Автоматизация современных процессов управления потоками воздуха, пара, воды и иных газообразных и жидких сред, где используется электромагнитный соленоидный клапан - прочно вошла в нашу жизнь. Запорный клапан с электромагнитным приводом широко используются в различных трубопроводных системах и аппаратах с автоматическим управлением, а также при управлении различными технологическими процессами оператором вручную.
В настоящей статье мы постараемся для вас раскрыть вопросы, что же такое запорный электромагнитный клапан, его принципиальное устройство, классификацию и принцип работы соленоидных клапанов, а также, каким образом происходит управление электромагнитными клапанами в современных инженерных системах.
Запорный электромагнитный клапан - назначение и изготовление
Электромагнитный запорный клапан предназначается для применения в качестве регулирующего и запорного устройства при осуществлении быстрого дистанционного управления (отключения или включения) потоками жидкости, пара, воздуха или газа любой трубопроводной системы.
Наиболее широко применяемым есть электромагнитный соленоидный клапан. При изготовлении этого устройства применяются электрические магниты с неподвижными своими частями, которые называют соленоидами. Поэтому и само устройство называют соленоидным электромагнитным клапаном.
Состоит клапан с электромагнитным приводом из корпуса, катушки электромагнитного клапана с сердечником, и установленным на нем диском или поршнем, регулирующим поток рабочей среды.
Изготавливаются корпуса клапанов из специальных пластиков, латуни или нержавеющей стали. В качестве применяемых материалов для изготовления мембран, уплотнений и прокладок корпусов электромагнитных клапанов чаще всего используется термостойкая и маслостойкая резина, каучук, фторопласт или силикон.
По своему устройству, соленоидный электромагнитный клапан подобен устройству обычного, всеми нами "знанного" - запорного клапана. Однако управление электромагнитными клапанами, то есть открытие или закрытие их рабочего органа, осуществляется без приложения наших физических усилий, путем подачи на электромагнитную катушку (соленоид) клапана - электрического напряжения.
Электромагнитный соленоидный клапан используется, как в достаточно сложных различных технологических процессах, так и в нашем быту.
Используя запорный электромагнитный клапан, мы можем дистанционно подать необходимый нам объём пара, жидкости или газа в необходимый момент времени, к примеру, при подаче воды в поливные системы, регулировании различных хозяйственных отопительных процессов, обеспечении устойчивой работы котлоагрегатов и прочее.
Принцип работы электромагнитного клапана
В общих чертах принцип работы электромагнитного соленоидного клапана заключается в следующем:
В статическом положении, когда катушка электромагнитного клапана обесточена и клапан закрыт (или открыт в зависимости от его типа), мембрана клапана или его поршень за счет механического воздействия пружины находится в герметичном соприкосновении с седлом клапана. При подаче же электрического напряжения на катушку - клапан с электромагнитным приводом открывается. Это осуществляется посредством воздействия магнитного поля, создаваемого в катушке клапана (соленоиде), на плунжер и его втягивания в нее.
При выборе Вами электромагнитного запорного клапана надо всегда учитывать его технические характеристики и конструктивные особенности, ибо не все клапаны допускают направление движения рабочей среды в любую сторону. Некоторые из клапанов предназначены лишь для работы при определенно заданном направлении движения потока рабочей среды, как правило, под золотник. При несоблюдении этого условия - такие клапаны, как правило, частично или полностью теряют свою работоспособность или не в полной мере обеспечивают герметичность своего запорного органа.
Типовое устройство электромагнитного соленоидного клапана
Как видно из представленного рисунка, устройство типового электромагнитного клапана следующее, где:
1. Соленоидная катушка (магниты).
2. Якорь катушки.
3. Пружина закрывающая.
4. Тарелка электромагнитного клапана.
5. Пилотное отверстие.
6. Диафрагма мембранного усилителя.
7. Основное проточное отверстие.
8. Выравнивающее проточное отверстие.
