Принципы работы и назначение электромагнитного клапана

О разновидностях изделий

Регулирующие устройства применяют для изменения расхода проходящего через них потока рабочей среды. Управление происходит извне и условно разделяется на две категории, в зависимости от того, закрытый или открытый клапан при отсутствии давления в трубопроводе: нормально закрытый электромагнитный клапан и нормально открытый электромагнитный клапан.

Нормально закрытый клапан – наиболее часто применяемый, так как его функциональная особенность позволяет предотвратить утечку агрессивных веществ. Нормально открытый клапан используется реже, преимущественно в тех случаях, когда при пропадании питания требуется вскрыть трубопровод.

Перечень взрывозащищенных клапанов фирмы Burkert представлен следующими моделями:

  • модель 2/2 ходовой взрывозащищенный нормально закрытый клапан со встроенным сервоуправлением через мембрану. Такой клапан используется в нейтральных средах, для жидкостей и воздуха. Максимальное рабочее давление 16 бар. Температурный диапазон от -40 до +120 градусов. Сечение 1,3-6,5 сантиметра;
  • модель 5282. 2/2 ходовой взрывозащищенный клапан снабженный изолирующей мембраной. Используется в слабоагрессивных средах давлением до 16 бар. Сечение клапана – 1,3-5 сантиметров. Возможно преобразование в нормально открытый тип;
  • модель 5404. 2/2 ходовой нормально закрытый взрывозащищенный клапан с поршнем. Применяется в нейтральных средах, например для транспортировки воздуха, при давлении до 50 атмосфер. Изготавливается из латуни с сечением до 2,5 сантиметра;
  • модель 6013. 2/2 ходовой взрывозащищенный клапан прямого действия нормально закрытый. Может применяться как в нейтральных, так и агрессивных жидкостях и газах до 25 бар. Сечение клапана 2-6 миллиметра. Может поставляться обезжиренным;
  • модель 6014. 3/2 ходовой электромагнитный взрывозащищенный клапан прямого действия. Может применяться для жидкостей и сжатого воздуха. Максимальное рабочее давление составляет 16 бар, а сечение от 1,5 до 2,5 миллиметра.


Клапан электромагнитный взрывозащищенный

Вакуумный клапан входит в состав целого семейства вакуумных систем. Основная цель его применения – герметизация и отсечение определенных элементов, которые предусматривает вакуумный трубопровод. Электромагнитный вакуумный клапан предусматривает автоматическое регулирование работы в разреженном воздухе.

По сравнению с затвором, его конструкция довольно проста. Вакуумный клапан имеет тарелку, которая проходит вдоль оси седла, а также оси газового потока. Это сильно уменьшает его проводимость. Потому электромагнитный вакуумный клапан имеет ограничение диаметра фланца до 40 мм.

Пневматический клапан используют для регулирования потоков сжатого воздуха с помощью дистанционного управления. Исключением можно назвать двухходовый пневматический клапан типа КЭМ 32-20 и 32-23, который предназначен для работы в моторном масле. Электромагнитный пневматический клапан абсолютно безопасен для людей и животных, имеет все подтвержденные экологические требования.

Устройство клапана

Соленоидный клапан по составу основных деталей и узлов во многом совпадает с обычным устройством с ручным управлением:

  • Корпус с подводящим и отводящим патрубком.
  • Рабочая камера с седлом.
  • Тарельчатый, шаровой или лепестковый запорный элемент.
  • Возвратная пружина.
  • Шток, соединенный с запорным элементом и сердечником соленоида
  • Соленоид.

Корпус магнитного клапана изготавливается из металлических немагнитных сплавов или прочных пластиков. Высокая герметичность корпуса позволяет применять клапан в различных средах, в том числе и активных. Соленоидные клапана для воды в качестве уплотняющих прокладок используют резину, для более активных сред выбирают фторопласт. Открывать и закрывать клапан соленоид за время службы должен тысячи или даже десятки тысяч раз, поэтому для обмоток берут самые высококачественные медные провода, покрытые изолирующей эмалью.

Управление электромагнитным клапаном осуществляется по проводам, для их присоединения на корпусе снаружи предусмотрены контактные группы.

