Электромагнитный клапан устройство: принцип действия, устройство, виды || ИТАЛГАЗ

принцип действия, устройство, виды || ИТАЛГАЗ

 

 

  Электромагнитный (соленоидный) клапан — это устройство для управления рабочей средой под давлением в трубопроводе. Его действие заключается в том, чтобы открывать / закрывать проходное отверстие плунжером, на который воздействует магнитное поле электромагнитной катушки или усилением за счет давления рабочей среды и мембраны.

 

 

Принцип действия электромагнитного (соленоидного) клапана

---

Клапан оснащен соленоидом, который представляет собой электрическую катушку с подвижным ферромагнитным сердечником в центре. Это ядро называется плунжером. В положении покоя плунжер закрывает небольшое отверстие. Электрический ток через катушку создает магнитное поле. Магнитное поле оказывает силу на плунжер, в результате плунжер тянет к центру катушки так, что отверстие открывается. Это основной принцип, который используется для открытия и закрытия электромагнитных клапанов.

 

 

Устройство электромагнитного клапана

---

 

Основные компоненты:

1. Корпус клапана, который состоит из впускного и выпускного отверстия, а также седла.
2. Арматурная трубка с сердечником, на которую устанавливается катушка.
3. Плунжер, который скользит внутри арматурной трубки и в некоторых случаях служит уплотнением.
4. Катушка электромагнитная, которая создает магнитное поле, необходимое для перемещения плунжера.

 

 

 

Основные типы электромагнитных клапанов

---

 

Электромагнитный клапан непрямого действия

 

Данный вид клапанов доступен с присоединительными размерами 1/4″… 3″. При больших диаметрах статическое давление рабочей среды увеличивается, и необходимо, чтобы магнитное поле, создаваемое катушкой, способно было справится с ним.

Это достигается за счет использования сервоуправляемого действия в клапане. При этом варианте конструкции давление среды помогает удерживать уплотнение главного клапана.

 

 

Нормально-закрытый клапан (2/2 NC) имеет впускное и выпускное отверстие в корпусе. Когда соленоид не находится под напряжением, поток блокируется основным уплотнением, которое может быть либо диафрагма, либо поршень. В этом режиме среда течет через небольшое отверстие в диафрагме или поршне и помогает удерживать клапан закрытым. Когда на электромагнитную катушку подается напряжение, открывается пилотное отверстие, позволяющее среде выйти из полости над основным уплотнением и открыть главный клапан.

 

Этот тип требует минимального перепада давления для работы, иначе поток среды через клапан будет минимальным или клапан просто не откроется.

 

 

 

 

 

Нормально-открытый клапан непрямого действия (2/2 NO) имеет впускное и выпускное отверстие в корпусе. При больших диаметрах статическое давление рабочей среды увеличивается, и все еще необходимо, чтобы магнитное поле, создаваемое соленоидной катушкой, способно было справляться с ним. В этой конструкции давление среды помогает удерживать открытым основной клапан. Когда катушка без напряжения, поток не перекрывается основным уплотнением, которое может быть либо диафрагмой, либо поршнем. В этом режиме среда течет через небольшое отверстие в диафрагме или поршне и помогает удерживать клапан открытым. Когда на катушку подается напряжение, пилотное отверстие закрывается и рабочая среда из полости над основной мембранной перестает попадать в выходной трубопровод, что приводит к закрыванию мембраны главного клапана.

 

Эта конструкция требует минимального перепада давления для работы, иначе клапан просто не закроется.

 

 

 

Электромагнитный клапан прямого действия

 

Двухходовой клапан имеет впускное и выпускное присоединительное отверстие в корпусе.

 

 

Нормально-закрытый клапан прямого действия (2/2 NC).
При этом варианте рабочая среда не протекает через клапан, а перекрыта плунжером, который прижат пружиной. При включении напряжения электромагнитная катушка поднимает плунжер и среда двигается к выпускному отверстию.

 

 

 

 

Нормально-открытый клапан прямого действия (2/2 NO).

При этом варианте отверстие открыто, рабочая среда направляется от впускного отверстия к выпускному. При подаче напряжения отверстие закрывается. Операция в обоих случаях зависит только от магнитного поля, создаваемого соленоидной катушкой.

 

Эти клапаны способны работать при нулевом давлении.

 

 

 

Клапан с принудительным подъемом мембраны

 

Нормально-закрытый клапан (2/2 NC) с принудительно поднимаемой диафрагмой, имеет впускное и выпускное отверстие в корпусе.  В этих моделях плунжер механически прикреплен к диафрагме и управляет центральным пилотным отверстием и ходом основного уплотнения, что позволяет ему работать при нулевом перепаде давления.

 

 

Трехходовой электромагнитный клапан прямого действия

 

Трехходовой клапан имеет впускное и выпускное присоединительное отверстие в корпусе, а третье присоединительное отверстие находится в арматурной трубке («выхлоп»).

 

 

Нормально-закрытый трехходовой клапан (3/2 NC).
При этом варианте среда не пропускается через впускное отверстие, так как плунжер прижат к седлу пружиной. Но среда из выходного трубопровода выводится через «выхлоп». При подключении к электросети впускное отверстие открывает подачу рабочей среды, а «выхлоп» закрывается.

