Что значит соленоидный клапан непрямого действия

Чем отличаются клапаны прямого и непрямого действия?

Клапаны, задвижки, распределители и другая трубопроводная арматура могут выполнять одни и те же функции, но при этом быть прямого или непрямого действия. В чем разница между этими устройствами?

Клапаны прямого действия

В предохранительном клапане прямого действия, конус, перекрывающий канал, поджат пружиной, усилие поджатия можно настроить с помощью винта.

Получается, что в аппаратуре прямого действия мы оказываем управляющее воздействие непосредственно на тот элемент, который управляет потоком жидкости или газа.

Клапаны непрямого действия

В клапанах, распределителях, задвижках непрямого действия управляющий сигнал усиливается помощью энергии подводимой от источника не связанного системой управления, то есть управляющее воздействие оказывается не на основной запорно-регулирующий элемент, а на другое промежуточное устройство, которое позволяет усилить это воздействие и передать на основной запорно-регулирующий элемент.

В задвижках с электромагнитным управлением в результате при перемещении электромагнита открывается канал для жидкости, которая воздействует на запорный элемент и перемещает его.

В распределителях с электро-пневматическим управлением, в результате управляющего воздействия открывается канал для сжатого воздуха из линии высокого давления, воздух воздействует на торец золотника, в результате чего он перемещается.

В предохранительный клапанах непрямого действия, установлен управляющий пилотный клапан, когда он открывается начинается движение жидкости через постоянный дроссель, в результате потерь энергии возникает перепад давления, из-за которого открывается основной клапан.

Для чего нужны клапаны непрямого действия?

Как было отмечено ранее в клапанах непрямого действия используется энергия от источника не связанного с системой управления. Значит такая схема управления позволяет реализовать большие усилия, получить требуемые характеристики управляющего воздействия. Это актуально при больших размерах запорно-регулирующих элементов клапанов, задвижек, распределителей, работающих на больших расходах рабочей жидкости.

Для работы устройств непрямого действия часто использует давление из напорной линии, в случае если это давление будет слишком мало, усилия для перемещения запорно-регулирующего элемента будет недостаточно, поэтому применение клапанов непрямого действия может быть ограничено не только максимальным, но и минимальным значением рабочего давления.

Источник

Виды соленоидных клапанов, прямого и непрямого действия

Под соленоидным или электромагнитным клапаном понимается устройство, которое служит для регулирования направления движения потоков газа или жидкости в различных технологических системах. Соленоидный клапан работает автоматически и управляется с помощью электрического тока, который подается на индукционную катушку, входящую в состав соленоидного клапана.

В зависимости от положения соленоида при отсутствии подачи электрического тока, выделяется два вида соленоидных клапанов – нормально открытые и нормально закрытые

Кроме этого электромагнитные клапаны могут быть как прямого, так и непрямого действия. Их отличие в том, что прямой соленоидный клапан при подаче напряжения напрямую изменяет положение диафрагмы, и открывает или закрывает клапан. Непрямые соленоидные клапаны при подаче напряжения на него вызывают срабатывание другого (неэлектромагнитного) клапана. Прямые соленоидные клапаны являются более предпочтительными, так как они позволяют обеспечить более оперативное срабатывание. Они обычно используются когда расход воздуха или жидкости невелик, так как в противном случае необходимо значительно увеличить мощность соленоида, что ведет к большому удорожанию продукции. Соответственно, непрямые соленоидные клапаны более предпочтительны при больших расходах рабочей среды.

Компания «Полтраф СНГ» занимается поставкой потребителям в России и других странах СНГ соленоидных клапанов производства компаний ODE (Италия) и Asco Joucomatic (Голландия). Продукция этих компаний может использовать в различных условиях, в том числе на взрыво- и пожароопасных предприятиях (нефтяная и пищевая промышленности, АЗС и так далее), а также в случае при работе в агрессивной среде (в том числе в морской воде).

Вы можете перейти в раздел электромагнитных клапанов и произвести поиск, выбрав необходимые параметры

Источник

Соленоидные клапаны ТORK — многообразие применений

1 февраля 2010

Соленоидные клапаны являются одним из самых распространенных типов трубопроводной арматуры, служащей для управления потоками рабочих сред: нейтральных и агрессивных жидкостей и газов, пара, природного газа, бензина, дизельного топлива, светлых нефтепродуктов, гидравлических масел и т.д. Соленоидные клапаны успешно применяются в инженерных системах ЖКХ и строительстве, в технологических процессах различных отраслей промышленности.

В связи с этим для того, чтобы наиболее оптимально подобрать соленоидный клапан, стоит сначала определиться с его конструкционными и функциональными характеристиками.

Итак, соленоидный клапан, как правило, состоит из корпуса с проходным отверстием, в котором установлен диск или поршень для того, чтобы открывать или перекрывать поток рабочей среды (механическая часть) и соленоида с сердечником (поршнем), укомплектованного кабельным вводом (электрическая часть). Соленоидные клапаны обычно имеют бессальниковую конструкцию с катушкой, установленной непосредственно на корпусе клапана. Сердечник помещен и свободно движется в герметизированной закрытой трубке внутри катушки соленоида. Данная конструкция обеспечивает компактность и герметичность клапана. При подаче напряжения на катушку магнитный сердечник совершает поступательное движение и втягивается в соленоид, открывая или закрывая проходное отверстие.