Существуют и другие типы электромеханических приводов, такие, как электродвигатель с редуктором, пневматические или гидравлические.

Конструктивные особенности

Устройство клапана состоит из полимерного или металлического корпуса, внутри которого находится соленоид, плунжер, шток и мембрана.

Материалом для исполнения корпуса служит пластик, либо нержавеющая сталь, латунь или чугун, что определяется сферой использования клапана. Например, металлический корпус используется в системах с химически агрессивными или высокотемпературными средами, тогда как пластиковые применяются для простой водопроводной питьевой или технической пресной воды. Мембраны и уплотнители клапана производятся из полимерных материалов на основе каучука и полиэтилена.

Работа клапана прямого действия

Электромагнитный клапан, схема которого дает возможность понять принцип работы, может обладать прямым действием. У такого устройства пилотный канал отсутствует. В центральной части находится эластичная мембрана, которая обладает металлическим кольцом. Сквозь пружину она соединена с плунжером. Когда на катушку воздействует магнитное поле, клапан открывается, плунжер поднимается и снимает усилие с мембраны. Последняя поднимается и способствует открыванию клапана. В тот момент, когда происходит закрытие, магнитное поле отсутствует, плунжер опускается и воздействует на мембрану.

Для такого прибора минимальный перепад давления не требуется. Электромагнитный клапан, фото которого представлены в статье, может использоваться в системах с давлением, а также на сливных емкостях. Установить прибор можно и в условиях накопительных ресиверов. Монтировать такое устройство можно в тех местах, где давление отсутствует или находится на минимальном уровне.

Установка электромагнитного клапана для воды своими руками

По типу соединения с трубопроводом бывают:

  • фланцевые клапаны;
  • резьбовые клапаны.

При установке и использовании электромагнитных клапанов нужно помнить о таких важных моментах:

  1. Перед началом установки своими руками соленоидного устройства для воды, рекомендуется провести подготовительные работы. В них входит зачистка труб и их разметка.
  2. Место для монтажа клапана должно быть на видном месте, чтобы к нему был свободный доступ. Компактные размеры соленоидных клапанов упрощают эту задачу.
  3. Категорически возбраняется производить установку устройства, если электромагнитная катушка будет выполнять функции рычага.
  4. Монтаж и демонтаж устройства проводят в обесточенном состоянии.
  5. Желательно, чтобы система водоснабжения была оснащена грязевым фильтром. Это предотвратит забивку изделия инородными частицами.
  6. Электромагнитный клапан не должен подвергаться нагрузкам от веса труб.
  7. На поверхности клапана имеются специальные стрелки, которые указывают направление движения среды. Установка производится по ним.
  8. Если монтаж производится на открытой местности, то следует защитить устройство специальными изоляционными материалами.
  9. Для уплотнителя соединения клапана и трубы рекомендуют использовать ФУМ-ленту.
  10. Подключение устройства к электросети производится с помощью кабеля. Он должен быть гибким и меть сечение жил не менее 1 мм.

Запорную и регулирующую арматуру следует выбирать и устанавливать согласно произведенным заранее расчетам. Применять тот или иной вид клапана нужно в зависимости от типа трубопровода и транспортируемой по нему среды.

Виды и характеристики электромагнитных клапанов

Электромагнитный клапан (его виды) можно разделить на две основные категории, которые отличаются по принципу работы механизма включения и выключения:

  • прямого действия.
  • пилотного действия.

Помимо этого, они делятся на несколько основных видов, которые обладают функциональными особенностями.  Устройства могут быть:

  • нормально закрытыми (открытыми). В случае, если отсутствует подача напряжения на катушку, она будет постоянно располагаться в закрытом положении. При поступлении напряжения она открывает устройство. Нормально открытый клапан действует наоборот — без напряжения он не препятствует движению среды;
  • бистабильными. При поступлении напряжения происходит переключение рабочих положений.

По виду катушек устройства подразделяют на:

  • постоянного тока — катушка у таких устройств отличается небольшой силой электромагнитного поля.
  • переменного тока — сила электромагнитного поля такой катушки достаточно велика.

