UA67804C2

UA67804C2 - Клапан

Info

Publication number: UA67804C2
Application number: UA2001042959A
Authority: UA
Inventors: Роналд Нортедж
Original assignee: Роналд Нортедж
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1999-01-10
Publication date: 2004-07-15
Also published as: BR9914216A; PL347038A1; NO20011133L; US6517045B1; AU6109799A; ES2173757T3; GB0100966D0; HUP0103522A2; GB2356917A; PL191459B1; PT1092107E; TR200100913T2; CZ2001699A3; HUP0103522A3; GB2356917B; EA200100398A1; DE69901035D1; DK1092107T3; CZ294104B6; ATE214467T1

Abstract

Клапан, який має корпус і розміщений у ньому клапанний елемент, виконаний із можливістю переміщення між першим положенням, у якому клапан знаходиться в першому робочому режимі, і другим положенням, у якому клапан знаходиться в другому робочому режимі, причому, клапанний елемент містить рідкісноземельний магніт, що викликає магнітний зсув цього клапанного елемента, котрий знаходиться в одному зі згаданих положень, і який протидіє його переміщенню в напрямку іншого положення, при цьому клапан забезпечений засобом генерування магнітного поля, достатнього для подолання магнітного зсуву в першому або другому положенні і для забезпечення переміщення клапанного елемента в інше положення.

Description

Опис винаходу

Даний винахід стосується створення блока клапана, призначеного для керування потоком газу, рідини або 2 флюїду порошкового матеріалу в герметичних системах трубопроводів, що використовуються, наприклад, (але без обмеження) у харчовій промисловості, при виробництві напоїв, пожежегасінні, в авіації й аеронавтиці, у газовій і нафтовій промисловості, в охороні здоров'я й у фармацевтичній промисловості, у комунальному господарстві, а також у різноманітних технологіях машинобудування.

Невеликі клапани низького тиску зазвичай виготовляють із латуні, алюмінію або пластмаси, у той час як для 70 виготовлення клапанів більших розмірів використовують латунь та інші сплави. Необхідність застосування інших матеріалів, наприклад, нержавіючої сталі, виникає в тому випадку, коли флюїд, що контролюється, є корозійно агресивним. Клапани можуть приводитися в дію вручну, механічним шляхом за допомогою сервомеханізму, магнітним шляхом, а також пневматичним шляхом за допомогою потоку контрольованого флюїду. Даний винахід має відношення до створення блока клапана, що приводиться в дію магнітним шляхом (за допомогою магнітів). 19 Уже відомо, що клапани можна приводити в дію за допомогою пульсуючого електричного струму. Проте, якщо використовуються звичайні електромагнітні клапани, то на їхніх котушках виділяється велика кількість теплової енергії. У зв'язку з цим, звичайні електромагнітні клапани мають обмежене застосування для кріогенних флюїдів і можуть створювати пов'язані з гігієною проблеми при їх використанні в харчовій промисловості і при виробництві напоїв. Більш того, у цих клапанах потрібно застосовувати поворотну пружину і 20 плунжерний механізм, які дозволяють закривати клапан із подоланням тиску в лінії, коли з обмотки (котушки) зняте живлення. Крім того, звичайні електромагнітні клапани потребують застосування ущільнення (герметизації) для відділення внутрішнього тиску в лінії на одній стороні пружини і плунжера від атмосферного тиску. Слід відзначити, що елементи ущільнення схильні до зносу і/або розривів, наслідком чого є витікання флюїду, яке може бути небезпечним і дорого коштувати. с 29 Клапани найбільшого діаметра, що використовуються в промислових системах, можуть потребувати Го) застосування складного електротехнічного обладнання і/або складних засобів подання стисненого повітря для керування потоком рідини або газу. У самих засобах подання стисненого повітря за цих умов необхідно використовувати електричні системи, що в результаті призводить до зростання вартості і складності монтажу таких клапанів великого діаметра. М 30 Ще однією проблемою загальновідомих електромагнітних клапанів є висока вартість їх експлуатації у зв'язку «З з необхідністю постійно подавати на них енергію. Так, наприклад, електромагнітний клапан, який спрацьовує доволі рідко, можливо, один або два рази за рік, повинний протягом усього цього періоду постійно знаходитися со під напругою. Це потребує великого споживання електроенергії і є надзвичайно марнотратним. ча