9. Принудительная система открытия клапана с пружиной.
Классификация и конструктивные особенности исполнения электромагнитных соленоидных клапанов
В зависимости от местоположения запорного органа, когда катушка электромагнитного клапана обесточена, клапаны по типу делятся на нормально открытого (НО) и клапана нормально закрытого типа (НЗ). В нормально открытых клапанах при обесточенной их катушке - проход движению агента рабочей среды открыт, а для клапанов типа НЗ и отсутствии напряжения на их катушке - этот проход закрыт.
Существуют также конструкции современных электромагнитных клапанов, настраиваемые на определенный вид, в зависимости от надобности - НО или НЗ.
Кроме того, по исполнению, в зависимости от подающегося на катушку управляющему импульсу, электромагнитные клапаны бывают импульсные (бистабильные), которые могут переключаться с закрытого на открытое положение и наоборот.
В зависимости от систем использования, электромагнитные клапаны по рабочей среде бывают на воздух, газ, пар, воду, бензин или другое топливо.
Также, в зависимости от сред и помещений, где используются соленоидные электромагнитные клапана - они могут изготавливаться, как в обычном, так и во взрывозащищенном исполнении. Последняя категория данных клапанов особенно широко используется в системах нефтегазодобычи, на складах топлива, автомобильных заправочных станциях и других взрывопожароопасных объектах народного хозяйства.
Управление электромагнитными клапанами
Зависимо от того, как осуществляется управление электромагнитными клапанами - они делятся на клапаны электромагнитные прямого действия и клапаны с поршневым или мембранным усилением, где в качестве дополнительной, используется энергия рабочей среды регулируемой ими системы.
Электромагнитный соленоидный клапан прямого действия свое перемещающее усилие на шток золотника создает лишь посредством тягового усилия соленоида (катушки), находящегося в верхней части устройства, в то время, когда клапаны с «усилением», используют перепады давления рабочей среды в трубопроводе до и после установленного устройства.
Клапаны прямого действия конструктивно просты и обладают по сравнению с электромагнитными клапанами, работающими с усилением, высоким исполнительным быстродействием и характеризуются надежностью в эксплуатации.
Конструктивно, электромагнитные клапаны, работающие с усилением, имеют основной золотник, предназначенный для непосредственного перекрытия отверстия в седле корпуса клапана, и золотник управляющий - механически связанный с сердечником электромагнитного соленоидного привода.
Сам управляющий золотник клапана иногда еще называют импульсным клапаном устройства. Под действием подаваемого на обмотку соленоида электрического напряжения, управляющий золотник закрывает или открывает проход для рабочей среды в усилитель через разгрузочное отверстие, диаметр которого намного меньше диаметра основного прохода клапана.
Применение усилителя для перемещения штока клапана, работающего на принципе соединения его рабочей полости с входной частью клапана посредством использования управляющего золотника, позволяет резко снизить тяговое усилие на сам сердечник электромагнита, используя для этого дополнительно энергию самой рабочей среды.
Одно или несколько разгрузочных отверстий электромагнитного клапана, которые перекрываются золотниками управляющего запорного органа - служат для сброса давления с надмембранной полости или полости над поршнем, следствием чего есть поднятие основного золотника, а соответственно и открытия основного прохода электромагнитного клапана.
Заключение
Надеемся, что предоставленная в статье информация, существенно расширит ваши познания в области регулирования современных трубопроводных систем посредством использования в них электромагнитных соленоидных клапанов.
Автоматизация процессов управления потоками пара, воздуха, воды или иной среды является естественным развитием промышленности. Поэтому запорные соленоидные клапаны нашли широкое применение в трубопроводах и системах с автоматическим управлением.
Такие устройства – двухпозиционные исполнительные механизмы. Их устанавливают на трубопроводах для пресной воды, воздуха, хладона, аммиака и так далее. Причем существуют модификации, рассчитанные на принцип работы именно с одним из конкретных веществ, к примеру, с аммиаком.