Соленоидные клапаны бывают прямого и непрямого действия. В клапанах прямого действия сердечник соленоида механически соединен с диском и непосредственно открывает или закрывает проходное отверстие только за счет усилия, развиваемого катушкой при включении или выключении соленоида. Преимуществом этого типа клапанов является возможность работы вне зависимости от наличия давления в трубопроводе или скорости потока, т.е. клапан будет работать от нуля до максимально допустимого рабочего давления. Недостатком — необходимость развивать значительное механическое усилие на сердечнике, ограниченное мощностью катушки.

Клапаны непрямого действия снабжены пилотным и (меньшим) перепускным отверстием и используют для работы давление в трубопроводе. В клапанах непрямого действия при подаче напряжения на катушку пилотное отверстие открывается и сбрасывает давление с верха поршня или мембраны на выход клапана. При этом давление рабочей среды начинает поднимать поршень или мембрану с седла клапана, открывая его. Когда на катушку такого нормально-закрытого клапана не подано напряжение, пилотное отверстие закрыто, и все давление в трубопроводе прикладывается к поршню или мембране сверху, обеспечивая герметичное закрытие клапана. Достоинства подобных клапанов — более широкий диапазон диаметров и рабочих характеристик. Недостатки — невозможность работы без перепада давления (т.е. от нуля) и повышенные требования к чистоте и вязкости рабочей среды.

По функциям соленоидные клапаны подразделяются на отсечные (нормально открытые и нормально закрытые, двухходовые клапаны 2/2) и распределительные (3/2, 5/2 и др.) соленоидные клапаны. Отсечные соленоидные клапаны имеют одно входное и одно выходное отверстие с трубным присоединением и работают по принципу «открыт-закрыт».

Нормально закрытые клапаны закрыты в обесточенном состоянии и открываются при подаче напряжения. Нормально открытые клапаны, в свою очередь, остаются открытыми и пропускают поток в обесточенном состоянии и закрываются при подаче напряжения на катушку.

Распределительные соленоидные клапаны служат для смешивания, разделения и перераспределения потока рабочей среды и, в свою очередь, бывают укомплектованы одной или двумя катушками (моностабильные и бистабильные). Моностабильный тип соленоидного клапана используется для тех применений, где необходим автоматический возврат клапана в исходное положение при отключении питания. Клапаны с двумя соленоидами (бистабильные) используются в тех случаях, когда оборудование не должно менять положения при отключении питания, что обеспечивает повышенную безопасность как для обслуживающего персонала, так и для самого оборудования.

Компания АДЛ занимается поставками соленоидных клапанов для различных применений уже более 15 лет. В конце 2009 АДЛ начала поставки соленоидных клапанов вышеуказанных типов известного в Европе производителя — компании SMS.

Центральный офис компании SMS, литейное производство, линия по обработке корпусов клапанов, сборочные цеха, оснащенные самым современным оборудованием, в том числе станками с ЧПУ, располагаются в Турции, в г. Стамбуле.

Каждый клапан, производимый компанией SMS, проходит полный этап тестирования, а именно тест на протечку (VI по ANSI), проверку катушек (бесконтактным тестером) и проверку корпуса на прочность (5-и кратным давлением).

Производственная программа соленоидных клапанов TORK, включает в себя отсечные 2/2 и распределительные 3/2-5/2 нормально закрытые и нормально открытые соленоидные клапаны прямого и непрямого действия с различными типами присоединений, в том числе и с присоединениями по стандарту NAMUR.

Специально разработанные серии общепромышленного применения (системы водоснабжения, пожаротушения, вентиляции, канализации и т.д.) имеют диаметры от 1/8″ до 3″ и различные типы присоединений. Корпусы клапанов могут быть выполнены из латуни, никелированной латуни или чугуна, обеспечивая вышеуказанный диапазон проходных сечений и рабочих давлений от нуля до 100 бар.

Вторым основным направлением компании SMS являются клапаны для перегретой воды и пара, нормально открытые и нормально закрытые, прямого и непрямого действия. Корпусы этих клапанов, выполненные из латуни или никелированной латуни, имеют резьбовое присоединение с диаметрами от 1/8″ до 2″. Клапаны предназначены для работы в диапазоне от нуля до 6 бар, как с перепадом, так и без перепада давлений. Специальная конструкция клапанов содержит установленный на корпусе клапаны конструктивный элемент, обеспечивающий отвод тепла от катушки, что не допускает ее перегрева при использовании при высокой температуре рабочей среды. Подобная конструкция значительно увеличивает срок службы клапанов до 2,5 млн. циклов.

Также компания SMS производит топливные соленоидные клапаны, специально разработанные и оптимизированные для работы при высоких температурах и давлениях рабочей среды.

Особое место в производственной линейке компании SMS занимают клапаны из нержавеющей стали марок AISI 304, AISI 316. Присоединения к трубопроводам диаметрами от 1/8″ до 2″ могут быть как резьбовыми, так и фланцевыми. Материал корпусов и различные типы уплотнений позволяют использовать клапаны в различных условиях, на агрессивных рабочих средах, в том числе на морской воде, в диапазоне температур от −100 С до +1600 С.

Клапаны для природного газа, клапаны с пластиковым корпусом (для ирригационных систем, для агрессивных кислот и щелочей), дренажные, вакуумные, клапаны с блокировкой, пережимные соленоидные клапаны (для медицинских и лабораторных применений), импульсные клапаны — вот далеко не полный перечень оборудования, выпускаемого компанией SMS.

