RU2727733C1

RU2727733C1 - Control valve

Info

Publication number: RU2727733C1
Application number: RU2019137610A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Владимирович Никитенко; Виталий Анатольевич Гринченко
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2020-07-23

Abstract

FIELD: valve industry.SUBSTANCE: invention relates to valve industry, in particular to valves with electromagnetic drive, and can be used in designs of vacuum systems, as well as in devices for remote control of flows of various gases and liquids. Control valve consists of a body, which through threaded joints is attached to branch pipes for connection to process pipelines, in which there is control of flow of working medium due to movement of a standard plunger mechanism. Plunger movement is ensured by linear electric drive connected via shaft and symmetrically arranged in housing top part. Linear electric drive is assembled structure, consisting, in particular, of identical in size upper and lower cylindrical magnetic conductors with identical clawlike poles of magnetic conductors, inside of which upper and lower magnetising coils are wound respectively. Between the upper and lower cylindrical magnetic conductors there is a composite anchor, which is a three-layer structure, in the middle part of which there is an interlayer with two magnetically conductive disks pressed from opposite sides. Layer is made of non-magnetic material for separation of magnetic fields of upper and lower magnetising coils. Magnetically conductive disks in cross-section have rectangular cross-section with groove in the form of trapezoidal toroid forming clawlike poles on assembled armature of symmetrical magnetic system of linear electric drive.EFFECT: use of the disclosed control valve provides high accuracy of dispensing, enables automatic control of flow rate of the working medium, improves reliability of the structure due to a new linear electric drive and its symmetrical arrangement relative to the plunger.3 cl, 3 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates

Изобретение относиться к арматуростроению, в частности к клапанам с электромагнитным приводом, и может быть использовано в конструкциях вакуумных систем, а также в устройствах дистанционного управления потоками различных газов и жидкостей.The invention relates to valve engineering, in particular to valves with an electromagnetic drive, and can be used in the designs of vacuum systems, as well as in devices for remote control of flows of various gases and liquids.

Уровень техникиState of the art

Известен электромагнитный клапан, содержащий механизм ручного управления для установки клапана в открытое состояние, электромагнит, седло клапана, якорь с запорным органом, выполненные с возможностью перемещения между седлом клапана и электромагнитом, и две шайбы. Одна шайба выполнена из магнитного, другая шайба - из магнитопроводящего материала. Обе шайбы установлены с одной стороны относительно запорного органа с якорем, а электромагнит - с другой стороны. Одна из шайб жестко связана посредством штока с запорным органом и якорем, другая установлена неподвижно. При переходе клапана в закрытое состояние, обе шайбы находятся в непосредственной близости друг от друга, а одна из шайб выполнена с возможностью регулировки конечного расстояния между ними (см. патент RU №2282090, кл. F16K 31/06).Known electromagnetic valve containing a manual control mechanism for setting the valve in the open state, an electromagnet, a valve seat, an armature with a shut-off element, made with the ability to move between the valve seat and the electromagnet, and two washers. One washer is made of magnetic, the other is made of magnetically conductive material. Both washers are installed on one side with respect to the shut-off element with an anchor, and the electromagnet is installed on the other side. One of the washers is rigidly connected by means of a rod with a shut-off element and an anchor, the other is fixed. When the valve goes into a closed state, both washers are in close proximity to each other, and one of the washers is made with the ability to adjust the final distance between them (see patent RU No. 2282090, class F16K 31/06).

Известен электромагнитный клапан, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, электромагнит, якорь с запорным органом, выполненный с возможностью взаимодействия с электромагнитом, и устройство для индикации положения запорного органа, например магнитоуправляемый контакт. Магнитопровод в области перехода его в стоп выполнен разъемным. В стопе и прилегающем к нему магнитопроводе выполнено отверстие, в которое установлено устройство индикации положения запорного органа с возможностью перемещения вдоль оси этого отверстия (см. патент RU №2282771, кл. F16K 31/06).Known electromagnetic valve containing a housing with inlet and outlet pipes, an electromagnet, an armature with a shut-off element, made with the ability to interact with an electromagnet, and a device for indicating the position of the shut-off element, such as a magnetically controlled contact. The magnetic circuit in the area of its transition to the stop is made detachable. A hole is made in the stack and the adjacent magnetic circuit, into which a device for indicating the position of the shut-off member is installed with the ability to move along the axis of this hole (see patent RU No. 2282771, class F16K 31/06).

