先導(dǎo)式電磁閥作用原理

                         先導(dǎo)式電磁閥作用原理

                         上海申弘閥門有限公司

 在電磁先導(dǎo)閥(下圖) 電磁頭不通電的情況下(電磁頭無輸出力) , 彈簧的作用力作用在閥桿上,閥桿將閥芯壓緊在閥座上并保持密封。當(dāng)電磁頭通電產(chǎn)生提升力, 克服彈簧的力, 將閥桿提起, 閥芯脫離閥座, 系統(tǒng)介質(zhì)排放。先導(dǎo)式電磁閥，通電時，依靠電磁力提起閥桿，導(dǎo)閥口打開，此時電磁閥上腔通過先導(dǎo)孔卸壓，在主閥芯周圍形成上低下高的壓差，在壓力差的作用下，流體壓力推動主閥芯向上移動將主閥口打開；斷電時，在彈簧力和主閥芯重力的作用下，閥桿復(fù)位，電磁閥上腔壓力升高，流體壓力推動主閥芯向下移動，主閥口關(guān)閉。電磁閥工作原理：當(dāng)線圈通電時，電磁鐵芯吸合，卸壓孔打開，主活塞由介質(zhì)壓力推動，打開主閥口，介質(zhì)流通。上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導(dǎo)式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調(diào)節(jié)閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。當(dāng)線圈斷電時，主閥口關(guān)閉，介質(zhì)截止。常開：當(dāng)線圈通電時，電磁鐵芯吸合，卸壓孔打閉，主活塞由介質(zhì)壓力推動，關(guān)閉主閥口，介質(zhì)截止。 當(dāng)線圈斷電時，主閥口打開，介質(zhì)流通。電磁閥按內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式不同，分為先民式和直動式兩種結(jié)構(gòu)形式，其原理如下：

先導(dǎo)式電磁閥

先導(dǎo)式電磁閥工作原理圖工作原理：采用二次開閥結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁線圈通電后即瞬間產(chǎn)生磁場，在電磁力的作用下，動鐵芯吸合，副閥開啟，此時主閥芯向上運動，達(dá)到主閥開啟介質(zhì)流通的目的。當(dāng)電磁閥線圈斷電后，磁場消失，動鐵芯在彈簧力的作用下復(fù)位，將副閥關(guān)閉，此時介質(zhì)從平衡孔進(jìn)入主閥芯上腔，使上腔壓力升高，在彈簧力和壓力差的雙重作用下，使主閥芯復(fù)位，將主閥關(guān)閉，介質(zhì)流斷。

直動式電磁閥

直動式電磁閥工作原理圖工作原理：直動式電磁閥為平衡直動式結(jié)構(gòu)，它是利用壓力自動平衡原理及電磁閥力共同作用于閥芯，動鐵芯與閥芯為一體化結(jié)構(gòu)。當(dāng)線圈通電時，動鐵芯受電磁力驅(qū)動直接向上作用與定鐵芯及合，閥口瞬時打開，介質(zhì)通過。線圈失電時，磁力消失，動閥芯在彈簧力作用下下落并封閉閥口，介質(zhì)斷流。特別適用于介質(zhì)需要排空或高低壓同時存在的場所使用。
先導(dǎo)膜片式結(jié)構(gòu)，低功能。先導(dǎo)式電磁閥，由先導(dǎo)閥與主閥組成，兩者有通道相，當(dāng)電磁閥線圈通電，動鐵芯與靜鐵芯吸合使導(dǎo)閥孔開放，閥芯背腔的壓力通過導(dǎo)閥孔流向出口，此時閥芯背腔的壓力低于進(jìn)口壓力，利用壓差使閥芯脫離主閥口，介質(zhì)從進(jìn)口流向出口。當(dāng)線圈斷電，動鐵芯與靜鐵芯脫離，關(guān)閉了導(dǎo)閥孔，閥芯背腔壓力受進(jìn)口壓力的補(bǔ)充逐漸趨于和進(jìn)口平衡，閥芯因彈簧力作用下把閥門緊密關(guān)閉。

