RU2313716C2

RU2313716C2 - Electromagnetic valve

Info

Publication number: RU2313716C2
Application number: RU2005131234/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Корниенко (RU); Александр Васильевич Корниенко
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-12-27
Also published as: RU2005131234A

Abstract

FIELD: pipeline fitting, namely used as electromagnetic valve whose drive is controlled by means of short-period electric pulse.

SUBSTANCE: electromagnetic valve includes housing, connected to armature shut-off member, electromagnet, stop, permanent magnet and sealing tube. Permanent magnet is arranged in turning formed in stop. Depth of said turning is equal to sum of permanent magnet thickness and value of armature stroke. Armature has step reciprocal to turning. Value of said step is equal to value of armature stroke.

EFFECT: lowered power of electromagnet at providing target pulling effort in working gap.

3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и может быть применено в качестве электромагнитного клапана, привод которого управляется кратковременным электрическим импульсом.The invention relates to valves and can be used as an electromagnetic valve, the actuator of which is controlled by a short-term electrical pulse.

Известен электромагнитный клапан, содержащий корпус, электромагнит, запорный орган, якорь, постоянный магнит (а.с. СССР №379806, F 16 К 31/06). Постоянный магнит установлен в магнитной цепи электромагнита. Недостатком данного клапана является большая мощность электромагнита для перемещения якоря ввиду значительного сопротивления прямоугольного рабочего зазора, необходимого для обеспечения усилия удержания от постоянного магнита, и недостаточно большое усилие удержания от постоянного магнита из-за большой длины магнитопровода и соответственно его сопротивления магнитному потоку.A known electromagnetic valve comprising a housing, an electromagnet, a locking member, an anchor, a permanent magnet (AS USSR No. 379806, F 16 K 31/06). A permanent magnet is installed in the magnetic circuit of the electromagnet. The disadvantage of this valve is the large power of the electromagnet to move the armature due to the significant resistance of the rectangular working gap necessary to ensure the retention force from the permanent magnet, and the insufficient retention force from the permanent magnet due to the large length of the magnetic circuit and, accordingly, its resistance to magnetic flux.

Также известен электромагнитный клапан (патент US №4403765, F 16 K 31/08), содержащий корпус, связанный с якорем запорный элемент, электромагнит, стоп, постоянный магнит, герметизирующую трубку. Якорь с запорным элементом представляют собой подвижную полюсную вставку, а стоп, состоящий из двух магнитомягких деталей и постоянного магнита, расположенного между ними, - неподвижную полюсную вставку. Герметизирующая трубка защищает полость клапана от внешней среды. Снаружи трубки установлен второй постоянный магнит между двух шайб и электромагнит с кожухом. Якорь, две детали неподвижной полюсной вставки, герметизирующая трубка, шайбы и кожух электромагнита выполнены из магнитопроводящей стали.Also known is a solenoid valve (US patent No. 4403765, F 16 K 31/08), comprising a housing, a locking element connected to the armature, an electromagnet, a stop, a permanent magnet, and a sealing tube. An anchor with a locking element is a movable pole insert, and a stop consisting of two magnetically soft parts and a permanent magnet located between them is a stationary pole insert. A sealing tube protects the valve cavity from the external environment. Outside the tube, a second permanent magnet is installed between the two washers and an electromagnet with a casing. The anchor, the two parts of the fixed pole insert, the sealing tube, washers and the casing of the electromagnet are made of magnetic steel.

