Электромагнитный клапан — это современный вид запорной арматуры, устанавливаемый на трубопроводы отопления, водоснабжения, мелиорации, технические водопроводы на промышленных предприятиях. Устройство основано на электромагнитной катушке — соленоиде, которая принимает импульс из внешнего устройства (датчика или контроллера) и перекрывает либо открывает поток рабочей среды.
Главный принцип и преимущество использования этого устройства — автоматизм. Конструкция клапана была задумана таким образом, чтобы перекрывать поток воды или другой жидкости/газа при изменении определенных параметров системы — температуры, давления, скорости и силы потока — без участия человека. Происходит это за счет электромагнитного поля в области действия сердечника (плунжера) клапана. При возникновении напряжения он опускается или поднимается, в зависимости от предусмотренных условий.
Рабочая энергия, приводящая в действие плунжер, возникает при движении электронов по медной обмотке катушки. Магнетизм, появляющийся при подаче импульса с внешнего устройства, преобразуется в поступательное движение, которое опускает плунжер. Последний перекрывает поток воды, позволяя избежать больших технологических потерь. Как только ситуация нормализуется, напряжение исчезает и плунжер поднимается, позволяя воде далее двигаться по трубам.
Важно! Другое преимущество соленоидного клапана — высокая скорость срабатывания. Благодаря этому устройство может перекрыть поток воды при аварии на участке трубопровода за 2-3 секунды после срабатывания датчика. За счет этого клапаны незаменимы в системах отопления, горячего и холодного водоснабжения, в технических трубопроводах на промышленных предприятиях.
Конструктивные особенности
Устройство клапана состоит из полимерного или металлического корпуса, внутри которого находится соленоид, плунжер, шток и мембрана.
Материалом для исполнения корпуса служит пластик, либо нержавеющая сталь, латунь или чугун, что определяется сферой использования клапана. Например, металлический корпус используется в системах с химически агрессивными или высокотемпературными средами, тогда как пластиковые применяются для простой водопроводной питьевой или технической пресной воды. Мембраны и уплотнители клапана производятся из полимерных материалов на основе каучука и полиэтилена.
В этой статье речь пойдет о соленоидах. Сначала рассмотрим теоретическую сторону данной темы, затем практическую, где отметим сферы применения соленоидов в различных режимах их работы.
Соленоидом называется цилиндрическая обмотка, длина которой значительно превышает ее диаметр. Само слово соленоид образовано сочетанием двух слов - solen и eidos, первое из которых переводится как труба, второе - подобный. То есть соленоид - это катушка, по форме напоминающая трубу.
Соленоиды, в широком смысле, - это катушки индуктивности, наматываемые проводником на цилиндрический каркас, которые могут быть как однослойными, так и многослойными . Поскольку длина намотки соленоида сильно превышает его диаметр, то при подаче постоянного тока через такую обмотку, внутри нее, во внутренней полости, формируется почти однородное магнитное поле.
Зачастую соленоидами называют некоторые исполнительные механизмы, электромеханического принципа работы, как например соленоидный клапан автоматической коробки передач автомобиля или втягивающее реле стартера. Как правило, в качестве втягиваемой части выступает ферромагнитный сердечник, а сам соленоид , так называемым ферромагнитным ярмом.
Если в конструкции соленоида магнитный материал отсутствует, то при протекании по проводнику постоянного тока, вдоль оси катушки формируется магнитное поле, индукция которого численно равна:
Где, N – число витков в соленоиде, l – длина намотки соленоида, I – ток в соленоиде, μ0 - магнитная проницаемость вакуума.
На краях соленоида магнитная индукция вдвое меньше, чем внутри него, поскольку обе половины соленоида в месте их объединения привносят равный вклад в магнитное поле, создаваемое током соленоида. Это можно сказать о полубесконечном соленоиде или о достаточно длинной, по отношению к диаметру каркаса, катушке. Магнитная индукция по краям будет равна:
Поскольку соленоид - это в первую очередь катушка индуктивности, то как и любая катушка, обладающая индуктивностью, соленоид способен запасать в магнитном поле энергию, численно равную работе, которую совершает источник для создания в обмотке тока, порождающего магнитное поле соленоида:
Изменение тока в обмотке приведет к возникновению ЭДС самоиндукции, и напряжение на краях провода обмотки соленоида будет равно:
Индуктивность соленоида будет равна:
Где, V – объем соленоида, z – длина провода в обмотке соленоида, n – число витков в единице длины соленоида, l – длина соленоида, μ0 - магнитная проницаемость вакуума.
При пропускании через провод соленоида переменного тока, магнитное поле соленоида так же будет переменным. Сопротивление соленоида переменному току имеет комплексный характер, и включает в себя как активную, так и реактивную составляющие, определяемые индуктивностью и активным сопротивлением провода обмотки.
Практическое использование соленоидов
Соленоиды применяются во многих отраслях промышленности и во многих областях гражданской сферы деятельности. Часто поступательные электроприводы - это как раз пример работы соленоидов на постоянном токе. Ножницы отрезания чеков в кассовых аппаратах, клапаны двигателей, тяговое реле стартера, клапаны гидравлических систем и т. д. На переменном токе соленоиды работают в качестве индукторов .
Обмотки соленоидов, как правило, изготавливают из медного, реже - из алюминиевого провода. В высокотехнологичных отраслях применяют обмотки из сверхпроводников. Сердечники могут быть железными, чугунными, ферритовыми или из иных сплавов, часто в форме пакета листов, а могут и вовсе отсутствовать.
В зависимости от назначения электрической машины, сердечник делается из того или иного материала. Устройства типа подъемных электромагнитов, сортирующие семена, очистители угля и т. д. Далее рассмотрим несколько примеров применения соленоидов.
Пока напряжение на обмотку соленоида не подано, тарелка клапана плотно прижата к пилотному отверстию пружиной, и трубопровод перекрыт. При подаче тока в обмотку клапана, якорь и соединенная с ним тарелка клапана поднимаются, втягиваясь катушкой, противодействуя пружине, и открывая пилотное отверстие.
Разность давлений с разных сторон от клапана приводит к движению жидкости в трубопроводе, и пока на катушку клапана подано напряжение, трубопровод не перекрыт.
Когда питание с соленоида снято, пружину больше ничего не удерживает, и тарелка клапана устремляется вниз, перекрывая пилотное отверстие. Трубопровод вновь перекрыт.
Стартер является по сути мощным мотором постоянного тока с питанием от аккумулятора автомобиля. В момент пуска двигателя зубчатая шестерня стартера (бендикс) должна быстро сцепиться с маховиком коленвала на некоторое время, и одновременно включается мотор стартера. Соленоид здесь - обмотка втягивающего реле стартера.
Втягивающее реле установлено на корпусе стартера, и при подаче питания к обмотке реле происходит втягивание железного сердечника, соединенного с механизмом, выдвигающим шестерню вперед. После пуска двигателя питание с обмотки реле снимается, и шестерня возвращается обратно благодаря пружине.
В соленоидных электрозамках ригель приводится в движение усилием электромагнита. Такие замки применяются в системах контроля доступа и в шлюзовых дверных системах. Оборудованная таким замком дверь может быть открыта только в период действия управляющего сигнала. После снятия этого сигнала закрытая дверь останется запертой независимо от того, открывалась ли она.
К преимуществам соленоидных замков можно отнести их конструкцию - она намного проще, чем у моторных замков, более износостойка. Как видим, здесь соленоид снова работает в паре с возвратной пружиной.
При сквозном нагреве используют обычно соленоидные многовитковые индукторы. Обмотку индуктора изготавливают из медной трубки с водяным охлаждением или из медной шины.
В установках средней частоты используют однослойные обмотки, а в установках промышленной частоты обмотка может быть как однослойной, так и многослойной. Это связано с возможным уменьшением электрических потерь в индукторе и с условиями согласования параметров нагрузки и с параметрами источника питания по напряжению и коэффициенту мощности. Для обеспечения жесткости катушки индуктора чаще всего применяют ее стяжку между торцовыми асбоцементными плитами.
В современных установках соленоиды работают в режиме питания переменным током высокой частоты, поэтому ферромагнитный сердечник им, как правило, не нужен.
В однокатушечных соленоидных двигателях включение и выключение рабочей катушки приводит к механическому движению кривошипно-шатунного механизма, причем возврат осуществляется опять же пружиной, подобно тому, как это происходит в электромагнитном клапане и в соленоидном замке.
В многокатушечных соленоидных двигателях попеременное включение катушек осуществляется при помощи вентилей. К каждой катушке ток от источника питания подается в один из полупериодов синусоидального напряжения. Сердечник поочередно втягивается то одной, то другой катушкой, совершая возвратно-поступательное движение, приводя во вращение коленчатый вал или колесо.
Экспериментальные установки типа детектора ATLAS, работающие на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, используют мощные электромагниты, которые тоже включают в себя соленоиды. Эксперименты в физике элементарных частиц проводятся с целью обнаружения строительных блоков материи и изучения фундаментальных сил природы, на которых держится наша Вселенная.
Наконец, ценители наследия Николы Тесла всегда используют соленоиды для построения катушек. Вторичная обмотка трансформатора Тесла - не что иное, как соленоид. И длина провода в катушке оказывается очень важной, ведь строители катушек используют здесь соленоиды не как электромагниты, а как волноводы, как резонаторы, в которых как в любом колебательном контуре есть не только индуктивность провода, но и емкость, формируемая в данном случае расположенными вплотную друг к другу витками. Кстати, тороид на вершине вторичной обмотке призван как раз скомпенсировать эту распределенную емкость.
Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, что такое соленоид, и как много сфер его применения есть в современном мире, ведь перечислили мы отнюдь не все из них.
Для воды предназначен для регулировки прохождения жидкости. Устройство работает по электромеханическому принципу. Для изготовления корпуса выбираются стойкие и универсальные, а также высокопрочные материалы по типу литейного чугуна, латуни, нержавеющей стали. Что касается мембран и уплотнителей, то они выполняются из высокоэластичных полимеров. Помимо прочего, в составе может быть силиконовая резина.
Подобное устройство устанавливается в той части системы трубопровода, к которой будет обеспечен легкий доступ.
Устройство соленоидного клапана
Еще называется соленоидным. Он имеет в составе основные детали по типу мембраны, корпуса, пружины, крышки, штока, а также которая является соленоидом. Крышка и корпус клапанов отливаются из нержавеющей стали, латуни, полимеров или чугуна. Данные устройства рассчитаны для эксплуатации при самых разных рабочих средах, температурах и давлениях.
Для штоков и плунжеров используются магнитные материалы. Электрокатушки, которые называются соленоидами, изготавливаются в пылезащищенном или герметичном корпусе. Высококачественный эмальпровод идет на обмотку катушек. Он изготавливается из электротехнической меди. Соединение с системой трубопровода может производиться по сланцевому или резьбовому методу. Для подключения к электрической сети применяется штекер. Управление производится методом подачи напряжения на катушку.
Ведущие рабочие положения
Если рассматривать вышеописанные устройства по исполнению, то они могут быть нормальнозакрытыми или нормальнооткрытыми. Среди разновидностей можно выделить еще и бистабильные клапаны, которые называются импульсными. Управляющий принцип способствует переключению с закрытого на открытое положение.
Принцип действия
Может использоваться при различных условиях, это предполагает применение устройств прямого действия, а также приборов, срабатывающих при нулевом перепаде давления. В продаже можно встретить клапаны непрямого действия, которые являются пилотными. Они срабатывают исключительно при самом малом перепаде давления.
Подобные устройства можно подразделить на распределяющие трёхходовые, запорные и переключающие клапаны.
Информация об уплотнителях и мембранах
Электромагнитный клапан для воды имеет в составе мембраны, которые могут изготавливаться из эластичных полимерных материалов. Последние обладают специальной конструкцией и химическим составом. Помимо прочего, в конструкции клапанов применяются самые последние составы а также другие полимеры.
Принцип работы пилотного клапана
Электромагнитный клапан для воды своими руками может быть установлен достаточно быстро. Если речь идет о нормальнозакрытом устройстве, то в статическом положении напряжение отсутствует, при этом клапан находится в закрытом состоянии. Поршень, который является запорным органом, герметично прижат, он расположен у седла уплотнительной поверхности. Пилотный канал находится в закрытом состоянии. Давление в верхней полости поддерживается с помощью перепускного отверстия в мембране.
Клапан такого типа находится в закрытом состоянии до тех пор, пока катушка не подвергнется напряжению. Для того чтобы он открылся, напряжение должно подаваться на катушку. Под воздействием магнитного поля плунжер поднимается, открывая канал. По той причине, что диаметр канала значительно больше перепускного, давление верхней полости понижается. Разница давлений воздействует на подъем поршня или мембраны, что способствует открытию клапана. Электромагнитный клапан подачи воды будет находиться в открытом состоянии до тех пор, пока катушка будет подвергаться напряжению.
Принцип действия нормальнооткрытого клапана
Работает такое устройство по обратному принципу: в статичном положении прибор находится в открытом виде, а вот при повышении напряжения клапан закрывается. Для того чтобы удержать прибор в закрытом состоянии, напряжение будет подаваться на катушку достаточно долго. Для того чтобы любые пилотные клапаны работали правильно, нужно обеспечить малый перепад давления.
Подобные устройства называются клапанами непрямого действия по той причине, что кроме подачи напряжения, необходимо выполнение условия, которое заключается в перепаде давления. Использовать такое приспособление можно для систем отопления, водоснабжения, ГВС, а также пневмоуправления. Агрегат подходит для тех условий, где давление в трубопроводе присутствует.
Работа клапана прямого действия
Электромагнитный клапан, схема которого дает возможность понять принцип работы, может обладать прямым действием. У такого устройства пилотный канал отсутствует. В центральной части находится эластичная мембрана, которая обладает металлическим кольцом. Сквозь пружину она соединена с плунжером. Когда на катушку воздействует магнитное поле, клапан открывается, плунжер поднимается и снимает усилие с мембраны. Последняя поднимается и способствует открыванию клапана. В тот момент, когда происходит закрытие, магнитное поле отсутствует, плунжер опускается и воздействует на мембрану.
Для такого прибора минимальный перепад давления не требуется. Электромагнитный клапан, фото которого представлены в статье, может использоваться в системах с давлением, а также на сливных емкостях. Установить прибор можно и в условиях накопительных ресиверов. Монтировать такое устройство можно в тех местах, где давление отсутствует или находится на минимальном уровне.
Особенности работы бистабильного клапана
Этот клапан может находиться в двух устойчивых положениях: в закрытом и открытом. Переключение осуществляется последовательно методом подачи импульса на катушку. Такие устройства работают исключительно от источника постоянного тока. Для того чтобы удержать клапан в закрытом или открытом положении, не требуется подавать напряжение. По конструкции такие приспособления изготавливаются как пилотные, это указывает на необходимость минимального перепада давления.
Электромагнитный соленоидный клапан представляет собой надежную и функциональную арматуру для системы трубопровода. Если речь идет о специальных электромагнитных катушках, то ресурс их работы очень велик. До момента выхода из строя прибор способен работать, пока число включений не достигнет 1 миллиона. Время, которое требуется для срабатывания магнитного клапана, может составить от 30 до 500 миллисекунд. Конечная цифра будет зависеть от давления, диаметра и исполнения.
Заключение
Устройство электромагнитного клапана было представлено выше, как и принцип его действия. Подобные приборы можно использовать в качестве запорного устройства дистанционного управления. Они незаменимы для безопасности в роли отсечных, отключающих и переключающих электроклапанов. Эти особенности необходимо учесть перед приобретением клапана и его установкой в определенных условиях.
– это электромеханические управляющие устройства, используемые для контроля и управления потоком различных сред, таких например, как вода или газ, а также многих других. Электромагнитным клапан называется потому, что для активации управляющего устройства используется электромагнитная катушка (соленоид).
Как работает электромагнитный клапан?
Когда возникает нужда в перекрытии потока среды (закрытии клапана) с управляющего устройства на электромагнитную катушку подается электрическое напряжение. Под действием электричества сердечник опускается, (или поднимается - в зависимости от конструкции клапана), и перекрывает поток среды. Когда напряжение пропадает, сердечник возвращается в исходное состояние.
В чем заключаются преимущества и недостатки электромагнитного клапана?
Применение электромагнитных клапанов.
Электромагнитные клапаны используются в различных отраслях промышленности. Они используются в машиностроении, химической и нефтегазовой промышленности, системах очистки, холодильном оборудовании, системах центрального отопления, системах автоматического пожаротушения и многих других областях
Виды электромагнитных клапанов и их механизмов работы
В зависимости от состояния клапана до подачи на него напряжения, клапаны делятся на нормально закрытые клапаны, и нормально-открытые клапаны. Нормально-закрытые клапаны в нерабочем состоянии закрыты, а при подаче напряжения – открываются. Нормально-открытые клапаны открыты в рабочем состоянии, и закрываются при подаче напряжения.
В зависимости от степени воздействия на поток, клапаны могут быть отсечными – они используются тогда, когда нужно мгновенное перекрытие потока, например при возможной аварии, и регулирующими – они предназначены для постепенного изменения мощности потока, а также для их смешивания
По способу подключения к трубопроводу, клапаны могут быть муфтовыми (крепится при помощи резьбового соединения), фланцевыми (с использованием фланцев), межфланцевыми (клапан находится между фланцами, стягивающихся специальными шпильками) и приварными (присоединеие осуществляется при помощи электросварки)
По характеру действия клапаны бывают одноходовые, двухходовые, трехходовые, и четырехходовые,
Механизмов работы таких клапанов тоже два:
- Прямого действия, использующийся на небольших расходах – то есть, регулировка происходит исключительно при подаче напряжения на катушку и приведению в движение сердечника;
- Пилотного действия, использующийся на больших расходах – подача напряжения воздействует на пилотный, а открытие основного клапана происходит посредством использования энергии потока воды. Такой механизм работы требует обязательного наличия перепад давления около 0,2 атм. По такому принципу работает электромагнитный обратный клапан для воды, предотвращающий обратный поток в трубопроводе.
Какие материалы используются в электромагнитных клапанах?
Электромагнитные клапаны используются в самых разных комбинациях оборудования, в том числе и для контроля сред с высокой агрессивностью. Корпус клапана должен быть изготовлен из высокопрочного материала, для того, чтобы предотвратить его преждевременный выход из строя. Наиболее важными компонентами тут являются материалы уплотнения.
Как подобрать уплотнение для клапана?
Подбор уплотнения – наиболее сложный аспект подбора электромагнитного клапана. Тут нужно учитывать химические свойства среды, температуру и давление. Наиболее распространенными уплотнительными материалами являются бутадиен-нитрильный каучук (NBR) , этилен-пропиленовый каучук (EPDM) , фторкаучук VITON и политетрафторэтилен (ПТФЭ) .
Материалы уплотнений для клапанов
| Материал | Наиболее распространенные среды | Хорошая сопротивляемость | Плохая сопротивляемость |
|---|---|---|---|
| NBR |
|
|
|
| EPDM |
|
|
|
| Viton |
|
|
|
Как работают электромагнитные клапаны (видео)
Региональная газовая компания «Палюр» является официальным дилером белорусского производственного предприятия «Термобрест.
Мы поставляем электромагнитные клапаны Вн и ВФ, а также другую запорную арматуру производства компании. Список продукции можно посмотреть по ссылке:
Клапан электромагнитный или как его ещё называют соленоидный клапан это вид запорной арматуры с электромеханическим принципом действия. Он выполняет функции автоматизации и удаленного контроля направления газообразных и жидких рабочих сред на трубопроводе. Дозированная подача необходимого объема потока в момент времени обеспечивается с помощью электромагнитной катушки.
Соленойдный вентиль широко применяется как на бытовом уровне, так и в крупных промышленных системах. При большом диапазоне рабочих температур. электромагнитный вентиль выполняет регулирование потока среды. , .
Принцип работы и конструкция электромагнитного клапана
При производстве электромагнитного клапана применяются материалы, которые соответствуют требованиям ГОСТ и международным стандартам. Соленойдный клапан состоит из следующих элементов:
При этом корпус может изготавливаться из , . убрана в герметичный корпус, а обмотка выполнена из высокопрочной технической меди. Для обеспечения максимальной герметичности для изготовления используются такие материалы как термостойкая резина, силикон, каучук, фторопласт, политетрафторэтилен (PTFE). Нержавеющую маркированную сталь так же используют для производства .
Принцип работы электроклапана основан на работе такого элемента как электромагнитная катушка. Когда постоянный или переменный ток отсутствует на катушке, то под механическом воздействии пружины, мембрана или поршень клапана расположены в седле устройства. Однако при подаче напряжения различной мощности на соленоид, плунжер втягивается внутрь катушки, тем самым обеспечивая открытие или закрытие протокового отверстия. Прекращение подачи напряжения на катушку приводит к закрытию створок. Соленоидный клапан может иметь разные конструктивные особенности которые зависят от его типа.
Типы электромагнитного клапана
Электромагнитные клапаны разделяют по типу рабочего положения, принципу действия, присоединения к трубопроводу, уплотнительной мембраны и уплотнению поршня.
По типу рабочего положения клапаны бывают:
· Поломка индукционной катушки вызывается неправильной мощностью напряжения, которое подаётся на катушку или превышением граничных показателей температуры или давления внутри трубопровода, так же попадание влаги внутрь катушки может вызвать короткое замыкание и сгорание катушки. Данная неисправность устраняется заменой . Так же Вы можете установить , для предотвращения перегрева катушки.
· Если клапан открывается и закрывается не полностью, то это может быть вызвано засорением управляющего отверстия, дефектом мембраны, прокладки или уплотнения поршня, а так же остаточным напряжением на катушке.
Ремонт соленоидного клапана производится квалифицированными специалистами, которые имеют доступ к работе с электросетями.
Производство электромагнитных клапанов осуществляется на специальных заводах трубопроводной арматуры, которые расположены практически в каждой стране мира.
Стоимость соленоидного клапана зависит от его функций, типа конструкции, диаметра, фирмы производителя электромагнитных (соленоидных) клапанов. Наши специалисты могут помочь определить необходимый вид устройства.