導(dǎo)活塞式電磁閥如：ZCB、ZCZP、ZCGL

先導(dǎo)膜片式電磁閥如： ZCA、ZCS

特點：功率消耗低、通徑較大，而結(jié)構(gòu)簡單、安裝方向任意，但只能用于電磁閥兩端有一定壓差的場合。

 電磁閥是航天領(lǐng)域中廣泛使用的控制元件, 某先導(dǎo)式雙向電磁閥是兩位五通結(jié)構(gòu), 具有常開和常閉兩個腔體, 通過氣體流動切換下游用氣設(shè)備的打開和關(guān)閉。由于該電磁閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)和氣路通道比較復(fù)雜, 在使用過程中, 發(fā)現(xiàn)同一種電磁閥的不同個體會呈現(xiàn)出不同的建壓過程。由于該電磁閥的常開腔和常閉腔建壓壓力(無特殊說明, 本文中的壓力均指表壓) 和建壓時間有可能對下游用氣設(shè)備產(chǎn)生較大影響, 故需要對其進(jìn)行深入分析。

          先導(dǎo)式雙向電磁閥主要由閥體、常閉主閥瓣、常開主閥瓣、先導(dǎo)閥瓣、電磁鐵等零部件組成。主閥瓣和活塞之間通過頂桿相連(圖1) , 其特點是內(nèi)部無彈簧等彈性復(fù)位元件, *靠氣動力和電磁力切換各氣路通道, 控制常開腔和常閉腔供氣和密封, 高工作壓力5.0MPa 。

        當(dāng)電磁鐵處于斷電狀態(tài)時, 進(jìn)口氣體分為兩路, 一路直接作用于常開主閥瓣上使其打開, 電磁閥常開腔B 供氣, 另外一路作用于先導(dǎo)閥瓣上,并沿氣體通道進(jìn)入常閉控制腔F 內(nèi), 使常閉主閥瓣密封。當(dāng)電磁鐵通電后, 先導(dǎo)閥瓣關(guān)閉, 常閉控制腔F 內(nèi)氣體從放氣口D 排入大氣, 常閉控制腔F泄壓, 常閉主閥瓣開啟, 電磁閥常閉腔C 供氣,同時氣體也會沿氣體通道進(jìn)入到常開控制腔E 內(nèi),將常開主閥瓣壓緊密封。
保護(hù)型膜片結(jié)構(gòu)設(shè)計，壽命延長兩倍。
配管方式可以任意角度安裝，為增強(qiáng)壽命是水平管接線圈朝上。
線圈防護(hù)等級IP65。
適用介質(zhì)：液體、水、熱水、氣體、油、瓦斯等

