Различные типы электромагнитных клапанов и принцип их работы
Электромагнитные клапаны — это автоматические устройства управления потоком, популярные в различных отраслях промышленности. Эти клапаны имеют компактную конструкцию, обеспечивают надежную работу с жидкостями, требуют малой мощности для работы и быстродействуют. Как эти клапаны достигают уникальных рабочих характеристик? Ответ заключается в их конструкции и электромагнитном воздействии компонентов клапана.
Примеры электромагнитных клапанов: 2-ходовые, 3-ходовые и 4-ходовые. Фото: Emerson Automation Solutions, Fluid Control & Pneumatics
Электромагнитные клапаны состоят из корпуса клапана (содержащего отверстия) и соленоида. Соленоид состоит из катушки индуктивности, окружающей ферромагнитный сердечник или плунжер. Подача питания на катушку путем передачи электрических сигналов создает через нее магнитное поле. Магнитное поле притягивает плунжер и вызывает линейное движение, перемещая плунжер внутри корпуса клапана. Движение вызывает закрытие или открытие различных отверстий клапана. Магнитная сила, возникающая при подаче питания на соленоид, достаточна для преодоления как инерции, так и механической силы противодействующей пружины, таким образом, перемещая плунжер во вторичное положение относительно отверстий.
Электромагнитные клапаны универсальны и имеют разнообразную схему; они могут открывать или закрывать поток жидкости и контролировать скорость потока, а также распределять или смешивать рабочие жидкости в системе трубопроводов. Типичные области применения включают в себя автоматизированное управление технологическими процессами, включение/выключение жидкости, гидравлические и пневматические контуры, водоснабжение, подачу топлива, системы кондиционирования воздуха и очистку сточных вод.
ТИПЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КЛАПАНОВ
Существуют различные типы электромагнитных клапанов в зависимости от режима срабатывания и количества путей потока. Эти отличительные особенности определяют пригодность конкретного электромагнитного клапана для промышленного применения. При оценке или выборе соленоидных клапанов для различных систем трубопроводов инженеры и проектировщики систем взвешивают дополнительные характеристики, такие как время отклика клапана, защита катушки, материал соленоида, а также материалы клапана и уплотнения. Ниже приводится описание различных типов электромагнитных клапанов:
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КЛАПАНЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ
Работа этих клапанов зависит исключительно от электромагнитного поля. Для работы им не требуется внешнее давление или дополнительный привод. Электромагнитные клапаны прямого действия могут открываться или закрываться даже при отсутствии перепада давления на клапанах. Поршень будет двигаться в ответ на электромагнитное поле, создаваемое питанием соленоида.
Соленоиды из нержавеющей стали и крепления Numan.
Фото: Emerson Automation Solutions, Fluid Control & Pneumatics
Популярным электромагнитным клапаном прямого действия является двухходовой клапан, который можно выбрать в нормально открытой или нормально закрытой конфигурации. В нормально открытой конфигурации соленоида пружина создает усилие, удерживающее уплотнение на расстоянии от седла отверстия, удерживая путь потока открытым, пока катушки обесточены. Подача электроэнергии создает электромагнитную силу, которая прижимает уплотнение к седлу и останавливает поток в нужном направлении. Обратное верно для нормально замкнутой цепи. При подаче питания на катушку соленоида уплотнение поднимается с седла отверстия, открывая путь потока и позволяя потоку жидкости.
Клапаны прямого действия имеют компактную конструкцию, так как исполнительный механизм находится внутри корпуса клапана. Расход и допустимые пределы давления для жидкостей, проходящих через электромагнитные клапаны прямого действия, зависят от размеров отверстий и магнитной силы, создаваемой соленоидом. Они подходят для применений с относительно низкой скоростью потока.
Существует уникальный тип электромагнитного клапана прямого действия, который можно выбрать в нормально открытой или нормально закрытой конфигурации. Они называются «бистабильными» или «фиксирующими соленоидами».
СОЛЕНОИДЫ С ПИЛОТНЫМ ПРИВОДОМ
Работа этих клапанов требует некоторой помощи от давления рабочей жидкости. Они распространены в жидких средах с рабочим диапазоном высокого давления и высокой скоростью потока. Соленоиды для этих клапанов обеспечивают достаточное усилие для управления открытием и закрытием управляющих отверстий. Когда управляющее отверстие открывается или закрывается, оно пропускает или вытесняет жидкость в верхнюю полость или из нее и удерживает диафрагмы клапана в соответствующих положениях.
