PL191459B1 - Zawór - Google Patents

Abstract

1. Zawór skladajacy sie z kadluba zaworu oraz umieszczonego wnim elementu zaworu ruchomego pomiedzy dwoma stalymi i oddziel- nymi magnesowalnymi elementami, a ponadto element zaworu zawiera co najmniej jeden wysokoenergetyczny magnes o duzej zawarto- sci pierwiastków ziem rzadkich, oraz wyposa- zono zawór w srodki do generowania pola ma- gnetycznego, znamienny tym, ze srodki do generowania pola magnetycznego skladaja sie zpojedynczej cewki (10, 26) znajdujacej sie poza kadlubem (8) zaworu. PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy zaworu służącego do kontroli przepływu cieczy, gazów lub płynów, mającego szczególne znaczenie w uszczelnionych systemach przewodów. Systemy takie używane są na przykład, między innymi, w przemyśle spożywczym, przy zwalczaniu pożarów, w lotnictwie, aeronautyce, kosmonautyce, w przemyśle gazowym i naftowym, służbie zdrowia, w przemyśle farmaceutycznym, usługowym oraz w przemyśle maszyn wysokoprzetworzonych.

Małe, niskociśnieniowe zawory przeważnie wytwarzane są z mosiądzu, aluminium lub ztworzyw sztucznych, podczas gdy większe zawory są zwykle wytwarzane z mosiądzu lub innych stopów metali. Stopy metali, takie jak stal nierdzewna, mogą być wymagane, gdy sterowany płyn jest korozyjny. Zawory mogą być uruchamiane ręcznie lub mechanicznie, poprzez serwomechanizm, a także magnetycznie lub pneumatycznie poprzez przepływ sterowanego płynu. Omawiany wynalazek dotyczy zaworu uruchamianego magnetycznie.

Znane są ze stanu techniki zawory, w których impuls prądu elektrycznego służy do uruchamiania zaworu. Jednakże problemem związanym z tradycyjnymi typami zaworów elektromagnetycznych jest to, że cewki mogą generować wielką ilość energii cieplnej. Tak więc, ograniczone jest wykorzystanie tradycyjnych zaworów elektromagnetycznych przy cieczach kriogenicznych oraz możliwe są problemy z higieną przy użyciu ich w przemyśle spożywczym. Dodatkowo takie zawory wymagają sprężyny powrotnej i mechanizmu z nurnikiem. Sprężyna/nurnik jest w stanie zamknąć zawór przeciwnie do kierunku ciśnienia w układzie, w momencie, gdy zasilanie cewki zostanie odłączone. Dodatkowo tradycyjne zawory elektromagnetyczne wymagają uszczelki do oddzielenia wewnętrznego ciśnienia w układzie po jednej stronie sprężyny/nurnika od ciśnienia atmosferycznego. Takie uszczelki mogą się zużywać i/lub pękać, powodując wten sposób wycieki cieczy, które mogą być zarówno niebezpieczne, jak i kosztowne. Zawory stosujące takie uszczelki są opisane w opisach patentowych US 4690371 i GB 2228831.

Większość zaworów o dużych średnicach, wykorzystywanych w przemyśle, wymaga znaczących instalacji elektrycznych i/lub aparatury wykorzystującej sprężone powietrze, służących do kontroli przepływu cieczy lub gazów. Same w sobie aparatury wykorzystujące sprężone powietrze wymagają instalacji elektrycznej i w związku ztym olbrzymie mogą być koszty oraz trudności w instalacji omawianych zaworów elektromagnetycznych o dużych średnicach.

Kolejną trudnością związaną z tradycyjnymi zaworami elektromagnetycznymi jest to, że są one kosztowne w utrzymaniu, gdyż wymagają ciągłego zasilania energią. Tak więc, na przykład zawór elektromagnetyczny, który używany jest jedynie okazjonalnie, przypuszczalnie raz lub dwa razy do roku, musi pozostać w pełni zasilany energią przez cały okres. Może to być niezwykle kosztowne pod względem zużytej mocy w watach.

Zawór, który byłby łatwy w instalacji, efektywny pod względem kosztów utrzymania oraz zawierałby mniejszą ilość uszczelek i ruchomych części, przyniósłby natychmiastową korzyść dla wielu gałęzi przemysłu oraz posiadałby szerokie zastosowanie.

