Соленоидный электромагнитный клапан: сфера применения и основные виды

Использование электромагнитных клапанов обуславливается их высокой многофункциональностью, надежностью и долговечностью в системах, где требуется автоматизировать регулирование потока различных рабочих сред – современный рынок предлагает устройства с возможностью дистанционного и программного управления жидкостями и газами в самых разнообразных отраслях и промышленностях. В данной статье мы подробно разберем основные разновидности соленоидных клапанов, а также рассмотрим их основные сферы применения.

Виды электромагнитных клапанов

Виды электромагнитных клапанов, основанных на принципе действия, делятся на две основные разновидности: клапаны прямого действия и клапаны непрямого действия, по-другому – пилотные клапаны.

Клапаны прямого действия управляются напрямую с помощью электромагнитной катушки, которая является непосредственной причиной открытия и закрытия клапана. Электромагнитное поле активируется вокруг сердечника посредством подачи на катушку напряжения – оно создает силу определенной направленности, которая перемещает запорную мембрану и открывает путь для движения жидкости или газа. Когда электромагнитное поле отключается, пружина возвращает мембрану в исходное положение, перекрывая поток рабочей среды. Клапаны прямого действия обеспечивают быстрое реагирование на сигнал дистанционного управления и могут быть использованы в широком диапазоне промышленных применений, например, в сельскохозяйственных оросительных системах.

Клапаны непрямого действия используются для управления потоком с помощью пилотного элемента, который также управляется электромагнитной катушкой, при этом реагируя на различия в давлении рабочих сред на входе и выходе. Когда электромагнитная катушка активируется вследствие перепада давления, она создает магнитное поле, которое удерживает пилотное устройство в открытом или закрытом положении, позволяя веществу двигаться или находиться в состоянии покоя. Когда электромагнитная катушка выключается, магнитное поле рассеивается, и пружина возвращает пилотный механизм в исходное положения.

Назначение соленоидного клапана

Работа соленоидного клапана основана на активации электромагнитной катушки, которая создает магнитное поле и притягивает плунжер, а вместе с ним и мембрану внутрь катушки – таким образом открывается просвет для прохождения рабочей среды. При выключении электромагнитного поля пружина возвращает плунжер в исходное положение, закрывая поток с помощью мембраны.

Данная запорная арматура применяется на малых и крупных предприятиях в целях автоматизации рабочего процесса. Так, сотрудник воздействует на открытие/закрытие потока дистанционно с помощью пульта управления или таймера, а в случае с пилотными устройствами рабочая среда саморегулируется перепадами давления.

Конструкция соленоидных клапанов прямого действия

Соленоидные клапаны прямого действия имеют простую конструкцию, состоящую из следующих основных элементов:

• Корпус – внешняя оболочка клапана обычно изготавливается из стали, чугуна или пластика в зависимости от назначения и требуемых характеристик. Корпус вмещает в себе внутренние компоненты и обеспечивает их герметичную защиту;
• Электромагнитная катушка – является сердцевиной источника энергии, служащей в качестве основного элемента управления и состоит из медного провода, намотанного вокруг ферромагнитного сердечника;
• Шток – трубовидный элемент из нержавеющей стали, помогающий улучшить действие магнитного поля при подаче питания;
• Плунжер – представляет собой подвижный элемент клапана, который перемещается внутри катушки. Чаще всего изготавливается из любого магнитного материала, включая железо или никель;
• Мембрана – перекрывает седло клапана и ограничивает движение потока, изготавливается из таких материалов, как фтор-эластомер, этиленпропиленовый эластомер или бутадиен-нитрильный каучук, которые выдерживают повышенные и пониженные рабочие температуры от -400 до +1500°C;
• Пружины – одна из них расположена между штоком и плунжером, другая соединяет мембрану и плунжер, отвечает за возвращение клапана в исходное положение и его фиксацию в состоянии покоя, обеспечивает давление и силу, необходимые для закрытия клапана.