Так как компания SMS обладает собственной производственной базой, по запросу возможно специальное исполнение клапанов на больший расход и с меньшим максимальным давлением и наоборот. Соленоидные катушки комплектуются коннекторами и поставляются на различные напряжения. Конструктивной особенностью клапанов TORK является взаимозаменяемость катушек по напряжению.

Стоит также отметить, что компания АДЛ, являясь эксклюзивным представителем SMS в России, поддерживает широкий ассортимент основных моделей, ремонтных комплектов и запасных катушек соленоидных клапанов TORK на собственных складах. При этом при заказе нестандартных клапанов срок поставки не составляет более 7-и недель.

Источник

Соленоидный клапан электромагнитный ev220, данфосс, asco

Любая электрическая машина работает благодаря наличию многих специальных деталей. Предлагаем рассмотреть, что такое нормально закрытый соленоидный клапан, его принцип действия и где его купить.

Общие сведения

Электромагнитный соленоидный водяной или газовый клапан – это электромеханическое устройство, предназначенное для контроля потока жидкости или газа в приборах мощностью до v308 (EV220B, Tecofi, Castel, ESM, EVR, GBP, GBV, NBR, PARKER, SCE, SYDZ, АКПП, КСВМ, ЗСК, ИСП, Burkert, КСП). Данный клапан управляется с помощью электрического тока, который пропускает катушка. При подаче тока, создается магнитное поле и заставляет двигаться поршень внутри катушки. В зависимости от конструкции, поршень откроется при подаче электричества, либо закроется пропускной кран. Когда ток перестанет поступать катушке клапана, он вернется к своему обычному состоянию.

Фото — Соленоидный клапан danfoss

Механизмы бывают:

Электрические клапаны прямого действия открывают и закрывают отверстие внутри клапана. В опытно-управляемых клапанах (их еще называют запорный прибор), поршень, открывает и закрывает отверстие. В клапанах высокого давления (к примеру, фланцевый клапан) используются поршни и специальные уплотнители, которые контролируют состояние отверстия.

Видео: соленоидные клапаны Danfoss

Описание конструкции стандартного устройства

Наиболее простой соленоидный электромагнитный клапан имеет два порта: на входе и выходе. Дополнительно может быть три или более портов.

Вода или газ поступает через входное отверстие (2). Любое вещество должно проходить через отверстие бака (9), прежде чем поступить в выходное отверстие (3). Выходное отверстие закрыто поршнем (7).

Электроклапан на фото выше – это нормально закрытый соленоидный электромагнитный клапан типа ASCO, ТОРК или Данфосс (Danfoss). Работает он следующим образом: данные устройства соединены с пружиной (8), которая давит на поршень против открытия проходного сечения. Уплотнительный материал на кончике поршня содержит защиту (прокладку) от попадания в отверстия воды или газа, до тех пор, пока поршень поднимается с помощью электромагнитного поля, создаваемого катушки. Схема демонстрирует работу стандартного.

Фото — Соленоидный клапан

Есть много вариаций конструкции клапана. Обычные клапаны могут иметь множество портов и поршней. Двухходовой клапан непрямого действия (обратный) имеет 2 порта — EV1140, ДУ50, ДУ32, ДУ100, ДУ15, ДУ25, серия РУ16; если клапан открыт, два порта подключены и жидкость перемещается между ними; если клапан закрыт, то порты находятся в изоляции. Если клапан открыт, то соленоид не под напряжением, затем клапан называется нормально разомкнутый (Н.Р.). Аналогично, если клапан закрыт, то соленоид не под напряжением, такой клапан называется нормально замкнутый, скажем, YCD21, YCPS31, YCWS1. Есть также трех портовые и более сложных конструкций устройства, у них обозначение имеет вид 30 (3, 33, и т.д.). Трехходовой клапан имеет 3 порта для управления электроприводом; он соединяет один порт, либо два из них (как правило, порт поступления и выхлопной канал).

Небольшой электромагнитный клапан можете создать ограниченную силу. Примерное соотношение между необходимыми электромагнитными силами Fs, давлением жидкости P и площадью отверстия A для клапана прямого действия имеет значение:

Fs = P*A = P*pi *d 2 / 4

Где d — диаметр отверстия.

В некоторых электромагнитных клапанах электромагнитные силы действуют непосредственно на главную арматуру. Другие используют небольшие, полные электромагнитные клапаны, известные как пилотируемые. Пилотируемые клапаны требуют гораздо меньше энергии, но они намного медленнее. Такие соленоиды, как правило, нуждаются в полной мощности все время, чтобы полностью открыться и удерживать такое положение.

Конструкция и назначение пилотируемого клапана

Газовый отсечной пилотный клапан SCE238A002 (200 бар), Немен, VIKING, SPOOL, JOUCOMATIC, ЭВЕЛЕН, SMART TORK, состоит из двух основных частей: пропускного устройства и клапана прямого действия. Пропускной механизм преобразует электрическую энергию в механическую, которая, в свою очередь, открывает или закрывает деталь. В клапане прямого действия осуществляется управление потоком жидкости или газа.

Фото — Электромагнитный клапан

Электромагнитные клапаны могут использовать металлические пломбы или резиновые уплотнители, также его легко контролировать. Пружина используется для хранения клапана нормально разомкнутым или сомкнутым, в то время, когда он не используется.

Вода под давлением поступает в камеру. Входное отверстие представляет собой эластичную мембрану, а над ней расположена пружина, толкающая её вниз. Диафрагма имеет отверстие, проходящее через центр, оно позволяет контролировать количество воды, зачастую пропускается очень малая часть. Эта вода заполняет полости на другой стороне диафрагмы, так что давление одинаково по обе стороны клапана.