Помимо этого, агрегат, в зависимости от характера функционирования, делят на:

  • одноходовой;
  • двухходовой;
  • трехходовой.

Двухходовой клапан имеет два патрубка — входной и выходной

Одноходовые имеют один патрубок и не совмещают в себе разные потоки жидкости. Двухходовые имеют два патрубка (входной и выходной). Принцип действия одноходового и двухходового устройств основан на функционировании конуса или шара, применяемого для закрытия.

Трёхходовые электромагнитные клапаны для воды – имеют три патрубка и осуществляют функционирование путём смешения потоков жидкости. Также трёхходовые электромагнитные клапаны могут осуществлять контроль и регуляцию температур за счёт смешения потоков воды. Кроме того, бывают взрывозащищенные модели, которые применяются во взрывоопасных средах. Такие клапаны изготавливаются из прочных, огнеупорных материалов. Бывают также вакуумные клапаны.

Электромагнитные катушки

Электромагнитная или индукционная катушка осуществляет преобразование электроэнергии в поступательное движение. Чаще всего встречаются катушки с медной обмоткой на цилиндре. Цилиндр включает в себя магнитный плунжер. При подаче импульса на катушку возникает магнитное поле. В результате действия магнитного поля середник втягивается в катушку.

Классификация электромагнитных клапанов в зависимости от особенностей устройства

Электромагнитные клапаны отличаются значительным разнообразием конструктивных особенностей, в связи с чем существует обширное поле для классифицирования.

Они различаются по рабочей среде, используемой в системах, где устанавливают устройства:

  • воде;
  • воздуху;
  • газу;
  • пару;
  • топливу, например, бензину.

В сложным условиях, где есть вероятность возникновения ЧС, применяют взрывозащищенные модели клапанов

Состав рабочей среды и особенности помещения определяют особенности исполнения:

  • обычного;
  • взрывозащищенного. Приспособления такого рода принято устанавливать на объектах, которые относятся к взрывопожароопасным.

По особенностям управления существует разделение электромагнитных клапанов на устройства:

  • прямого действия. Это наиболее простая конструкция, для которой характерны надежность и быстродействие. В ней нет пилотного канала. При мгновенном подъеме мембраны происходит открывание устройства. В отсутствие действия магнитного поля происходит опускание подпружиненного плунжера, прижимающего мембрану. Клапану прямого действия не требуется минимального перепада давления, он создает необходимое воздействие на шток золотника благодаря тяговому усилию катушки, расположенной вверху устройства;
  • имеющие мембранное (поршневое) усиление. В отличие от устройств прямого действия ими используется для функционирования как дополнительный поставщик энергии сама транспортируемая среда. У таких клапанов два золотника. Предназначением основного золотника является непосредственно перекрывать отверстие, для размещения которого отведено седло корпуса. Управляющим золотником перекрывается разгрузочное отверстие (отверстия), через которое сбрасывается давление с полости над мембраной (поршнем). Это приводит к подъему основного золотника и открытию основного прохода.

По местоположению запорного механизма в момент, когда катушка находится в обесточенном состоянии, принято разделять так называемые пилотные устройства, как относящиеся к определенному типу:

  • нормально закрытому (НЗ). У клапанов НЗ при обесточенном состоянии соленоида проход для рабочей среды закрыт. То есть, статичное положение предполагает отсутствие напряжения на соленоиде, закрытое состояние приспособления. Ввиду разницы в значениях диаметра между пилотным и перепускным каналами в пользу первого происходит понижение давления над мембраной. Разницей давлений обеспечивается подъем мембраны (поршня) и открывание клапана, остающегося в таком положении, пока на катушку подается напряжение;
  • нормально открытому (НО). Напротив, в клапанах, относящихся к нормально открытому типу, при пребывании катушки в обесточенном состоянии рабочая среда может совершать перемещение по проходу в заданном направлении. Поддерживая клапан НО закрытым, следует обеспечить постоянную подачу напряжения на катушку.

