Исполнительное устройство запорного клапана газового счётчика

 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в качестве исполнительного устройства запорного клапана в бытовых газовых счетчиках на объектах жилищно-коммунального хозяйства. Техническим результатом является снижение габаритно-весовых характеристик устройства и потребляемой электрической мощности от автономного источника питания. Технический результат достигается за счет того, что на верхнем конце подвижного штока с закрепленным узлом постоянного магнита, движущегося по центральной оси двухкатушечной соленоидной системы, шарнирно размещен уравнительный клапан в виде цилиндрического стакана, закрепленного на штоке стопорной шайбой. Верхняя обрезиненная поверхность запорного клапана является седлом для уравнительного клапана. Нижняя плоскость запорного клапана, прилегающая к седлу, размещенному во входном штуцере газового счетчика, подпружинена. Площадь дна уравнительного клапана может составить 5...10% от площади поперечного сечения запорного клапана. На подвижном штоке может быть размещена ударная шайба на расстоянии от нижней поверхности запорного клапана, равном 0,9 расстояния максимального хода перемещения штока между его крайними положениями. Усилие пружины выбирается в пределах 0,2...0,4 от максимального усилия, создаваемого узлом постоянного магнита. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Заявляемое техническое решение относится к приборостроению и может быть использовано в качестве исполнительного устройства запорного клапана в бытовых газовых счетчиках на объектах жилищно-коммунального хозяйства.

Известен бытовой газовый счетчик с кредитной картой (патент ЕРА №0354575), в котором закрытие запорного клапана производится с использованием кулачка, расположенного на валу приводного электродвигателя. Недостатком конструкции является большое потребление электроэнергии от батареи счетчика, недостаточная надежность.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство (WO 97/23885, МПК H 01 F 7/16), используемое в качестве запорного клапана в системе подачи топлива в двигателях внутреннего сгорания.

Устройство содержит постоянный подвижный магнит, перемещающийся вертикально вверх или вниз под действием магнитного поля двух неподвижных соленоидных катушек, окруженных внешним цилиндром из ферромагнитного материала.

На верхней крышке клапана имеется несколько входных и выходных отверстий, герметично закрываемых подвижным постоянным магнитом при подаче электрического импульса на соленоидные катушки.

Недостатком известного запорного клапана являются большие затраты электрической энергии от батареи аккумуляторов для удержания в верхней торцевой стенке кожуха клапана подвижного магнита, обеспечивающего герметичность уплотнения клапана при его закрытии. Удерживающий ток при закрытом клапане составляет 20% от максимальной амплитуды тока, подаваемого на закрытие клапана. Для открытия клапана необходимо также подавать значительный импульсный ток на соленоидные катушки устройства.

Целью предлагаемого технического решения является разработка конструкции исполнительного устройства запорного клапана газового счетчика, обеспечивающего минимальное потребление электроэнергии от встроенной батареи постоянного тока и высокую эксплуатационную надежность работы газового счетчика.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкцию исполнительного устройства запорного клапана, содержащего две коаксиально расположенные соленоидные катушки, разделенные прокладкой из ферромагнитного материала, узел аксиально намагниченного постоянного магнита с двумя концентраторами, жестко закрепленный на центральном подвижном штоке, обе катушки помещены в ферромагнитный стакан, во входном штуцере газового счетчика размещен запорный клапан, закрывающий поступление газа по ходу движения потока, на верхнем конце подвижного штока размещен уравнительный клапан в виде цилиндрического стакана, закрепленного на штоке стопорной шайбой, дно стакана уравнительного клапана размещается на верхней плоской обрезиненной поверхности запорного клапана, служащего седлом для уравнительного клапана, нижняя плоскость запорного клапана, прилегающая к седлу, размещенному во входном штуцере, подпружинена.

Уравнительный клапан позволяет за счет предварительного выравнивания давления в подводящем газопроводе и во внутренних газораспределительных полостях счетчика после поступления команды в виде импульса напряжения от форсирующего конденсатора, размещенного в блоке управления клапаном, значительно снизить энергопотребление от встроенной в счетчик батареи постоянного тока.

Для уменьшения токопотребления при срабатывании уравнительного клапана площадь дна стакана уравнительного клапана выбирается равной 5...10% от площади поперечного сечения запорного клапана.

При открытии клапана, находящегося в закрытом состоянии для снижения токопотребления от встроенной батареи постоянного тока, на подвижном штоке размещена ударная шайба, расположенная на расстоянии от нижней поверхности запорного клапана, равном 0,9 расстояния максимального хода перемещения штока между его крайними положениями.

