Электродинамический клапан

(56) Приборы для н1962, том 33, М 11, с 2олитехн скии инстии Л,Н.Карледований,Завад учных88. туроств устаента, в мпульсв уста- менных я к арм менение ксперим твлять и апример м плаз намическ тель, ком электроэнНедо невысока их повтор ую катушку, мутатор и им ергии.статком этих я надежнос ными открыв дем пул фер, уплотни ный источни клапано ь, обус ниями,являетс вленна амический клапан ототипа, Эта конс с каналами входа орган, который сородинамического ескую катушку, по фер, уплотнитель амические клапака газа, срабатыьсного источника ны содержат корхода газа, запорный с якорем ивода, электродиИзве выбранн струкция и выхода вмещен привода, крайней стен электродин ый в качестве п содержит корпу газа. запорный с якорем алек электродинами мере один демп ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ КЛАПАН (57) Изобретение может быть использовано в области машиностроения при создании арматуры для установок с использованием импульсного напуска газа в вакуумный обьем, например для плазменных ускорителей, Цель изобретения - повышение надежности клапана путем предотвращения ложных срабаты ва ний. При разряде импульсного источника энергии 10 импульсный ток разряда накопителя через коммутирующий элемент 11 протекает по одной секции 4 катушки 2. Созданный этим током переменИзобретение относитроению и может найти прновках для физическогокоторых требуется осущеный напуск порции газа, нновках с испольэованиускорителей.Известны электродинны для импульсного напусвающие при разряде импулэлектроэнергии. Эти клапапус с каналами входа и вьный орган, совмещенэлектродинамического пр).Б 2, 1788376 А ный магнитный поток пересекает запорный орган 5 и индуцирует в нем ток обратного направления, Вследствие взаимодействия токов разного направления в секции 4 и запорном органе 5 между ними возникает сила отталкивания, Запорный орган 5 отбрасывается от катушки и открывает проход для газа, При этом пока проходит импульс тока запорный орган разгоняется под действием импульса силы. При правильно выбранных параметрах электродинамического привода максимальной скорости запорный орган достигает к концу импульса тока, К этому моменту вентильный коммутатор 11 выключается, а импульсный источник энергии 10 (конденсатор) перезаряжается.Газ из полости высокого давления А через канал напуска газа 13 поступает в вакуум- (Я ную полость Б, Клапанная пластина вначале С движения сжимает мягкий демпфер 6, потом ударяется о более жесткий демпфер 7, и затем возвращается в исходное положение, 2 ил.коммутатор и импульсный источник электроэнергии. Запорный орган содержит электропроводный участок и установлен вкорпусе между демпфером и уплотнителем.Уплотнитель расположен со стороны электродинамической катушки, а катушка соединена через коммутатор с импульснымисточником электроэнергии,Недостатком является невысокая надежность, обусловленная возможными повторными открываниями (ложнымисрабатываниями) клапана,Цель изобретения - повышение надежности клапана путем предотвращения ложных срабатываний. 15Поставленная цель достигается тем, чтов электродинамическом клапане, содержащем корпус с каналами входа и выхода газа,запорный орган, совмещенный с якоремэлектродинамического привода, электродинамическую катушку, по крайней мере одиндемпфер, уплотнитель, коммутатор и импульсный источник электроэнеогии, причемзапорный орган содержит электропроводный участок и установлен в корпусе между 25демпфером и уплотнителем, уплотнительрасположен со стороны электродинамической катушки, а катушка соединена черезкоммутатор с импульсным источником электроэнергии, предлагается клапан снабдить 30дополнительным коммутатором и катушкувыполнить двухсекционной, причем обесекции общей точкой присоединить к первомувыводу основного коммутатора, а из двухдругих свободных концов вышеуказанных 35секций вывод первой секции подсоединитьк первому выводу импульсного источникаэлектроэнергии, вывод второй секции подсоединитьк первому выводудополнительновведенного коммутатора, при этом оба коммутатора выполнить вентильными и вторыеих выводы соединить со вторым выводомимпульсного источника электроэнергии,причем общая индуктивность катушки клапана и индуктивность первой секции связаны соотношениями;/, (Н,иу 2 1/С ифиу2 гС50где- общая индуктивность катушки;Ь - индуктивность первой секции