Особенности и применение
Соленоидный клапан – эффективное регулирующее или запорное устройство для оперативного дистанционного управления потоками различных сред в трубопроводах. Он является самым востребованным среди всех электромагнитных вентилей .
Для их производства используются электромагниты, имеющие неподвижные части, как раз и называемые соленоидами. Собственно, отсюда и название.
Вентиль Danfoss для воды или другой среды состоит из таких элементов:
- корпус;
- катушка электромагнитного вентиля и сердечник;
- поршень или диск, управляющий потоком рабочей среды.
В качестве материала для изготовления соленоидных Данфосс используются:
- нержавеющая сталь;
- латунь;
- пластик.
Прокладки, уплотнения и мембраны производятся из:
- силикона;
- фторопласта;
- каучука;
- резины.
Соленоидный Danfoss имеет фактически такой же принцип работы, как и обычный запорный. Однако он обладает существенным отличием: его закрытие или открытие происходит за счет подачи на катушку электрического напряжения, то есть физические усилия не прилагаются .
Применяя такой прибор, можно дистанционно подавать необходимое количество жидкости, газа или пара в нужный момент. Поэтому сферы применения соленоидных весьма широки.
Принцип работы можно описать так. Статическое положение – катушка обесточена, он находится в закрытом состоянии (может быть в открытом – все зависит от типа изделия).
Поршень или мембрана благодаря воздействию пружины прижимается к седлу клапана. Когда на катушку поступает напряжение, происходит его открытие. Магнитное поле, формируемое в соленоиде, воздействует на плунжер.
Виды и отличия
Можно выделить два основных типа:
- прямого;
- непрямого действия.
Первые открываются, когда ток проходит через катушку, а закрываются, когда катушка отключается.
Устройства непрямого действия функционируют на основании разности давлений на выходе и входе. Когда в катушке ток отсутствует, сердечник опущен, а вспомогательный находится в закрытом состоянии. Уровень давления над и под мембраной совпадает, отвечает давлению конденсации. Полости сообщаются за счет калиброванного отверстия.
Основной клапан находится в закрытом состоянии, поскольку на него действует вспомогательная пружина и его собственная масса. Когда ток проходит через катушку, происходит поднятие сердечника, вспомогательный переходит в состояние «открыто».
Среда над мембраной уходит по каналу, имеющемуся в корпусе изделия. Происходит уменьшение давления над мембраной, ведь сечение вспомогательного и перепускного клапанов больше размера калиброванного отверстия.
Из-за возникающей разности давлений над и под мембраной происходит открытие основного клапана.
Соленоидные могут производиться в обычном или взрывозащищенном исполнении – все зависит от помещений. Последний вариант широко применяется в системах нефтегазодобычи, автозаправочных станциях, на топливных складах и прочих подобных объектах.
По особенностям функционирования устройства условно делят на три группы:
- нормально закрытые;
- нормально открытые;
- настраиваемые.
Первый вариант: в спокойном состоянии он закрыт, а открывается он, когда катушка находится под напряжением.
Нормально открытые устройства в спокойном состоянии открыты. Настраиваемые же образцы позволяют настраивать их в удобный режим работы.
Учитывая тип конструкции, изделия также могут быть:
- обычными;
- комбинированными.
Первые – стандартная запорная арматура. Вторые выполняют функции смесителя, поскольку имеют три входа. Комбинированные – наиболее сложные устройства, применяются в специальных условиях, производятся под заказ.
Также устройства классифицируются по типу рабочего места. Например, для воды, для нефти и так далее.
Рассмотрим основные преимущества изделий:
Есть и недостатки:
- стоимость изделия немного выше, чем средняя цена за обычный запорный;
- если эксплуатация выполняется не по инструкции, вероятен выход устройства из строя;
- требуется подключение к электросети.