Zgodnie z wynalazkiem, zawór zawiera kadłub i, umieszczony w nim, element zaworu, ruchomy pomiędzy dwoma stałymi i oddzielnymi magnesowalnymi elementami, a ponadto element zaworu zawiera co najmniej jeden wysokoenergetyczny materiał magnetyczny o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich oraz wyposażono zawór w środki do generowania pola magnetycznego. Zawór według wynalazku charakteryzuje się tym, że środki do generowania pola magnetycznego składają się z pojedynczej cewki znajdującej się poza kadłubem zaworu.

Kadłub zaworu stanowi ogranicznik zapobiegający przejściu elementu zaworu przez środki do generowania pola magnetycznego.

Rozpiętość powierzchni bocznej elementu zaworu jest większa niż rozpiętość powierzchni bocznej środków do generowania pola magnetycznego.

Pierwszy magnetyczny lub magnesowalny element składa się z obudowy cewki.

Rozpiętość powierzchni bocznej elementu zaworu jest taka sama jak rozpiętość powierzchni bocznej obudowy cewki.

Korzystnie cewka jest zasilana energią za pomocą bezpośrednio stosowanego, zasilania prądem elektrycznym.

Korzystnie cewka jest zasilana energią przy pomocy baterii akumulatorowej.

Korzystnie cewka zbudowana jest z żelaza lub ferrytu twardego.

Drugi magnetyczny lub magnesowalny element składa się z magnetycznego materiału.

PL 191 459 B1

Element zaworu wyposażono w wiele wysokoenergetycznych magnesów, o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich, ułożonych w okrąg.

Korzystnie wysokoenergetyczne magnesy o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich są rozmieszczone w równych odstępach od siebie.

Wysokoenergetyczny magnes lub magnesy o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich zbudowany jest/są z neodymu i/lub z samaru.

Korzystnie magnes lub magnesy zawierają przynajmniej jeden inny pierwiastek niż pierwiastki ziem rzadkich.

Magnes lub magnesy zawierają przynajmniej jeden z następujących pierwiastków żelazo, bor, kobalt.

Korzystnie wysokoenergetyczny magnes lub magnesy o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich jest lub są trwale namagnetyzowane, a ich oś magnetyczna ustawiona w dowolnie wybranym kierunku.

Wspomniany wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich jest w formie dysku o istotnie równoległych ścianach, adysk jest namagnetyzowany a oś magnetyczna jest ustawiona prostopadle do wspomnianych ścian, ponadto dysk stanowi wymieniony element zaworu.

Korzystnie zawór jest kolisty, patrząc z góry, i jego średnica przekracza 5 cm.

Zawór korzystnie zawiera środki do tworzenia pola magnetycznego generowanego na okres pomiędzy 0,25 a 10 sekund.

Ponadto zawór zawiera jedną lub więcej uszczelek spoczynkowych zamontowanych na elemencie zaworu lub na elemencie zaworu oraz na kadłubie zaworu.

Korzystnie element zaworu ma przekrój w kształcie litery T.

Pierwszy wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich jest umieszczony wewnątrz prostopadłej, środkowej części, a wielość dodatkowych wysokoenergetycznych magnesów o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich jest umieszczona w układzie kolistym, na około środkowej części.

Zawór według wynalazku nie wymaga zastosowania żadnej formy uszczelnienia pomiędzy cewką a gniazdem zaworu. Konsekwencją takiego stanu rzeczy, jest brak zagrożenia jakimkolwiek wyciekiem z wnętrza zaworu do otaczającego go środowiska, co powoduje, że omawiany wynalazek jest szczególnie przydatny jako zawór regulacyjny do kanałów/rur zawierających przepływające materiały wybuchowe i/lub materiały niebezpieczne i/lub materiały, które muszą być wolne od materiałów chorobotwórczych.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania, przedstawionych na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat zasilania energią wysokoenergetycznego magnesu o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich, fig. 2 przedstawia pierwszy przykład wykonania zaworu, zgodnie z omawianym wynalazkiem, fig. 3 przedstawia drugi przykład wykonania zaworu, zgodnie z omawianym wynalazkiem.

Na fig. 1 przedstawiono wysokoenergetyczny magnes stanowiący element zaworu o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 (zwanych także lantanowcami) posiadający bieguny południowy (S) i północny (N), prąd jest przepuszczany w wybranym kierunku, który to kierunek z powierzchnią 2 tworzy kąt 90°. Po namagnesowaniu wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 jest gotowy do umieszczenia w zaworze według omawianego wynalazku.