В соленоидах с пилотным управлением рабочая среда проходит через управляющее отверстие соленоида и оказывает некоторое давление на верхнюю часть диафрагмы, удерживая ее в закрытом положении. Клапаны содержат механические пружины, которые прижимают диафрагмы к основному отверстию клапана, блокируя пути потока. Жидкость не проходит мимо клапана. Подача питания на соленоид вызывает вытеснение рабочих жидкостей из верхней полости и их выпуск в основную напорную линию. Он создает разницу давлений между нижней и верхней сторонами диафрагмы. Перепад давления преодолевает усилие диафрагмы и пружин, чтобы открыть главный клапан.
Отверстие пилотного клапана обычно меньше, чем у основного клапана. Такая ориентация позволяет пилотным клапанам небольшого размера управлять большими клапанами с использованием небольшого количества энергии. Для сравнения, эти клапаны работают медленнее, чем их аналоги прямого действия. Они подходят для гидравлических систем высокого давления, паровых установок и промышленных процессов с высокой скоростью потока.
ТРЕХХОДОВЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КЛАПАНЫ
Эти соленоидные клапаны обеспечивают дополнительное управление потоком помимо рутинного включения/выключения жидкости в системе трубопроводов. Они подходят для смешивания жидкостей, поступающих из двух разных источников, или для отвода жидкостей от общего входа к двум местам назначения. Ориентация этих клапанов может иметь одно впускное отверстие и два выпускных отверстия или два впускных отверстия и общий выпускной патрубок. Эти клапаны могут обеспечить надежную работу как для смешивания, так и для отвода жидкостей в зависимости от их конфигурации.
При использовании для отвода потока жидкости трехходовой электромагнитный клапан будет иметь один входной порт и два выхода. При первоначальной настройке жидкость будет вытекать из впускного отверстия и выходить через одно выпускное отверстие, в то время как другое остается в закрытом положении. Подача питания на соленоидные катушки отклоняет поток от первоначального открытого отверстия на вторичный путь, который изначально был закрытым выпускным отверстием. При перемешивании одно из входных отверстий изначально открыто, а другое закрыто. Открытый вход пропускает жидкость через клапан и выбрасывает ее через общий выход. После подачи питания на соленоидную катушку плунжер перемещается в положение, которое блокирует первоначально открытое отверстие, в то время как вторичное отверстие открывается, пропуская поток жидкости.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КЛАПАНЫ, УСТАНАВЛИВАЕМЫЕ NAMUR
Большинство соленоидных клапанов можно предсказуемо прикрепить к приводам, чтобы облегчить автоматизированную работу клапана в различных приложениях. Для многих применений требуются стандартные соленоидные клапаны со специальными схемами монтажа и стилями установки. Их называют монтажными клапанами NAMUR.
Особые конструкции крепления соленоидов подходят для пневматических приводов, специально разработанных для использования с этой стандартной схемой монтажа. Клапаны могут обеспечивать 3-ходовой, 4-ходовой или даже 5-ходовой поток. При подаче питания на соленоиды этих клапанов плунжеры перемещаются в разные положения и соответственно открывают или закрывают отверстия. Клапаны NAMUR, выбранные для пневматических приложений, должны соответствовать условиям потока в трубопроводе и соответствующему времени отклика, чтобы гарантировать точность пневматических приложений.
Заключение
Электромагнитные клапаны могут повысить надежность различных применений потока, предоставляя недорогой способ дистанционного управления клапанами с размером и конструкцией, которые подходят для любого потока жидкости. При выборе этих клапанов убедитесь, что они соответствуют условиям потока материалов трубопровода и корпуса клапана, а уплотнения совместимы с рабочей средой.
Об авторе
Гилберт Уэлсфорд мл. является основателем ValveMan.com и предприниматель в третьем поколении. Он изучал клапаны с юных лет и привнес свою предпринимательскую изобретательность в семейный бизнес в 2011 году, создав интернет-магазин клапанов ValveMan.
СВЯЗАННОЕ СОДЕРЖАНИЕ
Обзор ASME B16.34-2017
Содержание стандарта B16.34 Американского общества инженеров-механиков (ASME) важно для тех, кто имеет дело с фланцевыми, резьбовыми и приварными клапанами.
Коды трубопроводов и стандарты на клапаны
Как и в случае любого предполагаемого использования клапанов, трубопроводы имеют свой собственный набор стандартов, которые должны понимать производители и пользователи клапанов.