Устройство соленоидных клапанов непрямого действия

Соленоидные пилотные клапаны имеют электромагнитную катушку меньшей мощности и включают в себя аналогичные составные элементы:

• Корпус – служит внешней оболочкой клапана и обеспечивает защиту внутренних компонентов;
• Электромагнитная катушка – выполняет роль управляющего элемента, при подаче электрического тока на медную катушку создает магнитное поле, которое действует на остальные компоненты клапана;
• Мембрана – перекрывает поток, изготавливается из устойчивых к повышенным и пониженным температурам материалов;
• Пилотный затвор – представляет из себя отдельную камеру с отверстиями для подачи воды и создания давления в системе, отвечает за открытие/закрытие потока посредством движения плунжера из-за разницы в давлении;
• Пружины – как и в случае с клапанами прямого действия, соленоидные пилотные клапаны также располагают пружинами, которые обеспечивают возврат пилотного устройства или основного клапана в исходное положение при отключении электромагнитного поля.

Типы электромагнитных клапанов

Электромагнитные клапаны являются устройствами, используемыми для управления потоком жидкости или газа в различных промышленных системах. Они имеют две основные разновидности: клапаны прямого действия и клапаны непрямого (пилотного) действия. В обоих случаях устройства обеспечивают автоматическое регулирование потока рабочей среды, а выбор конкретного типа зависит от следующих требований системы:

• Давление;
• Температура;
• Тип жидкости;
• Энергопотребление системы;
• Требуемая точность управления.

Особенности соленоидного клапана прямого действия

В таких устройствах непосредственное воздействие соленоида на шпиндель является причиной открытия или закрытия клапана – они обладают высокой надежностью и точностью управления, поскольку процесс протекает не вручную (механически), а с помощью дистанционного управления и задействования электромагнитного поля, что позволяет переключать поток за доли секунды. Изделия часто используются в бытовых трубопроводах, пневматических и гидравлических системах автоматического управления, в различных промышленных процессах и системах охлаждения.

Особенности соленоидного клапана пилотного действия

В электромагнитном клапане непрямого действия соленоид управляет потоком рабочей жидкости, которая, в свою очередь, регулирует открытие или закрытие клапана посредством перепадов давления. Устройства не требуют высокого уровня энергопотребления, однако система должна обладать минимальным рабочим давлением со значениями в пределах от 0,1 до 1 бар для нормальной работы. Пилотные механизмы применяются там, где требуется меньшее энергопотребление или когда необходимо управлять большими потоками жидкости или газа. Кроме того, они используются в системах с высоким давлением, где клапаны с прямым действием окажутся неэффективными для регулирования потока.

Типы электромагнитных клапанов в зависимости от потоков

В зависимости от потока и его направления, существуют различные типы электромагнитных клапанов, среди них выделяют двухходовые, трехходовые и четырехходовые – рассмотрим каждый из них подробнее.

Двухходовой электромагнитный клапан

Двухходовые клапаны являются наиболее распространенными разновидностями и имеют два состояния: открытое и закрытое, в первом случае клапан обеспечивает прохождение потока, а в закрытом состоянии он перекрывает поток. Механизм располагает двумя портами – вход и выход, а также двумя положениями – открыто и закрыто.

Существуют два вида устройств: нормально открытый клапан и нормально закрытый, первый остается открытым до подачи питания, а второй наоборот характеризуется изначальным закрытым положением до того момента, как на него не будет подан ток – эти две разновидности устройств широко используются в системах, где требуется простое управление двумя состояниями потока.

Трехходовый электромагнитный клапан

Трехходовые клапаны располагают тремя патрубками для подсоединения к трубопроводу, при этом один из них всегда находится в открытом положении для подачи жидкости или газа. Наряду с предыдущей разновидностью эти клапаны также бывают нормально закрытыми и нормально открытыми, но вдобавок делятся еще на два типа:

1. Распределительные;
2. Переключающие.

Первые изначально транспортируют рабочую среду только одному потребителю, а после подачи напряжения распределяют её сразу двум. Вторая разновидность в изначальном положении также передает жидкость или газ одному потребителю, а после подачи сигнала перекрывает один ход и направляет среду только второму потребителю.