Na fig. 2 przedstawiono pierwszy przykład wykonania zaworu skonstruowanego według omawianego wynalazku. W tym przykładzie wykonania zawór służy do użycia z zestawem rur 3i4, gdzie rury 3i4są tak ustawione, że tworzą prostokąt. W przypadku gdy zawór 5 jest w pozycji otwartej, płynny materiał przepływa w kierunku od X do Y. Jednakże, akurat w przypadku fig. 2, wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 znajduje się w pozycji zamkniętej, opierając się o uszczelki 6, które zostały umieszczone wewnątrz gniazda 7 z magnetycznego, materiału, części kadłuba 8 zaworu. Kadłub 8 zaworu nie jest skonstruowany z materiału magnetycznego.

Naprzeciwko rury 3, zawór zaopatrzono w obudowę 9 cewki. Obudowa 9 cewki jest zbudowana z żelaza lub z ferrytu twardego i wjej wnętrzu osadzone są cewki 10. W przypadku, gdy cewki 10 są zasilone energią przy zastosowaniu prądu elektrycznego, wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 zostaje przyciągnięty i porusza się poprzez przestrzeń 12 do obszaru 11. Gdy wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 znajdzie się w obszarze 11, oprze się na wewnętrznej powierzchni 13 kadłuba 8 zaworu, jednocześnie znajdzie się on w pozycji otwartej, pozwalając w ten sposób na swobodny przepływ płynu z rury 4do

PL 191 459 B1 rury 3, zgodnie z kierunkiem od X do Y. Prąd nie musi być stosowany ciągle, a potrzebuje jedynie być użyty przez taki czas, aby był on wystarczający do przyciągnięcia wysokoenergetycznego magnesu do powierzchni 13. Gdy dopływ prądu zostanie wstrzymany, magnes pozostanie na omawianej pozycji dzięki sile przyciągania do materiału z żelaza lub ferrytu twardego w obudowie 9 cewki. Gdy przepływ prądu zostanie odwrócony, ponownie wymagane jest jedynie zastosowanie tego przez krótki czas, wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 zostanie odepchnięty od powierzchni 13i wróci poprzez przestrzeń 12 tak, aby oprzeć się na uszczelkach 6 po przeciwległej stronie. Wtedy wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 jest trwale przytrzymywany w pozycji, w gnieździe 7 z magnetycznego materiału tak, że zawór jest wzamkniętej pozycji, aż do momentu, w którym zajdzie potrzeba ponownego uruchomienia zaworu.

Opisany powyżej zawór może pozostać przez długotrwałe okresy zarówno w otwartym, jak i zamkniętym trybie operacyjnym. Cecha ta powoduje, że zawór, skonstruowany według omawianego wynalazku, posiada zastosowanie szczególnie w gałęziach przemysłu, które wymagają jedynie sporadycznej lub rzadkiej regulacji zaworu, wten sposób dostarczone zostało znaczne udoskonalenie zaworów, w stosunku do wcześniejszego stanu techniki, jednocześnie przy oszczędności kosztów, jako że zawór, skonstruowany według omawianego wynalazku, nie musi być w stanie ciągłego zasilania energią.

Na fig. 3 przedstawiono alternatywny przykład wykonania zaworu skonstruowanego według omawianego wynalazku. W tym przykładzie wykonania rury 14i 15 są ustawione w linii wzdłuż wspólnej osi i przepływ płynu następuje w kierunku od X do Y. Wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 jest osadzony w obudowie 16, magnesu, która jest odpowiednio ukształtowana, aby w momencie, gdy zawór jest w pozycji zamkniętej, opiera się na gnieździe 17 z magnetycznego materiału. Magnesy o małej średnicy, to jest używane w zaworach o średnicy większej niż 5 cm zostały tak ustawione, aby uformować okrąg na około gniazda 17 z magnetycznego materiału. Nie jest praktyczna produkcja dysków, które mają dużą średnicę, z magnesów o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich (lantanowców), do zastosowania w zaworach o średnicy większej niż 5 cm, ponieważ magnesy o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich są z natury kruche i skłonne do uszkodzeń w wyniku działania cewki. W konsekwencji niezbędne jest zaprojektowanie jednostek mających zapobiegać uszkodzeniom magnesów o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich w trakcie ich eksploatacji.