Известен клапан электромагнитный, основной запорный орган которого установлен в цилиндрической полости корпуса, а в его внутренней полости расположен вспомогательный клапан, соединенный штоком с электромагнитным приводом, причем он снабжен дополнительным электромагнитом, якорь которого соединен с рычагом, закрепленным на корпусе, а на штоке вспомогательного клапана установлен упор, воспринимающий воздействие указанного рычага (см. патент SU №456952, кл. F16K 31/06).An electromagnetic valve is known, the main shut-off element of which is installed in the cylindrical cavity of the body, and in its inner cavity there is an auxiliary valve connected by a rod with an electromagnetic drive, and it is equipped with an additional electromagnet, the armature of which is connected to a lever attached to the body, and on the rod of the auxiliary valve an emphasis is installed that permits the action of the specified lever (see patent SU No. 456952, class F16K 31/06).

Данные аналоги имеют следующие общие недостатки. В описанных конструкциях нет возможности в автоматическом режиме установить и зафиксировать клапан в промежуточном положении, а также изменять это положение в динамике для регулирования потока рабочей среды.These analogs have the following general disadvantages. In the described designs, it is not possible to automatically set and fix the valve in an intermediate position, as well as change this position in dynamics to regulate the flow of the working medium.

Наиболее близким по технической сущности, достигаемому эффекту и принимаемый авторами за прототип является электромагнитный клапан, содержащий корпус с патрубками, шток с плунжером, электромагнит с двумя катушками, при этом якорь фиксируется пружинами в нейтральном положении и находится между намагничивающими катушками и когтеобразными полюсами, причем якорь изготовлен из двух магнитомягких вставок и немагнитной прослойки, две катушки электромагнита намотаны на магнитопроводы (см. патент RU №2357143, кл. F16K 31/06).The closest in technical essence, the achieved effect and taken by the authors as a prototype is an electromagnetic valve containing a body with pipes, a rod with a plunger, an electromagnet with two coils, while the armature is fixed by springs in a neutral position and is located between the magnetizing coils and claw-like poles, and the anchor made of two soft magnetic inserts and a non-magnetic interlayer, two electromagnet coils are wound on magnetic cores (see patent RU No. 2357143, class F16K 31/06).

Недостатками прототипа является несимметричное расположение приводной части конструкции, что усложняет изготовление опоры для приводной части конструкции и создает технические условия для возникновения заклинивания из-за перекоса штока под действием давления потока рабочей среды.The disadvantages of the prototype are the asymmetrical arrangement of the drive part of the structure, which complicates the manufacture of a support for the drive part of the structure and creates technical conditions for the occurrence of jamming due to the distortion of the stem under the pressure of the working medium flow.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который достигается с помощью изобретения, сводится к созданию технической возможности автоматического изменения положения плунжера и его фиксирование в промежуточных состояниях для регулирования и изменения интенсивности потока рабочей среды.The technical result, which is achieved with the help of the invention, is reduced to the creation of the technical possibility of automatically changing the position of the plunger and fixing it in intermediate states to regulate and change the intensity of the flow of the working medium.