После того, как диафрагма закрывается клапаном, давление на выходе дна уменьшается, и большее давление держит клапан закрытым. Таким образом, пружина не имеет отношения к закрытию или открытию клапана.

Если ток проходит через мембранный соленоид, вода в камере вытекает через прямой проход быстрее, чем пополняется камера. Входящее давление поднимает диафрагму.

Когда соленоид снова выключается, проход закрыт пружиной, нужно очень мало сил, чтобы толкнуть диафрагму вниз, главный клапан снова закрывается. На практике часто отсутствует отдельная пружина; эластомера диафрагмы адаптирована так, что работает, как собственный источник, в основном в закрытой форме.

Фото — Соленоидные клапаны Sirai

Из объяснения видно, что этот тип клапана зависит от перепада давления между входом и выходом, так как для его работы давление на входе должно быть всегда больше, чем давление на выходе. Если давление на выходе, по любой причине, выше входного, клапан слишком быстро откроется, чтобы этого не допустить разница размеров должна быть не больше половины дюйма.

Для усиления давления часто используется пластиковый уплотнитель, который закрепляется в районе входящего отверстия.

Область применения

Область применения напрямую зависит от материала клапаны. Деталь, основной материал которой латунь, не применяется в агрессивных средах, скажем, для контроля дизельного топлива, жидкости с кислотной основой.

Электромагнитные клапаны используются в для контроля гидравлики и пневматических систем, для управления цилиндрами или крупных промышленных клапанов с большим диаметром.

Фото — Двухходовой соленоидный клапан

Чаще всего производство использует клапан для механизмов и устройств, где необходимо ограниченное поступление воды, газа, воздуха, т.д. – стиральная машина, посудомоечная установка, контроль системы отопления. Импульсный клапан двойного типа действия используется как устройство для подачи воздуха и воды в стоматологических кабинетах, для полива земли, подпитки разнообразных приборов при помощи дизтоплива, контроля работы машины с газовой мини-установкой и даже для холодильника.

Обзор цен

Купить соленоидный воздушный, дренчерный или газовый клапан мощностью до 380 вольт в России, Украине, Беларуси, можно в любом специализированном магазине. Вы найдете устройства такого типа: фреона, Хонда, СВМ, CEME (СЕМЕ), СКН для разнообразных установок. Каждый производитель предлагает свой прайс-лист, мы собрали средние цены на клапаны производства России, Италии, Германии и стран СНГ:

Город	Цена, рублей
Алматы	2300
Воронеж	2100
Екатеринбург	2100
Новосибирск	2200
Москва	2400
Казань	2300
Самара	2100
Уфа	2200
Пермь	2100

Все фирмы предоставляют гарантию на свою продукцию год, продажа осуществляется в официальных дилерских магазинах.

Источник

Соленоидный клапан или клапан с пневмоприводом: какой выбрать? Особенности, отличия, эксплуатационные ограничения

Введение

При управлении потоками жидких и газообразных сред на современных промышленных предприятиях наиболее часто используются два типа клапанов: соленоидные клапаны и клапаны с пневмоприводом. Огромное количество различных моделей клапанов обоих типов, предназначенных для самых разнообразных задач, привело к тому, что выбор между соленоидным (электромагнитным) клапаном и клапаном с пневмоприводом перестал быть очевидным.

В данной статье рассмотрены конструктивные особенности клапанов обоих типов и то, как эти особенности влияют на выбор клапанов и их эксплуатацию. Описываемые явления и полученные выводы справедливы практически для всех клапанов, независимо от модели или производителя, поскольку причины этих явлений сосредоточены в самом принципе действия клапанов рассматриваемых типов.

1. Виды, принцип работы и особенности эксплуатации электромагнитных клапанов

1.1. Конструкция соленоидных клапанов прямого действия

Устройство наиболее простого соленоидного клапана представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 – Конструкция соленоидного клапана прямого действия

Катушка (1) установлена на трубке сердечника (2), внутри которой расположен сердечник (3), прижимаемый к седлу клапана (5) пружиной (4). При подаче напряжения на катушку, внутри неё и, соответственно, внутри трубки сердечника создаётся электромагнитное поле, в результате воздействия которого сердечник поднимается, открывая проход жидкости через седло клапана.

Сложность при создании электромагнитных клапанов прямого действия проявляется по мере увеличения их размера для обеспечения большего расхода жидкости. Это связано с резким увеличением силы втягивания катушки, необходимой для подъёма сердечника и открытия клапана.

Пример расчёта усилия, необходимого для втягивания сердечника

В общем случае, для любой однородной жидкой или газообразной среды, давление связано с силой следующим образом:

где:
Р – давление среды;
F — усилие, оказываемое средой на поверхность;
S — площадь поверхности.

Поскольку седло клапана имеет форму окружности, то площадь рассчитывается по следующей формуле:

где:
d – диаметр седла клапана;
π — уматематическая постоянная, равная отношению длины окружности к её диаметру, приблизительно равна 3.14.

Выражая усилие F из формулы (1) и подставляя в неё значение площади S из формулы (2), получим:

Для корректной работы соленоидного клапана усилие втягивания сердечника, вызванное электромагнитным полем катушки, должно быть больше усилия прижима сердечника к седлу. Для обеспечения такого усилия на клапане установлена катушка AMISCO EVI 5P/13 мощностью W₁ =17 Вт.

Произведем аналогичный расчет для соленоидного клапана размером 2″ (диаметр седла 50мм) с рабочим давлением 10 бар. Тогда мы получим, что минимальное усилие втягивания должно составлять:

Втягивающее усилие F, создаваемое магнитным полем катушки, приближенно, рассчитывается по формуле:

Мощность W, потребляемая катушкой из электрической сети, равна:

где:
R – сопротивление катушки.

Выражая квадрат тока из формулы (7) и подставляя его значение в формулу (6), получим:

Обозначим совокупность всех коэффициентов, определяемых конструкцией узла клапана «катушка-сердечник» как K_cc

Тогда формула, втягивающего усилия катушки примет следующий вид

Формула (10), показывает что втягивающее усилие катушки зависит от конструкции узла клапана «катушка-сердечник» и пропорционально электрической мощности, потребляемой катушкой.

Рассмотрим два электромагнитных клапана с катушками разной мощности, но имеющих одинаковую конструкцию катушки и сердечника. Тогда втягивающее усилие F₁ и F₂ и потребляемые мощности W₁ и W₂ будут соотносится следующим образом:

Выражая из данного равенства W₂ получим:

Подставив в формулу (12) значения необходимых минимальных усилий втягивания F₁, рассчитанного по формуле (4), F₂, рассчитанного по формуле (5) и паспортного значения мощности катушки AMISCO EVI 5P/13 W₁ = 17 Вт, получим:

Таким образом, мы рассчитали мощность катушки, необходимую для обеспечения работы электромагнитного клапана прямого действия с диаметром седла 50 мм и рабочим давлением 10 бар. Разумеется, эти расчеты носят приблизительный характер, однако, порядок полученных значений верный. Очевидно, что применение катушек такой мощности неоправданно.

Тем не менее, существуют электромагнитные клапаны, удовлетворяющие условиям задачи, но с катушками мощность которых не превышает 10 – 20 Вт. Дело в том, что эти клапаны имеют другую конструкцию, описанную ниже.

1.2 Устройство соленоидных клапанов непрямого действия

Для уменьшения энергопотребления соленоидных клапанов больших диаметров и для работы с большими давлениями была разработана конструкция электромагнитного клапана непрямого действия, представленная на рисунке 2а.

Рисунок 2 – Конструкция и принцип действия соленоидных клапанов с плавающей мембраной

В таких электромагнитных клапанах основное проходное сечение перекрывается мембраной, которая прижата к седлу. Открытие клапана осуществляется за счет подъема мембраны, вызванного перераспределением величины давления рабочей среды в зонах над мембраной и под мембраной.

В исходном состоянии (см. рисунок 2а) напряжение на катушку клапана не подано. Жидкость, поступающая на вход электромагнитного клапана, через небольшое перепускное отверстие в мембране, проникает в область над мембраной. Площадь поверхности мембраны, с которой взаимодействует жидкость, в зоне над мембраной больше, чем в зоне под мембраной. При равенстве давлений над и под мембраной, это приводит к возникновению силы, прижимающей мембрану к седлу клапана. Одним из ключевых элементов конструкции, оказывающих влияние на работу электромагнитного клапана, является перепускное отверстие. Его расположение на схеме и фотография показаны на рисунке 2б.

Подача напряжения на катушку (см. рисунок 2в) вызывает подъём сердечника. В результате этого жидкость из области над мембраной через пилотное отверстие начинает поступать на выход электромагнитного клапана. Диаметр пилотного отверстия больше диаметра перепускного отверстия, поэтому давление над мембраной уменьшается, а сама мембрана поднимается, открывая основной проход клапана.

Подъём мембраны осуществляется за счет давления жидкости, поступающей на вход клапана, поэтому клапаны такой конструкции не могут работать при низком давлении среды. Разница давлений между входом и выходом, как правило, должна составлять не менее 0.3 – 0.5 бар. Этот параметр указывается в технических характеристиках электромагнитного клапана.

До тех пор, пока катушка находится под напряжением (см. рисунок 2г), сердечник поднят и пилотное отверстие открыто. Это приводит к тому, что давление над мембраной и сила упругости сжатой пружины становится меньше давления жидкости под мембраной. В результате чего мембрана остается поднятой, а клапан открытым.

При снятии напряжения с катушки (см. рисунок 2д), сердечник под действием пружины опускается и перекрывает пилотное отверстие электромагнитного клапана. Жидкость перестает выходить из области над мембраной, в результате чего давление в этой зоне растет и становится равным давлению жидкости под мембраной (на входе клапана). Под действием силы упругости сжатой пружины мембрана начинает опускаться, перекрывая проход жидкости через клапан.

После закрытия клапана (см. рисунок 2е) мембрана плотно прижимается к седлу за счет силы, вызванной давлением жидкости и разной площадью смоченной поверхности мембраны.

В вышеописанном процессе при открытии электромагнитного клапана мембрана поднимается под действием жидкости – «всплывает», поэтому клапаны такой конструкции часто называют соленоидными клапанами с плавающей мембраной.

Примеры клапанов с плавающей мембраной

Описанный принцип действия справедлив для нормально закрытых (НЗ) электромагнитных клапанов. Нормально открытые (НО) электромагнитные клапаны устроены аналогичным образом, но пилотное отверстие открыто в нормальном состоянии и закрывается при подаче напряжения на катушку. Мембрана этих клапанов также поднимается в результате воздействия на неё давления жидкости. Таким образом, если перепад давления ΔP меньше минимально допустимого ΔP_мин, то мембрана будет закрывать основной проход клапана, но пилотное отверстие будет открыто. Поэтому при ΔP ΔP_мин.

Электромагнитные клапаны с плавающей мембраной корректно работают при ΔP_мин Рисунок 3 – Конструкция и принцип действия электромагнитных клапанов с мембраной принудительного подъем

В исходном состоянии (см. рисунок 3а) напряжение на катушку клапана не подано. Жидкость, поступающая на вход клапана через небольшое перепускное отверстие, проникает в область над мембраной и прижимает мембрану к седлу клапана.

Подача напряжения на катушку (см. рисунок 3б) вызывает подъем сердечника. Через пилотное отверстие жидкость начинает поступать на выход клапана и давление над мембраной падает.

Мембрана поднимается за счет разности давлений над и под ней, открывая основное проходное сечение соленоидного клапана (см. рисунок 3в).

В отличии от ранее рассмотренных клапанов, электромагнитные клапаны с мембраной принудительного подъёма могут работать без перепада давления (ΔP = 0 бар). В такой ситуации подъем мембраны осуществляется за счет усилия электромагнитной катушки, втягивающей сердечник. Он поднимает мембрану, связанную с сердечником пружиной.

Способность этих клапанов работать без перепада давления привела к тому, что их часто ошибочно называют клапанами прямого действия. Более правильное название – соленоидные клапаны с мембраной принудительного подъема – обусловлено тем что при отсутствии давления, мембрана поднимается принудительно (не зависимо от рабочей среды) за счет усилия, создаваемого электромагнитным полем катушки.

Примеры клапанов с плавающей мембраной

Выше были рассмотрены три наиболее распространенные конструкции клапанов с электромагнитным приводом. Однако, все они имеют следующие общие особенности:

1.3. Факторы, ограничивающие использование соленоидных клапанов

1.3.1 Рабочая жидкость, проходящая через клапан, находится вокруг сердечника клапана и внутри трубки сердечника

Если через клапан проходит чистая и однородная среда без каких-либо примесей, она практически не влияет на работу самого соленоидного клапана. Однако, если среда загрязнена и содержит в себе мелкодисперсные элементы (например, вода с примесями ржавчины), эти частицы со временем оседают на сердечнике и стенках трубки сердечника. Загрязнение трубки сердечника может привезти к заклиниванию сердечника внутри неё, что вызывает залипание клапана (см. рисунок 4). При этом электромагнитный клапан может остаться как в открытом, так и в закрытом состоянии.

Рисунок 4 – Заклинивание сердечника клапана вследствие загрязнения

Также прямой контакт рабочей жидкости с трубкой сердечника обеспечивает хороший теплообмен между ними. Поэтому если через электромагнитный клапан проходит горячая среда (пар или горячая вода), то сердечник будет нагреваться, вызывая нагрев катушки и ускоренное старение межвитковой изоляции. Как правило, катушки соленоидных клапанов, рассчитанных на работу с паром, имеют высокий класс нагревостойкости изоляции (F или H). Несмотря на это, перегрев и дальнейшее перегорание катушки парового клапана не яв- ляется чем-то необычным и встречается достаточно часто.

В случаях, когда через соленоидный клапан проходит холодная среда (например, охлажденный раствор пропиленгликоля), трубка сердечника охлаждается до температуры ниже температуры окружающей среды. Это приводит к выпадению конденсата, под действием которого ржавеют металлические части катушки и нарушается целостность изоляционной оболочки (см. рисунок 5). В итоге, влага проникает внутрь катушки, вызывает повышенное токопотребление, а со временем, и пробой изоляции.

Рисунок 5 – Повреждение катушки под воздействием агрессивной окружающей среды

Для защиты от этого явления следует исключить выпадение конденсата на клапанах (например, уменьшением влагосодержания цехового воздуха). Если полностью исключить конденсат не удаётся, то можно добиться существенного уменьшения его негативного влияния, воспользовавшись клапанами, катушка которых имеет влагозащиту, например, электромагнитными клапанами GEVAX серии 1901R-KBN. Если же и это невозможно, то следует вручную герметизировать уязвимые узлы катушки, защитив их от попадания конденсата.

1.3.2 Внутри клапана имеется не менее одного небольшого отверстия, критически важного для работы всего клапана

Для соленоидных клапанов прямого действия – основное проходное сечение, имеющее малый диаметр; для соленоидных клапанов непрямого действия – перепускное и пилотное отверстия. Дело в том что засорение перепускного или пилотного отверстия приводит к нарушению нормальной работы соленоидного клапана. Как правило, это не вызывает необратимых разрушений конструкции, и подобные неисправности могут быть легко устранены путем чистки клапана. Однако, очистка внутренних частей клапана требует его разборки и, как следствие, невозможна во время его работы.

Таким образом, чистота рабочей среды является одним из наиболее важных факторов, позволяющих обеспечить длительную и безотказную работу соленоидных клапанов.

1.3.3 Большая часть электромагнитных клапанов непрямого действия имеют мембрану из гибкого материала

Ранее было отмечено, что соленоидные клапаны рассчитаны на работу с чистыми средами. Наличие в среде крупных загрязнений может привести не только к засорам клапана, но и к разрыву мембраны, после чего потребуется её замена.

При возникновении в системе гидроударов также возможно повреждение мембраны из-за кратковременного превышения допустимого давления.

Энергия среды, проходящей через клапан, является одним из основных факторов, обеспечивающих как открытие клапана, так и его герметичность в закрытом состоянии. Поэтому соленоидные клапаны непрямого действия являются однонаправленными – корректная работа обеспечивается только при протекании среды от входа к выходу. Верное направление подачи среды показано на рисунке 6. Если при монтаже клапана вход и выход будут перепутаны, то рабочая среда будет поступать только в зону под мембраной, в результате чего «передавит» пружину и откроет клапан (см. рисунок 7).

Определить правильное положение при монтаже можно по стрелке на корпусе клапана (см. рисунок 8).

Рисунок 8 – Стрелка на корпусе клапана для определения направления подачи среды

Однако, даже при правильном направлении потока жидкости, мембранная конструкция может вызывать проблемы при эксплуатации. Они проявляются в момент подачи жидкости на вход клапана или при резких изменениях давления газообразных сред.

Дело в том, что перепускное отверстие в мембране имеет небольшой размер. Жидкость, проходящая через него, не может сразу заполнить всю полость над мембраной клапана (см. рисунок 9а). В этот момент времени давление жидкости под мембраной больше, чем давление жидкости над ней. Это вызывает подъем мембраны и самопроизвольное открытие электромагнитного клапана. Клапан будет находиться в открытом состоянии до тех пор, пока жидкость не заполнит область над мембраной через перепускное отверстие (см. рисунок 9б). После завершения этого процесса давление над и под мембраной клапана уравновешивается и клапан закрывается (см. рисунок 9в).

Рисунок 9 – Последовательность возникновения эффекта самопроизвольного открытия соленоидного клапана с плавающей мембраной при подаче жидкости

Время открытия клапана в описанном переходном процессе зависит от многих факторов, но даже для больших клапанов оно не превышает 1. 2 с. Однако, за это время через клапан может пройти несколько литров жидкости.

Несмотря на то, что давление среды, как правило, не выходит за пределы рабочего диапазона, клапан подвергается повышенным ударным нагрузкам. Частое повторение данного явления при эксплуатации приводит к повышенному износу мембраны и пружины клапана, а со временем и к их поломке.

1.4. Ключевые особенности эксплуатации соленоидных клапанов

Несмотря на то, что были рассмотрены лишь наиболее часто встречающиеся факторы, ограничивающие использование соленоидных клапанов, может сложиться впечатление, что соленоидный клапан является источником проблем и частых неполадок. На самом деле это не так. Электромагнитные клапаны являются надежным устройством управления потоком жидкости или газа при соблюдении условий эксплуатации.

2. Принцип работы и особенности эксплуатации клапанов с пневмоприводом

2.1. Устройство угловых седельных клапанов с пневмоприводом

Рисунок 10 – Конструкция седельного клапана с пневмоприводом

Внутри корпуса пневмопривода (1) находится поршень (2), герметично прилегающий к стенкам пневмопривода за счет уплотнения (3). Под действием пружины (4) поршень занимает положение, соответствующее начальному состоянию пневмоклапана (закрытому для НЗ клапанов и открытому для НО клапанов). На поршне жестко закреплён шток (5) с диском (6). В закрытом состоянии диск надежно прижимается к седлу (7) и обеспечивает герметичность клапана. Большая часть клапанов с пневмоприводом имеет визуальный индикатор (8), механически связанный с поршнем клапана.

Для открытия клапана (см. рисунок 11) необходимо подать сжатый воздух в пневмопривод. Пневмоклапан открывается под действием сжатого воздуха, перемещающего поршень вместе со штоком вверх, что также приводит к сжатию пружины.

Рисунок 11 – Клапан с пневмоприводом в открытом состоянии

Для закрытия клапана достаточно сбросить воздух из пневмопривода. Поршень под действием пружины опускается вниз, прижимая диск к седлу.

Открытие клапана с пневмоприводом осуществляется только за счет давления сжатого воздуха, а закрытие – за счет мощной пружины. Таким образом, работа клапанов с пневмоприводом существенно меньше зависит от параметров среды, проходящей через него, в отличии от соленоидных клапанов.

Примеры угловых клапанов с пневмоприводом

2.2. Схема управления клапанами с пневмоприводом

Для управления пневмоклапанами используются специальные электромагнитные клапаны, называемые пилотными или распределительными клапанами. Эти клапаны называются так, потому что они не просто перекрывают подачу рабочей среды, но и перераспределяют её между различными входными и выходными портами.

Для управления клапанами с пневмоприводом используются распределительные клапаны типа 3/2, схема работы которых показана на рисунке 12.

Рисунок 12 – Пневматическая схема распределителя 3/2

Порт 1 соединяется со входным портом пневмопривода, к порту 2 подключается подвод сжатого воздуха, а порт 3 остается открытым и используется для выхлопа – выпуска воздуха из пневмопривода в атмосферу при закрытии клапана с пневмоприводом.

До тех пор, пока катушка распределительного клапана обесточена, порт 1 соединен с портом 3, а порт 2 перекрыт. Таким образом, сжатый воздух в пневмопривод не поступает, а сам пневмопривод соединен с атмосферой – клапан с пневмоприводом закрыт.

При подаче напряжения на катушку порт 1 соединяется с портом 2, а порт 3 перекрывается. Сжатый воздух поступает в пневмопривод, за счет чего пневмоклапан открывается.

На рисунке 13 показаны распределительные электромагнитные клапаны 3/2 различной конструкции.

Рисунок 13 – Распределительные клапаны 3/2 различных конструкций

У клапана, изображенного слева, выхлоп в атмосферу проходит сквозь трубку сердечника. У клапана, изображенного справа, порты подачи воздуха и выхлопа находятся сверху и снизу клапана.

