Результат интеллектуальной деятельности: Энергоэффективный электромагнитный гидравлический клапан

Изобретение относится к электромагнитным клапанам с импульсным управлением, и предназначено для использования в системах автоматики технологических трубопроводных систем.

Известен электромагнитный клапан (см. патент SU №624042 A1, МПК F16K 31/02 от 15.09.1978 г.).

Недостатком известного устройства является необходимость больших затрат энергии при переключении и удержании клапана в открытом, или закрытом состоянии, а также недостаточная герметичность как для жидкости, проходящей через клапан в закрытом состоянии, так и утечек жидкости в окружающую среду через подвижные конструктивные компоненты.

Целью предлагаемого изобретения является повышение энергоэффективности и надежности электромагнитных клапанов с импульсным управлением.

Техническим результатом является снижение энергозатрат в процессе работы энергоэффективного электромагнитного гидравлического клапана при одновременном повышении герметичности и надежности функционирования.

Указанный технический результат достигается тем, что энергоэффективный электромагнитный гидравлический клапан, выполнен в виде герметичного цилиндрического металлического немагнитного корпуса с выходным внизу и входным сбоку патрубками. Внутри находится цилиндрический неодимовый магнит с направлением магнитного поля вдоль цилиндрической оси. Сверху и снизу внутри цилиндрического металлического немагнитного корпуса прикреплены цилиндрические пластины из магнитомягкого материала. В верхней части находится электромагнит для воздействия импульсным магнитным полем на перемещение цилиндрического неодимового магнита. Входной патрубок присоединен к корпусу в том месте, где корпус имеет форму кольцевой полутрубы, позволяющей таким образом направить давление входящей жидкости, что оно будет полностью нейтрализовано и не сможет создавать затруднения при перемещении верх и вниз неодимового постоянного магнита при переключении режимов работы.

На фиг. 1 изображен энергоэффективный электромагнитный гидравлический клапан.

Работает энергоэффективный электромагнитный гидравлический клапан следующим образом. Цилиндрический неодимовый магнит 4 может находиться внутри герметичного цилиндрического металлического немагнитного корпуса 1 в двух устойчивых состояниях: либо примагниченный к верхней цилиндрической пластине из магнитомягкого материала 2, либо примагниченный к нижней цилиндрической пластине из магнитомягкого материала 3. Электромагнит 5 за счет реверса тока, сдвигает цилиндрический неодимовый магнит 4 либо в верхнее, либо в нижнее устойчивое положение, при котором жидкость из входного патрубка 6 не сможет попасть в выходной патрубок 7.

На фиг. 2 изображено открытое состояние энергоэффективного электромагнитного гидравлического клапана, когда цилиндрический неодимовый магнит 4 находится в верхнем положении и жидкость беспрепятственно проходит через входной патрубок 6 в выходной патрубок 7.

На фиг. 3 изображено закрытое состояние энергоэффективного электромагнитного гидравлического клапана, при котором цилиндрический неодимовый магнит 4 смещен таким образом, что он нижней частью закрывает выходной патрубок 7, отсекая поток жидкости. В этом состоянии осуществляется не только герметизация выходного патрубка 7, но и жидкость из входного патрубка 6 не сможет поступать внутрь герметичного цилиндрического корпуса 1. В результате вначале жидкость поступает из входного патрубка 6 в кольцевую полутрубу, которая окружает со всех сторон боковую поверхность цилиндрического неодимового магнита 4. Тем самым, на боковые поверхности цилиндрического неодимового магнита 4 со всех сторон будет оказываться одинаковое давление, которое практически не сможет оказать воздействие на вертикальные перемещения вверх и вниз, а это, в свою очередь уменьшит энергетические затраты на переключение энергоэффективного электромагнитного гидравлического клапана. Энергия будет расходоваться только в момент импульсного переключения из открытого состояния в закрытое и обратно. Усилие удержания цилиндрического неодимового магнита 4 вблизи цилиндрической пластины из магнитомягкого материала верхней 2 или нижней 3 будет минимальным, что позволит электромагниту при минимальных затратах энергии преодолевать притяжение цилиндрического неодимового магнита 4 и перемещать его от одной цилиндрической пластины из магнитомягкого материала к другой.

Энергоэффективность такого клапана будет выше, так как затраты на перемещение цилиндрического неодимового магнита будут меньше, а герметичность будет выше, так как одновременно закрываются оба патрубка.

Рассмотренный вариант энергоэффективного электромагнитного гидравлического клапана предназначен для работы в тех условиях, когда в закрытом состоянии в выходном патрубке 7 будет полностью отсутствовать гидравлическое давление. В том случае, если в закрытом состоянии клапана в выходном патрубке 7 будет присутствовать гидравлическое давление, которое может превысить силу притяжения цилиндрического неодимового магнита 4 к нижней цилиндрической пластине из магнитомягкого материала 3, то потребуется другой вариант конструкции энергоэффективного электромагнитного гидравлического клапана.

На фиг. 4 и фиг. 5 приведен другой вариант клапана, в котором закрывается только выходной патрубок 7. В этом случае также два устойчивых состояния открытое (фиг. 3) и закрытое (фиг. 4) будет осуществлять необходимое блокирование перемещения жидкости через патрубок 7, но не препятствовать проходящему давлению из патрубка 6. Входящая жидкость будет оказывать дополнительное давление на цилиндрический неодимовый магнит 4. усиливая запирающий эффект. Таким образом данная конструкция позволяет реализовать более высокие уровни давления, но при этом потребуются чуть большие затраты энергии при переключении клапана на открывание. Следует отметить, что при закрывании такая конструкция электромагнитного клапана позволяет усилить без дополнительных затрат прижимное усилие и обеспечить большую герметизацию.

На фиг. 6 и фиг. 7 приведена конструкция переключающего энергоэффективного электромагнитного гидравлического клапана, которая позволяет направлять поток жидкости либо в верхний выходной патрубок 8, либо в нижний выходной патрубок 7. В момент, после того, как произошло переключение расход энергии полностью отсутствует при полном сохранении герметичности энергоэффективного электромагнитного гидравлического клапана.

Применение таких энергоэффективных электромагнитных гидравлических клапанов для запирающих устройств в системах автоматики позволит повысить энергоэффективность, надежность и качество работы запорных устройств.