Недостатком такого электромагнитного клапана является большая мощность электромагнитного привода для обеспечения рабочего хода якоря и небольшое усилие удержания якоря у стопа. Большая мощность электромагнитного привода обусловлена большим сопротивлением прямоугольного рабочего зазора, которое в свою очередь обусловлено необходимостью выполнения его в виде плоскостей, перпендикулярных продольной оси клапана, для обеспечения значительного усилия удержания во втором положении. Такой рабочий зазор на большом расстоянии имеет большое магнитное сопротивление и соответственно приводит к большой мощности электромагнитного привода. Данный тип зазора при нахождении якоря у стопа обеспечивает минимальное магнитное сопротивление между двумя деталями и соответственно максимальное усилие удержания для приведенной магнитной цепи. Однако это усилие все же небольшое, так как магнитный поток имеет длинный путь: через якорь, стоп, магнитопровод электромагнита и имеет значительное суммарное магнитное сопротивление. В рабочем зазоре магнитный поток меньше, так как часть его проходит вдоль герметизирующей трубки, выполненной из мягкого (магнитопроводящего) железа, поэтому они выполнены с минимально возможной из условий прочности толщиной. Если для данного типа электромагнита трубку выполнить из немагнитомягких сплавов (например, из стали 12Х18Н10Т), то в магнитной системе появится сопротивление магнитному потоку постоянного магнита, что приведет к резкому уменьшению усилия удержания. Для очень агрессивных сред внутренние полости изолируют коррозионно-стойкими замкнутыми герметизирующими трубками, так как магнитомягких сплавов с хорошими антикоррозионными свойствами нет.The disadvantage of such an electromagnetic valve is the high power of the electromagnetic drive to ensure the working stroke of the armature and the small force of holding the armature at the foot. The high power of the electromagnetic actuator is due to the large resistance of the rectangular working gap, which in turn is due to the need to perform it in the form of planes perpendicular to the longitudinal axis of the valve to provide significant holding force in the second position. Such a working gap at a large distance has a large magnetic resistance and, accordingly, leads to a large power of the electromagnetic drive. This type of gap when the anchor is at the foot provides the minimum magnetic resistance between the two parts and, accordingly, the maximum holding force for the reduced magnetic circuit. However, this force is still small, since the magnetic flux has a long path: through the armature, stop, magnetic core of the electromagnet and has a significant total magnetic resistance. In the working gap, the magnetic flux is less, since part of it passes along the sealing tube made of soft (magnetically conductive) iron, therefore they are made with the minimum possible thickness from the strength conditions. If for this type of electromagnet the tube is made of non-magnetically soft alloys (for example, steel 12X18H10T), then resistance to the magnetic flux of the permanent magnet will appear in the magnetic system, which will lead to a sharp decrease in the holding force. For very aggressive environments, the internal cavities are isolated with corrosion-resistant closed sealing tubes, since there are no magnetically soft alloys with good anti-corrosion properties.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение усилия от постоянного магнита для удержания якоря, в том числе при выполнении трубки из немагнитомягких сплавов.The objective of the invention is to increase the effort from a permanent magnet to hold the armature, including when making a tube of non-magnetic alloys.

Поставленная задача достигается тем, что в электромагнитном клапане, содержащем корпус, связанный с якорем запорный элемент, электромагнит, стоп, постоянный магнит, герметизирующую трубку, постоянный магнит размещен в выполненной в стопе расточке, при этом глубина расточки равна сумме толщины постоянного магнита и величины хода якоря, а на якоре ответно расточке выполнен уступ, равный величине хода якоря. Герметизирующая трубка может быть выполнена из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава. Также герметизирующая трубка может охватывать внутреннюю полость клапана.The problem is achieved in that in an electromagnetic valve containing a housing, a locking element connected to the armature, an electromagnet, a stop, a permanent magnet, a sealing tube, a permanent magnet are placed in a bore made in the foot, while the depth of the bore is equal to the sum of the thickness of the permanent magnet and the stroke anchors, and at the anchor, in response to the bore, a ledge is made equal to the magnitude of the stroke of the anchor. The sealing tube may be made of a corrosion-resistant non-magnetic soft alloy. Also, the sealing tube may cover the internal cavity of the valve.

Техническим результатом предложения является уменьшение мощности электромагнита при обеспечении требуемого усилия тяги на рабочем зазоре.The technical result of the proposal is to reduce the power of the electromagnet while providing the required traction on the working clearance.

Сущность изобретения поясняется чертежами:The invention is illustrated by drawings:

фиг.1 - общий вид клапана в закрытом положении;figure 1 - General view of the valve in the closed position;

фиг.2 - клапан в открытом положении;figure 2 - valve in the open position;

фиг.3 - пример выполнения электромагнитного клапана с герметизирующей втулкой из немагнитомягкого материала в положении "Открыто".figure 3 is an example of a solenoid valve with a sealing sleeve of non-magnetic material in the "Open" position.

фиг.4 - электромагнитный клапан с герметизирующей втулкой из немагнитомягкого материала, охватывающей внутреннюю полость клапана.figure 4 - electromagnetic valve with a sealing sleeve of non-magnetic material covering the internal cavity of the valve.

