RU2016331C1

RU2016331C1 - Electromagnetic valve

Info

Publication number: RU2016331C1
Authority: RU
Inventors: Н.Т. Романенко
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Илла"
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: pipeline valves and fittings. SUBSTANCE: sleeve is secured on electromagnet armature at side of shutoff member pressed to seat by main spring. Hole is made in sleeve bottom and circular projection is made inside sleeve concentrically with hole. Shutoff member is loaded by additional spring towards seat. Effort of additional spring in compressed state is less than initial pressing effort of main spring. Valve members are made to meet preset relationship. Height of seat is greater than height of projection. Height of seat exceeds sum of sleeve bottom thickness, height of projection and travel of additional spring. EFFECT: enlarged operating capabilities. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть применено в качестве перекрывающих клапанов во всех областях промышленности и в машиностроении. The invention relates to valves and can be used as shutoff valves in all industries and in mechanical engineering.

Известен электромагнитный клапан [1], содержащий электромагнит, якорь которого соединен с размещенным в корпусе затвором. Принцип действия такого электромагнитного клапана основан на перемещении затвора якорем электромагнита, который, в свою очередь, перемещается к стопу под действием сил притяжения, возбуждаемых магнитным потоком, возникающем в обмотке электромагнита. Known solenoid valve [1], containing an electromagnet, the anchor of which is connected to a shutter located in the housing. The principle of operation of such an electromagnetic valve is based on the movement of the shutter by the anchor of an electromagnet, which, in turn, moves to the foot under the action of attractive forces excited by magnetic flux arising in the winding of the electromagnet.

Наиболее близким по технической сущности является электромагнитный клапан прямого действия [2], содержащий корпус с седлом, электромагнит с якорем, затвор, основную и дополнительную пружины, стакан с донышком, закрепленный на якоре. Это позволяет в момент "срыва" затвора, прижатого давлением среды к седлу, получать более высокое тяговое усилие привода, чем оно было в начальный момент трогания якоря. The closest in technical essence is a direct-acting solenoid valve [2], comprising a housing with a seat, an electromagnet with an anchor, a bolt, a main and additional spring, a glass with a bottom fixed to the anchor. This makes it possible to obtain a higher traction force of the drive at the moment the shutter “stalls”, pressed by the pressure of the medium against the seat, than it was at the initial moment of moving the armature.

Недостатками такого электромагнитного клапана являются большая масса, габариты и энергопотребление из-за недостаточно эффективного использования энергии электромагнитного привода. The disadvantages of such an electromagnetic valve are the large mass, dimensions and power consumption due to the insufficiently efficient use of the energy of the electromagnetic actuator.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является уменьшение габаритов и массы клапана, уменьшение энергопотребления, повышение надежности и долговечности, расширение функциональных возможностей. The task to which the invention is directed is to reduce the size and weight of the valve, reduce power consumption, increase reliability and durability, expand functionality.

Отличием предлагаемого клапана является то, что стакан закреплен на якоре со стороны затвора, в донышке стакана выполнено отверстие, вокруг которого внутри стакана выполнен кольцевой выступ, затвор подпружинен дополнительной пружиной в сторону седла, усилие дополнительной пружины в сжатом состоянии меньше начального усилия поджатия основной пружины, а элементы клапана выполнены с соблюдением следующих соотношений:
h_я ≥ 0,20 d_c; d_з≥ 1,35 d_c;
h_пр = (0,10...0,95) h_я, где h_я - полный ход якоря электромагнита;
d_c - внутренний диаметр седла клапан;
d_з - наружный диаметр затвора;
h_пр - ход дополнительной пружины.The difference of the proposed valve is that the cup is anchored from the side of the shutter, a hole is made in the bottom of the cup, around which an annular protrusion is made inside the cup, the shutter is spring-loaded with an additional spring towards the seat, the additional spring in the compressed state is less than the initial preload of the main spring, and valve elements are made in compliance with the following ratios:
h _i ≥ 0.20 d _c ; d _s ≥ 1.35 d _c ;
h _ol = (0.10 ... 0.95) h _i , where h _i - the full stroke of the armature of the electromagnet;
d _c is the inner diameter of the valve seat;
d _s - the outer diameter of the shutter;
h _CR - stroke of the additional spring.