Назад к основам: гайки и болты крутящего момента и напряжения
Крутящий момент — это сила, которая заставляет объект вращаться, а натяжение — это сила, которая заставляет объект растягиваться или удлиняться.
Электроклапан электромагнитный автоматический, зачем нужен и как работает: описание и особенности, фото
Как работает двухходовой электромагнитный клапан
Одним из наиболее часто используемых типов клапанов, используемых сегодня, является электромагнитный клапан. Существует множество вариантов электромагнитных клапанов, используемых для управления потоком воды, газа и других сред. В этой статье мы расскажем, что такое двухходовой электромагнитный клапан и как он работает. Мы также рассмотрим разницу между нормально открытыми и нормально закрытыми электромагнитными клапанами.
Что такое соленоид?
Чтобы понять, как работает электромагнитный клапан, полезно сначала узнать, как работает соленоид.
Соленоид представляет собой кусок проволоки, намотанной на сердечник. Сердечник состоит из неподвижной части и подвижной части, известной как якорь.
Соленоид может работать, когда он создает электромагнитное поле вокруг якоря, используя подпружиненную функцию для активации или деактивации соленоида.
Когда электромагнитное поле воздействует на якорь, подвижный якорь открывает и закрывает клапаны или выключатели. Он превращает электрическую энергию в механическое движение.
Когда электрический ток проходит по длине провода, он создает магнитное поле, которое отталкивает якорь от неподвижной части сердечника.
В зависимости от конструкции и использования соленоида магнитное поле также может притягивать якорь к неподвижной части сердечника. Когда электрический ток заканчивается, пружина возвращает якорь в исходное положение. Это будет объяснено ниже при обсуждении нормально открытых и закрытых клапанов.
Этот тип движения квалифицирует гаджет как линейный соленоид. Однако вращающиеся соленоиды несколько сложнее и запутаннее.
Тем не менее, вы обнаружите, что соленоид не является сложной темой и не требует от вас знания каких-либо сложных формул или информации, чтобы понять, как работает соленоид.
Пример соленоида: зажигание автомобиля
Когда дело доходит до зажигания двигателя автомобиля, подвижный сердечник, витая проволока и электричество работают вместе, чтобы двигать якорь.
Этот шаг замыкает цепь и запускает двигатель автомобиля. После того, как вы закончите зажигать автомобиль с помощью ключа или кнопки и перейдете из положения «старт», соленоид перестанет работать.
Якорь возвращается в исходное положение, разрывая цепь. Таким образом, в этот момент зажигание автомобиля больше не пытается запустить двигатель, поскольку двигатель уже работает.
Это пример того, как работает простой соленоид. Теперь давайте рассмотрим, как работает соленоид, когда он установлен в клапане.
Как работает электромагнитный клапан
Электронный электромагнитный клапан может регулировать поток жидкости или газа, подобно другим клапанам. Они обычно используются для перемещения потока жидкости.
Электромагнитные клапаны имеют корпус клапана и колодку с проводами, расположенную на корпусе клапана. Стоял вертикально, верхняя часть – соленоид, а нижняя – клапан. Клапан может быть установлен под разными углами в соответствии с вашими потребностями.
Между производителями существуют некоторые различия в конструкции, а также различия между 2-ходовыми и 3-ходовыми клапанами, которые имеют дополнительное выпускное отверстие.
Клапан прямого действия является самой простой версией электромагнитного клапана. Соленоид сверху представляет собой в основном катушку с проводом. Когда электрический ток проходит через катушку, создается электромагнитное поле. Это магнитное поле заставляет клапан двигаться.
Поскольку в этих конкретных клапанах есть соленоид, они могут открываться или закрываться в зависимости от электрического тока и типа клапана (нормально открытый или нормально закрытый). Мы объясним разницу между тем, как работают нормально открытые и закрытые клапаны, позже в этой статье.
Для наглядного представления о том, как работает электромагнитный клапан, нижеприведенное видео является отличным ресурсом:
Преимущества электромагнитного клапана
Некоторые из наиболее значительных преимуществ электромагнитного клапана включают его функции безопасности и эффективности. Этот клапан также может быть реализован для различных применений. Электромагнитные клапаны обладают рядом других преимуществ, таких как:
- Низкое энергопотребление
- Возможность удаленного управления и автоматизации
- Включает в себя недорогие сменные детали
- Может использоваться как при низких, так и при высоких температурах
- Возможна установка горизонтально или вертикально
- Подходит для различных частей машин и приложений
Пример электромагнитного клапана: автоматические спринклеры
Одним из самых популярных способов домашней автоматизации является установка автоматизированной спринклерной системы в земле. Это можно сделать с помощью простой системы таймера или внедрения системы умного дома для управления им. А что именно контролируют таймер или программы умного дома?