Отже, очевидною є потреба в такому блоці клапана, який би був простим у монтуванні, дешевим в 3о експлуатації і мав мало ущільнювальних і рухомих деталей. Такий блок, без сумнівів, буде мати переваги над ее, відомими пристроями аналогічного призначення і знайде широке застосування в різноманітних галузях промисловості.

Згідно з вищевикладеним даним винаходом пропонується клапан, який має корпус і розташований у ньому -« клапанний елемент, виконаний з можливістю переміщення між першим положенням, у якому клапан знаходиться З 70 в першому робочому режимі, і другим положенням, у якому клапан знаходиться в другому робочому режимі, с причому клапанний елемент містить магніт із рідкісноземельного матеріалу, який, при перебуванні клапана в з» будь-якому зі згаданих положень, викликає магнітний зсув клапанного елемента, що протидіє його переміщенню в інше з указаних положень, при цьому клапан обладнаний у засіб генерування магнітного поля, достатнього для подолання магнітного зсуву в першому або в другому положенні так, щоб примушувати клапанний елемент переміщуватись в інше з зазначених положень. б Краще, якщо вищезгаданий рідкісноземельний магніт містить один із рідкісноземельних елементів, вибраний -і із групи, до якої входять лантан, церій, празеодім, неодім, прометій, самарій, європій, гадоліній, тербій, диспрозій, гольмій, ербій, тулій, ітербій, лютецій, скандій, ітрій і торій. бо Краще, якщо вищезгаданий рідкісноземельний магніт містить декілька рідкісноземельних елементів, причому ав! 20 рідкісноземельний магніт може бути постійно намагнічений таким чином, щоб його магнітна вісь співпадала з певним вибраним напрямком. т» Краще, якщо згаданий магніт містить принаймні один елемент, який не є рідкісноземельним, а являє собою, наприклад, залізо, бор і/або кобальт, причому в якості прикладів таких композицій можна назвати ВКЕМАС (магев) і АМІЗОТКОРІС (анізотропний) ВКЕМАС (ЗтСо). Рідкісноземельний магніт майже неможливо 29 розмагнітити за допомогою звичайної котушки і коротких періодів дії супротивної магнітної сили в моменти

ГФ) відкривання або закривання клапана.

Краще, якщо вищезгаданий рідкісноземельний магніт виконаний у формі диска з головним чином о паралельними зовнішніми поверхнями, причому краще, якщо цей диск намагнічений таким чином, що його магнітна вісь є перпендикулярною до згаданих зовнішніх поверхонь. 60 Краще, якщо вищезгаданий рідкісноземельний магніт розміщений у корпусі клапана.

У кращому варіанті здійснення у вищезгаданому корпусі передбачене гніздо, призначене для встановлення в ньому клапанного елемента і обладнане в численні рідкісноземельні магніти, розташовані по кільцю навколо цього клапанного елемента. Краще, якщо рідкісноземельні магніти рівномірно зсунені один відносно одного.

Клапан у кращому варіанті здійснення має у вигляді зверху кільцеву форму, а діаметр його складає більше 62 Бсм.

Краще, якщо клапан містить магнітну котушку (соленоїд), усередині якої генерується магнітне поле, створюване електричним струмом, в ідеальному випадку постійним електричним струмом.

Бажано, щоб вищезгадана котушка була виготовлена з заліза або залізного фериту.

