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                淺談直動式閥與先導式閥

                2020-05-26 08:21:13 admin 105

                電磁閥是我們所熟知的一種自動化儀表執行器,作為與企業安全生產直接相關的重要工業產品,在眾多領域有著不可或缺舉足輕重的地位。由于電磁閥結構簡單,使用安全,工作可靠,功率微小,成批產品的性能一致性好,在國外已被廣泛地應用于汽車、工程機械、農業機械等許多方面。

                東莞市康銘自動化科技有限公司

                與國外相比,我國電磁閥起步較晚,但隨著改革開放的到來,民營企業的崛起,電磁閥生產能力在不斷增長,產品也開始逐漸步入國外市場。伴隨著我國經濟的快速增長,水電、建筑、機械等行業領域對電磁閥的需求不斷激增,對其質量及規范也有了更進一步的要求。

                本文就電磁閥的結構、性能特點及工作原理作一介紹,對電磁閥未來的發展方向作簡要綜述,并詳細展開電磁閥選型應用相關事項,以期對您挑選和使用電磁閥有所裨益。

                一、走近電磁閥

                電磁閥被發明以來,被越來越廣泛地應用于各個領域,發揮著不可替代的作用。

                電磁閥雖小,卻是很多專業領域不可或缺的元件。液壓、氣動自動化系統中把電磁閥奉為手足,足以見得電磁閥的功用不可小覷。

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                二、(一)電磁閥通用的概念介紹

                電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件,屬于執行器;并且不限于液壓,氣動。電磁閥由電磁線圈和磁芯及包含一個或幾個孔的閥體組成。當線圈通電或斷電時,磁芯的運動將導致流體通過或被切斷,以達到改變流體方向的目的。電磁閥的電磁部件由定鐵芯、動鐵芯、導套線圈等零部件組成;閥體部分由閥芯、閥套、彈簧、閥座等組成。電磁部件被直接安裝在閥體上,構成一個簡潔、緊湊的組合。在生產中常用的電磁閥有二位二通、二位三通、二位四通、二位五通、三位五通等。二位的含義對于電磁閥來說就是帶電和失電,對于所控制的閥門來說就是開和關。

                作為用電磁控制的工業設備,電磁閥用在工業控制系統中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數。電磁閥有很多種,不同的電磁閥在控制系統的不同位置發揮作用,最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節閥等。電磁閥用電磁的效應進行控制,主要的控制方式有繼電器控制、電腦程控等。這樣,電磁閥可以配合不同的電路來實現預期的控制,而控制的精度和靈活性都能夠保證。

                (二)電磁閥工作原理

                電磁閥包括電磁部分和閥體部分。當通、斷電時,電磁部分的動鐵芯會產生運動,由此帶動閥門部分介質的通、斷或者流動方向的切換。

                當然,具體每一種電磁閥其特性和原理還是會有差異的。追朔電磁閥的發展史,到目前為止,國內外的電磁閥按動作方式分為三大類:直動式、反沖式(分步重合式)、先導式,而從閥瓣結構和材料上的不同與原理上的區別又分為六個分支小類(直動膜片結構、分步重片結構、先導膜式結構、直動活塞結構、分步直動活塞結構、先導活塞結構)。我們就對動作方式稍有差異的三類電磁閥作一個較為詳細的探討:

                1、直動式電磁閥:

                原理:通電時,電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起,閥門打開;斷電時,電磁力消失,彈簧把關閉件壓在閥座上,閥門關閉。

                特點:在真空、負壓、低壓時能正常工作,但通徑一般不超過25mm。

                2、分步重合式(反沖式)電磁閥:

                原理:它是一種直動和先導式相結合的原理,當入口與出口沒有壓差時,通電后,電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起,閥門打開。當入口與出口達到啟動壓差時,通電后,電磁力先導小閥,主閥下腔壓力上升,上腔壓力下降,從而利用壓差把主閥向上推開;斷電時,先導閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件,向下移動,使閥門關閉。

                特點:在零壓差或真空、高壓時亦能可靠動作,但功率較大,要求必須水平安裝。

                3、先導式電磁閥:

                原理:通電時,電磁力把先導孔打開,上腔室壓力迅速下降,在關閉件周圍形成上低下高的壓差,流體壓力推動關閉件向上移動,閥門打開;斷電時,彈簧力把先導孔關閉,入口壓力通過旁通孔迅速至上腔室,在關閥件周圍形成下低上高的壓差,流體壓力推動關閉件向下移動,關閉閥門。

                特點:流體壓力范圍上限較高,可任意安裝(需定制)但必須滿足流體壓差條件

                三)電磁閥的性能特點

                盡管電磁閥家族龐大而復雜,但是在電磁閥生產之初,人們對其性能是有著基本的設定的。整體而言,各類電磁閥都具有的明顯性能特征有4項:安全性,適用性,可靠性,經濟性。這也是人們在選擇電磁閥時首要考慮的因素。

                安全性主要是依據介質屬性,應用環境,公稱壓力來設計的;適用性則主要依據介質特性,管道參數、環境條件、電源條件、控制精度為參考來設計;可靠性是指電磁閥的工作壽命、工作制式,工作頻率而言的,另外還有動作可靠性,經濟性,在此,經濟性不單指產品價格,而是產品的性能價格比、綜合費用價格比。

                由于電磁閥選型和電磁閥的性能有極其密切的關系,本文將在以后第三部分為您介紹如何選擇電磁閥的同時,詳盡地展示電磁閥性能特征——以便為電磁閥的選型做更清晰的參考。

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                二、電磁閥技術發展方向

                一切事物都是處在變化發展中的,電磁閥也不例外。我們知道,電磁閥通常只有開關兩種狀態,閥芯只能處于兩個極限位置,不能連續調節,所以電磁閥調節精度還受到一定限制;電磁閥對介質潔凈度也有較高要求,含顆粒狀的介質不能適用,如屬雜質須先濾去。另外,粘稠狀介質不能適用,而且,特定的產品適用的介質粘度范圍相對較窄。

                電磁閥本身的特性決定了電磁閥存在自身局限性。突破局限是電磁閥技術發展的一個重要命題。

                傳統的流體動力傳動技術與自動化、IT技術的融合,也對電磁閥提出了更高的要求。目前,電磁閥正朝著長壽命、小型化、智能化、節能化、綠色環保、高集成化的方向發展。

                (一)智能化方向發展

                電磁閥智能化主要是指電磁閥如何與智能儀表更好配合,去提高系統的控制精度和可靠性。

                一般認為位式調節難以達到很高精度,然而在好多場合采用恰當的方式卻可以達到所需的相當高精度,而大大節省成本。

                據悉,現在我國國內已經出現了可以完全改變傳統模擬控制方式的電磁閥,能夠完全通過現場總線或是PC來實現遠程控制。某些產品可以應用于傳統的流量要求較大的生產場合或完全通過數字信號的反饋對壓力比例閥控制,達到精確地控制;甚至某些產品設計可以滿足客戶對于電磁閥島要求流量高、反應速度迅速、重復性精確等要求。

                現場總線技術成功應用于工業過程控制,其不可忽略的重要原因是開發了輸出閥位信號的電磁閥,它的開關量直接進入遠程IO控制箱。模擬信號也在本地通過AD模板轉換成數字量,通過現場總線電纜傳遞至PLC。實現了工作過程的可視化,便于進行監控,發現異常還可以自動報警。而且,其在管路配置方面,有了組合電磁閥、雙聯電磁閥、多路電磁閥、三位電磁閥。這使智能化控制能夠方便有效地得到執行。在保養維修方面,多功能電磁閥可以做到隔離自身,在整個生產系統正常運行的情況下對電磁閥進行在線維修,大大提高了設備的運行效率。

                (二)小型化和壽命

                “小型化”是電磁閥技術發展的一個趨勢,這也是設備輕量化對電磁閥的必然要求。電磁閥小型化不僅能夠減少不必要的資源浪費,同時對削減設備投資頗有裨益。

                電磁閥的小型化,并不意味著以犧牲流量為代價。電磁閥小型化的發展是以流量不變作為前提的——這就為電磁閥研究提出了更進一步的課題。這其中涉及到電磁頭技術和流道的科學化。在動鐵芯推力不變的情況下,電磁頭的體積大規模地縮小為電磁閥的小型化、節能化提供了可能。值得一提的是,現代微電子技術的發展已成為“電磁頭”技術提升不可忽視的因素。