 

 

 

Нормально-открытый трехходовой клапан (3/2 NO).
В этом исполнении отверстие открыто, рабочая среда направляется от впускного отверстия к выпускному, а «выхлоп» закрыт. При подключении к электросети впускное отверстие закрывается, в то же время «выхлоп» открывается и соединяется с выходным трубопроводом. В обоих случаях операция зависит только от магнитного поля, создаваемого соленоидной катушкой.

 

Трехходовые электромагнитные клапаны могут работать при нулевом давлении.

 

 

 

Соленоидный клапан является одним из наиболее используемых компонентов в газовых и жидкостных системах, количество применений почти бесконечно. Вот некоторые примеры использования: системы отопления, технология сжатого воздуха, промышленная автоматизация, бассейн, стиральные машины, стоматологическое оборудование, системы мойки и оросительные системы.

 

Надеемся, что данная статья окажется Вам полезной и поможет разобраться в теме — электромагнитный клапан.

 

 

 

Весь список

Устройство клапана | Справочная информация

Справочная информация

Электромагнитные клапаны подразделяются по исполнению на:

«НЗ» — нормально закрытые клапаны.

«НО» — нормально открытые клапаны.

«БС» — бистабильные (импульсные) клапаны, переключение между положениями реализовывается путем подачи кратковременного импульса.

По принципу действия электромагнитные клапаны подразделяются на клапаны прямого действия, срабатывающие при отсутствии перепада давления и клапаны пилотного (непрямого) действия, для работы которых необходим минимальный перепад давления. Также клапаны можно разделить на поршневые и мембранные.

Устройство электромагнитного (соленоидного) клапана

Клапан прямого действия	Клапан пилотного действия

Электромагнитная катушка (соленоид) имеет медную обмотку, защищенную композитным диэлектрическим составом, которая помещается в металлический или литой пластиковый корпус. Степенью защиты катушек IP65 (пылевлагонепроницаемые).

Напряжение питания:

Переменный ток AC220V; AC110V; AC24V.

Постоянный ток DC24V; AC12V.

Шток клапана выполнен из нержавеющий стали.

Крышка и Корпус в зависимости от серии клапана могут быть выполнены из следующих материалов: латунь; нержавеющая сталь; чугун; нейлон, эколон.

Крепеж выполнен из нержавеющей стали

Пружина 1 выполнена из нержавеющей стали

Плунжер выполнен из нержавеющей стали и уплотнения из полимерного материала

Пружина 2 выполнена из нержавеющей стали

Мембрана изготовлена из высококачественных эластичных полимерных материалов специальной конструкции и химического состава.

Свойства материалов мембран и уплотнений.

Благодаря развитию химической промышленности, полимерные материалы из которых создаются мембраны, и уплотнения для соленоидных клапанов SMART получают уникальный набор свойств и отвечают самым различным запросам, и потребностям.

EPDM – Этилен-пропилен-диен-каучук. Недорогой, химически, термостойкий и износостойкий эластичный полимер. Высокая устойчивость к старению и погодным воздействиям. Устойчив к кислотам, щелочам, окислителям, соленым растворам, воде, пару низкого давления, нейтральным газам. Неустойчив к бензину, бензолу керосину, маслам, и углеводородам. Температура применения −40… +140 °С.

FKM – Фторкаучук. Термостойкий и эластичный синтетический полимер. Высокая стойкость к износу, старению, озону и ультрафиолету. Химически устойчивый для кислотных и щелочных сред, нефтепродуктов, для топлива и углеводородов. Применяется для спиртов, воды, воздуха и пара низкого давления при температуре −30… +150 °С. Разрушается эфирами, органическими кислотами.

NBR – Нитрил-бутадиен-каучук. Распространенный и недорогой эластичный полимер, обладающий относительно высокой стойкостью к истиранию и износостойкостью, нейтральный к воздействию бензина, минерального масла, дизельного топлива, растворов щелочей, неорганических кислот, пропана, бутана, воды, морской воды. Температурный диапазон −30… +100 °С. Разрушается бензолом, окислителями и ультрафиолетом.

PTFE – Политетрафторэтилен. Фторполимер, один из самых химически стойких полимерных материалов. Применяется в химической промышленности для кислот и их смесей высокой концентрации, щелочей, растворителей. Устойчив к бензолу, окислителям, маслам и топливам. Используется для агрессивных газов, углеводородов, воздуха, воды и пара. Температурный диапазон −50… +200 °С. Разрушается трифторидом хлора и жидкими щелочными металлами.

TEFLON – Политетрафторэтилен. Запатентованное название фторполимера, на основе PTFE с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Рабочая температура применения в диапазоне −50… +250 °С.

Принцип действия электромагнитного клапана прямого действия.

Нормально закрытый соленоидный клапан.

У данного клапана рабочее положение нормально-закрытое, без напряжения на электромагнитной катушке он закрыт. Мембрана клапана эластична и имеет перепускное отверстие, по центру мембраны расположено запрессованное кольцо с подъемной пружиной из нержавеющей стали и выравнивающий канал. При отсутствии или присутствии давления в системе мембрана и плунжер прижаты к седлу и выравнивающему каналу, усилием возвратной пружины. Так же мембрану будет прижимать давление среды, равное давлению на входе в клапан, поступающее через перепускное отверстие в мембране, в над мембранное пространство.