Выбор и характеристики
Выбирая запорное соленоидное устройство, следует обращать внимание на характеристики и особенности конструкции. Например, не все изделия позволяют направлять поток в любую сторону.
Некоторые модели могут работать только в одном направлении. Если не учесть при выборе изделия это условие, прибор частично или полностью выйдет из строя при эксплуатации в таких неблагоприятных условиях.
Однако в первую очередь следует учитывать среду, в которой будет работать прибор.
Важная характеристика – внутренний и наружный диаметр, который может обозначаться либо в дюймах, либо в миллиметрах. Многие модели способны выдержать давление до 10 бар.
Довольно большой популярностью на отечественном рынке пользуется надежный вентиль Danfoss . Можно выделить несколько видов, которые предлагает производитель на выбор:
- Серия EVR характеризуется гибкостью и высокой надежностью. Популярная модель — соленоидный вентиль Danfoss EV220B. Эта серия – механизм прямого действия, используемые для систем кондиционирования, для морозильных и холодильных установок.
- Серия EVRA и EVRAT. Такой соленоидный Данфосс - клапан прямого действия, используется в трубопроводах горячего газа с хладагентами.
- STF и VHV. Это 4-ходовые клапаны могут зимой способствовать обогреву, летом – охлаждению.
Цена соленоидного вентиля Данфосс может начинаться с отметки в $150.
Особенности применения (видео)
Перед монтажом вентиля трубопровод необходимо прочистить, поскольку попадание инородной частицы может привести к его поломке. Поэтому перед входным отверстием изделия устанавливают фильтр.
Направление стрелки, нанесенной на корпус вентиля, должно совпадать с направлением потока среды. В противном случае обеспечена скорая поломка прибора.
Трубы с концов вентиля необходимо качественно закрепить. Когда выполняется затяжка, следует использовать два гаечных ключа, то есть необходимо применить контрусилие . Монтаж, как правило, производится на разборные соединения, хотя может использоваться и сварка, правда это осложнит ремонтопригодность изделия.
Место подключения кабеля должно быть изолировано: можно использовать изоленту и герметик. Следует убедиться перед подключением электропитания, что параметры катушки отвечают параметрам сети. Иначе это приведет к поломке элемента.
Есть три выхода:
- средний – заземление (желто-зеленый провод);
- два других – фаза и ноль источника.
Сначала клапан нужно запитать, чтобы раздался характерный щелчок. Если все в порядке, можно переходить к тестовому пуску.
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 danfossМеханизмы бывают :
- прямого и непрямого типа действия;
- вакуумный, гидравлический, пневматический клапан;
- 2-, 3-, много-ходовой.
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.
Фото – Конструкция соленоидного клапана
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.
Способ подключения у каждого прибора немного отличается, поэтому очень рекомендуем при покупке прочитать сертификат, проверить паспорт определенной модели. Инструкция подробно описывает монтаж каждого отдельного клапана.
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:
Все фирмы предоставляют гарантию на свою продукцию год, продажа осуществляется в официальных дилерских магазинах.
Цилиндрическая обмотка, которая имеет длину, значительно больше ее диаметра, называется соленоидом. В переводе с английского, это слово обозначает – подобный трубе, то есть, это катушка, похожая на трубу.
Устройство и принцип действия
Соленоидом также можно назвать катушку индуктивности, которая намотана проводом на каркас в виде цилиндра. Такие катушки могут быть намотаны как одним, так и несколькими слоями. Так как длина обмотки намного больше диаметра, то при подключении постоянного напряжения на эту обмотку, внутри катушки образуется .
Часто соленоидами называют электромеханические устройства, содержащие катушку, внутри которой имеется ферромагнитный сердечник. Такие устройства выполнены в виде втягивающих реле автомобильного стартера, различных электроклапанов. Втягивающим элементом такого своеобразного электромагнита является сердечник из ферромагнитного материала.