Четырехходовой электромагнитный клапан

Четырехходовые соленоидные клапаны применяются в системах кондиционирования воздуха для перенаправления потоков хладогента в зависимости от времени года – в таких механизмах предусмотрен летний режим охлаждения и зимний режим обогрева, которые работают за счет действия паров высокого давления и компрессионных установок.

Сферы применения соленоидных клапанов

Соленоидные клапаны широко применяются в различных сферах и отраслях благодаря своей надежности, точности и быстрому реагированию – перечислим основные из них:

• Промышленное применение – используются в промышленных системах автоматизации и контроля, включая пневматические и гидравлические системы, контролируя потоки сжатого воздуха, газов, воды, масел и других рабочих сред;
• Автомобильная промышленность – применяются для управления топливом, системами впуска и выпуска, охлаждения, пневматического и гидравлического управления;
• Медицина – являются неотъемлемым компонентом в аппаратах искусственной вентиляции легких (ИВЛ), анализаторах крови, системах дозирования лекарств и других;
• Пищевая промышленность – незаменимы в системах наполнения, смешивания, дозирования и упаковки для управления потоком ингредиентов в различных агрегатных состояниях;
• Климатическая техника – применяются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, управляя потоками хладагента и других рабочих сред для охлаждения и нагрева;
• Канализация – хорошо подходят для дозированной подачи воды в общественных водопроводных системах в течение определенного промежутка времени с помощью встроенного таймера;
• Сельскохозяйственная промышленность – используются в системах автоматического полива для выращивания различных культур, а также управляют потоком воды для орошения парков, гольф-полей и других зеленых зон;
• Авиационная и космическая промышленность – востребованы в системах управления топливом, пневматического и гидравлического управления, пожаротушения и других.

Представленный список вмещает в себе лишь несколько примеров сфер применения соленоидных клапанов – они также используются в системах безопасности, оборудовании для обработки воды, промышленных и лабораторных анализаторах и во многих других областях, так или иначе связанных с регулировкой подачи жидкостей и газообразных веществ.

Преимущества выбора соленоидного клапана

Выбор соленоидного клапана для конкретного применения предлагает несколько существенных преимуществ, основными из которых являются:

1. Быстрое реагирование – электромагнитные клапаны имеют высокую скорость открытия и закрытия, позволяя моментально регулировать потоки рабочей среды, что особенно важно в системах, требующих точного управления и мгновенной реакции;
2. Высокая надежность – такие механизмы располагают несложной конструкцией с небольшим количеством подвижных частей, которые могут работать без сбоев в течение длительного периода времени и выдерживать интенсивные рабочие условия;
3. Широкий диапазон рабочих сред – универсальность достигается за счет простоты устройства и использования износостойких материалов, которые не подвергаются воздействию жидкостей и газов, а также защищены от пониженных и повышенных температур;
4. Энергосбережение – изделия требуют небольшого количества энергии для работы, поскольку могут быть открытыми или закрытыми только при подаче электрического сигнала, что способствует существенной экономии ресурсов;
5. Точное управление потоком – соленоидные клапаны обеспечивают высокую степень контроля над потоками рабочей среды и могут быть настроены под нужные значения давления и времени открытия/закрытия, что особенно важно в системах, где необходима расчётливость;
6. Возможность автоматизации – устройства легко интегрируются в системы автоматизации и управления и могут работать совместно с датчиками и контроллерами для автоматического управления потоками рабочей среды на основе заданных параметров;
7. Широкий выбор – изделия доступны в различных конфигурациях, размерах и спецификациях, позволяя подобрать оптимальное решение для конкретных потребностей и условий эксплуатации.

Таким образом, выбор соленоидного клапана предлагает ряд преимуществ, включая быстрое реагирование, долговечность, экономическую эффективность, энергосбережение и возможность точного управления потоками рабочей среды – это делает их популярным выбором во многих отраслях и сферах промышленности.