При подаче напряжения на соленоидную катушку создается электромагнитное поле, в результате плунжер поднимается и открывает выравнивающий канал. В случае если в системе есть давление произойдет снижение давления в над мембранном пространстве, т.к. выравнивающий канал больше в диаметре, чем перепускное отверстие. Таким образом, из-за разницы давлений мембрана поднимается вверх и клапан открывается. Если в системе нет давления, мембрану потянет в верхнее положение подъемная пружина, которая закреплена на плунжере. Электромагнитный клапан будет находиться в открытом состоянии до снятия напряжения с электромагнитной катушки.

Нормально открытый соленоидный клапан.

У данного клапана рабочее положение является нормально-открытым, без напряжения на электромагнитной катушке он открыт. Плунжер поднят, выравнивающий канал открыт. В случае если в системе есть давление, в над мембранном пространстве давление падает, т. к. выравнивающий канал больше в диаметре, чем перепускное отверстие. Таким образом, из-за разницы давлений мембрана поднимается вверх, и клапан находится в открытом положении. Если в системе нет давления, мембрану поднимает в верхнее положение подъемная пружина, закреплённая на плунжере, который в свою очередь изначально находится в верхнем положении. Электромагнитный клапан будет находиться в открытом состоянии до подачи напряжения на электромагнитную катушку.

При подаче напряжения на электромагнитную катушку клапана якорь сжимает подъемную пружину, возвратная пружина выталкивает шпиндель, который оказывает усилие на плунжер и закрывает выравнивающий канал. Мембрана прижимается к седлу за счет усилия возвратной пружины и перепада давления. Электромагнитный клапан будет находиться в закрытом состоянии до подачи напряжения на электромагнитную катушку.

Принцип действия электромагнитного клапана пилотного действия.

Нормально закрытый соленоидный клапан.

У данного клапана рабочее положение является нормально-закрытым, без напряжения на электромагнитной катушке он закрыт. Мембрана клапана прижата к седлу усилием пружины 0,5 бар и давлением среды в над мембранном пространстве, которое поддерживается через перепускное отверстие в мембране и равно давлению на входе в клапан. Пилотный канал, находящийся на выходе из клапана закрыт подпружиненным плунжером и его диаметр больше диаметра перепускного отверстия в мембране. При подаче напряжения на соленоидную катушку создается электромагнитное поле, в результате плунжер поднимается и открывает пилотный канал. Происходит снижение давления в над мембранном пространстве. Из-за разницы давлений мембрана поднимается вверх и клапан открывается. Электромагнитный клапан будет находиться в открытом состоянии до снятия напряжения с электромагнитной катушки.

Нормально открытый соленоидный клапан.

Рабочее положение данного клапана является нормально-открытым, т. е. клапан открыт без подачи на электромагнитную катушку напряжения и есть минимальный перепад давления 0,5 бар. В случае, если в системе на входе в клапан будет, отсутствовать давление или оно будет менее 0,5 бар, то мембрана клапана останется, прижата к седлу усилием пружины 0,5 бар. При подаче напряжения на соленоидную катушку создается электромагнитное поле, в результате плунжер опускается и закрывает пилотный канал. Диаметр пилотного канала больше чем диаметр перепускного отверстия в мембране. Клапан закрывается при помощи пружины и давления среды на входе в клапан, которое попадает в над мембранное пространство через перепускное отверстие в мембране. Электромагнитный клапан будет находиться в закрытом состоянии до снятия напряжения с электромагнитной катушки.

Принцип действия бистабильного электромагнитного клапана.

Данный клапан имеет два постоянных положения «открыто» или «закрыто», переключение между положениями реализовывается путем подачи кратковременного импульса. Мембрана клапана прижата к седлу усилием пружины 0,5 бар и давлением среды в над мембранном пространстве, которое поддерживается через перепускное отверстие в мембране и равно давлению на входе в клапан. Пилотный канал, находящийся на выходе из клапана закрыт подпружиненным плунжером и его диаметр больше диаметра перепускного отверстия в мембране. При подаче кратковременного импульса на соленоидную катушку плунжер поднимается и открывает пилотный канал. Происходит снижение давления в над мембранном пространстве. Из-за разницы давлений мембрана поднимается вверх и клапан открывается. Электромагнитный клапан будет находиться в открытом состоянии до момента подачи импульса обратной полярности на электромагнитную катушку.

Что такое электромагнитный клапан?

Клапаны являются основными устройствами для управления потоками газа и жидкости, а добавление соленоидов позволяет управлять ими дистанционно и автоматизировать их.

Клапаны бывают разных форм и размеров и являются основным типом механических компонентов, используемых во всех видах оборудования, машин и процессов. Клапаны могут физически открываться или закрываться полностью, а иногда и в промежуточные положения, чтобы контролировать доступность, расход и давление газов и жидкостей. В этом блоге особое внимание уделяется электромагнитным клапанам, обычно называемым электромагнитными клапанами, и тому, как они работают для обеспечения многих возможностей промышленной автоматизации.

Метод активации соленоида

Все, что физически перемещает клапан, является приводом. Ручные клапаны требуют, чтобы человек управлял ручкой, чтобы открывать и закрывать клапан. В автоматических клапанах используются электромеханические устройства для их приведения в действие, что позволяет управлять ими из удаленных мест операторами или системами управления и открывает множество дополнительных функциональных возможностей.