Если в устройстве соленоида нет сердечника, то при подключении постоянного тока вдоль обмотки образуется магнитное поле. Индукция этого поля равна:
Где, N – количество витков в обмотке, l – длина катушки, I – ток, протекающий по соленоиду, μ0
На концах соленоида величина магнитной индукции в два раза ниже, по сравнению с внутренней частью, так как две части соленоида совместно образуют двойное магнитное поле. Это применимо к длинному или бесконечному соленоиду, в сравнении с диаметром каркаса обмотки.
По краям соленоида магнитная индукция равна:
Так как соленоиды являются катушками индуктивности, следовательно, соленоид может запасать энергию в магнитном поле. Эта энергия равна работе, совершаемой источником, для образования тока в обмотке.
Этот ток образует в соленоиде магнитное поле:
Если ток в катушке изменяется, то возникает ЭДС самоиндукции. В этом случае напряжение на соленоиде определяется:
Индуктивность соленоида определяется:
Где, V – объем катушки соленоида, z – длина проводника катушки, n – количество витков, l – длина катушки, μ0 - вакуумная магнитная проницаемость.
При подключении к проводникам соленоида переменного напряжения, магнитное поле будет создаваться тоже переменным. Соленоид имеет сопротивление переменному току в виде комплекса двух составляющих: . Они зависят от индуктивности и электрического сопротивления проводника катушки.
Виды соленоидов
По назначению соленоиды разделяют на два класса:
- Стационарные. То есть, для магнитных полей стационарного вида, которые долго держатся при некоторых значениях.
- Импульсные. Для создания импульсных магнитных полей. Они могут существовать только в краткий период времени, не больше 1 с.
Стационарные способны создать поля не более 2,5х10 5 Э. Соленоиды импульсного типа могут создать поля 5х10 6 Э. Если при создании поля соленоиды не подвергаются деформации и не слишком греются, то магнитное поле прямо зависит от проходящего тока: Н = k*I , где k – постоянная величина соленоида, поддающаяся расчету.
Стационарные делятся:
- Резистивные.
- Сверхпроводящие.
Резистивные соленоиды производят из материалов, обладающих электрическим сопротивлением. В связи с этим вся подходящая к ним энергия переходит в теплоту. Чтобы избежать теплового разрушения устройства, необходимо отвести лишнее тепло. Для этих целей применяют криогенное или водяное охлаждение. Для этого требуется вспомогательная энергия, сравнимая с требуемой энергией для питания соленоида.
Сверхпроводящие соленоиды производят из сплавов, обладающих свойствами сверхпроводимости. Их электрическое сопротивление равно нулю при различных температурах во время эксперимента. При функционировании сверхпроводящего соленоида теплота выделяется только в подходящих проводниках и источнике напряжения. Источник питания в этом случае можно исключить, так как соленоид функционирует в короткозамкнутом режиме. При этом поле может существовать без расхода энергии бесконечно долго при условии сохранения сверхпроводимости.
Устройства для создания мощных магнитных полей включают в себя три главные части:
- Соленоид.
- Источник тока.
- Система охлаждения.
При проектировании соленоида берут во внимание величины внутреннего канала и мощности источника питания.
Создание устройства с резистивным соленоидом для образования стационарных полей является глобальной научно-технической задачей. В мире, в том числе и в нашей стране, существует всего несколько лабораторий с подобными устройствами. Применяются соленоиды различных конструкций, эксплуатация которых осуществляется около тепловой границы.
Для обслуживания таких устройств необходим персонал, состоящий из работников высокой квалификации, работа которых дорого ценится. Большая часть финансов расходуется на оплату электрической энергии. Эксплуатация и обслуживание таких мощных соленоидов со временем окупается, так как ученые и исследователи различных областей науки, из разных стран могут получать важнейшие результаты для развития науки.
Наиболее сложные и важные задачи можно решить путем применения сверхпроводящих соленоидов. Этот способ более эффективный, экономичный и простой. Для примера можно назвать создание мощных стационарных полей сверхпроводящими соленоидами. Наиболее оригинальное свойство сверхпроводимости – это отсутствие электрического сопротивления у некоторых сплавов и металлов при температуре ниже критического значения.