У кращому варіанті здійснення енергія живлення постачається від батареї, що підзаряджається, наприклад, такої, як акумуляторні батареї, що використовуються на автомобілях або інших транспортних засобах, причому в ідеальному випадку ця батарея може приводити в дію порівняно великі клапани, завдяки чому виключається необхідність застосування іншого джерела живлення. Крім того, підзарядження такої батареї може здійснюватися за допомогою пристрою для безперервного підзарядження малим струмом від місцевого джерела /о енергії, наприклад, за рахунок напруги в телефонній лінії а також з використанням сонячної енергії або енергії вітру.

Варто мати на увазі, що рідкісноземельний магніт здійснює коливання між двома вищезгаданими положеннями - відкритим і закритим - (в тому чи іншому робочому режимі) внаслідок реверсування напруги збудження постійного струму через котушку. Реверсування струму приводить до притягання або відштовхування /5 диска рідкісноземельного магніту між відкритим і закритим положеннями клапана. Живлення на котушку при цьому необхідно подавати протягом лише короткого часу - в ідеальному випадку 0,25-10 секунд, оскільки під час перебування диска рідкісноземельного магніту у відкритому положенні він утримується на місці за рахунок свого власного притягання до залізного матеріалу або матеріалу із залізного фериту, використаного в конструкції котушки. Ця особливість забезпечує істотну перевагу порівняно з відомими технічними рішеннями.

У кращому варіанті здійснення клапан має гніздо, виконане з магнітного матеріалу.

У закритому положенні диск рідкісноземельного магніту утримується на місці за рахунок як свого власного магнітного притягання до магнітних матеріалів у гнізді клапана і навколо нього, так і додатково за рахунок диференціального тиску навколо клапана. Час, необхідний для переключення клапана між двома робочими режимами, є меншим, ніж у випадку застосування клапана із сервоприводом або пневматичного клапана. Отже с ов Можна вважати, що клапан відповідно до даного винаходу знайде застосування в пожежегасінні й в інших сферах охорони безпеки. і)

У кращому варіанті здійснення запропонований клапан містить численні нерухомі ущільнення, передбачені між одним або двома клапанними елементами і корпусом клапана для забезпечення герметизації між ними.

Принаймні одне з цих нерухомих ущільнень установлюється між диском рідкісноземельного магніту і гніздом «г зо клапана, а інше - на внутрішній поверхні зовнішнього каналу клапана.

Слід враховувати те, що запропонований клапан не потребує застосування ніякого ущільнення між котушкою о і гніздом клапана. Завдяки цьому тут не існує імовірності витікання флюїду з внутрішнього простору клапана в со навколишнє середовище. Це робить даний клапан особливо привабливим для використання його в якості клапана керування в трубопроводах і трубах, по яких проходять вибухонебезпечні і/або шкідливі матеріали, а ї- зв Також матеріали, які не повинні містити хвороботворних (патогенних) організмів. «о

Нижче винахід описано більш докладно з поясненням на доданих кресленнях.

На Фіг.1 показана схема збудження рідкісноземельного магніту.

На Фіг.2 показаний перший варіант виконання клапана відповідно до даного винаходу.

На Фіг.3 показаний другий варіант виконання клапана відповідно до даного винаходу. «

Розглянемо Фіг.1, на якій показаний рідкісноземельний магніт 1, що має південний 5 і північний М полюси. з с Електричний струм перепускають у вибраному напрямку під кутом 907 до поверхні 2. Після намагнічування рідкісноземельний магніт може бути легко вбудований у клапан відповідно до даного винаходу. з На Фіг.2 показаний перший варіант виконання клапана відповідно до даного винаходу. Згідно з цим варіантом клапан використовують разом із трубами З і 4, розташованими практично під прямим кутом одна відносно одної.

Коли блок клапана 5 перебуває у відкритому положенні, матеріал флюїду протікає в напрямку від Х до У. Однак

Ге» саме на цій фігурі рідкісноземельний магніт 1 знаходиться в закритому положенні й упирається в ущільнення 6 клапана, оточене магнітним матеріалом 7 корпуса 8 клапана. Корпус 8 клапана виготовлений із немагнітного

Ш- матеріалу.