Нормально закрытый клапан перекрывает подачу рабочей среды в обесточенном состоянии

Существуют также модели устройства, в которых предусматривается при подаче на катушку управляющего импульса переключение с открытого положения на закрытое и в обратном направлении. Такой электроклапан получил наименование бистабильного. Для обеспечения функционирования такое соленоидное устройство нуждается в наличии перепада давления и источника постоянного тока. В зависимости от количества трубных соединений принято называть электромагнитные клапаны:

  • двухходовыми. У таких устройств по одному впускному и выпускному трубному соединению. Двухходовые устройства бывают как НЗ, так и НО;
  • трехходовыми. Оснащены тремя соединениями и двумя проходными сечениями. Могут выпускаться как НЗ, НО или универсальные. Трехходовые клапаны используют для поочередной подачи давления/разрежения к распределительным клапанам, цилиндрам с односторонним действием, автоматическим приводам;
  • четырехходовыми. Четырьмя-пятью трубными соединениями (одним — для давления, одним-двумя – для разрежения, двумя – для цилиндра) обеспечивается работа двусторонне-действующих цилиндров, автоматических приводов.

Как работает вентиль с соленоидом?

Состоит соленоидный электроклапан из:

  • корпуса стального, чугунного, латунного либо полимерного;
  • индукционной катушки с сердечником (соленоида);
  • рабочего запорного элемента;
  • уплотнителя;
  • демпфирующей пружины.

Индукционная катушка из меди внутри запорного устройства расположена в герметичном корпусе, куда воде доступ закрыт. Перекрытие либо открытие канала тока рабочей среды происходит за счет выдвигающегося под действием соленоида штока и мембраны.

Подключение электропитания к соленоидному клапану производится посредством клемм сверху на корпусе прибора рядом с индукционной катушкой

В обесточенном состоянии под воздействием пружины вентиль полностью перекрывает канал тока либо оставляет его полностью открытым. Далее, после подачи напряжения на катушку, происходит смещение сердечника со штоком, в результате чего поперечное сечение данного протока увеличивается/уменьшается.

Общий принцип работы рассматриваемого электромагнитного клапана прост – движение штока происходит в нем за счет электромагнитной индукции. При протекании электрического тока по катушке, на находящийся в ее центре сердечник воздействует электромагнитное поле, сила и направление которого зависят от приложенного напряжения в вольтах.

В результате и происходит смещение запорного элемента и изменение проходного сечения вентиля.

Катушка соленоидного клапана в зависимости от модификации прибора может работать от напряжения 5–36 В постоянного тока либо 220 В переменного

Электроклапаны с низким управляющим напряжением рассчитаны на работу в трубопроводах малого диаметра и с малым напором рабочей среды. Сфера их применения достаточно ограниченна.

Зато такие вентили проще встраивать в систему управления на низковольтных полупроводниковых устройствах и подключать к различным микроконтроллерам. В водопроводах и контурах отопления частных домов обычно используют именно их.

Из чего состоит

Каждый вентиль, независимо от особенностей строения помещен в специальный корпус. Он изготавливается из прочного металла: латуни или чугуна. Чтобы облегчить вес конструкции, в современном производстве иногда используют синтетические полимеры, не уступающие по прочности. Среди самых распространенных материалов можно выделить нейлон, полипропилен или эколон. Их еще применяют для производства крышек.

Рис 2. Устройство вентиля

Конструкция соленоидного вентиля состоит из следующих элементов:

  1. Катушки
  2. Штекера
  3. Плунжера
  4. Пружины
  5. Штока
  6. Мембраны
  7. Крепежа.

Мембрана является основным двигательным элементом, которая построена в виде специального поршня. Особенностью конструкции выступает катушка, выполняющая управление устройством в автоматическом режиме.

Рис 3. Из чего состоит клапан

Кроме основного корпуса, катушка снабжена отдельной защитной конструкцией. С помощью меди с эмалированным покрытием изготавливают обмотку. Верхний слой выступает в качестве защитного, что позволяет избежать скорой неисправности катушки. Благодаря прочной металлической оболочке, механизм способен выдержать высокое давление. Модели от зарекомендованных производителей популярны при разработках системы трубопровода и других конструкций, где подразумевается работа с высокими показателями давления.

