электропневмоклапан

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОПНЕВМОКЛАПАН, включающий корпус, катушку с обмоткой, подпружиненный якорь, седло первой ступени, стакан с отверстием в дне, выполненный за одно с якорем, запирающий элемент, выполненный с возможностью перемещения в стакане, дно электропневмоклапана с каналами подачи и выброса воздуха, отличающийся тем, что он дополнительно содержит седло второй ступени, выполненное в дне электропневмоклапана, и подвижный затвор, выполненный с возможностью упора в седло второй ступени и разделяющий каналы подачи и выброса воздуха, затвор снабжен крышкой, выполненной с седлом первой ступени и снабженной малорасходным каналом, перекрываемым запирающим элементом, внутри затвора размещен поршень со штоком, упирающимся в дно электропневмоклапана.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к пневматическим устройствам управления и предназначено для точного по времени запуска пневмоисточников сейсмических сигналов в морской сейсморазведке.

В настоящее время морская сейсморазведка выполняется с пневматическими источниками сейсмических сигналов, которые буксируются за судном в несколько линий по 6-10 излучателей. Для одновременного срабатывания всех источников (с точностью 0,05 мс) необходимо применение запускающих электромагнитных пневмоклапанов, обладающих высокой стабильностью времени открытия.

Известны электропневмоклапаны [1, 2] состоящие из корпуса, электромагнита, якоря, помещенного в полость внутри электромагнита, выполненные в дне клапана канала подачи воздуха в полость с якорем, канала выброса воздуха, исходно перекрытый подпружиненным якорем.

Недостатком таких устройств является малое проходное сечение канала выброса сжатого воздуха, что является основным источником разброса (нестабильности) момента срабатывания пневмоисточника, так как поступающего в его исполнительный орган воздуха недостаточно для обеспечения мгновенного разуплотнения. Повысить расход воздуха можно увеличением сечения канала выброса. Повышение усилия отрыва якоря с седла клапана ведет к ухудшению стабильности инициализации электропневмоклапана и к необходимости увеличивать напряжение инициализации электромагнита. При этом растут массогабаритные характеристики бортового пульта управления и клапана, что нежелательно. Кроме того, возникают наводки на линию обратной связи, по которой на бортовой пульт контроля и управления поступает сигнал о фактическом моменте срабатывания пневмоисточника. Иначе говоря, предпочтительным являются низкие напряжения инициализации клапана.

Наиболее близким к изобретению является электропневмоклапан [3] включающий катушку с обмоткой, подпружиненный якорь, седло, запирающий элемент, жестко связанный с якорем и имеющий отверстие в дне, стакан с перфорированными стенками, причем запирающий элемент размещен в стакане с возможностью перемещения, оперт на седло, выступающее над дном стакана, и подпружинен со стороны якоря, выполненные в дне клапана канал подачи воздуха в полость с якорем, канал выброса воздуха, исходно перекрытый запирающим элементом.

Недостатком этого устройства является малое проходное сечение канала выброса сжатого воздуха, что является основным источником разброса нестабильности) момента срабатывания пневмоисточника.

Задача изобретения создание быстродействующего электропневмоклапана, главным образом, для морских пневмоисточников с повышенным секундным расходом сжатого воздуха через каналы выброса, в котором при этом одновременно достигается повышение стабильности инициализации и сохраняются массогабаритные характеристики устройства.

Для этого электропневмоклапан, включающий корпус, катушку с обмоткой, подпружиненный якорь, седло первой ступени, стакана с отверстием в дне, выполненный заодно вместе с якорем, запирающий элемент, выполненный с возможностью перемещения в стакане, дно электропневмоклапана с каналами подачи и выброса воздуха, согласно изобретению дополнительно содержит седло второй ступени, выполненное в дне электропневмоклапана, и подвижный затвор, выполненный с возможностью упора в седло второй ступени и разделяющий каналы подачи и выброса воздуха, внутри затвора размещен поршень со штоком, упирающийся в дно электропневмоклапана, затвор снабжен крышкой, выполненной заодно с седлом первой ступени и снабженной малорасходным каналом, перекрываемым запирающим элементом.