Чаще всего системы управляют несколькими электромагнитными клапанами в спринклерной системе. В выключенном состоянии латунные ирригационные клапаны будут препятствовать протеканию воды через разбрызгиватель. При их включении клапаны открываются, пропуская воду для полива газона, сада или уличных растений. Различные электромагнитные клапаны в системе орошения можно отключать и включать только для подачи воды в разные зоны.
Как работают двухходовые клапаны?
Двухходовой нормально закрытый электромагнитный клапан включает в себя два соединенных патрубка, впускное отверстие, известное как порт полости, и выпускное отверстие, известное как порт отверстия корпуса.
Электрический ток управляет клапаном и проходит через соленоид. Когда на клапан подается питание, плунжер открывается, позволяя жидкости или газу проходить через клапан и порт полости и из порта отверстия корпуса.
При отключении питания отверстие закрывается, и поток через клапан прекращается.
По сути, когда питание отключено, поршень направлен вниз и упирается в отверстие, закрывая клапан. Газ или жидкость под давлением перемещаются через порт полости в полость клапана. Когда электрический ток проходит через катушку, создается магнитное поле.
Магнитное поле заставляет поршень двигаться вверх внутри клапана, размыкая отверстие и открывая клапан. Затем плунжер открывает отверстие внутри клапана. Затем сжатый газ или жидкость проходит через клапан.
Нормально открытые электромагнитные клапаны
В нормально открытом электромагнитном клапане катушка также расположена вокруг якорной части. Однако пружина толкает поршень вверх, что означает, что клапан постоянно открыт, пока через катушку соленоида не пройдет электрический ток.
Когда электрический ток проходит через катушку соленоида, он создает электромагнитное поле, очень похожее на нормально закрытый электромагнитный клапан.
Однако в этой ситуации в нормально открытом электромагнитном клапане электромагнитное поле толкает плунжер вниз, а не тянет его вверх, как в нормально закрытом электромагнитном клапане.
Когда в таком сценарии плунжер нажимается вниз, он закрывает клапан и предотвращает поступление жидкости или газов в конструкцию. Когда нет электрического тока, жидкость или газ непрерывно течет по всей системе.
Когда электрический ток отключается, пружина снова толкает плунжер вверх и снова открывает клапан.
Аналогично реализован нормально закрытый электромагнитный клапан. Он использует тот же принцип работы электромагнитного клапана. Однако нормально закрытый электромагнитный клапан работает в обратном направлении. Это более подробно объясняется в разделе ниже.
Нормально закрытые электромагнитные клапаны
В нормально закрытом электромагнитном клапане положение покоя электромагнитного клапана выключено, что препятствует потоку среды.
Когда он находится в состоянии покоя, ток по проводам не течет, а подвижная часть сердечника или якорь лежит в основании клапана. Это блокирует клапан, и жидкость или газ не могут пройти через него.
Соленоид размещается вокруг якоря и находится в центре электромагнитного поля. Плунжер и пружина находятся внутри якоря. В выключенном положении пружина удерживает плунжер вниз внутри нормально закрытых электромагнитных клапанов.
Когда плунжер нажимается пружиной, он остается внизу и удерживает клапан закрытым.
Однако, когда мы посылаем электричество через катушку провода, создается электромагнитное поле. Это электромагнитное поле проходит через поршень и заставляет сердечник двигаться вверх против пружины.
Это открывает клапан. В этот момент газ или жидкость теперь могут быстро проходить через клапан. Поршень находится в центре катушки, потому что линии электромагнитного поля наиболее компактны и прочны.
Когда электричество отключается, магнитное поле прекращается, и сердечник возвращается в исходное положение. Пружина толкает поршень обратно вниз, закрывая клапан.
Закрытие клапана останавливает поток газов или жидкостей. Так работает нормально закрытый электромагнитный клапан, когда он остается закрытым до тех пор, пока не подается электрический ток для открытия определенного клапана.
Все еще есть вопросы?
Наши специалисты по электромагнитным клапанам готовы ответить на ваши вопросы в рабочее время. Мы доступны по электронной почте, телефону или в онлайн-чате, чтобы помочь вам определить ваши потребности в клапане.