Один из методов приведения в действие клапанов использует электромеханические соленоиды для прямого или непрямого управления клапанами. Базовый соленоид состоит из электрической обмотки, также называемой катушкой, расположенной вокруг подвижного металлического сердечника или поршня, который может быть подпружинен. При подаче управляющего напряжения — обычно 12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока, 24 В переменного тока или 120 В переменного тока в промышленных целях — катушка становится электромагнитом и перемещает сердечник.

Для небольших технологических клапанов диаметром трубы примерно до 2 дюймов соленоид может создавать достаточное усилие для непосредственного управления клапаном. Эти типы компактных соленоидных технологических клапанов очень полезны для управления включением/выключением потока сжатых газов или жидкостей на машине или части оборудования.

Представьте себе машину, которая транспортирует детали для мойки. Электромагнитные технологические клапаны можно использовать для подачи сжатого воздуха в цилиндр, который выдвигается для удерживания детали, и для подачи воды в сопло, предназначенное для промывки детали.

А как насчет больших клапанов? Популярным методом приведения в действие клапанов, от малых до больших, является использование пневматического управления. Небольшие электромагнитные регулирующие клапаны можно использовать для подачи сжатого воздуха (или любого сжатого газа) для управления пневматическим механизмом, который, в свою очередь, открывает и закрывает клапан большего размера. Пневматические механизмы могут быть поворотными или линейными приводами, а небольшие электромагнитные регулирующие клапаны иногда называют пилотными клапанами.

Регулирующие клапаны доступны как отдельные автономные компоненты. Там, где для данной области требуется большое количество электромагнитных регулирующих клапанов, они также доступны в виде модульных узлов, где несколько соленоидов могут быть объединены в один коллектор.

Электромагнитные коллекторы компактны по сравнению с отдельными клапанами, и они уменьшают потребность в водопроводе, упрощая установку и техническое обслуживание. Каждый соленоид может быть традиционно жестко подключен, но новые интеллектуальные коллекторы могут использовать промышленные протоколы связи, так что программируемые логические контроллеры могут управлять многими соленоидами через одно сетевое соединение.

Размер электромагнитного клапана

При выборе электромагнитных клапанов для своего применения конструкторы должны учитывать несколько деталей.

• Электрика: Напряжение соленоида и потребляемый ток должны быть совместимы с тем, что доступно от аппаратных средств управления или управления на базе ПЛК.
• Сервис: Технологические клапаны устанавливаются в технологических трубопроводах для управления средами (воздух, масло, инертный газ, вода и т. д.), в то время как регулирующие клапаны обычно управляют другими клапанами и оборудованием пневматически, используя сжатый газ, обычно воздух.
• Размер: Электромагнитные клапаны должны быть рассчитаны так, чтобы выдерживать ожидаемые рабочие условия и давление, обеспечивая при этом достаточный поток для нагрузки. Каждый соленоидный клапан будет иметь допустимый диапазон давления (обратите внимание, что для работы некоторых клапанов требуется как минимум минимальное давление) и опубликованный коэффициент расхода (C _v ), которое указывает характеристики потока. Многие поставщики клапанов предлагают программное обеспечение для расчета, помогающее определить размеры.
• Размер порта: Соединительные порты должны соответствовать размерам труб и фитингов, но обратите внимание, что размер потока также влияет на доступные размеры портов.
• Тип технологического клапана: Самые простые клапаны — 2-ходовые, 2-позиционные. Эти клапаны имеют два соединительных порта и два положения (открыто или закрыто). Другая популярная конфигурация — 3-сторонняя, 2-позиционная, в которой три порта расположены таким образом, что общий порт одновременно подключается только к одному из двух других.
• Тип регулирующего клапана: Регулирующие клапаны также доступны в 2-ходовой, 2-позиционной и 3-ходовой, 2-позиционной конфигурациях, а также во многих других конфигурациях, таких как 5-ходовая, 3-позиционная. В регулирующих клапанах могут использоваться катушки одностороннего действия, в которых пружина используется для возврата клапана в состояние покоя при отключении питания. В более сложных комбинациях может использоваться несколько витков и различные устройства с пружинным возвратом в центр.
• Опции: Некоторые соленоиды имеют жесткое подключение, в то время как для упрощения установки к другим можно подключить наборы кабелей с разъемами. Светодиодные индикаторы и защита от перенапряжений — удобные опции для облегчения поиска и устранения неисправностей и увеличения срока службы.

Выбор подходящего электромагнитного клапана для работы

С таким количеством вариантов может быть сложно выбрать лучший продукт для каждого применения. Веб-сайт AutomationDirect предоставляет множество способов поиска и фильтрации результатов по продуктам, а также предлагает множество ресурсов и методов поддержки клиентов, упрощая разработчикам поиск подходящих электромагнитных клапанов для их применения.

Об электромагнитных клапанах

Изображение предоставлено: emel82/Shutterstock. com

Электромагнитные клапаны представляют собой клапаны с электрическим управлением, в которых используется привод в виде электромагнита для изменения состояния клапана с закрытого на открытое. Катушка в приводе создает магнитное поле, которое тянет или толкает поршень, контролирующий прохождение жидкости через корпус клапана. Электромагнитные клапаны преобразуют электрическую энергию в механическое движение, которое приводит в движение клапанный механизм и обеспечивает средства, с помощью которых разработчики могут автоматизировать работу клапанов. Эта возможность снижает потребность персонала в ручном закрытии или открытии клапанов в рамках производственного процесса. Использование автоматизированного управления клапаном является ключом к конструкции многих машин, где требуются высокоскоростные операции переключения, выходящие за рамки возможностей, предоставляемых ручным управлением.

