитная проницаемость и

1О удельная электропроводность материала запорного органа, 1751573

1751573

Составитель В.Павлов

Техред М. Моргентал Корректор А.Осауленко

Редактор M,Ïåòðîâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2683 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5