                電磁閥使用壽命的延長,并不是新鮮的議題。對電磁閥存在需求的行業從來都沒有停止過對其使用壽命延長的追求。近年來,新材料和制造工藝的不斷引入,為電磁閥的壽命的大幅度提高提供了可能,可以最大程度地改良主閥內閥芯和閥套之間的摩擦。

                (三)超潔凈、低溫升是電磁閥技術面臨的又一重要課題

                在社會大發展的今天,每個行業的標準都有了不同程度的提升,其中就包括潔凈程度以及溫度要求。這兩項需求在某些行業是必須執行的。比如微加工業和血液透析、生物制劑、制藥等與人體健康緊密關聯的工業,“塵?!币欢ㄊ遣辉试S出現的。很顯然,電磁閥作為被應用于這些行業的元件,它在被設計生產時必須考慮潔凈及溫度的要素。

                電磁閥是由運動的閥芯來切換流道或改變流道的有效面積來控制流體的方向、流量和壓力,閥芯在運動過程中的摩擦和沖擊必然產生微粒;近來,為了提高電磁閥的壽命,閥芯和閥套之間的摩擦副往往需要潤滑脂加以潤滑,而這無疑又帶來了另一種微粒發生源:潤滑脂。

                據悉,目前已經出現了超潔凈電磁閥。它能成功避免對被控流體的污染,同時溫升僅為1℃,有效避免了對恒溫環境和特殊流體性能的影響。

                (四)節能與環保是持續的挑戰

                隨著環境意識的不斷深入,節能化和綠色環保也給電磁閥行業提出了新的挑戰。而且,近來歐盟R0HS指令進入中國,無異是為各行業設置了環保門檻。

                在電磁閥行業有先行者已邁出了自己的步伐:某些電磁閥生產商已經開始一切按照歐盟的R0HS規范制定管理目標,防止污染物的產生,并進行結構改良以及新的磁性材料的研制,大大降低電磁閥的功率,有效減少電磁線圈原作帶來的熱量。

                另外,自動保持電磁閥已經出現。據介紹,此種閥僅在開啟或關閉瞬間通電,平時由永久磁石維持狀態,具有較好的節能效果。

                事實上,電磁閥材料的選擇、磁路的設計、電路的配置、閥芯的制造等等都跟能耗有關。

                從綠色環保的角度來看,材料中含有Pb、Hg、Cd、Cr5+等重金屬和PBB、PBDE難以降解的物質對地球環境和人類健康是不利的。

                有關資料表明,德國正在研制開發帶壓電驅動的微型閥(或微型硅材料閥)。當它的公稱通徑為0.25mm,工作壓力為1~11bar時,它的功耗僅為400μW,響應時間為20μs。

                (五)我國電磁閥的發展小述

                在電磁閥發展方面,僅就國內而言,是取得了很多可喜的變化的。

                與國外專業大公司相比,國內電磁閥企業起步較晚,技術經濟實力都存在明顯差距。

                改革開放以后,民營科技企業崛起,擁有在美、日、歐批準的專利,產品已逐步進入發達國家市場,經濟實力也在不斷增強甚至已超過國外同行的中小企業。近年來衛星發射基地、大亞灣核電站、上海寶鋼維修工程中國內電磁閥先后中標,這反映出我們國內的電磁閥產業在逐漸形成自己的生產實力。

                以往電磁閥行業不正當競爭在國內十分嚴重,存在無證生產、無證銷售、假冒專利、假冒商標、假冒廠名、虛假廣告和虛假產品的現象,消費者深受其害。而近年來隨著IS09000 質量體系認證在我國逐步推行,消費者越來越能容易地接觸到品質優秀的產品。大家也在逐步自覺地選擇已認證的企業。

                據了解,國內電磁閥也越來越注重本土化因素?,F在很多有識之士已經認識到從本土化出發的重要性。電磁閥要實現真正本土化,必須從技術標準、技術要求開始做起,真正解決電磁閥質量問題。在標準化方面,向國際標準靠攏;在技術條件方面,制定更科學更合理化的技術標準;而在價格方面則必須與高性能相適宜。