На рисунке 14 показана обобщенная схема управления клапаном с пневмоприводом.

Рисунок 14 – Обобщенная схема управления клапаном с пневмоприводом

Электрический сигнал из системы управления поступает на распределительный клапан (2), который осуществляет управление потоком сжатого воздуха, подавая его в пневмоклапан (1). Требуемая степень очистки воздуха и стабилизация давления обеспечивается фильтром-регулятором (3).

Распределительные клапаны могут быть установлены непосредственно на клапане с пневмоприводом (см. рисунок 15) или отдельно в шкафу управления (см. рисунок 16).

Рисунок 15 – Монтаж пилотного клапана на клапан с пневмоприводом Рисунок 16 – Монтаж распределительных клапанов в шкафу управления

Каждый из этих способов монтажа имеет свои преимущества и недостатки.

Установка распределителей на клапанах с пневмоприводом

Установка распределителей в шкафу управления

3. Сравнение клапанов с пневмоприводом с соленоидными клапанами

Основным преимуществом клапанов с пневмоприводом перед электромагнитными клапанами является их повышенная устойчивость к воздействию негативных факторов окружающей среды и среды, проходящей через клапан. Это обусловлено тем, что клапаны с пневмоприводом:

Каким же образом система, построенная на клапане с пневмоприводом, может оказаться надежнее системы, основанной на соленоидных клапанах? Ведь любой клапан с пневмоприводом требует своего распределителя, что увеличивает количество последовательно соединенных элементов системы. Это должно приводить к уменьшению общей надежности системы. Данное замечание справедливо при эксплуатации клапанов в идеальных условиях.

Однако, при неблагоприятных условиях запаса устойчивости соленоидного клапана может оказаться недостаточно. Это вытекает из особенностей его конструкции, описанных выше.

Следующим фактором, говорящим в пользу клапанов с пневмоприводом, является их меньшее гидравлическое сопротивление и, как следствие, больший расход среды при том же давлении на входе. Это достигается благодаря угловой (наклонной) конструкции клапана. Проходящий через него поток существенно меньше отклоняется от прямолинейного движения, следовательно расходует меньше энергии на преодоление сопротивления клапана. Для примера в таблице 1 приведены данные коэффициента расхода Kv для электромагнитных клапанов GEVAX серии 1901R-KBN и клапанов с пневмоприводом VALMA серии ASV.

Таблица 1 – Сравнение коэффициента расхода Kv клапанов разных конструкций

Тип клапана	Электромагнитный клапан	Клапан с пневмоприводом
Схема движения потока жидкости
Размер клапана	Коэффициент расхода Kv, л/мин
DN 15	65	70 (+ 8%)
DN 20	110	150 (+ 36%)
DN 25	180	308 (+ 71%)
DN 32	250	608 (+ 143%)
DN 40	390	700 (+ 79%)
DN 50	575	910 (+ 58%)

В отличии от соленоидных клапанов, клапаны с пневматическим приводом преимущественно являются двунаправленными, то есть могут пропускать среду как в прямом, так и в обратном направлении (см. рисунок 17). Направление, показанное на изображении слева, называют «вход под диском», на изображении справа – «вход над диском».

Рисунок 17 – Допустимые направления движения жидкости для клапанов с пневмоприводом

Очевидно, что при подаче рабочей среды «над диском», её давление препятствует открытию клапана. Этот эффект приводит к снижению рабочего давления клапана, однако в некоторой мере он может быть скомпенсирован увеличением управляющего давления воздуха.

Пример изменения рабочего давления при подаче среды над и под диском

Рисунок 18 – Шильдик клапана с пневмоприводом VALMA ASV-T-040-AL080-U

Рабочее давление пневмоклапана при подаче среды «под диском» составляет 6 бар, при подаче среды «над диском» – 5 бар. Эти данные указаны для давления управляющего воздуха 6 бар. Однако, изменением давления управления возможно увеличить рабочее давление клапана при подаче среды «над диском». Данная зависимость показана на рисуноке 19.

Рисунок 19 – График зависимости давлений рабочей и управляющей среды

По графику видно, что увеличение управляющего давления до 8 бар позволяет увеличить давление рабочей среды (при входе «над диском») до 10 бар, а увеличение управляющего давления до 9 бар позволяет увеличить давление рабочей среды до 12 бар.

Однако, соленоидные клапаны тоже имеют преимущества перед клапанами с пневмоприводом. Системы, построенные на основе соленоидных клапанов, как правило, проще и дешевле систем, построенных на основе клапанов с пневмоприводом, поскольку состоят из меньшего числа компонентов.

Электромагнитные клапаны могут применяться на объектах, в составе которых отсутствует пневмосистема. Установка оборудования для сжатия воздуха и его очистки на таких объектах приводит к сильному удорожанию и усложнению системы в целом.

Заключение

В данной статье описана конструкция электромагнитных клапанов и седельных клапанов с пневмоприводом, рассмотрены их преимущества и недостатки. Вся информация, изложенная в статье, основана на конструктивных особенностях клапанов обоих типов и может быть применима к клапанам указанных конструкций независимо от конкретных моделей или изготовителей клапанов.

Обобщенные преимущества и недостатки электромагнитных клапанов и клапанов с пневмоприводом приведены ниже.

Электромагнитные клапаны

Клапаны с пневмоприводом

Инженер ООО «КИП-Сервис»
Быков А.Ю.

Источник