В этом руководстве будет представлен обзор информации, относящейся к электромагнитным клапанам, включая их базовые функции, доступные типы, важные технические характеристики, которые их определяют, и рекомендации по выбору электромагнитного клапана. Более подробная информация о других типах клапанов, таких как шаровые краны и задвижки, доступна в нашем соответствующем руководстве Общие сведения о клапанах.

Основы электромагнитного клапана

Электромагнитные клапаны

находят применение в приложениях, где существует потребность в дистанционном управлении или автоматизации потока жидкости через систему. Когда речь идет о жидкости, этот термин может применяться к любой жидкости или газу и обычно представляет собой вещества, которые проходят по трубопроводу или трубке, например, воздух, вода, пар, хладагент, масло и природный газ. По большей части соленоидные клапаны функционируют как бинарные (вкл/выкл) устройства и реже используются для измерения или точного регулирования расхода, в отличие от некоторых других типов клапанов, таких как игольчатые клапаны.

Электромагнитные клапаны

состоят из нескольких стандартных компонентов, некоторые из которых имеют сходство с другими типами клапанов. Первичный корпус или корпус клапана является основной частью клапана. Корпус клапана содержит впускное отверстие, через которое поступает жидкость или газ из системы, в которой установлен клапан. Корпуса клапанов изготавливаются из нескольких различных типов материалов, выбор которых основан на пригодности этого материала для обработки среды, протекающей через клапан, и на его характеристиках, таких как коррозионная активность. Конкретные варианты материалов для корпусов электромагнитных клапанов включают бронзу, нержавеющую сталь и пластик.

В состав корпуса клапана также входят один или несколько выпускных портов, количество которых зависит от конкретной конфигурации электромагнитного клапана. Среда в клапане может быть направлена ​​к одному или нескольким из этих выпускных отверстий под действием клапана. В корпусе клапана также находится соленоид, который представляет собой электрический механизм управления клапаном. Соленоид представляет собой катушку из проволоки, которая создает магнитное поле, когда через нее проходит электрический ток. Этот ток подается на соленоид через набор электрических управляющих проводов или электрический разъем, который подает питание на клапан от цепи управления и источника питания. Многие конструкции электромагнитных клапанов также имеют пружинный механизм, который давит на плунжер клапана. Эта пружина служит механическим возвратом, который удерживает клапан в открытом или закрытом положении при отсутствии подачи питания, в зависимости от конструкции клапана. Поршень перемещается, закрывая отверстие, когда клапан закрыт. Отверстие представляет собой отверстие, которое соединяет впускной порт с выпускным портом клапана. В дополнение к этим компонентам дополнительные уплотнения клапана и седла в корпусе клапана предотвращают утечку жидкости между впускным и выпускным отверстиями, когда клапан находится в закрытом положении.

Электромагнитные клапаны далее идентифицируются по их состоянию по умолчанию, т. е. по тому, как клапан настроен на работу в случае, когда на устройство не подается питание (т. е. на клапан не подается питание). Состояние по умолчанию также упоминается как как остальное состояние. Два возможных состояния по умолчанию называются нормально открытыми (НО) и нормально закрытыми (НЗ). Для соленоидных клапанов, которые обозначены как нормально открытые, плунжер клапана или диафрагма втягивается, когда на соленоид не подается электрическое питание — это состояние означает, что клапан может пропускать среду между портами. Для нормально открытых клапанов приложение мощности к соленоиду закроет клапан и перекроет поток жидкости.

Для нормально закрытых электромагнитных клапанов ситуация обратная. При отсутствии подачи питания на устройство клапан блокирует движение жидкости, а приложение мощности, которая активирует соленоид, затем открывает клапан и позволяет среде течь. Решение о том, нужен ли нормально открытый или нормально закрытый электромагнитный клапан, будет зависеть от области применения. В то же время проектировщики должны учитывать влияние потери мощности на процесс, если клапан вернется в состояние по умолчанию. Во многих случаях нормально закрытые (НЗ) клапаны являются желательным выбором и предпочтительнее, поскольку они потенциально перекрывают поток жидкости при отсутствии питания. Однако не все ситуации диктуют такой подход, поэтому необходимо понимание динамики системы для планирования наилучших возможных условий для каждого стандартного состояния электромагнитного клапана в случае потери питания.

Электромагнитные клапаны работают по принципу электромагнетизма. Внутри клапана находится подвижный плунжер, изготовленный из ферромагнитного материала. (Ферромагнитные материалы — это материалы, которые будут реагировать в присутствии магнитного поля.) Когда на соленоид на клапане подается питание, пропуская через него электрический ток, создается магнитное поле. Затем поршень взаимодействует с магнитным полем, в результате чего он притягивается к катушке или от нее. Когда плунжер движется, это движение приводит к открытию или закрытию клапана, как если бы он был физически открыт или закрыт оператором, перемещающим рычаг или маховик на клапане.