                三、電磁閥選型與應用

                電磁閥雖有先天不足,優點仍十分突出,所以就被設計成多種多樣的產品,滿足各種不同的需求,而且隨著電磁閥技術不斷向智能化、精簡化方向發展,電磁閥的用途目前極為廣泛。同樣隸屬于電磁閥,但不同種類電磁閥使用時的情況是千差萬別。而且據調查顯示,近年來電磁閥的銷量猛增,其中占有重要比重的是各類專用電磁閥,這無疑要求用專業的眼光挑選適合的電磁閥。

                (一)電磁閥選型要領

                契合不同的需要選擇電磁閥,首先應該注重的是電磁閥本身固有的特性。下面就以電磁閥本身特性為參考,來介紹選擇電磁閥的幾點要領。

                1、安全性:

                (1)腐蝕性介質:宜選用塑料王電磁閥和全不銹鋼;對于強腐蝕的介質必須選用隔離膜片式。例CD-F、Z3CF。中性介質,也宜選用銅合金為閥殼材料的電磁閥,否則,閥殼中常有銹屑脫落,尤其是動作不頻繁的場合。氨用閥則不能采用銅材。

                (2)爆炸性環境:必須選用相應防爆等級產品,露天安裝或粉塵多場合應選用防水,防塵品種。

                (3)電磁閥公稱壓力應超過管內最高工作壓力。

                2、適用性:

                (1)介質特性

                ①氣,液態或混合狀態分別選用不同品種的電磁閥,否則易引起誤動作。如不清楚型號,可請廠家代選。但訂貨時最好清楚介質狀態。

                ②介質溫度不同,產品規格也不同,一定要選擇合適的,否則線圈會燒掉,密封件也會老化,嚴重影響壽命。

                ③介質粘度,通常在50cSt以下。若超過此值,作特殊訂貨。

                ④介質清潔度不高時都應在電磁閥前配裝反沖過濾閥。

                ⑤介質壓力對選擇電磁閥很重要,必須選擇合適壓力的品種。

                ⑥介質若是定向流通,且不允許倒流請作特殊要求提出。

                (2)管道參數

                ①根據介質流向要求及管道連接方式選擇閥門通徑及型號。

                ②根據流量和閥門Kv值選定公稱通徑,也可選同管道內徑。請注意有的廠家未標有Kv值,往往閥孔尺寸小于接口管徑,切不可貪圖價低而誤事。

                ③工作壓差最低工作壓差在0.04Mpa以上是可選用間接先導式;最低工作壓差接近或小于零的必須選用直動式或分步直接式。

                (3)環境條件

                ①環境的最高和最低溫度應選在允許范圍之內,如有超差需作特殊訂貨提出。

                ②環境中相對濕度高及有水滴雨淋等場合,應選防水電磁閥

                ③環境中經常有振動、顛簸和沖擊等場合應選特殊品種,例如船用電磁閥。

                ④在有腐蝕性或爆炸性環境中的使用應優先根據安全性要求選用耐腐蝕。

                ⑤環境空間若受限制,請選用多功能電磁閥,因其省去了旁路及三只手動閥且便于在線維修。

                (4)電源條件

                ①根據供電電源種類,分別選用交流和直流電磁閥。一般來說交流電源取用方便。

                ②電壓規格用盡量優先選用AC220V、DC24V。

                ③電源電壓波動通常交流選用+10%、-15%,直流允許±10%左右,如若超差,須采取穩壓措施或提出特殊訂貨要求。

                ④應根據電源容量選擇額定電流和消耗功率。須注意交流起動時VA值較高,在容量不足時應優先選用間接導式電磁閥。

                (5)控制精度

                ①普通電磁閥只有開、關兩個位置,在控制精度要求高和參數要求平穩時請選用多位電磁閥;Z3CF三位常開電磁閥,具有微啟,全開和關閉三種流量;ZDF-Z1/1組合多功能電磁閥具有全開、大開、小開、全開四種流量。

                ②動作時間:指電信號接通或切斷至主閥動作完成時間,只有特定的多功能電磁閥可對開啟和關閉時間分別調節,不僅可滿足控制精度要求,還可防止水錘破壞。

                ③泄漏量樣本上給出的泄漏量數值為常用經濟等級,若嫌偏高,請作特殊訂貨。

                3、可靠性:

                (1)工作壽命,此項不列入出廠試驗項目,屬于型式試驗項目。為確保質量應選正規廠家的名牌產品。

                (2)工作制式:分長期工作制,反復短時工作制和短時工作制三種。本公司常規產品均為長期工作制,即線圈允許長期通電工作。對于長時間閥門開通只有短時關閉的情況,則宜選用常開電磁閥。用在短時工作制而批量又很大時,可作特殊訂貨以降低功耗。

                (3)工作頻率:動作頻率要求高時,結構應優選直動式電磁閥,電源聽優選交流。

                (4)動作可靠性嚴格地來說此項試驗尚未正式列入我國電磁閥專業標準,為確保質量應選正規廠家的名牌產品。有些場合動作次數并不多,但對可靠性要求卻很高,如消防、緊急保護等,切不可掉以輕心。特別重要的,還應采取兩只連用雙保險。

                4、經濟性:

                不經濟就是對資金,精力乃至生命的浪費,它是選用的尺度之一,但必須是在安全、適用、可靠的基礎上的經濟,經濟性不單是產品的售價,更要優先考慮其功能和質量以及安裝維修及其它附件所需用費用。更重要的是,一只電磁閥在整個自控系統中乃至生產線中所占成本微乎其微,如果貪圖小便宜而錯選所造成損害是巨大的。

                (二)電磁閥在專業領域內的應用

                1、電磁閥在各專業領域的選擇應用

                (1)燃氣電磁閥

                由于我國燃料結構的調整,氣體燃料的比重不斷上升,燃氣電磁閥需求不斷增長。燃氣有天然氣、工業煤氣、城市煤氣、液化石油氣等好多種,所含雜質及腐蝕情況各異,對閥的要求也不一樣。而且,壓力等級差別很大,壓縮天燃氣高達 21~25Mpa,而燃氣具壓力又低至2Kpa。我國都分別已有成熟產品。

                (2)蒸汽電磁閥

                蒸汽電磁閥首先要解決耐高溫的難題,其密封材料,導電和導磁材料都要特別選擇。蒸汽管道的銹蝕比較厲害,須認真對待。更重要的是在工廠下班后蒸汽管道里有很多冷凝水,電磁閥需要在氣態和液態流體通過時都能可靠動作,其出廠檢驗有多道嚴格程序。西安、丹東等眾多廠家,近年來又推出不少新產品。

                (3)水用電磁閥

                水用電磁閥總被認為是最簡單的,實則水就分為自來水、工業純水、工業廢水、灌溉水、海水等多種類別,其腐蝕性能,潔凈程度各異,應分別選用不同的電磁閥。自來水閥雖然最普通,但用途不同對閥門的性能要求卻不一樣。

                例如,消防用電磁閥,動作可靠性至關重要,即使普通手動閥門長期不啟閉,也很難快速打開。

                自來水廠需將電磁閥用于倒虹吸管路,這種電磁閥即要在壓力狀態,還要在真空狀態下可靠工作,絕不能有內漏,而且在水的潔凈度不高的狀況下,仍應動作靈活。

                另外噴灌電磁閥也隨我國農業和園林業的發展而逐步得到應用。

                (4)油用電磁閥

                油品種類繁多,密封件技術是關鍵之一。耐油橡膠只是類別名稱,不同的油甚至同種油所含雜質不同就需選不同的耐油橡膠。近年來隨專用電磁閥銷量的增多,專用耐油橡膠的壽命也不斷提高。

                油品的粘度差異很大,須選用不同結構的電磁閥。

                高粘度的油還常在高溫的狀態下流通,所以電磁閥還隨之要解決耐高溫的問題。對于燃油還需滿足防爆要求。

                (5)空調用電磁閥

                空調主要靠調節風量來控制溫濕度,閥門流量的連續調節并不完全必要?,F在無閥的空調系統也在用,但因出現凝露滴水等毛病而受譴責。因此結構簡單,價格低廉的電磁閥是最佳選擇。因受國外傳統的影響,結構復雜、力矩較難控制的電動閥國內仍在大量選用。


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