На что стоит внимательно посмотреть при выборе электромагнитного клапана

Подбирая соленоидное устройство для управления газовым потоком, рекомендуется учитывать ряд характеристик и требований, небрежение которыми может обернуться проблемами в эксплуатации:

значение номинального рабочего давления должно соответствовать сфере применения. Затраты на приобретение устройства с более высоким номинальным давлением могут оказаться излишними или даже вредными (если перепад давления окажется недостаточным);

В зависимости от модели клапана соблюдается правило его установки — по ходу движения рабочей среды или против

установку двухходового клапана производят исключительно в направлении, указанном производителем приспособления. И работает двухходовой соленоидный клапан с потоком рабочей среды, перемещающимся в одном направлении. Попытка эксплуатации в направлении, не совпадающем с отмеченным производителем, приведет либо к неустойчивой работе приспособления, либо сделает работу невозможной;
большинство моделей устройства выпускаются для эксплуатации в чистой рабочей среде

Производители указывают исключения, которые стоит уделить самое пристальное внимание. Установка, при которой электромагниты окажутся расположенными вертикально, поможет предотвратить попадание примесей в трубку сердечника;
большинство моделей эксплуатируется при номинальном напряжении с отклонениями, не превышающими 10%.

  • типоразмер должен быть соответствующим, чтобы не страдала производительность;
  • устройство должно быть приспособлено для функционирования при минимальных/максимальных перепадах давления по месту предполагаемой установки;
  • электрические параметры должны быть учтены. Большинство моделей допускает простое электрическое управление. В ряде моделей предусмотрено использование ручного режима включения/выключения в аварийной ситуации. Искробезопасными устройствами используется сверхмалая мощность, исключающая появление искр во взрывопожароопасной среде;
  • материалы, из которых составлена конструкция, должны выдерживать условия эксплуатации по месту предполагаемой установки;
  • выбранное устройство должно подходить к имеющемуся источнику питания. Замена катушки не позволяет переделать клапан, рассчитанный на другой вид тока.

Распространению электромагнитных соленоидных клапанов для газа поспособствовало внедрение ряда технологических инноваций, в результате которых возросла производительность устройств и снизилась стоимость. Установка приспособлений не связана с необходимостью приобретения дополнительных узлов, как в случае с шаровыми клапанами, и требует минимальных затрат времени, средств и усилий. Рассчитано электромагнитное соленоидное устройство на долговечную эксплуатацию, выдерживая около миллиона включений.

Назначение и применение электромагнитных клапанов

Электромагнитный клапан выполняет роль регулирующего и запорного устройства в дистанционном управлении транспортировкой потоков жидкостей, воздуха, газа и других носителей. При этом процесс его использования может быть как ручным, так и полностью автоматизированным.

Наибольшую популярность получил соленоидный клапан Esbe, имеющий в качестве основного устройства соленоидный вентиль. Клапан соленоид состоит из электрических магнитов, которые в народе еще называют соленоидами. По своему устройству электромагнитный клапан напоминает обыкновенный запорный, но в данном случае управление положением рабочего органа происходит без применения физических усилий. Катушка принимает на себя электрическое напряжение, тем самым приводя в работу соленоидный вентиль и всю систему.

Электромагнитный клапан работает как в сложных технологических процессах на производстве, или же в коммунальных предприятиях, так и в быту. Используя такое устройство, мы можем самостоятельно регулировать объемы подачи воздуха или жидкости в конкретный момент времени. Вакуумный клапан же может работать в системах разреженного воздуха.

В зависимости от условий, где применяется электромагнитный клапан, корпус может изготавливаться обычный и взрывозащищенный. Такое устройство используется преимущественно на точках нефте- и газодобычи, а также на автомобильных заправках и складах топлива.

Водяные клапаны применяются для автоматизации систем очистки воды. Кроме этого, электромагнитный водопроводный клапан нашел свое применение в поддержании уровня воды в водных резервуарах.

Устройство клапана

Основные конструктивные элементы электромагнитного клапана это:

  • корпус;
  • крышка;
  • мембрана (или же поршень);
  • пружина;
  • плунжер;
  • шток;
  • электрическая катушка, которую еще называют соленоид.