Сущность изобретения состоит в том, что электропневмоклапан выполняют двухступенчатым. Снятие запирающего элемента с седла первой ступени производят якорем, что требует незначительных усилий, создаваемых электромагнитом, а снятие затвора с седла второй ступени, требующее значительных усилий, производят с помощью сжатого воздуха путем взаимодействия штока с поршнем и дна клапана с одной стороны и крышки затвора с другой стороны. Возникающее усилие отрыва затвора с седла второй ступени равно произведению давления в полости расширения на площадь крышки затвора за вычетом площади сечения малорасходного канала в ней.

Сопряжение седла первой ступени с затвором позволяет подхватить запирающий элемент дном стакана с отверстием в процессе движения якоря при сохранении неподвижности затвора, затем подать воздух из полости якоря внутрь подвижного затвора между крышкой и поршнем. Действие воздуха на поршень не перемещает его, так как шток упирается в дно клапана. Поскольку поршень жиклирует подачу воздуха в нижнюю часть полости затвора, то действующее на крышку затвора давление нарушает равновесие сил и открывает затвор с седла второй ступени, соединяя канал выброса с полостью клапана и каналом подвода сжатого воздуха.

На чертеже схематично изображен предлагаемый электропневмоклапан.

Электропневмоклапан состоит из корпуса 1, электромагнита 2, якоря 3, седла 4 первой ступени, стакана 5, жестко скрепленного с якорем 3 и имеющего отверстие в дне, запирающего элемента 6, установленного на седле 4, канала 7 подачи и канала 8 выброса сжатого воздуха из полости 9 клапана. Канал 8 исходно перекрыт подвижным затвором 10, упирающимся в седло 11 второй ступени. Внутри затвора 10 размещен поршень 12 со штоком 13. Поршень 12 и крышка 14 затвора 10 образуют полость 15 расширения, а шток 13 упирается в дно 16 электропневмоклапана.

Электропневмоклапан работает следующим образом.

Сжатый воздух из камеры высокого давления пневмоисточника по каналу 7 подается в полость 9. При этом запирающий элемент 6 находится на седле 4, а затвор 10 на седле 11. Внутри затвора 10 первоначально сжатый воздух отсутствует, так как имеется возможность его удаления через канал 8 выброса. После подачи напряжения на катушку электромагнита 2 якорь 3 втягивается вверх, а дно стакана 5 подхватывает запирающий элемент 6 и снимает его с седла 4. Сжатый воздух из полости над якорем 3 устремляется в полость 15 расширения, действует на поршень 12 и крышку 14. Поскольку шток 13 упирается в дно 16 электропневмоклапана, то этот элемент остается неподвижным, тогда как затвор 10 смещается вверх. Разуплотнение в области седла 11 сопровождается соединением полости 9 с каналом 8 выброса. Воздух из камеры высокого давления пневмоисточника через канал 7 подачи, полость 9 и канал 8 выброса поступает на исполнительный орган (не показан) пневмоисточника.

После сброса давления в рабочей камере пневмоисточника и снятия напряжения с катушки электромагнита 2 запирающий элемент 6 и затвор 10 занимают исходное положение, когда канал 8 отделен от полости 9. Момент сброса сжатого воздуха из рабочей камеры контролируется по резкому снижению усилия, передаваемого дном 16 на датчики давления, установленные между крышкой корпуса 1 и электромагнитом 2.

В конкретном примере исполнения электропневмоклапан имеет габаритные размеры (D x h) 140 х 80 мм, массу 4,5 кг, напряжение инициализации 60-150 В, проходное сечение канала выброса 8 мм, задержку вскрытия канала выброса после подачи напряжения на катушку 4 мс, стабильность момента вскрытия канала выброса 0,04 мс.

Преимущества электропневмоклапана в сравнении с прототипом состоят в трехкратном увеличении стабильности момента срабатывания, в шестикратном увеличении расхода сжатого воздуха через канал выброса. Высота клапана сокращена в полтора раза. Благодаря этому достигается значительно более высокая стабильность срабатывания самого пневмоисточника, обеспечивается его высокая управляемость с бортового пульта, повышается качество исходной сейсмической информации, сохраняются неизменными характеристики группы источников в процессе профилирования. Экономический эффект возникает в связи с получением дополнительной более точной и достоверной информации о поисковых объектах. Существенно повышаются экспортные возможности продукции.