Выбор местоположения ударной шайбы обусловлен тем, что проходя со штоком выбранное расстояние, ударная шайба приобретает такую скорость импульса, при котором она ударяется о нижнюю поверхность клапана с максимальным моментом количества движения, создавая тяговое усилие, достаточное для отрыва клапана от седла. Усилие возвратной пружины, поддерживающей запорный клапан, выбирается равным 0,2...0,4 от максимального усилия, создаваемого узлом постоянного магнита, размещенного на подвижном штоке.

Разработанная, изготовленная и испытанная конструкция исполнительного устройства запорного клапана показывает, что она обладает промышленной полезностью, обеспечивает минимальное потребление электроэнергии только во время прохождения команд в виде кратковременных электрических импульсов напряжения, возникающих в результате разряда форсирующего конденсатора в цепи блока управления счетчика.

В остальное время работы газового счетчика удержание запорного клапана в закрытом состоянии осуществляется за счет магнитного потока узла постоянного магнита, а в открытом состоянии за счет усилия возвратной пружины и воздействия магнитного поля постоянного магнита.

Конструкция исполнительного устройства запорного клапана газового счетчика поясняется чертежом, на котором представлена конструктивная схема исполнительного устройства запорного клапана в открытом состоянии.

В исходном рабочем состоянии, когда газ поступает в газовый счетчик, запорный клапан 1 приподнят над седлом 2 входного штуцера 3 газового счетчика за счет механического усилия пружины 4 и магнитного поля узла постоянного магнита 5 с верхним 6 и нижним 7 концентраторами, узел постоянного магнита жестко закреплен на немагнитном штоке 8. Узел аксиально намагниченного постоянного магнита 5 может перемещаться совместно со штоком 8 только в осевом направлении вниз от верхнего стопа 9 до нижнего стопа 10 или вверх в обратном положении. На нижней торцевой поверхности верхнего стопа 9 закреплена пластмассовая втулка 11, определяющая величину рабочего зазора между узлом постоянного магнита 5 и нижней плоской поверхностью верхнего стопа 9. Для центрирования движения штока 8 служит верхняя 11 и нижняя 12 пластмассовые направляющие втулки.

На верхнем конце штока 8 шарнирно закреплен кожух 14 уравнительного клапана в виде цилиндрического стакана, заглушенного сверху крышкой 15. Дно кожуха 14 закреплено на штоке 8 разрезной стопорной шайбой 16. В канавке штока 8 размещена ударная шайба 17 на расстоянии от нижней поверхности запорного клапана, равном 0,9 расстояния максимального хода перемещения штока между его крайними положениями.

В состав исполнительного устройства запорного клапана входят первая 18 и вторая 19 соленоидные катушки, намотанные на каркасах из пластмассы. Обе катушки размещены внутри цилиндрического ферромагнитного стакана 20.

Вся конструкция исполнительного устройства запорного клапана размещена в защитном пластмассовом кожухе 21. Катушки 18 и 19 разделены ферромагнитной прокладкой 22. Верхняя 23 и нижняя 24 горизонтальные поверхности исполнительного устройства запорного клапана 1 выполнены в виде плоских ферромагнитных шайб.

При поступлении импульса напряжения на катушку 18 от форсирующего конденсатора блока управления исполнительным устройством запорного клапана (не показан) на перекрытие поступления газа в счетчик форсирующий конденсатор начнет плавно разряжаться, причем постоянная времени разряда будет пропорциональна величине индуктивности катушки и обратно пропорциональна ее омическому сопротивлению. Ток в обмотке катушки 18 будет нарастать по экспоненциальной кривой. При прохождении тока по обмотке катушки 18 возникает магнитный поток в магнитных цепях магнитопровода катушки верхнего стопа 9, ферромагнитного стакана 20, ферромагнитной прокладки 22, верхней крышки 23, концентраторов 6, 7 и узла постоянного магнита 5. Данный магнитный поток, пронизывая подвижную часть узла постоянного магнита 5, создает в области зазора между концентратором 7 и нижним стопом 10 силу отталкивания блока постоянного магнита 5 в сторону нижнего стопа 10, т.е. уменьшения величины данного зазора.