Obudowa 16 magnesu zawiera przynajmniej trzy, a najlepiej więcej, magnesów 20, umieszczonych wewnątrz ramienia 21 obudowy 16 magnesu, ramiona 21, w pełnej pozycji zamkniętej (nie przedstawiono), opierają się w sposób taki, że leżą na tej samej płaszczyźnie co otaczająca je powierzchnia 22 gniazda 17 z magnetycznego materiału. Gniazdo 17 z magnetycznego materiału jest związane z kilkoma uszczelkami 18i 19, wcelu uniknięcia wycieków. Część 23 obudowy 16 magnesu jest wytworzona z niemagnetycznego materiału. Na fig. 3, przy pomocy kierunku zakreskowania, przedstawiono jak element zaworu w postaci części 28 z niemagnetycznego materiału, rozciąga się na około obwodu ramion 21, aż do punktu 29.

W tym szczególnym przykładzie wykonania, wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 oraz związane z nim gniazdo 17 z magnetycznego materiału pod względem przekroju są w kształcie litery T, kształt ten uformowany jest przez ramiona 21i stanowiącą główny kadłub część 28. W pozycji otwartej wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 oraz związana znim obudowa głównego kadłuba, to jest część 28 znajdują się na pozycji wewnątrz wgłębienia 23. Wgłębienie 23 zostało uformowane wewnątrz szczytu zestawu 24 i składa się z materiałów niemagnetycznych we wszystkich otaczających ścianach. Szczyt zestawu 24 wyposażono w uszczelkę 25 z żywicy epoksydowej na najwyższej powierzchni, jednocześnie osadzone są wewnątrz szczytu zestawu 24 rdzenie magnetyczne, które mogą być zasilane energią poprzez prąd doprowadzony przez druty/wtyczki 27. Zabezpieczenie w postaci uszczelki 25 z żywicy epoksydowej jest sposobem na uniknięcie pogarszania się zestawów magnesów, jednakże poza tym zestaw może być pokryty tworzywem sztucznym lub obudowany metalową osłoną.

W trakcie działania wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1 oscyluje pomiędzy dwoma wspominanymi trybami operacyjnymi, to jest otwartą i zamkniętą pozycją poprzez zmianę kierunku napięcia wzbudzenia prądu stałego przepływającego przez cewkę 26. Zmiana kierunku prądu działa albo powodując przyciągnięcie, albo odepchnięcie wysokoenergetycznego magnesu w formie dysku, w trakcie okresów albo otwarcia albo zamknięcia zaworu. W pozycji otwartej, część 28 obudowy 15 magnesu znajduje się wewnątrz wgłębienia 23. Wgłębienie 23 służy

PL 191 459 B1 jako amortyzator tłokowy przez to zmniejszając prędkość pierwiastków ziem rzadkich oraz tłumiąc uderzenie w ten sposób unikając jakiegokolwiek wstrząsu dla magnesu w momencie wchodzenia do wgłębienia 23.

W momencie zamykania zaworu, uszczelka 19, gumowy pierścień samouszczelniający o przekroju okrągłym umieszczony poniżej elementu zaworu w postaci ramion 21 obudowy i na górnej powierzchni gniazda 17 z magnetycznego materiału służy jako sprężyna/amortyzator wstrząsów, która zapobiega uszkodzeniom magnesu. W pozycji zamkniętej, ramiona 21 obudowy 16 magnesu przylegają do powierzchni 22 i uszczelce 19 gniazda z magnetycznego materiału 17. Niezbędne jest jedynie zasilenie energią cewki 26 przez krótki okres, przeważnie 0,25-10 sekund, w obu kierunkach. Okres wzbudzenia jest relatywnie krótki, ponieważ w momencie, gdy dysk z wysokoenergetycznego magnesu jest w otwartej pozycji, jest on w niej przytrzymywany dzięki swojemu własnemu przyciąganiu magnetycznemu do materiału z żelaza lub ferrytu twardego, który wykorzystany został do konstrukcji cewki. W pozycji zamkniętej, wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich 1jest przytrzymywany na miejscu dzięki różnicy ciśnień w zaworze oraz dodatkowo, dzięki swojemu własnemu przyciąganiu magnetycznemu do materiałów magnetycznych woraz na około gniazda 17 z magnetycznego materiału, a także dzięki magnesom 20.