Явление сверхпроводимости позволяет производить соленоид, не имеющий диссипации энергии при прохождении электрического тока. Однако, образованное поле имеет ограничение в том, что при достижении некоторого значения критического поля свойство сверхпроводимости разрушается, и электрическое сопротивление возобновляется.
Критическое поле повышается при снижении температуры от 0 до наибольшего значения. Еще в 50-х годах прошлого века открыты сплавы, у которых критическая температура находится в интервале от 10 до 20 К. При этом они имеют свойства очень мощных критических полей.
Технология создания таких сплавов и производство из них материалов для катушек соленоидов очень трудоемка и сложна. Поэтому такие устройства имеют высокую стоимость. Однако их эксплуатация недорогая и простая в обслуживании. Для этого необходим только источник питания низкого напряжения небольшой мощности и жидкий гелий. Мощность источника понадобится не выше 1 киловатта. Устройство таких соленоидов состоит из катушки, выполненной из меди и сверхпроводника многожильным проводом, лентой или шиной.
Существует возможность снижения энергетических затрат на создание еще более мощных полей. Эта возможность реализуется в нескольких ведущих странах, в том числе и в России. Такой способ основан на применении комбинации из водоохлаждаемого и сверхпроводящего соленоидов. Его еще называют гибридным соленоидом. В этом устройстве интегрируются наибольшие достижимые поля обоих типов соленоидов.
Водоохлаждаемый соленоид должен находиться внутри сверхпроводящего. Создание гибридного соленоида является объемной и сложной научно-технической проблемой. Для ее решения требуется работа нескольких коллективов научных учреждений. Подобное гибридное устройство эксплуатируется в нашей стране в Академии наук. Там соленоид со сверхпроводящими свойствами имеет массу 1,5 тонны. Обмотка выполнена из специальных сплавов ниобия с цинком и титаном. Обмотка водоохлаждаемого соленоида выполнена медной шиной.
Запорный элемент электромеханического действия, выполняющий функцию дистанционного автоматического контроля направлений движения жидкой и газообразной рабочей среды внутри трубопровода. С помощью электромагнитной катушки происходит дозированная подача необходимых объемов потока в определенный момент времени.
Широко применяется на бытовом уровне и в крупных промышленных конструкциях в широком диапазоне рабочих температур. В трубопроводах жилищно-коммунального хозяйства клапан выполняет регулирование среды внутри водопроводной или канализационных систем, центрального отопления. Используется на технологических линиях химических и нефтеперерабатывающих предприятиях, фильтрационных гидропроводах. Применим в сельском хозяйстве: поливочных конструкциях, системах дозирования и смешения.
Принцип работы электромагнитного клапана
Для производства электромагнитных клапанов используются материалы, соответствующие требованиям ГОСТ и международным стандартам. Электромагнитный клапан состоит из нескольких основных элементов:
Как работает электромагнитный клапан
Принцип работы электромагнитного клапана основан на работе элемента управления - электромагнитной катушки. При отсутствии постоянного или переменного тока под механическим давлением пружины, мембрана (поршень) клапана расположены в седле устройства. При подаче электрического напряжения различной мощности к клеммам соленоида, сердечник вовлекается внутрь катушки, обеспечивая открытие или закрытие протокового отверстия. Обесточивание соленоида приводит к закрытию створок. Конструктивные особенности устройства соленоидного клапана могут меняться, в зависимости от его типа.
Типы электромагнитных клапанов
Электромагнитные клапаны распределены на несколько категорий.
По типу рабочего положения выделяют:
Нормально-открытые клапаны . По умолчанию, затворный элемент находится в открытом положении и не создает препятствий движению потоков.
- Нормально-закрытые клапаны . Отсутствие напряжения на катушке характеризуется закрытой позицией затвора.