Го! Навпроти труби З клапан містить кожух 9 котушки, який виготовлено із заліза або залізного фериту й у який 5р умонтовані котушки 10. Якщо до цих котушок підвести електричний струм, то рідкісноземельний магніт 1 о притягається до них і рухається в просторі 12 до зони 11. Рухаючись в зоні 11, рідкісноземельний магніт 1 ї» упирається у внутрішню поверхню 13 корпуса 8 клапана і переходить у своє відкрите положення, що дозволяє потоку флюїду протікати з труби 4 у трубу З у напрямку від Х до У. В цій конструкції немає необхідності постійно подавати електричний струм, його потрібно подавати лише протягом часу, достатнього для притягання в рідкісноземельного магніту до поверхні 13. Після припинення протікання струму магніт буде залишатися в заданому положенні за рахунок притягання залізного матеріалу або матеріалу із залізного фериту кожуха (Ф, котушки. Після реверсування струму (зміни напрямку його протікання на зворотний) подавати струм також ка необхідно протягом лише короткого часу, при цьому рідкісноземельний магніт 1 буде відштовхуватися від поверхні 13 і повертатися назад через простір 12, аж поки не упреться в ущільнення б на протилежному кінці. бо Після цього рідкісноземельний магніт 1 буде міцно утримуватися в положенні усередині сідла 7 магнітного клапана, при цьому клапан буде знаходитися в закритому положенні доти, поки не виникне необхідність у його новому спрацьовуванні.

Описаний вище клапан може залишатися протягом тривалих періодів часу як у відкритому, так і в закритому робочих режимах (положеннях). Ця характеристика робить клапан відповідно до даного винаходу особливо 65 привабливим для використання в тих галузях промисловості, де потребується лише спорадичне або рідке спрацьовування клапана. При цьому запропонований клапан дозволяє суттєво знизити вартість експлуатації порівняно з відомими конструкціями, що споживають енергію безперервно.

На Фіг.3 показаний альтернативний варіант виконання клапана відповідно до даного винаходу. У цьому варіанті труби 14 і 15 розташовані уздовж спільної осі, і флюїд протікає в напрямку від Х до У.

Рідкісноземельний магніт 1 умонтований у кожух 16 магніту, виконаний із можливістю упирання в сідло 17 магніту, коли клапан перебуває в закритому положенні. У клапанах діаметром більше 2 дюймів (5см) використовують магніти невеликих розмірів, які розташовують по колу навколо сідла 17 магніту. Диски магнітів великого діаметра для клапанів діаметром більше 2 дюймів (5см) не варто виготовляти з матеріалів, що містять рідкісноземельні елементи, тому що рідкісноземельні магніти є крихкими і можуть бути ушкоджені при 7/0 спрацьовуванні клапана. Отже, немає необхідності в передбаченні вузлів, що запобігають ушкодженню рідкісноземельних магнітів протягом їхнього терміну служби.

У кожусі 16 магніту передбачено щонайменше 3, а краще, якщо більше 20 магнітів, установлених на важелі 21 кожуха, причому важелі 21 у цілком закритому положенні (не показане) упираються врівень з поверхнею 22 сідла 17 магніту. Сідло 17 магніту має ряд ущільнень 18 і 19 для запобігання витіканню.

Частина 28 кожуха 16 магніту виготовлена із немагнітного матеріалу, який головним чином охоплює важелі 21 по периметру до точки 29, що на Фіг.3 показано прямим штрихуванням.