Zawór skonstruowany według omawianego wynalazku dostarcza znaczących korzyści wporównaniu z wcześniejszym stanu techniki zaworów, zarówno w pod względem kosztów, jaki i czasu utrzymania, dodatkowo ponad możliwości szerokiego zastosowania omawianego zaworu w wielu działach przemysłu.

Claims (23)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zawór składający się z kadłuba zaworu oraz umieszczonego w nim elementu zaworu ruchomego pomiędzy dwoma stałymi i oddzielnymi magnesowalnymi elementami,aponadtoelement zaworu zawiera co najmniej jeden wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich, oraz wyposażono zawór w środki do generowania pola magnetycznego, znamienny tym, że środki do generowania pola magnetycznego składają się z pojedynczej cewki (10, 26) znajdującej się poza kadłubem (8) zaworu.
2. 2. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że kadłub (8) zaworu stanowi ogranicznik zapobiegający przejściu elementu zaworu przez środki do generowania pola magnetycznego.
3. 3. Zawór według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że rozpiętość powierzchni bocznej elementu zaworu jest większa niż rozpiętość powierzchni bocznej środków do generowania pola magnetycznego.
4. 4. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy magnetyczny lub magnesowalny element składa się z obudowy (9, 24) cewki.
5. 5. Zawór według zastrz. 4, znamienny tym, że rozpiętość powierzchni bocznej elementu zaworu jest taka sama jak rozpiętość powierzchni bocznej obudowy (9, 24) cewki.
6. 6. Zawór według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że cewka (10, 26) jest zasilana energią za pomocą bezpośrednio stosowanego, zasilania prądem elektrycznym.
7. 7. Zawór według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że cewka (10, 26) jest zasilana energią przy pomocy baterii akumulatorowej.
8. 8. Zawór według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że cewka (10, 26) zbudowana jest z żelaza lub ferrytu twardego.
9. 9. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że drugi magnetyczny lub magnesowalny element składa się z magnetycznego materiału.
10. 10. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że element zaworu wyposażono w wiele wysokoenergetycznych magnesów, o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich, ułożonych w okrąg.
11. 11. Zawór według zastrz. 10, znamienny tym, że wysokoenergetyczne magnesy o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich są rozmieszczone w równych odstępach od siebie.
12. 12. Zawór według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że wysokoenergetyczny magnes lub magnesy o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich zbudowany jest/są z neodymu i/lub z samaru.
13. 13. Zawór według zastrz. 12, znamienny tym, że magnes lub magnesy zawierają przynajmniej jeden inny pierwiastek niż pierwiastki ziem rzadkich.
14. 14. Zawór według zastrz. 13, znamienny tym, że magnes lub magnesy zawierają przynajmniej jeden z następujących pierwiastków żelazo, bor, kobalt.

    PL 191 459 B1
15. 15. Zawór według zastrz. 13 albo 14, znamienny tym, że wysokoenergetyczny magnes lub magnesy o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich jest lub są trwale namagnetyzowane, aichoś magnetyczna ustawiona w dowolnie wybranym kierunku.
16. 16. Zawór według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że wspomniany wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich jest w formie dysku o równoległych ścianach.
17. 17. Zawór według zastrz. 16, znamienny tym, że dysk jest namagnetyzowany a oś magnetyczna jest ustawiona prostopadle do wspomnianych ścian.
18. 18. Zawór według zastrz. 16, znamienny tym, że dysk stanowi wymieniony element zaworu.
19. 19. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór jest kolisty, patrząc z góry, i jego średnica przekracza 5 cm.
20. 20. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera środki do tworzenia pola magnetycznego generowanego na okres pomiędzy 0,25 a 10 sekund.
21. 21. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera jedną lub więcej uszczelek spoczynkowych (6, 19) zamontowanych na elemencie zaworu lub na elemencie zaworu oraz na kadłubie (8) zaworu.
22. 22. Zawór według zastrz. 1, znamienny tym, że element zaworu ma przekrój w kształcie litery T.
23. 23. Zawór według zastrz. 22, znamienny tym, że pierwszy wysokoenergetyczny magnes o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich jest umieszczony wewnątrz prostopadłej, środkowej części, a wielość dodatkowych wysokoenergetycznych magnesów o dużej zawartości pierwiastków ziem rzadkich jest umieszczona w układzie kolistym, na około środkowej części.