катушки;Н - толщина электропроводного участка запорного органа; 55у и - электропроводность и магнитная проницаемость материала запорногооргана;С - емкость импульсного источникаэлектроэнергии. На фиг,1 изображен пример выполнения предлагаемого устройства. Клапан показан в закрытом положении. Клапан содержит корпус 1, состоящий из верхнего и нижнего фланцев, стянутых шпильками. Электромагнитная катушка 2 вмонтирована в нижний фланец корпуса клапана. Она выполнена двухсекционной с секциями 3 и 4, Демпфер может выполняться из двух элементов; мягкого 6 и более жесткого 7. На верхнем фланце предусмотрен штуцер с каналом входа газа 8,через который газ поступает в камеру высокого давления, проходит по каналам в корпусе и рассредотачивается, В исходном положении запорный орган 5 прижимается к уплотнителю 9 силами давления газа и силами упругости мягкого демпфера 6. Газ под давлением находится в полости "А", которая каналом напуска газа 13 сообщается с вакуумной полостью "Б". Клапан включает в себя импульсный источник энергии 10 с основным коммутатором 11, а также дополнительно введенный коммутатор 12, Оба коммутатора выполнены вентильными и обладают свойствами симистора. В качестве импульсного источника энергии 10 может использоваться конденсатор, Обе секции катушки 3 и 4 посредством основного 11 и дополнительно введенного 12 коммутаторов соединены с импульсным источником энергии 10. При этом общая точка этих секций Со (показана на фиг,1) подсоединена к одному из выводов основного коммутатора 11, а два свободных конца секций (точки С 1 и С) подсоединены: вывод первой секции - к первому выводу импульсного источника электроэнергии (точка С); вывод второй секции - к первому выводу дополнительно введенного комму. татора (точка С 1). Вторые концы коммутето. ров 11 и 12 подсоединены к второму выводу импульсного источника электроэнергии 1 С, Рассмотрим режим работы клапана когда эффект притормаживания запорного органа с последующим переходом к его прижатию используется при закрытии клапана,Работает устройство следующим образом: при разряде источника энергии 10 импульсный ток разряда накопителя через коммутирующий элемент 11 протекает по одной секции 4 катушки 2 с индуктивностью О. Созданный этим током переменный магнитный поток пересекает запорный орган 5 и индуцирует в нем ток обратного направления. Вследствие взаимодействия токов разного направления в секции 4 и запорном органе 5 между ними возникает сила отталкивания, Запорный орган 5 отбрасывается от катушки и открывает проход для газа. Пока проходит импульс тока запорный ор 1788376ган разгоняется под действием импульса силы, При правильно выбранных параметрах электродинамического привода максимальной скорости запорный орган достигает к концу импульса тока. К этому моменту вентильный коммутатор 11 выключается, а конденсатор 10 перезаряжается, Газ из полости высокого давления "А" через канал напуска 13 поступает в вакуумную полость "Б". Запорный орган вначале движения сжимает мягкий демпфер 6, потом ударяется о более жесткий демпфер 7, и затем возвращается в исходное положение. При подходе запорного органа к уплотнителю подается сигнал на коммутирующий элемент 12 и импульсный ток разряда накопителя начинает протекать по двумекциям катушки 2 с индуктивностью. В результате того, что индуктивность катушки выбрана из соотношения / Н,иу2 /С с момента срабатывания дополнительного коммутатора 12, происходящие процессы становятся качественно другими, чем бь;ли ранее при прохождении тока через секцию 4 (для секции 4 в:ыполнялось соотношение 1/ (Н,иу2 /С). Ток в катушке 1 и ингуцированный ток в запорном органев некоторые моменты начнут протекать в одном направлении, что изменит знак действующей на запорный орган силы, и из ускоряющей сила станет тормозящей. Для ;эссматриваемого варианта это приводит к двойному испозоаню положтеоо эффекта - сначала полезно используется положительная полуволна электромагнитной силы, а затем положительно используе гся и отрицательная полуволна электромагнитной силы,5 10 15 20 45 50 На фиг,2 приведена осцилограмма процессов, происходящих в клапане, При этом приняты следующие обозначения для кривых; 1 - кривая тока после срабатывания коммутатора 11, 2 - соответствующая кривой 1 электромагнитная сила, 3 - кривая хода запорного органа, 4 - кривая скорости, ь - кривая