В ілюстрованому тут конкретному варіанті здійснення рідкісноземельний магніт 1 і його кожух 17 мають

Т-подібну форму поперечного перетину, причому Т-подібна форма формується важелями 21 і основним корпусом 28. У відкритому положенні рідкісноземельний магніт і основний корпус 28 його кожуха утримуються в 2о заданому положенні у виїмці 23, що утворена у верхній частині 24 клапана і має всі навколишні стінки з немагнітного матеріалу. Верхня частина 24 клапана має ущільнення 25 із епоксидної смоли на найвищий своїй поверхні і вбудовані осердя із заліза або залізного фериту, до яких може бути підведене електроживлення за допомогою проводів або штепселів 27. Наявність ущільнення 25 із епоксидної смоли дозволяє також забезпечити захист блока магніту від (механічних) ушкоджень, причому блок магніту може бути також покритий с г пластиком або поміщений в металевий екран.

У робочому стані рідкісноземельний магніт 1 здійснює коливання між двома робочими режимами, тобто між і) відкритим і закритим положеннями, внаслідок зміни напрямку протікання струму збудження через котушку 26.

Протікання електричного струму змінного напрямку приводить до того, що диск рідкісноземельного магніту притягується або відштовхується протягом періодів відкривання і закривання клапана. У відкритому положенні «г зо основний корпус 28 кожуха 16 магніту знаходиться у виїмці 23. Виїмка 23 виконує функцію амортизатора, знижуючи швидкість руху рідкісноземельного магніту і запобігаючи можливим ударам при переміщенні магніту У о виїмці 23. со

При закриванні клапана ущільнення 19, гумове ущільнювальне кільце, встановлене під важелем 21 кожуха магніту на верхній поверхні сідла 17 магніту, діє в якості пружини й амортизатора, запобігаючи ушкодженням ї- магніту. У закритому положенні важелі 21 кожуха 16 магніту упираються в поверхню 22 і в ущільнення 19 сідла «о 17 магніту. Для керування клапаном живлення на котушку 26 необхідно подавати протягом лише короткого часу, зазвичай, 0,25-10 секунд у тому чи іншому напрямку. Період збудження є порівняно коротким, оскільки диск рідкісноземельного магніту у відкритому положенні утримується в заданому положенні за рахунок свого власного магнітного притягання до заліза або залізного фериту, що використовується у конструкції котушки. У закритому « стані рідкісноземельний магніт 1 утримується в заданому положенні за рахунок свого власного магнітного з с притягання до магнітних матеріалів у сідлі 17 клапана і навколо нього, а також за рахунок дії магнітів 20 і, крім того, додатково за рахунок диференціального тиску навколо клапана. ;» Клапан, запропонований даним винаходом, має істотні переваги в порівнянні з відомими клапанами як з боку вартості експлуатації, так і з боку тривалості технічного обслуговування. Він може знайти застосування в найрізноманітніших галузях промисловості. (22) -І

Claims

Формула винаходу

1. Клапан, який має корпус і розміщений у ньому клапанний елемент, виконаний із можливістю переміщення о між першим положенням, у якому клапан знаходиться в першому робочому режимі, суміжним із першим Ї» магнітним або намагнічуваним елементом, і другим положенням, у якому клапан знаходиться в другому робочому режимі, суміжним із другим магнітним або намагнічуваним елементом, причому клапанний елемент містить рідкісноземельний магніт, який у сполученні з першим і/або другим магнітним або намагнічуваним епементом викликає магнітний зсув клапанного елемента, що знаходиться в одному із згаданих положень, який протидіє його переміщенню в напрямку іншого із згаданих положень, при цьому клапан забезпечений засобом (Ф) генерування магнітного поля, достатнього для подолання магнітного зсуву в першому або в другому положенні і ГІ для забезпечення переміщення згаданого клапанного елемента в інше зі згаданих положень, який відрізняється тим, що засіб генерування магнітного поля містить єдину котушку, розташовану поза корпусом клапана, а корпус бо Клапана і клапанний елемент виконані таким чином, щоб запобігати проходженню клапанного елемента через згадану котушку.

2. Клапан за п. 1, який відрізняється тим, що корпус клапана діє як упор, що запобігає проходженню клапанного елемента через згаданий засіб для генерування магнітного поля.

3. Клапан за одним з пп. 1-2, який відрізняється тим, що бічна протяжність клапанного елемента перевищує 65 бічну протяжність згаданого засобу для генерування магнітного поля.