Клапан может быть выполнен в двух вариантах -
первый, отличающийся тем, что затвор снабжен кольцевым осесимметричным выступом, направленным в сторону седла и между внутренней поверхностью отверстия в выступе и наружной поверхностью седла выполнен калиброванный зазор, а высота седла больше высоты выступа,
и второй, отличающийся тем, что затвор размещен внутри якоря, толщина донышка стакана вместе с высотой выступа составляет не менее 0,2 d_c, между внутренней поверхностью отверстия в донышке стакана и наружной поверхностью седла выполнен калиброванный зазор, а высота седла больше суммы размеров толщины донышка стакана вместе с высотой кольцевого выступа и хода дополнительной пружины.The valve can be made in two versions -
the first, characterized in that the shutter is equipped with an annular axisymmetric protrusion directed towards the saddle and a calibrated gap is made between the inner surface of the hole in the protrusion and the outer surface of the saddle, and the height of the saddle is greater than the height of the protrusion,
and the second, characterized in that the shutter is placed inside the anchor, the thickness of the bottom of the cup together with the height of the protrusion is at least 0.2 d _c , a calibrated gap is made between the inner surface of the hole in the bottom of the cup and the outer surface of the saddle, and the height of the saddle is greater than the sum of the thickness dimensions the bottom of the glass along with the height of the annular protrusion and the stroke of the additional spring.

Сущностью изобретения является то, что затвор, подпружиненный дополнительной пружиной в сторону седла, более долговечен, а также как в начальный момент движения якоря на открытие усилия основной и дополнительной пружин частично уравновешивают друг друга, то якорю необходимо преодолевать лишь разность их усилия и жесткостей, что позволяет накопить большую кинетическую энергию для "срыва" затвора. Перечисленные отличия позволяют уменьшить массу, габариты и энергопотребление клапана, повысить его надежность и долговечность, расширить функциональные возможности. The essence of the invention is that the bolt, spring-loaded with an additional spring towards the saddle, is more durable, and just as at the initial moment of the movement of the armature to open the efforts of the main and additional springs partially balance each other, the anchor needs to overcome only the difference in their efforts and stiffness, which allows you to accumulate more kinetic energy to "break" the shutter. These differences can reduce the weight, dimensions and power consumption of the valve, increase its reliability and durability, expand the functionality.

Дополнительное улучшение характеристик клапана достигается тем, что в момент "срыва" затвора вокруг наружной поверхности седла образуется кольцевой зазор либо с помощью выступа, направленного в сторону седла, либо с помощью отверстия в донышке стакана. Поток жидкости или газа после движения по кольцевому зазору при проходе через седло поворачивается почти на 180^о, что увеличивает силу воздействия потока на затвор в сторону его открытия.An additional improvement in the valve characteristics is achieved by the fact that at the moment of the valve “stalling” around the outer surface of the seat, an annular gap is formed either by means of a protrusion directed towards the seat or by means of an opening in the bottom of the glass. The fluid flow after the movement of the annulus during passage through the saddle is rotated by almost ¹⁸⁰ °, which increases the impact force on the flow valve towards its opening.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены конструктивные схемы электромагнитного клапана. In FIG. 1 and FIG. 2 shows the design of the electromagnetic valve.

Клапан содержит корпус 1 с седлом 2, входным 3 и выходным 4 патрубками. Затвор 5 прижимается к седлу основной пружиной 6 и разностью входного и выходного давления среды. На корпусе установлен электромагнит 7 с якорем 8. На торце якоря со стороны затвора закреплен стакан 9, на донышке которого выполнен кольцевой выступ 10. Внутри якоря размещена дополнительная пружина 11. The valve comprises a housing 1 with a seat 2, input 3 and output 4 nozzles. The shutter 5 is pressed against the saddle by the main spring 6 and the difference between the input and output pressure of the medium. An electromagnet 7 with an anchor 8 is installed on the casing. At the end of the anchor from the side of the shutter a glass 9 is fixed, on the bottom of which an annular protrusion 10 is made. An additional spring 11 is placed inside the anchor.

На фиг. 1 показан клапан с затвором, снабженным кольцевым выступом 12; на фиг.2 - клапан с затвором, размещенным внутри якоря. In FIG. 1 shows a valve with a shutter provided with an annular protrusion 12; figure 2 - valve with a shutter placed inside the anchor.

Работает клапан следующим образом. The valve operates as follows.

При подаче напряжения на катушку электромагнита якорь 7 вместе со стаканом 9 перемещается к стопу и отжимает основную пружину 6, а усилие дополнительной пружины 11 суммируется с усилием якоря 8. Воздушный зазор между якорем и стопом при этом уменьшается и усилие электромагнита возрастает. Разность между усилием на якоре и разностью усилий пружин используется для накопления кинетической энергии якоря. Когда якорь проходит расстояние h_пр зазор между выступом 10 и поверхностью, на которую он воздействует, становится равным нулю, выпуклая поверхность выступа 10 производит удар и кинетическая энергия якоря передается затвору.When voltage is applied to the coil of the electromagnet, the armature 7 together with the cup 9 moves to the stop and squeezes the main spring 6, and the force of the additional spring 11 is added to the force of the armature 8. The air gap between the armature and the foot decreases and the force of the electromagnet increases. The difference between the force at the anchor and the difference in the efforts of the springs is used to accumulate the kinetic energy of the armature. When the anchor passes the distance h _{pr the} gap between the protrusion 10 and the surface on which it acts becomes equal to zero, the convex surface of the protrusion 10 produces a shock and the kinetic energy of the armature is transmitted to the shutter.