Технический результат достигается с помощью регулирующего клапана, содержащего корпус с патрубками, плунжер, соединенный через вал с линейным электроприводом, который состоит из двух идентичных цилиндрических магнитопроводов с намагничивающими катушками и выводами, между которыми в средней части вала на резьбе закреплен сборный якорь, при этом линейный электропривод расположен осесимметрично относительно вала и плунжера, сборный якорь представляет собой трехслойную конструкцию, в средней части которой имеется прослойка с двумя запрессованными с противоположных сторон магнитопроводящими дисками, имеющими прямоугольное сечение с выточкой в форме трапециевидного тороида, образующей когтеобразные полюса сборного якоря симметричной магнитной системы линейного электропривода, цилиндрические магнитопроводы линейного электропривода имеют когтеобразные полюса, залитые упругим уплотнителем, в цилиндрических магнитопроводах относительно оси симметрии вала выполнены отверстия для подшипников скольжения, в которые вставлен вал.The technical result is achieved with the help of a control valve containing a body with nozzles, a plunger connected through a shaft with a linear electric drive, which consists of two identical cylindrical magnetic circuits with magnetizing coils and leads, between which in the middle part of the shaft on the thread is fixed an assembly armature, while the linear the electric drive is located axisymmetrically with respect to the shaft and the plunger, the assembled armature is a three-layer structure, in the middle part of which there is an interlayer with two magnetically conductive disks pressed from opposite sides, having a rectangular cross-section with a groove in the form of a trapezoidal toroid, forming the claw-like poles of the assembled armature of a linear symmetric magnetic drive system , the cylindrical magnetic circuits of the linear electric drive have claw-shaped poles filled with an elastic seal, holes for sliding bearings are made in the cylindrical magnetic circuits relative to the axis of symmetry of the shaft in which the shaft is inserted.

Применение заявленного регулирующего клапана обеспечивает высокую точность дозирования, создает возможность автоматически управлять интенсивностью потока рабочей среды, повышает надежность конструкции за счет нового линейного электропривода и его симметричного расположения относительно плунжера.The use of the declared control valve ensures high dosing accuracy, creates the ability to automatically control the flow rate of the working medium, increases the reliability of the design due to the new linear electric drive and its symmetrical arrangement relative to the plunger.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

На Фиг. 1 представлен общий вид регулирующего клапана в разрезе.FIG. 1 is a general sectional view of a control valve.

На Фиг. 2 представлен детальный чертеж линейного электропривода регулирующего клапана в разрезе.FIG. 2 is a detailed sectional drawing of a linear actuator of a control valve.

На Фиг. 3 показан один из четырех идентичных сегментов полюсов симметричной магнитной системы линейного электропривода.FIG. 3 shows one of four identical pole segments of a symmetrical magnetic system of a linear electric drive.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Регулирующий клапан состоит из корпуса 1, который через резьбовые соединения 2 прикреплен к патрубкам 3 для врезки в технологические трубопроводы (на фиг. 1 не показаны), в которых происходит регулирование потока рабочей среды за счет перемещения типового механизма плунжера 4. Перемещение плунжера 4 обеспечивает соединенный через вал 5 и осесимметрично расположенный в верхней части корпуса 1 линейный электропривод. Линейный электропривод является сборной конструкцией (см. фиг. 2), состоящей, в том числе, из идентичных по размерам верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов с одинаковыми когтеобразными полюсами 8 магнитопроводов (см. фиг. 3), внутри которых намотаны соответственно верхняя 9 и нижняя 10 намагничивающие катушки.The control valve consists of a body 1, which, through threaded connections 2, is attached to nozzles 3 for tapping into process pipelines (not shown in Fig. 1), in which the flow of the working medium is regulated due to the movement of a typical plunger mechanism 4. The movement of the plunger 4 is provided by the connected through shaft 5 and axisymmetrically located in the upper part of the housing 1 linear electric drive. The linear electric drive is a prefabricated structure (see Fig. 2), consisting, inter alia, of identical in size upper 6 and lower 7 cylindrical magnetic circuits with the same claw-like poles 8 magnetic circuits (see Fig. 3), inside of which the upper 9 and lower 10 magnetizing coils.