4. Клапан за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що перший магнітний або намагнічуваний елемент являє собою кожух котушки.

5. Клапан за п. 4, який відрізняється тим, що бічна протяжність клапанного елемента відповідає бічній протяжності кожуха котушки.

6. Клапан за одним з пп. 4-5, який відрізняється тим, що на котушку безпосередньо подають електричний струм від джерела живлення.

7. Клапан за одним з пп. 4-6, який відрізняється тим, що зміна напрямку протікання струму через котушку на зворотний викликає притягання або відштовхування рідкісноземельного магніту, у результаті чого клапанний елемент переміщається у відкрите або закрите положення. 70

8. Клапан за одним з пп. 4-7, який відрізняється тим, що живлення на котушку подають від батареї, що підзаряджається.

9. Клапан за одним з пп. 4-8, який відрізняється тим, що котушка виготовлена із заліза або залізного фериту.

10. Клапан за одним з пп. 1-9, який відрізняється тим, що другий магнітний або намагнічуваний елемент виготовлений із магнітного матеріалу.

11. Клапан за одним з пп. 1-10, який відрізняється тим, що клапанний елемент обладнаний численними рідкісноземельними магнітами, розташованими, головним чином, по колу.

12. Клапан за п. 171, який відрізняється тим, що рідкісноземельні магніти встановлені з однаковими проміжками один від одного.

13. Клапан за одним з пп. 1-12, який відрізняється тим, що рідкісноземельний магніт або рідкісноземельні 2о магніти виготовлені з неодиму і/або самарію.

14. Клапан за п. 13, який відрізняється тим, що магніт або магніти містять щонайменше один елемент, який не є рідкісноземельним.

15. Клапан за п. 14, який відрізняється тим, що магніт або магніти містять щонайменше один елемент, вибраний серед заліза, бору і кобальту. с

16. Клапан за одним з пп. 13-15, який відрізняється тим, що рідкісноземельний магніт або рідкісноземельні магніти виконані з можливістю постійного намагнічування з магнітною віссю, що збігається з будь-яким вибраним і) напрямком.

17. Клапан за одним з пп. 13-16, який відрізняється тим, що рідкісноземельний магніт являє собою диск, що має практично паралельні зовнішні поверхні. «г зо

18. Клапан за п. 17, який відрізняється тим, що згаданий диск намагнічений таким чином, що його магнітна вісь спрямована перпендикулярно до згаданих зовнішніх поверхонь. о

19. Клапан за одним з пп. 17-18, який відрізняється тим, що згаданий диск утворює клапанний елемент. со

20. Клапан за одним з пп. 1-19, який відрізняється тим, що клапан у вигляді зверху має практично кільцеву форму, а діаметр його складає більше 5 см. ї-

21. Клапан за одним з пп. 1-20, який відрізняється тим, що він містить засіб для генерування магнітного «о поля протягом 0,25-10 секунд.

22. Клапан за одним з пп. 1-21, який відрізняється тим, що він додатково містить одне або декілька нерухомих ущільнень, установлених на одному або обох клапанних елементах, або на корпусі клапана і призначених для забезпечення герметизації між ними. «

23. Клапан за одним з пп. 1-22, який відрізняється тим, що клапанний елемент має Т-подібний поперечний гл») с переріз. .

24. Клапан за п. 23, який відрізняється тим, що перший рідкісноземельний магніт розташований усередині и?» прямої центральної ділянки, а численні додаткові рідкісноземельні магніти розташовані по колу навколо згаданої центральної ділянки.

25. Клапан за одним з пп. 1-24, який відрізняється тим, що він призначений для керування протіканням по б трубах і трубопроводах флюїдів і/або вибухонебезпечних і/або шкідливих матеріалів, і/або матеріалів, які не повинні містити хвороботворних організмів. -І (ее) о 50 ГТ» (Ф) ко бо б5