Исполнительные устройства Электромагнитные вентили

Электромагнитными (соленоидными) вентилями называют испол­нительные устройства с одним или несколькими клапанами, управле­ние которыми осуществляется с помощью электромагнитов. В зави­симости от конструкции электромагнитные вентили могут быть за­порными (одноходовые) и переключающими (многоходовые).

Запорные вентили служат для автоматического открытия или закрытия прохода для жидкости или газа.

Переключающие вентили применяют для изменения на­правления потока жидкости или газа.

По принципу действия электромагнитные вентили разделяют на вентили прямого, непрямого и комбинированного действия.

Вентилем прямого действия называется такой вентиль, в ко­тором для управления клапаном используется только сила электро­магнита.

Вентиль непрямого действия, или пилотный вентиль, харак­теризуется тем, что сила электромагнита используется для управле­ния вспомогательным клапаном, а основной клапан открывается, под действием протекающих через клапан жидкости или газа.

Вентили комбинированного действия сочетают в своей конструкции признаки обоих типов: основной клапан открывается под действием сил электромагнита и давления рабочей среды.

В зависимости от положения клапана при отключенном электро­магните запорные вентили бывают нормально закрытые и нормально открытые.

Нормально закрытые (обычное исполнение) вентили от­крываются при подаче тока в электромагнит и закрываются при его отключении.

Нормально открытые — наоборот, при подаче тока за­крываются, а при его отключении — открываются.

Запорные электромагнитные вентили. Вентили этого типа могут быть прямого, непрямого и комбинированного действия.

Вентили прямого действия (рис. 91, а) бывают обыч­но малых условных проходов (не более 10 мм).

В корпусе 1 расположены входной и выходной штуцера, для при­соединения к которым имеются накидные гайки 12. Отверстие седла 2 перекрывается клапаном 3. Последний впрессован в тело подвижного стального сердечника 5. Этот сердечник помещается внутри трубки 4 из немагнитного материала, нижний конец которой герметично присоединяется к корпусу, а верхний — плотно перекрывается непод­вижным стальным сердечником 6. Таким образом, внутренняя по­лость вентиля герметично отделена от окружающей среды.

Снаружи на эту трубку надета катушка 8 электромагнита, которая заключена в кожух 7 с резиновым уплотнителем для провода 11. Ко­жух прикреплен к неподвижному сердечнику винтом 9.

Если в катушке электромагнита отсутствует ток, то под действием возвратной пружины 13 и собственного веса подвижный сердечник опущен и клапан перекрывает седло. При этом сила, с которой кла­пан прижимается к седлу

,

где F_к — площадь .уплотнения клапана; p_вх и p_вых — Давления рабочей среды на входе и выходе вентиля.

При подаче тока в катушку электромагнита создается магнитное поле, силовые линии которого пронизывают неподвижный и подвиж­ный сердечники и зазор между ними. Создается сила взаимодействия (тяги) между сердечниками P_э, которая при условии P_э>P_к отрывает клапан от седла и открывает проход.

Рис. 91. Запорные электромагнитные вен тили прямого (а) и непрямого (б и в) действия.

Для уменьшения вибрации и шума сердечника, появляющегося при включении электромагнита в сеть переменного тока, в неподвижный сердечник впрессовано медное кольцо 10, играющее роль короткозамкнутого витка.

Вентили непрямого действия (рис. 91, б) изготов­ляют со средними и большими (до 100 мм) диаметрами условных про­ходов. Корпус 1 имеет два фланца для присоединения к трубопрово­дам. Корпус закрывается крышкой 2, к которой сверху крепится катушка электромагнита 3. Подвижный сердечник 5 электромагнита помещен внутри трубки из немагнитного материала, нижний конец которой герметично соединен с крышкой корпуса, а верхний закрыт неподвижным сердечником 4. В подвижный сердечник вмонтирован вспомогательный резиновый клапан 6, перекрывающий малое седло. Основной клапан 8 также имеет резиновое уплотнение. Выступ крыш­ки 2, играющий роль направляющей клапана, входит внутрь его основания. Находящаяся внутри основания возвратная пружина 9 сжимается при ходе клапана вверх. Кольцевая щель шириной 0,25÷0,4 мм между деталью 11 и верхней поверхностью основания клапана выполняет функцию фильтра. Из полости, образуемой деталью 11 и клапаном 8, внутрь основания ведет калиброванное отверстие диа­метром 0,8÷1,5 мм. К верхней части клапана крепится резиноткане­вая мембрана 7, края которой являются уплотнительной прокладкой между корпусом и его крышкой. Мембрана разделяет внутреннюю полость на две части: надмембранную и подмембранную.