тока после срабатывания дополнительно введенного коммутатора 12, 6 - кривая электромагнитной силы после срабатывания коммутатора 12, при этом: 7 - положительная полуволна силы, тормозящая запорный орган при подходе к уплотнителю; 8 - отрицательная полуволна электромагнитной силы, в результате действия которой, после предварительного снижения скорости запорного органа за счет положительной полуволны 7 он прижимается к уплотнению 9 (на фиг.1). На фиг,2 видно, что при прохождении полуволны тока (кривая 1) на запорный орган в этот же промежуток времени (О) действует положительная полуводна электромагнитной ускоряющей силы (кривая 2), Запорный орган разгоняется и к моменту времени т 1 приобретает значительную ско. рость (кривая 4). Далее, встреча с более же. стким демпфером 7 вызывае 1 затормаживание, скорость снижается и ь моменту тг становится равной нулю, посл чего начинается обратное движение и ско рость приобретает отрицательные значения (кривая 4), Величину перемещения запорного органа можно наблюдать по кривой 3. При обратном движении при подходе к уплотнени 1 о (уровень показан штриховой линией) в момент 1 з срабатывает дополнительно введенный коммутатор 12. Так как импульсный источник энергии 1 С при прохождении первой полуволны ток (кривая 1) перезарядился. то с момента тзроходит отрицательная полуволна ток; (кривая 5), Благодаоя описанному выше выполнению устройства, эта полуволна тока проходит по всей катушке, индуктивность которой такова, что обеспечивается сдвиг по фазе между током в катушке (кривая 5) и ,оком во вторичном контуре (кривая 5 показана штриховой линией)., Вследствие этого кривая электромагнитной силы, действующей на запорный орган (кривая 6) имеет :ак положительную полуволну(полуволна 7) силы, так и отрицательную полуволну (полуволна 8) силы, Действие полуволны 7 (промежуток времени тз - М) приводит к снижению скорости запорного органа (см.кривую 4). Соударение с уплотнителем происходит с меньшей скоростью. Уплотнение поогибается и силы упругости стремятся отбоосить запорный орган. Этому препятствуют силы давления газа, прижимающие запорный орган, а также электромагнитная притягивающая сила (полуволна 8), действу:ощая в наиболее ответственный момент за:рытия клапана. Клапан закрывается, Описанный эффект измененИя параметров разрядного контура при возврате запорного органа к уплотнению позволяет затормозить запорный орган при поДходе к уплотнителю, после этого - плотно прижать его к уплотнителю. Тем самым обеспечиваетсяработа клапана без повторных открываний (ложныхсрабатываний), что повышает надежность работы устройстваФормула изобретенияЭлектродинамический клапан, содержащий корпус с каналами входа и выход;газа, запорный орган, совмещенный с яко рем электродинамического привода, электродинамическую катушку, по крайней мере один демпфер, уплотнитель, коммутатор и импульсный источник электроэнергии, причем запорный орган содержит электропроводный участок и установлен в корпусе 5 между демпфером и уплотнителем, уплотнитель расположен со стоооны электродинамической катушки, а катушка соединена через коммутатор с импульсным источником электроэнергии, о т л и ч а ю щ и й с я 10 тем, что, с целью повышения надежности пуем предотвращения ложных срабатываний, злектродинамический клапан снабжен дополнительным коммутатором и катушка клапана выполнена двухсекционной, при чем обе секции общей точкой присоединены к первому выводу основного коммутатора, а из двух других свободных концов указанных секций вывод первой секции подсоединен к первому выводу импульсного источника 20 электроэнергии, вывод второй секции - к первому выводу дополнительно введенного коммутатора, при этом оба коммутатора вы-:., полнены вентильными и вторые их выводы соединены с вторым выводом импульсного источника электроэнергии, причем общая индуктивность Е катушки клапана и индук- - тивность Ь первой секции связаны соотношениямиН р у2 /С иГН РУ 2 уС где Н - толщина злектропроводногс участка запорного органа;у, р - электропроводность и магнитная проницаемость материала запорного органа, соответственно;С - емкость импульсного источника электроэнергии,1788376 Составитель В. БакутТехред М.Моргентал Редактор О,Ходакова Коррект Кешеля Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 каз роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10