Так как постоянный магнит жестко закреплен на штоке 8, то шток с магнитом начнет перемещаться вниз до достижения оптимального рабочего зазора между концентратором 7 и верхней плоской поверхностью нижнего стопа 10. Клапан 1, плотно прижимаемый стопорной шайбой 16 штока 8 к седлу 2, преодолевает отталкивающее усилие пружины 4, будет плотно прилегать к седлу 2, перекрывая поступление газа в счетчик за счет удерживающей магнитодвижущей силы узла постоянного магнита 5 и входного давления газа, поступающего в счетчик от подводящего газопровода. Форсирующий конденсатор (не указан) блока управления исполнительным устройством к моменту закрытия клапана 1 полностью разрядится и спустя короткое время снова зарядится от аккумуляторной батареи счетчика, после чего потребление электроэнергии от встроенной батареи производиться не будет и никакого удерживающего тока для клапана 1 не потребуется на все время нахождения его в закрытом положении.

При подаче вручную от кнопки команды или автоматически на открытие клапана 1 импульс тока от форсирующего конденсатора поступит на обмотку катушки 19, при этом создается магнитное поле, которое пронизывая магнитопроводы блока постоянного магнита 5, нижнего стопа 10, нижней крышки 24, ферромагнитного стакана 20, ферромагнитной прокладки 22, создает в области зазора между верхней плоскостью концентратора 6 и верхнего стопа 9 отталкивающее усилие, приводящее в движение вверх магнит 5 со штоком 8. Так как возникающее усилие, притягивающее клапан 1 к седлу 2, довольно велико, то первоначально поднимается шток 8 внутри кожуха 14 уравнительного клапана и, достигая крышки 15, кратковременно поднимает кожух 14 над верхней поверхностью обрезиненного клапана 1, после чего газ начнет поступать в полость счетчика через зазор между штоком 8 и отверстием в зазоре между клапаном 1 и штоком 8.

Так как площадь дна стакана уравнительного клапана выбирается равной 5...10% от площади поперечного сечения клапана 1, то усилие, затрачиваемое на его поднятие, будет в 15...20 раз меньше полного усилия, которое надо бы затратить на поднятие клапана 1 без использования кожуха 14 уравнительного клапана. Через приподнятый кожух уравнительного клапана 14 газ будет поступать в полость счетчика, в результате чего противодавление от газовой магистрали будет резко падать. К этому времени ударная шайба 17, передвигаясь со штоком 8 вверх, с большой силой ударяет о нижнюю обрезиненную поверхность клапана 1, приподнимая его над поверхностью седла 2. По мере выравнивания давления в подводящем газопроводе и внутренней полости газового счетчика и воздействия выталкивающей силы пружины 4 клапан 1 поднимется вверх над поверхностью седла 2, занимая положение, представленное на чертеже. Месторасположение ударной шайбы 17 на штоке 8 выбирается из условия обеспечения максимальной скорости движения штока, которая достигается при размещении шайбы от нижней поверхности запорного клапана, равном 0,9 расстояния максимального хода перемещения штока между его крайними положениями.

Разработанное исполнительное устройство запорного клапана было использовано в бытовом кредитном счетчике, изготавливаемого предприятием. Испытания счетчика совместно с разработанным запорным клапаном подтвердили его надежную работу, малое потребление электроэнергии в процессе работы газового счетчика. Предлагаемое исполнительное устройство запорного клапана имеет невысокую стоимость, простую конструкцию по сравнению с другими известными устройствами и может быть рекомендовано для применения в газовой аппаратуре.

Формула изобретения

1. Исполнительное устройство запорного клапана, содержащее две коаксиально расположенные соленоидные катушки, разделенные прокладкой из ферромагнитного материала, узел аксиально намагниченного постоянного магнита с двумя концентраторами, жестко закрепленный на центральном подвижном штоке, обе катушки помещены в ферромагнитный стакан, во входном штуцере газового счетчика размещен запорный клапан, закрывающий поступление газа по ходу движения потока, отличающееся тем, что на верхнем конце подвижного штока шарнирно размещен уравнительный клапан в виде цилиндрического стакана, закрепленного на штоке стопорной шайбой, а дно стакана уравнительного клапана размещается на верхней плоской обрезиненной поверхности запорного клапана, служащего седлом для уравнительного клапана, нижняя плоскость запорного клапана, прилегающая к седлу, размещенному во входном штуцере счетчика, подпружинена.

2. Исполнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь дна стакана уравнительного клапана составляет 5...10% от площади поперечного сечения запорного клапана.

3. Исполнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что на подвижном штоке размещена ударная шайба на расстоянии от нижней поверхности запорного клапана, равном 0,9 расстояния максимального хода перемещения штока между его крайними положениями.

4. Исполнительное устройство по п.1, отличающееся тем, что усилие пружины выбирается в пределах 0,2...0,4 от максимального усилия, создаваемого узлом постоянного магнита.

РИСУНКИ