Надмембранная полость через канал в крышке сообщается с по­лостью над вспомогательным клапаном. Отверстие седла вспомога­тельного клапана через систему каналов сообщается с выходом вен­тиля.

Когда катушка электромагнита отключена, подвижный сердечник опущен, и вспомогательный клапан перекрывает седло. Под дей­ствием веса и возвратной пружины опущен и основной клапан, давление над которым равно p_вх, а под ним p_вых. Через щель, калиброванное отверстие в основании и зазор между стенками основания и выступом крышки 2 рабочая среда проникает в надмембранную по­лость и далее в полость вспомогательного клапана. В этих полостях устанавливается давление p_вх.

Силы, прижимающие клапаны к седлам, равны для вспомогатель­ного

и основного клапанов

.

При пропускании тока через катушку создается сила P_э, которая при условии P_э>P_вк отрывает вспомогательный клапан от седла. Благодаря этому рабочая среда из надмембранной полости проходит через каналы и седло вспомогательного клапана к выходу из вентиля. В результате давление в этой полости падает. Величина падения давления зависит от соотношения между гидравлическим сопротивле­нием калиброванного отверстия, через которое рабочая среда вводит­ся в надмембранную полость, и гидравлическим сопротивлением седла клапана и каналов, через которые рабочая среда отводится из поло­сти.

При включении электромагнита и открытии вспомогательного кла­пана к мембране прикладывается сила, действующая вверх и равная

,

где p_н.м — давление в надмембранной полости; F_эф.м — эффективная площадь мембраны.

Таким образом, к клапану приложены сила P_ок и сила сжатия пружины, прижимающие клапан к седлу, и P_м — стремиться оторвать клапан от седла.

Основной клапан отрывается при условии

,

где P_пр — начальный натяг пружины; λ — ход клапана; k — жесткость пружины.

После отключения электромагнита вспомогательный клапан пере­крывает седло и прекращает отток рабочей среды из надмембранной полости. Давление в этой полости постепенно сравнивается с даре­нием рабочей среды на входе вентиля, и основной клапан под дейст­вием пружины и собственного веса опускается на седло.

Рассмотренной конструкции свойственны запаздывания на открытие и закрытие (в общем случае не равные между собой), определяе­ма временем, необходимым на перераспределение Делений в полостях вентиля. Запаздывание, зависящее от размеров отверстии, режима работы и свойств среды, может колебаться от десятых долей, секунды до 10÷15 с.

Запаздывание способствует более плавному закрытию вёнтиля и предотвращает гидравлические удары в трубопроводах.

В случае необходимости основной клапан может быть открыт руч­ным дублером 10, состоящим из винта, сальникового уплотнения и колпака, который выполняет также роль ключа для вращения винта.

Разновидность вентилей непрямого действия является вентили с подвижным седлом вспомогательного клапана (рис. 91, в). Этот вентиль состоит из корпуса 1 с двумя фланцами 12, крышки 9 раз- длительной трубки 4, закрытой неподвижным сердечником 5. Ка­тушка 7 электромагнита закрыта кожухом 6.

Отличительным признаком данной конструкции является располо­жение седла вспомогательного клапана в детали 3 основного клапана 10. Благодаря этому не требуются каналы для сброса рабочей среда из надмембранной полости. Калиброванные отверстия сообщающие эти полости, выполнены непосредственно в мембране 8.

На рис. 40, а показан вентиль СВМ с D_у равным 6÷15 мм. При движении сердечника вверх сначала открывается управляю­щий клапан 4, и давление над мембраной стравливается. При дальнейшем движении сердечник тянет вверх и мембрану, создавая дополнительное усилие открытия. При обесточенной катушке уп­равляющий клапан 4 закрывается, давление под и над мембраной выравнивается через отверстие 5 в главном клапане, и клапан закрывается.

