Типы электромагнитных клапанов - полное руководство

Рисунок 1: 2/2-ходовой электромагнитный клапан

Электромагнитный клапан — это клапан с электрическим управлением, который разрешает или предотвращает прохождение через него среды. Электромагнитный клапан работает за счет движения плунжера вверх и вниз в зависимости от магнитного поля, создаваемого электрическим соленоидом. Поршень либо открывает, либо закрывает отверстие, через которое протекает среда. Различные конструкции, конструкционные материалы и функции контура позволяют использовать электромагнитные клапаны в различных областях применения. Поскольку они имеют электрическое управление, ими можно управлять дистанционно и в автоматическом режиме. Они обычно используются в водоочистке, автомобилестроении, пищевой промышленности и других промышленных приложениях. Эта статья представляет собой полное руководство по электромагнитным клапанам.

Как работает электромагнитный клапан?

Электромагнитный клапан состоит из двух основных компонентов: соленоида и корпуса клапана. Соленоид имеет электромагнитную индуктивную катушку вокруг железного сердечника в центре, называемого плунжером. Катушки переменного тока имеют затеняющее кольцо, которое предотвращает вибрацию и гудение.

В состоянии покоя клапан может быть нормально открытым или нормально закрытым. В обесточенном состоянии нормально закрытый клапан закрыт. Когда ток протекает через соленоид, катушка получает напряжение, создавая магнитное поле. При этом создается магнитное притяжение с помощью поршня, перемещая его и преодолевая силу пружины. Плунжер поднимается, так что уплотнение открывает отверстие, позволяя среде проходить через клапан. Нормально открытый электромагнитный клапан работает наоборот. Чтобы узнать больше об отдельных компонентах, прочтите нашу статью о деталях электромагнитных клапанов.

Рисунок 2: Компоненты электромагнитного клапана

Типы электромагнитных клапанов

Прямое действие

Электромагнитный клапан прямого действия использует соленоид для открытия или закрытия без перепада давления. Эти клапаны часто используются для управления потоком газа или жидкости в системе. Электромагнитные клапаны прямого действия имеют самую быструю работу, надежны, имеют компактную конструкцию.

Косвенного действия

Электромагнитные клапаны непрямого действия, будь то сервоприводы или пилотные клапаны, работают с использованием разницы давлений. Для них требуется минимальный перепад давления около 0,5 бар. Эти клапаны включают в себя мембрану с небольшим отверстием, которое позволяет потоку от входа к выходу при подаче питания на соленоид и падении давления. Эта система усиливает давление, позволяя маленькому соленоиду контролировать большой расход. Непрямые электромагнитные клапаны используются в приложениях с достаточным перепадом давления и высокой желаемой скоростью потока, и они позволяют потоку среды только в одном направлении.

Полупрямое актерское мастерство

Электромагнитные клапаны полупрямого действия сочетают в себе характеристики прямых и косвенных клапанов, обеспечивая работу от нуля бар и при этом обеспечивая высокую скорость потока. Эти клапаны напоминают непрямые клапаны с подвижной мембраной, небольшим отверстием и напорными камерами с обеих сторон, но электромагнитный плунжер напрямую соединен с мембраной. Когда поршень поднимается, он напрямую открывает клапан и второе отверстие, в результате чего давление падает, а мембрана поднимается. Это приводит к тому, что клапан работает от нулевого бара и справляется со значительными расходами. Эти полупрямые клапаны, также известные как электромагнитные клапаны с вспомогательным подъемом, часто имеют более мощные катушки, чем клапаны с косвенным приводом.

Нормально открытые и нормально закрытые электромагнитные клапаны

Нормально открытый электромагнитный клапан

Нормально открытый (NO) электромагнитный клапан открыт при обесточении, что позволяет среде проходить через него. Когда ток подается на катушку, он создает электромагнитное поле, которое заставляет поршень опускаться вниз, преодолевая силу пружины. Уплотнение находится в отверстии и закрывает его, предотвращая протекание среды через клапан.

На рисунке 3 показан принцип работы нормально открытого электромагнитного клапана в обесточенном и заряженном состояниях. Нормально открытый электромагнитный клапан идеально подходит для применений, где клапан должен быть открыт в течение длительных периодов времени, поскольку это более энергоэффективно. Они также могут использоваться по соображениям безопасности, если для применения требуется, чтобы клапан был открыт без питания (например, для предотвращения избыточного давления).