Между верхним 6 и нижним 7 цилиндрическими магнитопроводами расположен сборный якорь 11, который с помощью резьбы 12 крепится к средней части вала 5. Сборный якорь 11 представляет собой трехслойную конструкцию, в средней части которой имеется прослойка 13 с двумя запрессованными с противоположных сторон магнитопроводящими дисками 14. Прослойка 13 выполнена из немагнитного материала для разделения магнитных полей верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушек. Магнитопроводящие диски 14 в разрезе имеют прямоугольное сечение с выточкой в форме трапециевидного тороида, образующей когтеобразные полюса 15 на сборном якоре 11 симметричной магнитной системы линейного электропривода.Between the upper 6 and lower 7 cylindrical magnetic circuits, there is a collecting armature 11, which is attached to the middle part of the shaft 5 by means of a thread 12. The collecting armature 11 is a three-layer structure, in the middle part of which there is an interlayer 13 with two magnetically conductive disks 14 pressed from opposite sides. The layer 13 is made of a non-magnetic material to separate the magnetic fields of the upper 9 and lower 10 magnetizing coils. The cross-section of the magnetically conductive disks 14 have a rectangular cross-section with a recess in the form of a trapezoidal toroid, which forms claw-like poles 15 on the assembled armature 11 of the symmetrical magnetic system of the linear electric drive.

В верхнем цилиндрическом магнитопроводе 6 выполнено отверстие, в которое вставлен опорный подшипник скольжения 16, а в нижнем цилиндрическом магнитопроводе 7 - вставлен проходной подшипник скольжения 17. Подшипники скольжения 16 и 17 выполняют центрирование цилиндрических магнитопроводов 6 и 7 относительно оси симметрии вала 5 и обеспечивают его возвратно-поступательное перемещение с минимальным трением.An opening is made in the upper cylindrical magnetic circuit 6, into which a support sliding bearing 16 is inserted, and in the lower cylindrical magnetic circuit 7, a through sliding bearing 17 is inserted. Plain bearings 16 and 17 center the cylindrical magnetic circuits 6 and 7 relative to the axis of symmetry of the shaft 5 and provide it back - translational movement with minimal friction.

Части верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов с когтеобразными полюсами 8 залиты упругим уплотнителем 18. Уплотнитель 18 предотвращает прилипание магнитопроводящих дисков 14 к цилиндрическим магнитопроводам 6 и 7, а также обеспечивает дополнительную герметизацию намагничивающих катушек 9 и 10.Parts of the upper 6 and lower 7 cylindrical magnetic circuits with claw-shaped poles 8 are filled with an elastic seal 18. The seal 18 prevents the magnetic conductive disks 14 from sticking to the cylindrical magnetic circuits 6 and 7, and also provides additional sealing of the magnetizing coils 9 and 10.

Режим работы намагничивающих катушек 8 и 9 задается системой управления (на фиг. не показана) через выводы 19.The mode of operation of the magnetizing coils 8 and 9 is set by the control system (not shown in the figure) through the terminals 19.

Регулирующий клапан работает следующим образом. Корпус 1 через резьбовые соединения 2 по средствам патрубков 3 монтируется в трубопроводы с рабочей средой (на фиг. не показаны), в которых происходит регулирование потока рабочей среды за счет перемещения типового механизма плунжера 4. Плунжер 4 может занимать три характерных положения:The control valve works as follows. The body 1 through threaded connections 2 by means of nozzles 3 is mounted in pipelines with a working medium (not shown in the figure), in which the flow of the working medium is regulated due to the movement of a typical plunger mechanism 4. Plunger 4 can occupy three characteristic positions:

I - крайнее нижнее положение плунжера 4, при котором полностью перекрыт поток рабочей среды в патрубках 3;I - the extreme lower position of the plunger 4, at which the flow of the working medium in the nozzles 3 is completely blocked;

II - крайнее верхнее положение плунжера 4, при котором патрубки 3 полностью открыты, а интенсивность потока рабочей среды максимальна;II - the extreme upper position of the plunger 4, at which the branch pipes 3 are completely open, and the flow rate of the working medium is maximum;

III - плунжер 4 находится в промежуточном положении, перекрывая или открывая патрубки 3, тем самым дозируя интенсивность потока рабочей среды.III - the plunger 4 is in an intermediate position, closing or opening the nozzles 3, thereby metering the flow rate of the working medium.