Электромагнитный клапан типа

Существует несколько способов характеристики электромагнитных клапанов. Один из них заключается в том, чтобы сделать это на основе основных средств, с помощью которых они работают. Такой подход приводит к следующим трем распространенным типам электромагнитных клапанов:

• Электромагнитные клапаны прямого действия (или прямого действия)
• Электромагнитные клапаны непрямого (или пилотного) действия
• Электромагнитные клапаны полупрямого действия

Электромагнитные клапаны прямого действия (или прямого действия)

Электромагнитные клапаны прямого действия или электромагнитные клапаны прямого действия являются одним из самых простых и наиболее распространенных типов электромагнитных клапанов. В электромагнитных клапанах прямого действия движение плунжера непосредственно закрывает или открывает отверстие внутри клапана, тем самым блокируя или пропуская среду через клапан путем прямого действия. Эти клапаны полагаются на мощность соленоида исключительно для управления потоком жидкости и, как следствие, не требуют минимального рабочего давления для работы клапанов. Электромагнитные клапаны прямого действия способны управлять жидкостями с давлением от 0 бар до максимального номинального значения устройства.

На рис. 1 ниже показано поперечное сечение нормально закрытого электромагнитного клапана прямого действия.

Рис. 1. Нормально закрытый (НЗ) электромагнитный клапан прямого действия.

Изображение предоставлено: https://tameson.com/solenoid-valve-types.html

Электромагнитные клапаны непрямого (или пилотного) действия

Электромагнитные клапаны второго типа, известные как электромагнитные клапаны непрямого действия (также называемые электромагнитными клапанами пилотного или сервопривода), функционируют за счет использования перепада давления жидкости для открытия и закрытия клапана. Из-за такой конструкции электромагнитные клапаны непрямого действия требуют, чтобы контролируемая жидкость демонстрировала минимальное значение давления выше 0 бар. В электромагнитных клапанах непрямого действия мембрана или диафрагма отделяют входное и выходное отверстия друг от друга. Наличие этой диафрагмы приводит к тому, что корпус клапана разделен на верхнюю и нижнюю камеры. В мембране есть небольшое отверстие, функция которого состоит в том, чтобы позволить верхней камере заполниться жидкостью из нижней камеры, а также уравнять давление между камерами. Когда клапан находится в закрытом состоянии, давление жидкости, находящейся в верхней камере, а также сила, создаваемая пружиной, давит на диафрагму, удерживает клапан в закрытом положении и герметизирует мембрану относительно седла клапана, изоляция входного и выходного портов клапана. Небольшой канал соединяет верхнюю камеру клапана с портом низкого давления. Этот порт управляет открытием и закрытием канала и управляется мощностью, подаваемой на соленоид. В закрытом положении порт низкого давления остается закрытым соленоидом, который служит для удержания жидкости в верхней камере клапана. Когда требуется открыть клапан, на соленоид подается ток. Подача питания на соленоид приводит к открытию пилотного порта, что приводит к падению давления в верхней камере. Это перепад давления в верхней камере по сравнению с нижней камерой, который приводит к тому, что мембрана поднимается от отверстия клапана, в то время как пружина, удерживающая мембрану на седле клапана, сжимается за счет перепада давления. Эта конструкция позволяет управлять потоком с более высоким давлением с помощью небольшого соленоида и пилотного порта низкого давления. Электромагнитные клапаны непрямого действия используются в приложениях, где требуется управление высокой скоростью потока, при условии, что в системе имеется достаточный перепад давления для поддержки этой методологии работы. По характеру этой конструкции регулирование потока может осуществляться только в одном направлении только с этим типом клапана.

На рис. 2 ниже показано поперечное сечение нормально закрытого электромагнитного клапана непрямого действия.

Рисунок 2. Нормально закрытый (НЗ) электромагнитный клапан непрямого действия.

Изображение предоставлено: https://tameson. com/solenoid-valve-types.html

Электромагнитные клапаны полупрямого действия

Третий тип работы электромагнитных клапанов может быть реализован за счет сочетания некоторых свойств типов клапанов прямого и непрямого действия, которые обсуждались ранее. Преимущество так называемых соленоидных клапанов полупрямого действия состоит в том, что они могут функционировать при давлении от 0 бар, а также могут работать с приложениями с высоким расходом. Полупрямые электромагнитные клапаны, также известные как электромагнитные клапаны с вспомогательным подъемом, функционально аналогичны по конструкции электромагнитным клапанам непрямого действия. Они имеют конструкцию, состоящую из верхней камеры и нижней камеры, разделенных гибкой мембраной. Как и в случае клапана непрямого действия, мембрана содержит небольшое отверстие, позволяющее жидкости заполнять верхнюю камеру и выравнивать давление. Основное различие, которое отличает соленоидные клапаны полупрямого действия от соленоидных клапанов непрямого действия, заключается в том, что соленоидный плунжер в соленоидных клапанах полупрямого действия прикреплен к положению диафрагмы и напрямую управляет положением диафрагмы, в отличие от использования пилотного клапана для управления жидкостью в верхнем клапане. камере, как в случае с непрямым клапаном. В закрытом положении площадь поверхности верхней камеры превышает площадь нижней камеры, что позволяет диафрагме плотно прилегать к седлу клапана и блокировать поток жидкости между впускным и выпускным отверстиями. Чтобы открыть клапан, подача питания на соленоид приводит к тому, что плунжер втягивается в центр катушки соленоида. Из-за прямого крепления мембраны к плунжеру это движение плунжера поднимает диафрагму с седла клапана. При этом движение плунжера также открывает проход между верхней камерой и выпускным отверстием. Открытие этого прохода имеет дополнительный эффект снижения давления в верхней камере. По мере того как давление в верхнем переходе падает, результирующий перепад давления дополнительно заставляет диафрагму двигаться вверх и способствует открытию клапана и пропусканию жидкости из впускного порта в выпускной порт. Чтобы закрыть клапан, ток соленоида отключается, что заставляет плунжер опускаться и давить на диафрагму, чему способствует сила возвратной пружины в соленоиде. Когда плунжер опускается, порт, соединяющий верхнюю камеру с выпускным отверстием, закрывается, что вызывает повышение давления в верхней камере клапана. Это повышение давления способствует опусканию диафрагмы до тех пор, пока она снова не упрется в седло клапана, герметизируя клапан.