Иллюстрация 3: Принцип работы нормально открытого электромагнитного клапана: обесточенный (слева) и под напряжением (справа).

Нормально закрытый электромагнитный клапан

Нормально закрытый (NC) электромагнитный клапан закрывается при обесточивании, что предотвращает протекание через него среды. Когда ток подается на катушку, он создает электромагнитное поле, которое заставляет поршень подниматься вверх, преодолевая силу пружины. При этом уплотнение отсоединяется и открывается отверстие, позволяя среде проходить через клапан.

На рисунке 4 показан принцип работы нормально закрытого электромагнитного клапана в обесточенном и заряженном состояниях. Нормально закрытый электромагнитный клапан идеально подходит для применений, где требуется закрытие клапана в течение длительных периодов времени, поскольку это более энергоэффективно. Они также могут использоваться по соображениям безопасности, если применение требует закрытия клапана без питания (например, газовые приборы).

Иллюстрация 4: Принцип работы нормально закрытого электромагнитного клапана: обесточенный (слева) и под напряжением (справа).

Бистабильный электромагнитный клапан

Биустойчивый или фиксирующий электромагнитный клапан может переключаться с помощью мгновенного источника питания. При обесточивании клапан остается в том положении, в которое он был переведен. Поэтому он обычно не открыт и не закрыт, так как остается в текущем положении, когда питание не подается. Они достигают этого с помощью постоянных магнитов, а не пружины. Это дает преимущество в виде снижения энергопотребления.

2-ходовой электромагнитный клапан

2-ходовые электромагнитные клапаны имеют два отверстия, входное и выходное, и используются для пропускания или блокировки потока. Направление потока через клапан имеет решающее значение для обеспечения правильной работы. Как правило, стрелка указывает направление потока на корпусе клапана.

Иллюстрация 5: 2-ходовой электромагнитный клапан JP Fluid Control (тип CM-IA).

3-ходовой электромагнитный клапан

3-ходовой электромагнитный клапан обычно имеет три отверстия, каждый из которых выполняет определенную функцию: один для входа, один для выходного отверстия и один в зависимости от конфигурации и применения клапана (выпускной, возвратный, еще один вход или еще один выпуск). Ниже приведены общие обозначения этих портов:

• P (напорное) отверстие или впускное отверстие: Именно здесь жидкость или газ под давлением попадает в клапан.
• Порт (привод) или выходное отверстие: Это рабочий порт, подключенный к устройству или исполнительному механизму, для управления которым предназначен клапан, например, пневматическому цилиндру одностороннего действия или технологической линии.
• E (выпускной) порт или R (обратный): Когда клапан переключается в положение выпуска, этот порт выпускает жидкость или газ из привода или устройства обратно в атмосферу или резервуар. В зависимости от конфигурации клапана и его применения, в некоторых системах этот порт может также служить альтернативным входом или выходом.

Конкретная функция портов зависит от состояния электромагнитного клапана (под напряжением или без питания) и конструкции (нормально закрытый или нормально открытый).

• Нормально закрытый (NC): Когда клапан обесточен, отверстие P закрывается, и поток от входа к выходу не допускается. Порт A обычно подключается к порту E или R, что позволяет приводу выпускать воздух. При подаче питания клапан открывает поток от порта P к порту A и перекрывает порт E или R.
• Нормально открытый (NO): Когда клапан обесточен, порт P открывается к порту A, пропуская поток от входа к выпускному. Порт E или R закрыт. При подаче питания клапан переключается, чтобы закрыть поток из P в A и размыкает соединение между A и E или R, позволяя приводу выпускать воздух.

Иллюстрация 6: 3-ходовой электромагнитный клапан JP Fluid Control (тип TP).

Материал корпуса

Корпус и материал корпуса электромагнитного клапана должны быть совместимы со средой. Распространенными вариантами являются латунь, нержавеющая сталь, ПВХ, алюминий и чугун. 

• Латунь: Латунь обладает хорошей коррозионной стойкостью при работе с нейтральными средами, такими как вода.
• Нержавеющая сталь: Нержавеющая сталь обладает хорошей химической, температурной стойкостью и устойчивостью к давлению.
• ПОЛИВИНИЛХЛОРИД: ПВХ и полиамид широко используются, потому что они экономичны. Они также используются в высокотехнологичных приложениях с агрессивными химическими веществами.
• Алюминий: Легкость, прочность и тепловые свойства алюминия делают его экономичным и надежным выбором для корпусов электромагнитных клапанов.
• Чугун: Чугун обеспечивает прочный, износостойкий, экономичный корпус для электромагнитных клапанов с дополнительным гашением вибраций, подходящим для тяжелых промышленных применений.