 
                  1、 閥位指示器 2、電磁頭 3、軛架 4、彈簧 5、閥桿閥芯組建 6、閥體 7、閥座
    先導(dǎo)式電磁閥常見故障
    1、閥芯上部銷孔磨損, 銷孔內(nèi)側(cè)有較為明顯的被磨壓形成的凹槽, 微觀形貌可見有磨屑磨粒及較短的劃痕等特征, 磨痕邊緣為擠壓輾平的金屬磨屑形態(tài)。閥芯內(nèi)腔底部與調(diào)節(jié)螺釘接觸處, 可見有明顯的磨損痕跡, 靠中間位置形成一圓形的凹坑, 微觀形貌可見有剝落及腐蝕微孔等顯微特性。
    2、閥桿僅外圓表面有局部磨損, 存在部分剝落現(xiàn)象, 局部區(qū)域留下了與軸向基本平行的溝槽特征,可認(rèn)為該閥芯與閥桿間存在周向相對運動。
    3、銷釘兩端有明顯的磨損及溝槽, 表面有可見剝落及較短的劃痕等顯微特性。
    先導(dǎo)式電磁閥原因分析
    經(jīng)檢測, 閥芯、閥桿、調(diào)節(jié)螺釘和銷釘材料的化學(xué)成分均與設(shè)計技術(shù)要求一致。硬度測試結(jié)果顯示, 調(diào)節(jié)螺釘?shù)挠捕燃s為280HV , 閥芯硬度約為440HV , 閥桿硬度約為500HV , 銷釘硬度約為550HV。分析確定, 閥門開啟時閥芯等組件沿軸向產(chǎn)生微小振動及周向的相對微小轉(zhuǎn)動, 造成了銷釘、閥芯銷孔處以及閥桿外表面的局部磨損。對于調(diào)整螺釘?shù)穆菁y部位而言, 宏觀分析及微觀分析表明, 該部位主要為接觸疲勞引起的失效。由于螺紋連接部位存在一定的間隙, 在接觸應(yīng)力以及泄漏引起的振動荷載作用下, 金屬表面的直接接觸以及相對的運動, 使硬度相對較低的螺桿螺紋表面產(chǎn)生剝落(能譜分析結(jié)果表明磨損表面發(fā)生了金屬的遷移) 。剝落的磨屑及基體脫落的粒子又使表面產(chǎn)生了磨料磨損, 同時兼有腐蝕磨損等, 導(dǎo)致了螺紋部的失效。由金相分析可知, 螺紋部的外表層存在較明顯的形變流變痕跡, 表明該螺紋部位存在較大的應(yīng)力作用。調(diào)節(jié)螺釘螺紋處的腐蝕麻點及腐蝕斑, 加上先導(dǎo)閥開啟后, 其電磁頭保持帶電產(chǎn)生磁性, 引起調(diào)節(jié)螺釘和閥桿材料之間電極電位存在差異, 使調(diào)節(jié)螺釘螺紋處與閥桿之間的電化學(xué)腐蝕作用加速了螺紋處的失效。對于調(diào)節(jié)螺釘下端頂部而言, 由于閥芯與調(diào)節(jié)螺釘電極電位存在差異, 導(dǎo)致閥芯產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕引起表面粗糙以及接觸強(qiáng)度下降, 因而導(dǎo)致調(diào)節(jié)螺釘下端頂部與閥芯接觸面產(chǎn)生粘著磨損(能譜分析中也可看出磨損面上產(chǎn)生的金屬遷移) , 隨著泄漏引起的軸向振動載荷以及周向轉(zhuǎn)動載荷的不斷作用, 較軟的螺釘頂部將隨著粘著磨損的進(jìn)行不斷削平, 終導(dǎo)致螺桿接觸端面的失效。部件的失效分析表明, 失效不是由于單向高載荷引起的, 而是一種循環(huán)載荷(如振動) 現(xiàn)象。在電磁閥的使用過程中，有幾點是大多數(shù)學(xué)徒都不太注意的。下兩談?wù)勥@些注意事項。
    安裝注意事項。當(dāng)電磁閥應(yīng)用在氣動系統(tǒng)中，與氣動元件連接時一般采用生料帶(即密封帶)纏繞。同樣是為了完成密封的功能而纏繞。但是各位有經(jīng)驗的朋友肯定會碰到這樣一種現(xiàn)象：明明是全新的元件，怎么試機(jī)時卻老是漏氣。這其中的一個大原因，也是常見的原因就是，在生料帶纏繞時沒有按正確的方法，有部分生料帶跑到氣路里面去了。這要求在纏繞生料帶時要注意一個正反的順序。這點請各位學(xué)徒自已去試驗和體驗。
    對于電流大的電磁閥須在前端加裝繼電器。尤其是油壓系統(tǒng)中的電磁閥，因為電流大，如果不加裝繼電器，則該電磁閥之壽命將很短。   

    先導(dǎo)式電磁閥改進(jìn)措施
    為了消除閥芯組件的振動問題, 其有效的方法就是在先導(dǎo)閥處于開啟狀態(tài)時, 消除閥芯的自由活動性。因此對閥芯組件做了改進(jìn)。
   ①取消閥桿的上密封, 將閥芯的筒體長度增加, 以閥芯與閥桿套筒控制閥門的行程。
   ②取消調(diào)節(jié)螺釘, 不再通過調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)閥門的行程, 避免材料不同引起電極電位差導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕。閥桿加長, 頂部呈圓頭, 材料仍采用Inconel , 與閥芯材料接近。
   ③銷釘直徑由Φ3mm 增加到Φ5mm , 提高了強(qiáng)度, 以便在閥門處于開啟狀態(tài)下將閥桿的力傳遞到閥芯上, 將閥芯的上密封壓緊在閥桿套筒上, 防止閥門開啟后閥芯在蒸汽流的情況下發(fā)生振動。閥門的行程則通過閥芯的筒體長度來調(diào)整, 在先導(dǎo)閥組裝初期, 通過加工閥芯的倒密封端來控制行程, 并控制先導(dǎo)閥的行程為負(fù)偏差, 閥芯和閥座密封面研磨后, 其行程取正偏差, 這樣即使閥芯和閥座密封面多次研磨后也能保證先導(dǎo)閥的行程在允許誤差范圍內(nèi)。閥芯組件改進(jìn)后, 通過熱態(tài)試驗臺架對一個新結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)閥進(jìn)行了500 次的開關(guān)排放試驗。試驗完成后, 對閥芯組件進(jìn)行了解體檢查, 未發(fā)現(xiàn)振動造成的磨痕。又經(jīng)現(xiàn)場實際運行3 個月后解體檢查, 先導(dǎo)閥狀態(tài)良好, 未發(fā)現(xiàn)閥芯部件存在磨痕, 證明已經(jīng)消除了電磁先導(dǎo)閥不能長時間開啟的缺陷。本文相關(guān)的論文有：中國閥門產(chǎn)值遞增