Поперечное сечение нормально закрытого (НЗ) клапана полупрямого действия показано на рис. 3 ниже.

Рисунок 3 – Нормально закрытый (НЗ) электромагнитный клапан полупрямого действия.

Изображение предоставлено: https://tameson.com/solenoid-valve-types.html

Конфигурации электромагнитных клапанов

Различные конфигурации электромагнитных клапанов представлены с использованием системы нумерации, состоящей из двух значений, например 2/2, 3/2 или 4/2. В этой двухчисловой системе представления первое значение указывает количество портов клапана, а второе значение обозначает количество положений клапана или доступных состояний переключения. Под этим обозначением электромагнитный клапан 2/2 представляет собой клапан, содержащий 2 порта и 2 положения, а электромагнитный клапан 4/3 обозначает клапан, содержащий 4 порта и 3 положения. Этот тип системы нумерации используется во многих типах направляющих регулирующих клапанов и помогает последовательно понять, как сконфигурирован конкретный клапан.

Эта система цифровых обозначений сочетается с набором стандартных символов или диаграмм, которые служат в качестве графического схематического представления конфигурации клапана. На этих диаграммах подробно показано количество положений, а также состояние клапана в исходном положении (невключенное состояние) и в рабочем положении (включенное состояние). На схеме конфигурации клапана количество показанных квадратов представляет количество положений клапана. По определению, квадрат в правой части диаграммы иллюстрирует состояние покоя клапана, а квадрат в левой части диаграммы представляет клапан в активированном или рабочем состоянии. На схеме также показаны такие символы, как стрелки, которые используются для обозначения направления потока жидкости и других внешних подключений к клапану, например, к трубопроводу. Схемы также содержат условное представление способа срабатывания как пилотного, так и возвратного действия. По соглашению пилотный механизм показан в левой части рисунка, а возвратный механизм — в правой части рисунка.

Например, на рис. 4 ниже графически представлен 2-ходовой 2-позиционный нормально закрытый электромагнитный клапан с управляющим электромагнитным клапаном и пружинным возвратом:

Рис. 4. Двухходовой двухпозиционный нормально закрытый (НЗ) электромагнитный клапан с электромагнитным пилотным клапаном и пружинным возвратом.

Изображение предоставлено: https://www.asconumatics.eu

Когда конфигурации электромагнитных клапанов становятся более сложными, сложность диаграмм возрастает, поскольку возникает необходимость добавления дополнительных деталей, таких как номера портов. Ниже на Рисунке 5 показан набор примеров графического представления различных конфигураций 3-ходового 2-позиционного электромагнитного клапана. Клапан такого типа может найти применение в работе гидравлического цилиндра или в качестве регулятора жидкости для переключения между двумя контурами:

Рисунок 5. Различные схемы условных обозначений трехходового двухпозиционного электромагнитного клапана.

Изображение предоставлено: https://tameson.com/valve-symbols.html

Технические характеристики и характеристики электромагнитных клапанов

Электромагнитные клапаны

определяются с использованием нескольких ключевых параметров и атрибутов, которые относятся к конфигурации клапана и его рабочим характеристикам. Ниже приводится сводка часто цитируемых спецификаций электромагнитных клапанов. Читатель должен отметить, что эти параметры могут различаться у разных производителей и поставщиков клапанов, поэтому от поставщика к поставщику могут существовать различия в представлении. Представленные ниже данные должны служить общим показателем того, что необходимо учитывать при поиске электромагнитного клапана у поставщика.