Уплотнительный материал

Уплотнительный материал электромагнитного клапана также должен быть совместим со средой. К распространенным вариантам относятся бутадиенакрилонитрильный каучук (NBR, EPDM, FKM (Витон) и ПТФЭ (тефлон). Ознакомьтесь с нашим кратким руководством ниже, но для получения дополнительной информации обратитесь к нашему руководству по материалам уплотнений и таблице совместимости сред.

• НБР: Уплотнения из бутадиенакрилонитрильного каучука обладают отличной стойкостью к маслу и топливу, что делает их идеальными для применения в нефтяной промышленности.
• EPDM: Уплотнения из EPDM обладают высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям, озону и пару, что подходит для наружного применения и горячего водоснабжения.
• FKM (Витон): Уплотнения из фторкаучука обладают высокой химической и термостойкостью, идеально подходят для суровых химических и высокотемпературных сред.
• ПТФЭ (тефлон): Уплотнения из ПТФЭ обладают исключительной химической инертностью и широким температурным диапазоном, что делает их универсальными для работы в агрессивных средах и экстремальных условиях.

Допуски к электромагнитным клапанам

Могут потребоваться определенные разрешения для клапана. Наличие клапана с определенными разрешениями гарантирует, что он соответствует требованиям приложения. Общие допуски:

• UL/UR: Underwriters Laboratories проверяет и сертифицирует продукцию на предмет ее безопасности
• Питьевая вода: Гарантирует, что он пригоден для питьевой воды.
• FDA: Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США
• Версия ATEX: Сертификация ATEX предусмотрена для взрывозащиты. 
• Сертификация CE: Сертификация CE означает соответствие высоким требованиям безопасности, здоровья и защиты окружающей среды.
• Газовое исполнение: Клапаны для газового применения имеют допуск DVGW для использования в газовых установках в качестве автоматических запорных клапанов. 
• Рейтинг IP: Класс защиты IP клапана объясняет его защиту от пыли и воды. 

Рисунок 7: Утверждения и сертификации.

Особенности электромагнитного клапана

• Снижение электрической мощности: Номинальное напряжение подается на клапан в течение короткого периода времени для приведения в действие клапана, затем оно снижается до удерживающего напряжения, достаточно сильного, чтобы удерживать клапан в этом положении при одновременном снижении энергопотребления.
• Фиксации: Версия с фиксацией или импульсной катушкой обеспечивает решение для приложений с низкочастотным переключением. Клапан приводится в действие коротким электрическим импульсом для перемещения поршня. Затем используется постоянный магнит, чтобы удерживать поршень в этом положении без дополнительной пружины или магнитного поля. Это снижает энергопотребление и тепловыделение в клапане.
• Высокое давление: Версии высокого давления рассчитаны на давление до 250 бар.
• Ручная коррекция: Опциональная функция ручного управления обеспечивает повышенную безопасность и удобство во время ввода в эксплуатацию, тестирования, технического обслуживания, а также в случае сбоя питания. В некоторых версиях клапан не может привести в действие электричество при блокировке ручного управления.
• Разделение сред: Конструкция электромагнитного клапана разделения сред позволяет изолировать среду от рабочих частей клапана, что делает его хорошим решением для агрессивных или слабозагрязненных сред.
• Вакуум: Клапаны, не требующие минимального перепада давления, подходят для грубого вакуума. Универсальные электромагнитные клапаны прямого или полупрямого действия хорошо подходят для этих областей применения. Доступны специальные версии вакуума для более строгих требований к скорости утечки.
• Регулируемое время отклика: Время, необходимое клапану для открытия или закрытия, можно регулировать, как правило, вращая винты на корпусе клапана. Эта функция может помочь предотвратить гидравлический удар.
• Обратная связь о позиции: Состояние переключения электромагнитного клапана может быть отображено с помощью электрической или оптической обратной связи по положению в виде двоичного сигнала или сигнала NAMUR. NAMUR — это выход датчика, который показывает включенное или выключенное состояние клапана.
• Низкий уровень шума: Клапаны имеют демпфированную конструкцию для снижения шума при закрытии клапана.