Эти три характерных положения плунжера 4 задаются возвратно-поступательным движением вала 5, который перемещается вместе со сборным якорем 11 линейного электропривода. Линейный электропривод состоит из верхнего 6 и нижнего 7 цилиндрических магнитопроводов, внутри которых намотаны соответственно верхняя 9 и нижняя 10 намагничивающие катушки с уплотнителем 18 и выводами 19, сборного якоря 11 из прослойки 13 и двух магнитопроводящих дисков 14, закрепленного по резьбе 12 на валу 5 (см. фиг. 2). Сборный якорь 11 перемещается под действием электромагнитного поля, которое формируется в зависимости от модуляции электрических импульсов, подаваемых на намагничивающие катушки 9 и 10 от системы управления (на фиг. не показана) через выводы 19. Если конфигурация электромагнитного поля такова, что магнитные силы на верхней намагничивающей катушке 9 больше, чем на нижней намагничивающей катушке 10, то сборный якорь 11 линейного электропривода перемещается вверх, поднимая через вал 5 плунжер 4. Если магнитные силы на верхней намагничивающей катушке 9 меньше, чем на нижней намагничивающей катушке 10, то плунжер 4 будет перемещаться вниз. Если на верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушках формируется конфигурация электромагнитных полей, при которой магнитные силы уравновешивают сборный якорь 11 линейного электропривода в промежуточном положении, то плунжер 4 фиксируется в необходимом промежуточном положении, при этом дозируя интенсивность потока рабочей среды через патрубки 3. При возникновении на верхней 9 и нижней 10 намагничивающих катушках одинаковых магнитных сил, плунжер 4 занимает среднее положение, как показано на фиг. 1, при этом пропускная способность регулирующего клапана в два раза меньше, по сравнению с его полностью открытым состоянием. Скорость подачи электрических импульсов на намагничивающие катушки 9 и 10 влияет на скорость перемещения плунжера 4, таким образом, появляется возможность не только задавать положение плунжера, но и управлять скоростью его перемещения.These three characteristic positions of the plunger 4 are set by the reciprocating movement of the shaft 5, which moves together with the assembly armature 11 of the linear electric drive. The linear electric drive consists of the upper 6 and lower 7 cylindrical magnetic circuits, inside which are wound respectively the upper 9 and lower 10 magnetizing coils with a seal 18 and leads 19, an assembly armature 11 from the interlayer 13 and two magnetic discs 14, fixed by thread 12 on the shaft 5 ( see Fig. 2). The assembled armature 11 moves under the action of an electromagnetic field, which is formed depending on the modulation of electrical pulses supplied to the magnetizing coils 9 and 10 from the control system (not shown in the figure) through terminals 19. If the configuration of the electromagnetic field is such that the magnetic forces at the top the magnetizing coil 9 is greater than that of the lower magnetizing coil 10, then the assembly armature 11 of the linear electric drive moves upward, lifting the plunger 4 through the shaft 5. If the magnetic forces on the upper magnetizing coil 9 are less than on the lower magnetizing coil 10, the plunger 4 will move down. If a configuration of electromagnetic fields is formed on the upper 9 and lower 10 magnetizing coils, in which the magnetic forces balance the assembled armature 11 of the linear electric drive in an intermediate position, then the plunger 4 is fixed in the required intermediate position, while dosing the intensity of the flow of the working medium through the nozzles 3. When on the upper 9 and lower 10 magnetizing coils of the same magnetic force, the plunger 4 takes the middle position, as shown in FIG. 1, while the flow capacity of the control valve is half as compared to its fully open state. The rate of supply of electrical impulses to the magnetizing coils 9 and 10 affects the speed of movement of the plunger 4, thus, it becomes possible not only to set the position of the plunger, but also to control the speed of its movement.

Для увеличения тяговых характеристик линейного электропривода цилиндрические магнитопроводы 6, 7 и магнитопроводящие диски 14 имеют когтеобразные полюса 8 и 15, которые формируют контактную площадь распространения магнитных линий, распределяя тем самым создаваемые усилия при перемещении сборного якоря 11 линейного электропривода. Величина необходимых усилий задается условиями технологического процесса регулирования потока рабочей среды и определяется расчетом, результат которого зависит от трех параметров магнитной системы линейного электропривода:To increase the traction characteristics of the linear electric drive, cylindrical magnetic circuits 6, 7 and magnetic conductive disks 14 have claw-shaped poles 8 and 15, which form the contact area of the propagation of magnetic lines, thereby distributing the forces created when moving the assembled armature 11 of the linear electric drive. The magnitude of the required efforts is set by the conditions of the technological process of regulating the flow of the working medium and is determined by calculation, the result of which depends on three parameters of the magnetic system of the linear electric drive:

α - угол формирования когтеобразных полюсов 8 и 15;α is the angle of formation of the claw-like poles 8 and 15;

b - ширина когтеобразных полюсов 8 и 15;b - the width of the claw-shaped poles 8 and 15;

h - глубина выточки в форме трапециевидного тороида в магнитопроводящих дисках 14.h is the depth of the groove in the form of a trapezoidal toroid in magnetically conductive disks 14.

В отличие от прототипа заявленный регулирующий клапан имеет новую конструкцию линейного электропривода, которая позволяет через вал 5 автоматически изменять положение плунжера 4 и фиксировать его в промежуточных состояниях, а также регулирующий клапан имеет осесимметричное расположение элементов линейного электропривода по отношению к плунжеру 4, что исключает перекос вала 5 под действием потока рабочей среды.In contrast to the prototype, the claimed control valve has a new design of the linear electric drive, which allows through the shaft 5 to automatically change the position of the plunger 4 and fix it in intermediate states, and the control valve has an axisymmetric arrangement of the elements of the linear electric drive in relation to the plunger 4, which eliminates the skew of the shaft 5 under the influence of the flow of the working medium.

Применение заявленного регулирующего клапана повышает скорость и точность регулирования интенсивности потока рабочей среды в технологических трубопроводах с газами или жидкостями, создает возможность в автоматическом режиме управлять потоком рабочей среды, упрощает регулирование интенсивности потока рабочей среды в различных технологических процессах за счет новой конструкции и симметричного расположения линейного электропривода относительно плунжера.The use of the claimed control valve increases the speed and accuracy of regulating the flow rate of the working medium in process pipelines with gases or liquids, creates the ability to automatically control the flow of the working medium, simplifies the regulation of the flow rate of the working medium in various technological processes due to the new design and symmetrical arrangement of the linear electric drive relative to the plunger.

Claims

1. A control valve containing a body with branch pipes, a plunger connected through a shaft with a linear electric drive, characterized in that the linear electric drive consists of two identical cylindrical magnetic circuits with magnetizing coils and leads, between which in the middle part of the shaft a prefabricated armature is fixed on the thread, when This linear electric drive is located axisymmetrically with respect to the shaft and the plunger, the assembled armature is a three-layer structure, in the middle part of which there is an interlayer with two magnetically conductive disks pressed from opposite sides, having a rectangular cross-section with a groove in the form of a trapezoidal toroid, forming the claw-like poles of the assembled magnetic armature system of a symmetric symmetric linear electric drive.

2. The control valve according to claim 1, characterized in that the cylindrical magnetic circuits of the linear electric drive have claw-like poles filled with an elastic seal.

3. The control valve according to claim 1, characterized in that holes for sliding bearings are made in the cylindrical magnetic circuits relative to the axis of symmetry of the shaft, into which the shaft is inserted.