Для накопления достаточной энергии для удара выдерживаются соотношения: h_пр= (0,10...0,95) h_я и h_я ≥ 0,28 d_c.For the accumulation of sufficient energy for the impact, the following relationships are maintained: h _pr = (0.10 ... 0.95) h _i and h _i ≥ 0.28 d _c .

Кинетическая энергия якоря расходуется затем на необходимую для перемещения затвора работу, которая должна быть как можно меньше, что достигается увеличением крутизны падения гидравлической характеристики затвора по мере его удаления от седла. Для обеспечения достаточной крутизны гидравлической характеристики выдерживаются соотношения между диаметрами затвора и седла в виде d_з ≥ 1,35 d_c, а также вокруг наружной поверхности седла образуется кольцевой зазор, позволяющий увеличить угол поворота потока среды при проходе его через седло.The kinetic energy of the armature is then spent on the work necessary to move the shutter, which should be as small as possible, which is achieved by increasing the steepness of the hydraulic drop of the shutter as it moves away from the saddle. To ensure sufficient steepness of the hydraulic characteristic, the ratios between the bolt and seat diameters are maintained in the form of _dz ≥ 1.35 d _c , and an annular gap is formed around the outer surface of the saddle, which allows increasing the angle of rotation of the medium flow when it passes through the saddle.

Обратный ход происходит после снятия напряжения с катушки электромагнита. При этом затвор и якорь возвращаются в исходное положение под воздействием основной пружины якоря и собственного веса подвижных деталей. The reverse stroke occurs after voltage is removed from the coil of the electromagnet. At the same time, the bolt and anchor return to their original position under the influence of the main spring of the anchor and the dead weight of the moving parts.

Проведенные эксперименты показали, что предлагаемое решение позволяет при неизменных мощности, массе и габаритах электромагнита и неизменном диаметре седла повысить рабочее давление в 15...30 раз или, если это необходимо, сохранить значение давления рабочей среды, но зато улучшить энергетические, массовые и габаритные характеристики привода. Например, в одной из экспериментальных конструкций при неизменных Р и D масса электромагнита была уменьшена с 1 до 0,2 кг, т.е. в 5 раз, его мощность уменьшена с 35 до 7 Вт, т.е. также в 5 раз. The experiments showed that the proposed solution allows for constant power, mass and dimensions of the electromagnet and a constant diameter of the seat to increase the working pressure by 15 ... 30 times or, if necessary, maintain the pressure of the working medium, but to improve the energy, mass and overall drive characteristics. For example, in one of the experimental designs with unchanged P and D, the mass of the electromagnet was reduced from 1 to 0.2 kg, i.e. 5 times, its power is reduced from 35 to 7 watts, i.e. also 5 times.

Таким образом, данное изобретение позволяет значительно уменьшить потребляемую мощность, массу и габариты электромагнита, расширить функциональные возможности, диапазон рабочих давлений, диаметров трубопроводов и температур рабочей и окружающей сред, повысить коэффициент запаса по усилиям и уменьшить массу подвижных деталей, тем самым повысив надежность электромагнитного клапана. Thus, this invention can significantly reduce the power consumption, mass and dimensions of the electromagnet, expand the functionality, range of operating pressures, pipe diameters and operating and ambient temperatures, increase the safety factor in efforts and reduce the mass of moving parts, thereby increasing the reliability of the electromagnetic valve .

Claims

1. ELECTROMAGNETIC VALVE, comprising a housing with a saddle, an electromagnet with an anchor on which the glass is fixed, a bolt pressed to the saddle by the main spring, and an additional spring, characterized in that the glass is fixed to the anchor from the bolt side, a hole is made in the bottom of the glass, concentric to which an annular protrusion is made inside the cup, the shutter is spring-loaded with an additional spring towards the seat, and the additional spring in the compressed state is less than the initial preload force of the main spring, and the valve elements are us with the following ratios:
h _i ≥ 0.20d _s ;
d _with _s ≥ 1,35d;
h _ol = (0.10 ... 0.95) h _i ,
where h _i - full stroke of the armature of the electromagnet;
d _with - the inner diameter of the valve seat;
d _s - the outer diameter of the shutter;
h _CR - stroke of the additional spring.

2. The valve according to claim 1, characterized in that the valve is provided with an annular axisymmetric protrusion directed towards the seat with the formation of a calibrated gap between the inner surface of the protrusion and the outer surface of the saddle, the height of the seat being greater than the height of the protrusion.

3. The valve according to claim 1, characterized in that the shutter is placed inside the anchor, the total thickness of the bottom of the cup and the height of the protrusion is at least 0.2 d _s , the seat is placed in the hole of the bottom of the cup with the formation of a calibrated gap, while the height of the seat exceeds the sum of the thickness the bottom of the glass, the height of the annular protrusion and the stroke of the additional spring.