Критерии выбора

Перед выбором электромагнитного клапана важно понимать область применения. Некоторые важные критерии отбора заключаются в следующем:

• Материал корпуса: Определите материал корпуса клапана на основе химических свойств и температуры среды, а также среды, в которой находится клапан. Распространенными вариантами являются латунь, нержавеющая сталь, ПВХ, алюминий и чугун.
• Размер соединения: Убедитесь, что размеры отверстий электромагнитного клапана такие же, как и те, к которым будет подключаться клапан.
• Тип подключения: Типы соединений варьируются от фланцевых, резьбовых, сварных, вставных и других.
• Обесточенное состояние: Определите, требуется ли для приложения нормально открытый, нормально закрытый или бистабильный клапан.
• Напряжение: Определите напряжение блока питания и выберите электромагнитный клапан с соответствующим соленоидом.
• Материал уплотнения: Материал уплотнения следует выбирать исходя из химических свойств и температуры среды. К распространенным вариантам относятся бутадиенакрилонитрильный каучук (NBR, EPDM, FKM (Витон) и ПТФЭ (тефлон). Обратитесь к разделу Выбор правильного материала уплотнения для электромагнитного клапана для быстрой справки о химической стойкости материалов уплотнения.
• Операция: Электромагнитные клапаны могут быть прямыми, непрямыми или полупрямыми. Прочтите раздел о типах электромагнитных клапанов выше, чтобы узнать больше.
• Давление: Клапан должен выдерживать максимальное давление, необходимое для применения. Не менее важно учитывать минимальное давление, так как высокий перепад давления может привести к выходу клапана из строя.
• Соединитель: Электромагнитный разъем — это устройство, которое подключается к электромагнитному клапану для подачи в него электричества и помогает защитить соединения от грязи и воды.
• Температура: Убедитесь, что материалы клапанов выдерживают минимальные и максимальные температурные требования. Учет температуры также важен для определения пропускной способности клапана, поскольку она влияет на вязкость и расход жидкости.
• Время ответа: Время срабатывания клапана — это время, необходимое для того, чтобы клапан перешел из открытого положения в закрытое или наоборот. Небольшие электромагнитные клапаны прямого действия реагируют намного быстрее, чем клапаны полупрямого или непрямого действия.
• Утверждения: Убедитесь, что клапан имеет соответствующую сертификацию в зависимости от области применения.
• Степень защиты: Убедитесь, что клапан имеет соответствующий класс защиты IP для защиты от пыли, жидкости, влаги и прикосновения.

Другие применения электромагнитных клапанов

Распространенные бытовые и промышленные электромагнитные клапаны включают:

• В холодильных системах используются электромагнитные клапаны для реверсирования потока хладагентов. Это помогает охлаждать летом и нагревать зимой.
• В системах полива используются электромагнитные клапаны с автоматическим управлением.
• В посудомоечных и стиральных машинах используются электромагнитные клапаны для управления потоком воды.
• В системах кондиционирования воздуха используются электромагнитные клапаны для контроля давления воздуха.
• Электромагнитные клапаны используются в системах автоматической блокировки дверных замков.
• В медицинском и стоматологическом оборудовании используются электромагнитные клапаны для управления потоком, направлением и давлением жидкости.
• В резервуарах для воды используются электромагнитные клапаны для управления притоком или оттоком воды, часто в сочетании с поплавковым выключателем.
• Автомойки для контроля потока воды и мыла.
• Промышленное клининговое оборудование.

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Для чего используется электромагнитный клапан?

Электромагнитный клапан используется для открытия, закрытия, смешивания или перенаправления среды в приложении. Они используются в самых разных областях: от посудомоечных машин, автомобилей до орошения.

Как узнать, что ваш соленоид плохой?

Если электромагнитный клапан не открывается или не закрывается, частично открыт, издает гудящий шум или имеет перегоревшую катушку, необходимо устранить неполадки соленоидов клапана. Для получения дополнительной информации обратитесь к руководству по устранению неполадок.

Как выбрать электромагнитный клапан?

В зависимости от требований к среде и расходу выберите материал, размер отверстия, температуру, давление, напряжение, время отклика и сертификацию, необходимые для вашей области применения.

Что такое соленоид?

Соленоид — это электрическая катушка, обернутая вокруг ферромагнитного вещества (например, железа), которое действует как электромагнит при прохождении через нее тока.

Как работает соленоид?

Когда электрический ток пропускается через катушку, создается электромагнитное поле. Это электромагнитное поле заставляет поршень двигаться вверх или вниз. Этот механизм используется электромагнитными клапанами для открытия или закрытия клапана.