Электромагнитный клапан состоит из корпуса 1, якоря 2, с которым связан запорный орган 3, перекрывающий седло 4 корпуса 1 между входным 5 и выходным 6 отверстиями. В стопе 7 выполнена расточка 8 глубиной а (см. фиг.1), в которой установлен постоянный магнит 9 толщиной b. На якоре ответно расточке выполнен уступ 10. Между якорем и стопом установлена пружина 11, поджимающая якорь с запорным органом к седлу 4. Величина рабочего зазора между якорем и стопом, т.е. хода якоря, равна с и равна длине d уступа 10 c=d. Глубина расточки а выполнена такой, что обеспечивается условие a=b+с или a=b+d. Герметизирующая трубка 12 выполнена заодно со стопом из магнитомягкого сплава. При выполнении герметизирующей трубки 12 из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава, например нержавейки, она может быть выполнена как в виде трубки (см. фиг.3), так и в виде охватывающего внутреннюю полость клапана стакана, в котором размещены стоп с постоянным магнитом и якорь с запорным органом (см. фиг.4). Управляет клапаном электромагнит 13, имеющий магнитопроводящий кожух 14.The electromagnetic valve consists of a housing 1, an anchor 2, with which a locking member 3 is connected, overlapping the seat 4 of the housing 1 between the inlet 5 and outlet 6 holes. In the foot 7, a bore 8 is made of depth a (see FIG. 1), in which a permanent magnet 9 of thickness b is installed. A step 10 is made at the anchor in response to the bore 10. A spring 11 is installed between the anchor and the stop, which draws the anchor with the locking member to the seat 4. The working gap between the anchor and the stop, i.e. the course of the anchor is equal to c and equal to the length d of the ledge 10 c = d. The depth of the bore a is made such that the condition a = b + c or a = b + d is provided. The sealing tube 12 is made integral with the stop of a soft magnetic alloy. When the sealing tube 12 is made of a corrosion-resistant non-magnetically soft alloy, for example, stainless steel, it can be made either in the form of a tube (see Fig. 3), or in the form of a cup covering the internal cavity of the valve, in which a stop with a permanent magnet and an anchor are placed with a locking body (see figure 4). The valve is controlled by an electromagnet 13 having a magnetic casing 14.

Работает электромагнитный клапан следующим образом.The solenoid valve operates as follows.