Корпус и крышка могут быть изготовлены из металлических материалов (латунь, чугун, нержавеющая сталь), либо же из полимерных (полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, нейлон и др.). Для создания плунжеров и штоков используют специальные магнитные материалы.

Катушки необходимо прятать под пылезащищенный и герметичный корпус, дабы исключить внешнее воздействие на тонкую работу соленоида. Обмотка катушек выполняется эмалированным проводом, который сделан из электротехнической меди.

К трубопроводу устройство подсоединяется резьбовым или фланцевым способом. Чтобы подключить клапан к электросети применяют штекер. Для изготовления уплотнений и прокладок используют термостойкую резину, каучук и силикон.

В комплектации с изделием поставляют приводы с примерным рабочим напряжением 220В. Отдельными компаниями выполняются заказы на поставку приводов с напряжением 12В и 24В. Привод комплектуется встроенной схемой форсированного управления СФУ.

Принцип работы электромагнитных систем

Электромагнитная катушка индуктивности работает во всех известных напряжениях переменного и постоянного тока (220В АС, 24 AC, 24 DC, 5 DC и др.). Соленоиды помещают в специальные корпуса, защищенные от воды. За счет низкого потребления энергии, особенно для небольших электромагнитных систем, возможно управление с помощью полупроводниковых схем.

Чем меньше воздушный зазор между стопором и электромагнитным сердечником, тем сильнее возрастает напряженность магнитного поля, вне зависимости от вида и величины подаваемого напряжения. Электромагнитные системы с переменным током имеют куда большую величину штока и силу магнитного поля, чем системы с постоянным током.

Когда подается напряжение и воздушный зазор имеет максимальную протяженность, системы переменного тока, потребляя большое количество энергии, поднимают шток и зазор закрывается. Благодаря этому увеличивается мощность выходного потока и создается перепад давления.

Если же подается постоянный ток, то увеличение скорости потока происходит довольно медленно, до тех пор, пока значение напряжения не станет фиксированным. По этой причине клапаны могут регулировать системы только низкого давления, за исключением тех, что оснащены небольшими проходными отверстиями.

Иначе говоря, в статическом положении, при условии, что катушка обесточена и устройство находится в закрытом/открытом положении (в зависимости от типа), поршень находится в герметичном соединении с седлом клапана. При подаче напряжения, катушка передает импульс на привод и шток открывается. Это возможно потому, что катушка формирует магнитное поле, которое в свою очередь воздействует на плунжер и втягивается в него.

Преимущества

Благодаря оптимальным техническим характеристикам, можно выделить следующие преимущества в эксплуатации:

  • Допускается процесс установки в среде, где полностью отсутствует давление;
  • Обширный ассортимент производственных материалов;
  • Отличаются эксплуатацией без замены комплектующих;
  • Катушки имеют широкий спектр подачи токового импульса в вариативности 12-400В;
  • Выбор клапанов с различным количеством ходов;
  • Множество подсоединительных элементов;
  • Автоматическое управление;
  • Простота в процессе установки;
  • Минимальные материальные затраты.

На рынке есть много моделей. От успешного выбора зависит срок эксплуатации устройства и насколько эффективно будет реализована промышленная деятельность.

Принцип функционирования

Основу его устройства и дальнейшего функционирования можно разобрать по приложенным к моделям инструкциям их использования

Не принимая во внимание выбранную модель клапана электромагнитного, будь то устройство с бистабильным управлением, нормально открытый или нормально закрытый, функционирование устройства будет выглядеть таким образом:

  1. До того, как на катушку поступит соответствующий сигнал, клапан будет находиться в закрытом положении. Рабочая среда будет заперта при помощи штока, оснащенного прокладкой.
  2. После того, как на катушку поступит соответствующий сигнал, в самом соленоиде возникнет сила (электромагнитная), которая притянет плунжер внутрь катушки, делая свободным некоторое пространство над мембраной и между штоком. Показатель давления под мембраной пересилит показатель присущ верхнему участку, после чего проход откроется, и жидкость будет переливаться через корпус клапана.

Если клапан будет открыт, то процесс будет проходить в обратном порядке.

Ссылка на основную публикацию