• Приводной механизм клапана – отражает средства, с помощью которых изменяется положение клапана или управляется клапаном, например, соленоид прямого действия.
• Конфигурация клапана — отражает количество портов, количество состояний или положений переключения, а также определенное состояние покоя для клапана, т.е. 3/2 нормально закрытый (NC).
• Материал корпуса — определяет материал, из которого изготовлен корпус клапана, например алюминий, латунь, бронза, нержавеющая сталь или инженерный пластик, и это лишь некоторые из возможных вариантов.
• Тип среды — определяет характер конкретной жидкости (жидкость или газ), с которой клапан может работать без каких-либо вредных воздействий. Примеры типов сред включают аммиак, криогенную жидкость, воздух, жидкое топливо, сжиженный газ пропан (LPG), природный газ, кислород, пар или воду.
• Размер порта — отражает размер впускного и выпускного портов клапана, представленный либо в имперских единицах, таких как дюймы, либо в метрических единицах, таких как миллиметры.
• Тип порта — определяет желаемый тип порта для клапана, который может быть с резьбой (NPT), штуцерным соединением или фланцевыми фитингами, и это лишь некоторые из доступных вариантов.
• Рабочее напряжение — указывает как величину, так и тип электрического управляющего сигнала, который используется для подачи питания на соленоид клапана. Электромагнитные клапаны доступны с широким диапазоном рабочих напряжений переменного и постоянного тока, которые можно использовать для удовлетворения различных условий применения.
• Рабочая частота — для переменного напряжения частота представляет собой количество циклов в секунду переменного тока, подаваемого на соленоид, обычно указывается в герцах (например, 60 Гц).
• Коэффициент расхода — коэффициент расхода, или Cv клапана, измеряет способность клапана пропускать через себя поток жидкостей или газов. Стандартное определение коэффициента расхода состоит в том, что он представляет собой объем воды (в галлонах США), который будет проходить через клапан при температуре 60 90 210 o 90 211 F за минутный интервал времени при падении давления на 1 фунт на квадратный дюйм. на клапане (перепад давления на входе и выходе). Большие значения коэффициента потока отражают большее количество потока.
• Максимальное номинальное давление – это максимальное значение давления, с которым может работать клапан, которое может переключаться под управлением цепи соленоида.
• Минимальное рабочее давление — отражает минимальное давление, которое должно существовать в системе для эффективной работы клапана. В то время как многие клапаны прямого действия могут работать при давлении 0 бар, для клапанов непрямого действия может потребоваться наличие минимального давления, которое можно использовать для облегчения срабатывания клапана.
• Применение — указывает предполагаемое использование или рынок сбыта клапана, например, химическая промышленность, производство продуктов питания и напитков, медицина и биологические науки, нефть и газ или самолетостроение и аэрокосмическая промышленность. Наличие определения предполагаемой отрасли или варианта использования может оказаться полезным при выборе клапана, поскольку понимание того, что отрасль может помочь выявить дополнительные требования или спецификации, обусловленные этими условиями эксплуатации.

Дополнительные типы электромагнитных клапанов

Предыдущий обзор типов электромагнитных клапанов определил основные типы, отражая их метод работы, такой как прямое или непрямое управление. Есть несколько дополнительных типов соленоидных клапанов, которые важно включить, и они описаны здесь.

Фиксирующие электромагнитные клапаны

В фиксирующих соленоидных клапанах используется фиксирующий соленоид, который позволяет клапану сохранять заданное положение (открытое или закрытое) даже при отключении питания от соленоида. Для этого к узлу якоря добавляется постоянный магнит, который удерживает плунжер в нужном положении после того, как на соленоид первоначально подается питание. Этот магнит позволяет клапану удерживать это состояние, не требуя постоянного протекания тока в катушке соленоида для создания магнитного поля и удерживания плунжера клапана в нужном положении. Преимущество фиксирующих электромагнитных клапанов состоит в том, что они снижают энергопотребление приложения по сравнению с использованием типичного электромагнитного клапана, который зависит от катушки, находящейся под напряжением, для поддержания состояния клапана. Как только произойдет фиксация, клапан будет удерживать свое положение в этом состоянии при отсутствии тока, протекающего к катушке соленоида. Устройство можно «разблокировать», просто поменяв полярность тока катушки. Использование импульса обратного тока создает достаточный магнитный поток, чтобы нейтрализовать поток постоянного магнита и, следовательно, заставит плунжер вернуться в исходное положение.

В приложениях, где необходимо ограничить общее энергопотребление оборудования или системы, например, в случаях с питанием от батареи, хорошо подходят фиксирующие электромагнитные клапаны. Однако при их использовании необходимо учитывать другие условия окружающей среды и механические условия, которым может подвергаться клапан, поскольку фиксирующие электромагнитные клапаны требуют стабильных условий эксплуатации. Например, для оборудования, которое должно работать в условиях высоких уровней механической вибрации или ударов, может потребоваться избегать использования фиксирующих электромагнитных клапанов, поскольку эти напряжения могут привести к тому, что плунжер клапана вырвется из-под постоянного магнита, удерживающего его на месте, что приведет к клапан возвращается из запертого в незапертое состояние или приводит к тому, что клапан не запирается при подаче начального импульса тока.

Электромагнитные поворотные клапаны

Электромагнитные поворотные клапаны позволяют преобразовывать электрическую энергию, подаваемую на катушку соленоида, во вращательное движение, а не в прямолинейное движение, как описано ранее с движением плунжера в соленоид. Есть несколько механизмов, которые можно использовать для выполнения этого преобразования, один из таких подходов использует набор шарикоподшипников, которые перемещаются по наклонным дорожкам качения. Когда на катушку подается питание, плунжер или узел якоря начинает притягиваться к магнитному полю катушек соленоида и вращается за счет углового смещения, определяемого движением шарикоподшипников, когда они перемещаются по своим дорожкам качения.

Вращающиеся соленоиды идеально подходят для приведения в действие электромагнитных клапанов, поскольку многие клапаны по необходимости требуют вращательного движения штока клапана для открытия и закрытия клапана. Эти клапаны могут быть доступны в бинарной конструкции (открыто-закрыто), где подача питания на вращающийся соленоид приводит к полному изменению состояния (закрытое на открытое или наоборот). Они также доступны в так называемых конструкциях с пропорциональным управлением, в которых существует пропорциональная зависимость между величиной приложенного тока и угловым смещением и крутящим моментом вращающегося соленоида.

Резюме

В этой статье представлен обзор электромагнитных клапанов, в том числе описание того, что они собой представляют, как они работают, различных типов, конфигураций, а также их спецификаций и характеристик. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг.