Электромагнитный соленоидный клапан и все о нем

Принцип действия пилотного электромагнитного клапана

Клапан нормально закрытый В статичном положении напряжение на катушке отсутствует – электро клапан закрыт. Запорный орган (мембрана или поршень, в зависимости от типа клапана) герметично прижат, силой действия пружины и давления рабочей среды к седлу уплотнительной поверхности. Пилотный канал закрыт подпружиненным плунжером. Давление в верхней полости клапана (над мембраной) поддерживается через перепускное отверстие в мембране (или через канал в поршне) и равно давлению на входе в клапан. Клапан электромагнитный находится в закрытом положении, пока катушка не окажется под напряжением.

Для открытия клапана напряжение подается на катушку. Плунжер, под воздействием магнитного поля поднимается и открывает пилотный канал. Так как диаметр пилотного канала больше перепускного, давление в верхней полости клапана (над мембраной) понижается. Под действием разницы давлений, мембрана или поршень поднимается вверх и клапан открывается. Клапан останется в открытом положении, пока катушка находится под напряжением.

Клапан нормально открытый

Принцип действия нормально открытого клапана наоборот – в статичном положении клапан находится в открытом положении, а при подаче напряжения на катушку клапан закрывается. Для удержания нормально открытого клапана в закрытом состоянии, напряжение необходимо подавать на катушку долговременно.

Для правильной работы любых клапанов пилотного действия необходим минимальный перепад давления, ΔP – разница давлений на входе и на выходе клапана. Пилотные клапаны назвают клапанами непрямого действия, т.к. кроме подачи напряжения, необходимо выполнение условия по перепаду давления. Подходит в большинстве случаев, для эксплуатации в системах водоснабжения, отопления, системах ГВС, системах пневмоуправления и др. – везде, где присутствует давление в трубопроводе.

Принцип действия клапана электромагнитного прямого действия

У электромагнитного клапана прямого действия пилотный канал отсутствуют. Эластичная мембрана в центре имеет жесткое металлическое кольцо и через пружину соединена с плунжером. При открытии клапана, под воздействием магнитного поля катушки, плунжер поднимается вверх и снимает усилие с мембраны, которая моментально поднимается и открывает клапан. При закрытии (отсутствии магнитного поля), подпружиненный плунжер опускается и с усилием прижимает мембрану, через кольцо к уплотнительной поверхности.

Для клапана электромагнитного прямого действия, минимальный перепад давления на клапане не требуется, ΔPmin=0 бар. Клапаны прямого действия, могут работать как в системах с давлением в трубопроводе, так и на сливных емкостях, накопительных ресиверах и в других местах, где давление минимально или отсутствует.

Принцип действия бистабильного клапана

Бистабильный клапан имеет два устойчивых положения: «Открыто» и «Закрыто». Переключение между ними осуществляется последовательно, подачей короткого импульса на катушку клапана. Особенностью управления является необходимость подачи импульсов переменной полярности, поэтому бистабильные клапаны работают только от источников постоянного тока. Для удержания открытого или закрытого положения подавать напряжение на катушку не требуется! Конструктивно, бистабильные импульсные клапаны выполнены как пилотные клапаны, т.е. необходим минимальный перепад давления.

Клапан электромагнитный соленоидный (англ. solenoid valve) – это функциональная и надежная трубопроводная арматура. Ресурс работы специальных электромагнитных катушек составляет до 1 миллиона включений. Время, необходимое для срабатывания мембранного магнитного клапана в среднем составляет от 30 до 500 миллисекунд, в зависимости от диаметра, давления и исполнения. Клапаны электромагнитные можно применять как запорные устройства дистанционного управления, так и для безопасности, в качестве отсечных, переключающих или отключающих электроклапанов.

Назначение и принцип работы устройства

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.

Клапаны соленоидные электромагнитного вида, а также их конструктивные особенности

Такие системы разнятся конструктивными особенностями, в связи с чем их подразделяют на:

1. в зависимости от того, где располагается запорный орган в тот момент, когда катушка электромагнитного клапана подвергается воздействию электрической энергии, такие клапаны подразделяются на нормально открытого (сокращенно НО), а также нормально закрытого (сокращенно НЗ) типов. В том случае, если клапан находится в нормально открытом состоянии в период обесточивания катушки, то рабочая среда беспрепятственно движется внутри системы, если клапан нормально закрытого плана – то в случае, если сама катушка в этот момент будет обесточена, то такой проход будет закрыт и среда двигаться не сможет;
2. электромагнитные клапаны, которые изготавливаются в настоящее время на современных специализированных предприятиях, можно также настроить на необходимый вид: сделать из них нормально открытого типа либо нормально закрытого, в зависимости от того, какой тип устройства нужен в конкретной системе;
3. в зависимости от исполнения и импульса управления, который поступает на катушку, клапаны подразделяются на бистабильные (импульсные), обладающие возможностью переключения с положения «открыто» на положение «закрыто» и в обратную сторону;
4. что касается сферы применения, то такого типа соленоидные клапаны могут пропускать любую рабочую среду, в том числе и бензин либо любые иные топливные жидкости;
5. в зависимости от того, в какую систему такие клапаны будут вмонтированы, разнится материал, используемый для их изготовления. Если среда нахождения их предполагается взрывоопасная, то материал также должен быть взрывостойким. Такие устройства принято использовать на нефтегазодобывающих и перерабатывающих предприятиях, на топливных складах, автозаправочных станциях и иных предприятиях промышленного и народного хозяйства, где слишком высокая степень взрывоопасности и пожароопасности.

С чего начинать

Сначала необходимо убедиться, что именно клапан подачи стиральной машинки вышел из строя. Признаками поломки служит поступление в бак воды при выключенном оборудовании, или наоборот, ее отсутствие, когда запущена стирка. Перед тем, как разбирать стиралку, необходимо:

• отключить агрегат от электропитания – вынуть вилку из розетки;
• перекрыть воду на вводном кране;
• приготовить тазик и тряпку, чтобы убирать пролившуюся воду;
• машинку отодвинуть от стены и поставить на свободное место с доступом со всех сторон;
• на ноги обуть сухие туфли с непромокаемой подошвой.

Если в стиральной машине остается вода, ее следует удалить через сливной шланг рядом с фильтром, или открутив пробку (отсек расположен впереди, внизу). Для этого используют низкий тазик или иную тару. Остатки влаги, пролившиеся на пол, вытирают тряпкой или ветошью.

Инструменты

Разборка и диагностика клапана производится:

• крестовой и плоской отверткой (рекомендуем использовать шуруповерт);
• плоскогубцами;
• пассатижами с острыми губками;
• мультиметром.

Все детали легко снимаются, без применения силы, особенно если есть пластиковые защелки.

Надежность

Общая надежность любой системы на производственном предприятии не может превышать надежность последнего звена в цепочке управления. Во многих случаях таким звеном является соленоидный клапан с дистанционным управлением, который запускает или останавливает производственный процесс.

По сути, соленоидный клапан — это устройство для электрического прерывания или отвода потока рабочей среды в трубе. Существует множество типов соленоидных клапанов, однако все они основаны на одном принципе: отверстие закрывается или открывается для того, чтобы регулировать поток. Области применения таких клапанов разнообразны. С одной стороны, их можно использовать для управления стандартными отсечными и регулирующими клапанами или же специальными клапанами — например, клапанами систем повышенной надежности для защиты от превышения давления (High Integrity Pressure Protection System, HIPPS) и клапанами аварийного отключения (Emergency Shutdown, ESD). С другой, они подходят и для непосредственного управления рабочими средами при контроле пожаротушения или управления системами обеспечения паром, водой и воздухом. Соленоидные клапаны также широко используются в пневматических системах и элементах управления. Во всех этих случаях надежность работы оборудования имеет первостепенное значение.

Для сокращения издержек некоторые предприятия приобретают соленоидные клапаны, основываясь только на их цене. Однако ошибочно полагать, что все клапаны одинаковы и мало что может пойти не так с этими, казалось бы, простыми устройствами, которые обычно состоят из катушки, плунжера и седла. Разработанный на высоком техническом уровне соленоидный клапан может стоить дороже, но расходы в течение срока его службы будут значительно ниже, чем у более дешевых эквивалентных клапанов.

Для подтверждения этого тезиса о ложной экономии рассмотрим традиционный соленоидный клапан. Чтобы уплотнить шток для предотвращения утечки, в них обычно используются специальные кольца. Такая конструкция имеет множество недостатков. Герметизирующая способность уплотнительного кольца со временем снижается из-за износа резины, что приводит к утечкам рабочей среды. Из-за этого рабочая среда или присутствующие в ней загрязнения могут накапливаться на штоке клапана, увеличивая трение. Кроме того, в некоторых конструкциях требуется вентиляционное отверстие, чтобы обеспечить плавное движение штока клапана. Однако из-за такого отверстия внутренние части клапана становятся уязвимыми к загрязнениям из атмосферы, которые также могут откладываться на штоке.

Все эти факторы могут привести к замедлению срабатывания и потенциальным сбоям клапана, а, например, в HIPPS и системах аварийного отключения важна каждая доля секунды. Чтобы справиться с повышенным трением, некоторые поставщики используют более упругую пружину, которая позволит клапану по-прежнему работать при увеличении трения. Для преодоления такой упругости пружины требуется большее значение FFR (Force Friction Ratio — соотношение силы и трения). Соответственно, необходим соленоид большей мощности, а при увеличении мощности выделяется больше тепла. Повышение температуры, в свою очередь, может отрицательно сказаться на сроке службы соленоида. Помимо этого, катушка с повышенным энергопотреблением может повысить расходы на установку клапана, поскольку могут потребоваться провода большего сечения или инженеры будут вынуждены использовать меньше клапанов в одном контуре управления.

Отказы соленоидных клапанов приводят к простоям оборудования со всеми сопутствующими проблемами и затратами. А если клапан заклинит в ситуации, когда требуется аварийное отключение, то результат может быть фатальным.

Рис. 1. Предполагаемый срок службы катушки

Подключение электромагнитного клапана к системе полива огорода

Для небольшого сада лучше подойдет электромагнитный клапан для полива -12 вольт (NT8048). Он безопасен, поскольку при попадании воды на контакты и при касании мокрыми руками удара током не произойдет. Возможность его подключения к аккумуляторной батарее на 15 АЧ позволяет работать без подзарядки в течение недели. Несложно также будет сделать питание от щитка через сетевой адаптер.

Подача воды обеспечивается из накопительного бака, установленного на высоте не менее 2 м. Вода в нем набирается из централизованной системы. Заполнение контролируется поплавковым датчиком, соединенным с пробковым вентилем. Отсутствие насоса снимает много проблем. Полив сада самотеком происходит в течение нескольких часов и при этом его не надо контролировать. Все управление поливом возьмет на себя электронный таймер, подключенный к розетке.

Рабочий цикл соленоида

Другим более практичным способом уменьшения тепла, выделяемого катушкой соленоидов, является использование «прерывистого рабочего цикла». Прерывистый рабочий цикл означает, что катушка многократно переключается «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на подходящей частоте, чтобы активировать механизм плунжера, но не дать ему обесточиться во время периода ВЫКЛ. Прерывистое переключение рабочего цикла является очень эффективным способом уменьшения общей мощности, потребляемой катушкой.

Рабочий цикл (% ED) соленоида — это часть времени «ВКЛ», когда на электромагнит подается напряжение, и это отношение времени «ВКЛ» к общему времени «ВКЛ» и «ВЫКЛ» для одного полного цикла операций. Другими словами, время цикла равно времени включения плюс время выключения. Рабочий цикл выражается в процентах, например:

Затем, если соленоид включен или включен на 30 секунд, а затем выключен на 90 секунд перед повторным включением, один полный цикл, общее время цикла включения / выключения составит 120 секунд, (30 + 90) поэтому рабочий цикл соленоидов будет рассчитываться как 30/120 сек или 25%. Это означает, что вы можете определить максимальное время включения соленоидов, если вам известны значения рабочего цикла и времени выключения.

Например, время выключения равно 15 секундам, рабочий цикл равен 40%, поэтому время включения равно 10 секундам. Соленоид с номинальным рабочим циклом 100% означает, что он имеет постоянное номинальное напряжение и поэтому может быть оставлен включенным или постоянно включен без перегрева или повреждения. В этом уроке о соленоидах мы рассматривали как линейный соленоид, так и вращающийся соленоид как электромеханический привод, который можно использовать в качестве выходного устройства для управления физическим процессом. В следующем уроке мы продолжим рассмотрение устройств вывода, называемых исполнительными механизмами, и устройства, которое снова преобразует электрический сигнал в соответствующее вращательное движение, используя электромагнетизм. Тип устройства вывода, которое мы рассмотрим в следующем уроке — это двигатель постоянного тока.

Материал по теме: Что такое реле времени.

Соленоид в упаковке

Описание и принцип работы соленоида

Линейный соленоид работает на том же основном принципе, что и электромеханическое реле, описанное в предыдущем уроке, и точно так же, как и реле, они также могут переключаться и управляться с помощью транзисторов или полевых МОП-транзисторов. Линейный соленоид — это электромагнитное устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическое толкающее или тянущее усилие или движение. Линейный соленоид в основном состоит из электрической катушки, намотанной вокруг цилиндрической трубки с ферромагнитным приводом или «плунжером», который может свободно перемещать или скользить «ВХОД» и «ВЫХОД» в корпусе катушек. Виды соленоидов представлены на рисунке ниже.

Соленоиды могут использоваться для электрического открывания дверей и защелок, открытия или закрытия клапанов, перемещения и управления роботизированными конечностями и механизмами и даже для включения электрических выключателей только путем подачи питания на его катушку. Соленоиды доступны в различных форматах, причем наиболее распространенными типами являются линейный соленоид, также известный как линейный электромеханический привод (LEMA) и вращающийся соленоид.

Соленоид и сфера применения

Оба типа соленоидов, линейный и вращательный доступны в виде удержания (с постоянным напряжением) или в виде защелки (импульс ВКЛ-ВЫКЛ), при этом типы защелки используются в устройствах под напряжением или при отключении питания. Линейные соленоиды также могут быть разработаны для пропорционального управления движением, где положение плунжера пропорционально потребляемой мощности. Когда электрический ток протекает через проводник, он генерирует магнитное поле, и направление этого магнитного поля относительно его северного и южного полюсов определяется направлением потока тока внутри провода.

Эта катушка проволоки становится « электромагнитом » со своими собственными северным и южным полюсами, точно такими же, как у постоянного магнита. Сила этого магнитного поля может быть увеличена или уменьшена либо путем управления количеством тока, протекающего через катушку, либо путем изменения количества витков или петель, которые имеет катушка. Пример «электромагнита» приведен ниже.

Модернизированный механизм, основанный на магнитах

Теперь разберем работу, основанную на магнитах, что предложили наши умельцы. Вместо обычного коленвала, имеется специальный, который имеет магнитные эксцентрики, сделанные из магнитов (либо имеющие магниты в своем строении). Они притягивают конструкцию клапана, и находятся с ней в постоянном зацеплении. То есть клапан всегда как бы намагничен к этой части вала. В нужное время он закрывается, в другое открывается.

Что нам это дает? Все просто – рапредвалы не испытывают давления пружин, не тратят энергию на преодоление сжатия, а поэтому экономится реально куча энергии! Это реально прорыв.

Как заверяют сами производители, экономия топлива достигает 3 – 4 литров на 100 километров, а таким образом, если ваша ПРИОРА (на механике) расходует 8 -9 литров в городском режиме, то после переделки будет всего 5 – 6 литров! Просто супер! Прибавляется и мощность, по заверению изобретателей около 20 – 30 л.с.

Сейчас ребята, видео этих народных умельцев, больше контактов я не нашел. Можно посмотреть их канал на YOUTUBE.

Категории трубопроводной арматуры

Блоки предохранительных клапанов2
Вентили стальные104
Вентили чугунные47
Задвижки нержавеющие16
Задвижки стальные — ХЛ3
Задвижки стальные77
Задвижки чугунные37
Задвижки шланговые1
Канализационная арматура6
Клапана обратные96
Клапана предохранительные50
Клапана регулирующие72
Конденсатоотводчики стальные3
Краны бронзовые23
Краны стальные — ХЛ45
Краны нержавеющие31
Краны стальные79
Вентили бронзовые18
Краны титановые1
Краны чугунные2
Метизы3
Насосы2
Отводы20
Отопительное оборудование36
Переключающие устройства1
Переходы18
Регулирующая арматура31
Пожарная арматура44
Счетчики воды31
Тройники13
Трубы46
Указатели уровня3
Уплотнительные материалы18
Фильтры, грязевики54
Фитинги26
Фланцы32
Элеваторы7
Электроприводы1
Шаровые краны81
Другое27
Пневмоприводы2
Конденсатоотводчики чугунные2
Затворы стальные38
Затворы чугунные31
Вентили энергетические1
Задвижки энергетические3
Клапана энергетические1
Клапана отсечные12
Компенсаторы сильфонные40

Выбор клапана

Прежде чем приступать к выбору клапана, необходимо выяснить устройство арматуры, принцип ее действия и область применения.

Устройство арматуры

Электромагнитный или соленоидный клапан состоит из следующих элементов:

1. корпуса запорной арматуры, который может быть изготовлен из латуни, бронзы и иных материалов, не подверженных коррозии;
2. поршня и штока, изготовленных из материалов, обладающих достаточными для работы устройства магнитными свойствами;
3. мембраны – чувствительного элемента, подающего сигналы о возникновении аварийной ситуации;

Мембраны могут изготавливаться из различных материалов, что влияет на технические параметры арматуры.

1. электромагнитной катушки (соленоида), располагаемой в защитном корпусе.

Составляющие элементы соленоидного клапана

Как работает клапан

Принцип работы клапана:

1. в обычном положении, в зависимости от вида устройства, пружина клапана находится в опушенном/поднятом состоянии;
2. при подаче электромагнитного сигнала на катушку клапана (220в) пружина поднимается, пропуская излишний поток жидкости, или поднимается для перекрытия потока соответственно;
3. после снятия напряжения составляющие арматуры приходят в обычное состояние.

Схема действия электромагнитного клапана

Область использования

Для чего нужен соленоидный клапан? Арматура используется:

в системах водоснабжения для смешивания потоков и достижения оптимальной температуры или аварийного перекрытии системы;

Соленоидные клапан на трубах подачи воды в жилое помещение

• в системах отопления для снижения потерь при испарении жидкости;
• в канализационных сетях, особенно в местах общественного пользования. Арматура также устанавливается для снижения потерь;
• в оросительных системах. Монтаж электромагнитного клапана позволяет задавать временные интервалы подачи воды для полива растений;
• в моечной технике бытового и промышленного назначения для обеспечения бесперебойной работы слива.

Разновидности клапанов

Произвести классификацию электромагнитных клапанов можно по нескольким признаками:

1. в зависимости от механизма действия клапаны подразделяются на арматуру:
   • прямого действия. Запорный элемент клапана работает под управлением сердечника, на который подается напряжение;
   • пилотного действия. Такая арматура дополнена пилотным клапаном, который и осуществляет управление запорным элементом;

Арматура с дополнительным клапаном управления

1. по положению запорного элемента выделяют:

Открытый электромагнитный клапан в стандартном положении

Принцип работы закрытого электромагнитного клапана

1. по количеству патрубков:
   • одноходовые – клапаны с одним патрубком. Используются для аварийного перекрытия;
   • двухходовые – имеют два патрубка. Арматура может использоваться как для перекрытия/открытия потока, так и для смешивания;
   • трехходовые – три патрубка. Способны выполнять как функцию смешивания, так и функции регулирования и перекрытия.

Электромагнитный клапан с тремя патрубками

При выборе клапана также рекомендуется учитывать технические характеристики, так как несоответствие требований трубопроводной системы и данных клапана может привести к поломкам арматуры и преждевременному износу.

О разных видах клапан, устройстве арматуры и принципе работы подробно рассказано на видео.

Виды кранов

Пытаться повторить конструкцию обычного запорного вентиля не имеет практического и экономического смысла, если домашняя мастерская не оборудована высокоточными фрезеровальными, токарными и сверлильными станками. Цена промышленных образцов при массовом производстве доступна даже самому скромному бюджету. Другое дело- технически сложная запорная арматура для специальных применений, такие, как:

• шаровый с электроприводом;
• игольчатый;
• незамерзающий;
• с проточным водонагревателем;

Варианты их реализации своими руками будут рассмотрены ниже.

Шаровый с электроприводом,

Моторизованный вентиль может найти свое применение в современных «умных» системах водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха, создаваемых домашними мастерами с минимальным использованием покупных компонентов. Кроме проверки своих сил, тут будет и существенная денежная выгода- покупное устройство с электроприводом стоит от 2 до 10 тыс. руб.

Для шарового крана с установленным электроприводом, сделанного своими руками, понадобятся следующие материалы и комплектующие:

шаровой вентиль 3/4″;

Рисунок 1: Вентиль 3/4

привод стеклоподъемника для Лада 1117, 2123 левый LSA;

Рисунок 2: Электропривод стеклоподъемника

• реле автомобильные пятиконтактные – 2 шт.;
• концевые микровыключатели- 2 шт.;
• жесть листовая толщиной 1 мм (для станины и хомутов);
• трубка стальная 10 мм- обрезки (для втулок);
• профиль квадратный 10*10 мм- 10 см;
• полоса металлическая 4 мм толщиной- 10*1 см;
• пружина диаметром 12 мм;
• болт М8*45 с гайкой и шайбами- 2 шт.

Все электрооборудование на 12 вольт. Из инструментов нужны:

• дрель;
• ножницы по металлу;
• верстак с тисками;
• сварочный аппарат;
• ручной слесарный инструмент (молоток, отвертка, гаечные ключи, пассатижи и т.п.)

Создаваемый механизм должен позволять управлять электрическим краном как с помощью привода, так и вручную. Последовательность изготовления следующая:

• Выгнуть П-образную раму из листа металла.
• Из отрезков трубки сделать втулки для крапления привода стеклоподъемника к станине.
• Закрепить привод.
• Станину закрепить на патрубках, выходящих из шарового крана, с помощью хомутов.
• Из квадратного профиля вырезать насадку на ось редуктора.
• Приварить к ней полосу.
• Из полосы и рукоятки собрать рычажный механизм привода, подпружинив его. Пружина прижимает рычаги друг к другу, при необходимости их можно быстро разъединить без использования инструментов и управлять краном вручную.
• Полосу шарнирно закрепить к рукоятке с помощью болта и гайки. Гайку законтрить.
• Квадратный профиль закрепить на валу редуктора стеклоподъемника.

Далее следует опробовать кинематику, подавая напряжение на электродвигатель. Можно использовать автомобильный аккумулятор или блок питания мощностью не менее 50 вт. Рычажная передача должна двигаться плавно, без рывков и перекосов. При необходимости подправить задевающие друг друга детали напильником.

Теперь наступает очередь электрической части привода.

• В крайних положениях рукоятки смонтировать концевые микровыключатели.
• Подключать их следует таким образом, чтобы они размыкали цепь управления реле, через которое включен двигатель, по достижении крайнего положения «Открыто» или «Закрыто».