Что такое электромагнитный клапан — краткое определение и сфера применения

А электромагнитный клапан представляет собой клапан с электромеханическим приводом, который управляет потоком жидкости (жидкости или газа) путем преобразования электрической энергии в механическое движение. Он широко используется в системах автоматизации, вентиляции и кондиционирования, управления технологическими процессами, пневматических и гидравлических системах. В этой статье основное внимание уделяется практическим принципам работы, поведению на уровне компонентов, критериям выбора, расчетам производительности, а также практическим рекомендациям по установке и устранению неполадок.

Основные компоненты и их функции

Понимание внутренних частей проясняет, как электрические сигналы становятся движением клапана. Ключевые компоненты:

• Катушка (электромагнит): генерирует магнитный поток при включении питания. Типичные катушки оцениваются по напряжению и рабочему циклу.
• Плунжер/якорь: ферромагнитный сердечник, который перемещается в осевом направлении под действием магнитной силы катушки.
• Пружина: возвращает плунжер в исходное положение (нормально закрытое или открытое), когда катушка обесточена.
• Седло/отверстие: уплотняющая поверхность, которая блокирует или пропускает поток; его геометрия определяет коэффициент расхода.
• Корпус и порты: направьте технологическую жидкость и подсоедините клапан к трубопроводу. Материалы разные (латунь, нержавеющая сталь, пластик).
• Уплотнения и диафрагмы: обеспечивают герметичное закрытие и предотвращают проблемы совместимости сред.

Принцип работы — электромагнитные клапаны прямого действия.

Электромагнитные клапаны прямого действия работают за счет того, что катушка притягивает плунжер непосредственно к пружине, открывая (или закрывая) путь потока. Они просты, быстры и могут работать при нулевом перепаде давления. Типичная последовательность:

• Электрический вход: подайте на катушку указанное напряжение постоянного или переменного тока.
• Магнитный поток: катушка создает магнитное поле; Линии потока концентрируются через плунжер.
• Смещение плунжера: магнитная сила преодолевает силы пружины и жидкости; поршень отрывается от седла.
• Поток установлен: среда течет через отверстие до тех пор, пока катушка не обесточится и пружина не вернёт плунжер на место.

Клапаны прямого действия подходят для небольших отверстий, применений с быстрым циклом и везде, где нельзя полагаться на линейное давление для работы пилотной ступени.

Принцип работы — электромагнитные клапаны с пилотным управлением (сервоприводом).

Пилотный электромагнитный клапанs используйте соленоид только для управления небольшим пилотным отверстием; главный клапан использует давление в системе (перепад давления) для открытия или закрытия. Эта конструкция обеспечивает больший поток при использовании змеевиков меньшего размера, но для работы требуется минимальный перепад давления.

Последовательность действий для нормально закрытого пилотного клапана:

• Аt rest: main spool/diaphragm is held closed by upstream pressure; the pilot orifice is sealed.
• На катушку подается питание: пилотное отверстие слегка открывается, обеспечивая контролируемый стравливание давления сверху диафрагмы или золотника.
• Падение давления: дисбаланс давления приводит к перемещению основной диафрагмы или золотника, открывая основной путь потока с полной пропускной способностью линии.
• Катушка обесточивается: пилотное отверстие закрывается, давление выравнивается, а давление пружины или линии повторно запирает главный клапан.

Пилотный valves are energy-efficient for large flow rates, but will not operate below their specified minimum differential pressure (ΔPmin).

Пропорциональные и сервоэлектромагнитные клапаны — непрерывное управление

Пропорциональный электромагнитный клапанs непрерывно изменять открытие по мере изменения тока катушки; они сочетают в себе пружину обратной связи, датчики положения или регулятор тока/напряжения и часто включают встроенный усилитель. Они используются там, где необходим переменный контроль расхода или давления, а не простое включение/выключение.

• Управляющий сигнал (аналоговый/ШИМ) модулирует ток катушки.
• Положение плунжера и расход изменяются пропорционально; В версиях с замкнутым контуром для более высокой точности используются датчики положения.
• Аpplications: precise dosing, lab equipment, proportional pressure control in hydraulic systems.

Расчет расхода и ключевые уравнения

Проектировщикам нужен быстрый способ оценить падение давления и расход через клапан. Два часто используемых параметра:

• Коэффициент Kv/Cv: Kv (м³/ч при перепаде давления 1 бар) или Cv (галлоны США в минуту при перепаде давления 1 фунт на квадратный дюйм) определяют производительность клапана количественно. Используйте производителя Kv для определения размера клапана для требуемого расхода.
• Уравнение отверстия (несжимаемая жидкость): Q = A · C_d · sqrt(2·ΔP/ρ) , где Q — расход, A — эффективная площадь отверстия, C_d — коэффициент расхода, ΔP — перепад давления, а ρ — плотность жидкости.

Для газов примените соотношения текучести сжимаемых газов или используйте эквивалентные таблицы Cv/Kv, предоставленные производителями, и при необходимости скорректируйте вязкость и число Рейнольдса. Всегда проверяйте, чтобы доступное ΔP превышало ΔPmin пилота для клапанов с пилотным управлением.

Сравнительная таблица: прямого действия, пилотного действия и пропорционального действия