В вентиле комбинированного действия, показанном на рис. 40, а, усилие, открывающее основной клапан, создайся пере­падом давления на мембране и силой тяги электромагнита, что обеспечивает открытие основного клапана при перепадах давления oт нуля до максимума. В вентиле непрямого действия, показанном на рис. 40, б, усилие, открывающее основной клапан, создается только перепадам давления на мембране.

В вентилях обоих типов электромагнит управляет работой управляющего клапана, обеспечивая необходимый перепад давле­ния на мембране. Управляющий клапан сообщает напорную часть клапана с надмембранным пространством. Соленоидные вентили оборудуются механизмом ручного открытия главного клапана. Ус­танавливаются вентили на горизонтальных участках трубопровода и только электромагнитом вверх. Высокое давление подается на клапан. Вентили могут работать в среде аммиака, фреона, пресной воды, рассола и воздуха.

В вентиле СВМ непрямого действия, когда катушка находиться под током, сердечник, двигаясь вверх, открывает управляющий клапан 4, и давление из полости над мембраной стравливается по каналу 5. Главный клапан 7 открывается. При обесточенной катушке сердечник, падая, закрывает отверстие управляющего клапана 4. Тогда пространства над и под мембраной сообщаются только через отверстие 5. и давления в них выравниваются. главный клапан при этом закрывается.

Соленоидные вентили фирмы «Данфосс» типов EVJ и EVSJ.

Рис. 40. Устройство соленоидного вентиля типа СВМ:

а — комбинированного действия; б — непрямого действия; 1 — ограничитель хода сердечника; 2 — катушка; 3 — сердечник; 4 — управляющий клапан; 5 — разгрузочное отверстие; 6 — мембрана; 7 — главный клапан; 8 — шпиндель ручного открытия; 9 — сальник; 10 — колпак

Рис. 42. Устройство соленоидного вентиля типа EVJD:

1 — винт крепления; 2 — короткозамкнутое кольцо; 3 — плоская пружина; 4 — ограничительная пластина; 5 — мембрана; 6 — гнездо; 7 — калиброванное отверстие; 8 — разгрузочное отверстие; 9 — гнездо; 10 — разгрузочный клапан; 11 — нижняя направляющая втулка; 12 — сердечник; 13 — кожух; 14 — катушка

При прохождении тока через катушку 14 сердечник 12 втягивается вверх во втулке 11, преодолевая усилие пружины. При движении сердечника вспомогательный клапан 10 открывает разгрузочное отверстие 8, и давление под мембраной 6 уменьшается до давления после клапана. Снизу мембраны на поверхности кольцевого выреза ....тывает до клапана высокого давления. Под действием разности давлений над и под мембраной последняя поднимается вверх над кольцевым гнездом 9, и жидкое рабочее тело перетекает через вентиль. Как только мембрана приподнимается, площадь, на которую давит рабочее тело, увеличивается, и мембрана поднимается вверх до упора. Если разность давлений велика мембране прогибается вверх настолько, что отверстие 8 закрывается вспомога­тельным клапаном 10. При этом через маленькие калиброванные отверстия 7 в мембране рабочее тело высокого давления протекает в полость над мембраной, и разность давлений уменьшается. Мембрана слегка выравнивается, отверстие в открывается, и перепад дав­лений увеличивается.

При разрыве электрической цепи сердечник 12 под действи­ем собственного веса и шурины опускается, и мембрана 6 садит­ся на гнездо 9. Хладагент высокого давления заполняет пространство над мембраной через калиброванные отверстия в мембране, и пос­ледняя плотно прижимается к гнезду 9.

Зазор между сердечником и втулкой предназначен для сво­бодного перетекания хладагента по втулке 11 при движении сердеч­ника. Шесть винтов крепят нижнюю часть втулки к корпусу. Меж­ду корпусом и верхней частью установлена прокладка 5 из маслостойкой резины. Винт 1 крепит кожух 13 катушки к ограничителю. Короткозамкнутое кольцо 2 в ограничителе предназначено для устранения шума (гудения), возникающего после втягивания сердечника.