При подаче напряжения на электромагнит 13 создается магнитный поток, и между якорем 2 и стопом 7 возникает сила взаимного притяжения. За счет того, что глубина расточки 8 равна сумме толщины постоянного магнита и величине хода якоря, расстояние между уступом 10 якоря 2 и выступом расточки 8 стопа 7 равно нулю. На таком малом расстоянии усилие притяжения между якорем 2 и стопом 7 значительно больше, чем в прототипе. Якорь притягивается к стопу до упора в постоянный магнит 9 (фиг.2). Клапан открыт. За счет отсутствия зазоров между якорем 2, постоянным магнитом 9 и стопом 7, а также малыми диаметральными зазорами между кожухом электромагнита 14, герметизирующей трубкой 12 и якорем 2 сопротивление магнитной цепи мало и достаточно небольшой намагничивающей силы электромагнита для намагничивания постоянного магнита 9. Постоянный магнит намагничен. После снятия напряжения с электромагнита постоянный магнит 9 образует магнитную цепь с магнитным потоком Ф, проходящим через стоп 7, якорь 2 и постоянный магнит 9. За счет малой длины цепи ее сопротивление очень мало, что обеспечивает максимальное усилие притяжения. Диаметр расточки 8 выполнен таким, чтобы обеспечить максимальную проводимость по площади расточки и остальной площади стопа. Для возврата в исходное положение на электромагнит 13 подают напряжение обратной полярности. Напряжение по величине меньшее и необходимо для ослабления магнитного потока Ф, чтобы усилие притяжения постоянного магнита стало меньше усилия пружины 11. Пружина 11 возвращает якорь 2 в исходное положение, при этом запорный орган 3 прижимается к седлу 4 корпуса 1. Клапан переходит в закрытое положение. При выполнении герметизирующей трубки 12 из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава (фиг.3) герметизирующая трубка 12 создаст небольшое дополнительное магнитное сопротивление для срабатывания на открытие от электромагнита 13. В этом случае характер и величины магнитной цепи для закрытого положения клапана будут почти такими же, как и в предыдущем случае, т.е. магнитный поток не будет проходить через герметизирующую трубку 12, создающую сопротивление магнитному потоку, и не будет ослабляться. Введение даже небольшого сопротивления в магнитную цепь с постоянным магнитом резко уменьшает магнитный поток такой цепи. При выполнении герметизирующей трубки из коррозионно-стойкого немагнитомягкого сплава (фиг.4), полностью охватывающего внутреннюю полость клапана для очень агрессивных сред, герметизирующая трубка 12 создаст второе небольшое дополнительное магнитное сопротивление для срабатывания на открытие от электромагнита 13. И в этом случае магнитный поток в закрытом положении клапана не будет проходить через трубку, создающую сопротивление магнитному потоку и не будет ослабляться.When voltage is applied to the electromagnet 13, a magnetic flux is created, and a mutual attraction force arises between the armature 2 and the stop 7. Due to the fact that the depth of the bore 8 is equal to the sum of the thickness of the permanent magnet and the magnitude of the armature stroke, the distance between the step 10 of the armature 2 and the protrusion of the bore 8 of the stop 7 is zero. At such a small distance, the force of attraction between the anchor 2 and the stop 7 is much greater than in the prototype. The anchor is attracted to the stop until it stops in the permanent magnet 9 (figure 2). The valve is open. Due to the absence of gaps between the armature 2, the permanent magnet 9 and the stop 7, as well as small diametrical gaps between the casing of the electromagnet 14, the sealing tube 12 and the armature 2, the resistance of the magnetic circuit is small and the magnetizing force of the electromagnet is small enough to magnetize the permanent magnet 9. The permanent magnet is magnetized . After removing the voltage from the electromagnet, the permanent magnet 9 forms a magnetic circuit with a magnetic flux F passing through the stop 7, the armature 2 and the permanent magnet 9. Due to the short length of the circuit, its resistance is very small, which ensures maximum attractive force. The diameter of the bore 8 is made so as to provide maximum conductivity in the area of the bore and the rest of the foot. To return to its original position on the electromagnet 13 serves a voltage of reverse polarity. The magnitude of the voltage is smaller and is necessary to weaken the magnetic flux, so that the force of attraction of the permanent magnet becomes less than the force of the spring 11. Spring 11 returns the armature 2 to its original position, while the locking member 3 is pressed against the seat 4 of the housing 1. The valve goes into the closed position. When the sealing tube 12 is made of a corrosion-resistant non-magnetically soft alloy (FIG. 3), the sealing tube 12 will create a small additional magnetic resistance to be triggered by opening from the electromagnet 13. In this case, the nature and magnitude of the magnetic circuit for the closed position of the valve will be almost the same as and in the previous case, i.e. the magnetic flux will not pass through the sealing tube 12, which creates resistance to the magnetic flux, and will not be weakened. The introduction of even a small resistance into a permanent magnet magnetic circuit dramatically reduces the magnetic flux of such a circuit. When the sealing tube is made of a corrosion-resistant non-magnetically soft alloy (Fig. 4), which completely covers the valve cavity for very aggressive media, the sealing tube 12 will create a second small additional magnetic resistance to be triggered by opening from the electromagnet 13. And in this case, the magnetic flux in the closed position of the valve will not pass through the tube, which creates resistance to magnetic flux and will not weaken.

Таким образом, предложенный электромагнитный привод позволяет уменьшить мощность электромагнита при обеспечении требуемого усилия тяги на рабочем зазоре и увеличить усилие удержания в открытом положении электромагнитного клапана.Thus, the proposed electromagnetic drive allows you to reduce the power of the electromagnet while providing the required traction on the working gap and increase the holding force in the open position of the electromagnetic valve.

Claims

1. An electromagnetic valve comprising a housing, a locking element connected to the anchor, an electromagnet, a stop, a permanent magnet, a sealing tube, characterized in that the permanent magnet is placed in a bore made in the foot, while the depth of the bore is equal to the sum of the thickness of the permanent magnet and the magnitude of the armature , and at the anchor, in response to the bore, a ledge is made equal to the value of the anchor stroke.

2. The electromagnetic valve according to claim 1, characterized in that the sealing tube is made of a corrosion-resistant non-magnetic soft alloy.

3. The electromagnetic valve according to claim 2, characterized in that the sealing tube is made in the form of a glass covering the internal cavity of the valve.