Бистабильные клапаны . Способны переключаться в открытое или закрытое положение под воздействием электрического импульса.
По принципу действия электромагнитные клапаны разделяют на:
Клапан прямого действия . смена положений затворного компонента осуществляется под воздействием движения сердечника, при подаче электронапряжения.
Клапан непрямого действия . Воздействие энергии рабочей среды приводит к открытию и закрытию условного прохода. Управляется дистанционно, под действием пилотного клапана, срабатывающего при подаче электрического тока к катушке.
Бистабильные клапаны . Регулирование затвора осуществляется по принципу поднятия мембраны соленоидного клапана.
По типу присоединения к трубопроводу:
По типу уплотнительной мембраны:
Мембрана FKM (фтористый каучук). Стандартное уплотнение, применяется для большинства неагрессивных рабочих сред.
Мембрана NBR (бутадиен-нитрильный каучук). Используется в средах продуктов нефтепереработки: бензин, масла, керосин, диз.топливо.
Мембрана EPDM (этилен-пропиленовый каучук). Характеризуется повышенной устойчивостью к температурам, работает в среде химических растворов и соединений: щелочей, спиртов, гликолей, кетона, воды и др.
Правила монтажа и эксплуатации
Любые монтажные работы с клапаном проводятся при отсутствии рабочей среды в системе и обесточивании электрической цепи. Перед началом работ следует очистить трубопровод от механических частиц и взвесей.
Как подключить электромагнитный клапан соленоидный . Подключение электромагнитных клапанов в системе производится в горизонтальном положении, катушкой вверх.
Для правильной работы устройства направление движения среды должно соответствовать указательной стрелке на корпусе.
Установка электромагнитного клапана производится в месте, доступном для последующего ремонта или обслуживания.
Запрещена установка клапана в местах с высокими показателями конденсации или вибрации, участках с возможным обледенением трубы, вблизи течей и порывов.
Установка дополнительных сетчатых фильтров подходящего типоразмера защитит клапан от попадания загрязнений, и, как следствие, снижения его гидравлических характеристик.
Преимущества электромагнитных клапанов
Автоматический тип работы
Высокое быстродействие
Возможность удаленного управления
Компактность (малые габаритные и весовые показатели)
Длительный срок эксплуатации
Простота монтажа и обслуживания
Причины поломок и методы устранения
Правильная эксплуатация и соблюдение технических параметров, указанных в паспорте изделия обеспечат надежную и длительную работу устройства. В некоторых случаях преждевременные неисправности электромагнитного клапана возможны по нескольким причинам.
Снижение герметичности изделия может быть вызвано попаданием механических частиц на седло устройства. Рекомендуется демонтаж и чистка устройства с последующей установкой в системе сетчатого фильтра до клапана.
Выход из строя индукционной катушки может быть обусловлен неправильной мощностью напряжения, подаваемого к клеммам или превышением граничных параметров температуры и давления внутри трубопровода. Следует провести демонтаж устройства и заменить катушку. Попадание влаги на катушку может вызвать короткое замыкание и поломку устройства.
Неполное открытие/закрытие клапана может стать следствием загрязнения управляющего отверстия, дефектами мембраны или прокладки, остаточным напряжением на соленоиде и др.
Ремонт электромагнитного клапана должен производиться квалифицированным специалистом, имеющим допуск к работе с электрическими сетями.
Производство соленоидных клапанов
осуществляется на специализированных заводах трубной арматуры, расположенные практически в каждой стране Европы. Одни из ведущим мировым производителем электромагнитных клапанов являются
SMART HYDRODYNAMIC SYSTEMS.
Стоимость электромагнитного клапана
зависит от его функций, конструктивного типа, диаметра резьбы и фирмы-
производителя электромагнитных (соленоидных) клапанов.
Для определения необходимого вида устройства можно проконсультироваться со специалистами или посмотреть
видео электромагнитного клапана.
