Помимо обычных ручных вентилей в магазине также можно увидеть соленоидный электромагнитный клапан автоматического действия. Он позволяет не только управлять током жидкостей и газов в трубопроводах на расстоянии, но и автоматизировать этот процесс.
Такие устройства различаются по внутренней конструкции и назначению. Однако принцип работы у всех них одинаков – закрытие/открытие крана происходит за счет срабатывания электромагнита.
В этой статье рассмотрим, зачем нужен такой клапан и как он работает. Также поговорим об основных разновидностях соленоидных электроклапанов.
Назначение и применение электромагнитных клапанов
Электромагнитный клапан предназначен для управления потоками жидких и газообразных продуктов на расстоянии. Он может быть запорным и регулирующим. Управление при этом может осуществляться как вручную, так и с помощью систем автоматики. По своей конструкции и назначению электромагнитный затвор весьма похож на обычный, с той разницей, что в движение запорный элемент приводится в движение не мускульной силой, а соленоидом, электромагнитом с подвижным сердечником. При подаче напряжения на катушку индуктивности соленоида, она, в зависимости от полярности, втягивает или выталкивает сердечник, соединенный со штоком клапана.
Такие запорные и регулирующие устройства используются как в сложных промышленных установках, так и в домашних системах отопления, водоснабжения, в бытовой технике. Применяются они и в транспортных средствах, работающих на жидком топливе.
Индуктивность соленоида
Редукционный клапан давления масла: устройство, принцип работы и назначение
Индуктивность соленоида выражается следующим образом:
L=μn2V=μ4πz2l{\displaystyle L=\mu _{0}n^{2}V\!={\frac {\mu _{0}}{4\pi }}{\frac {z^{2}}{l}}} (СИ) (6),{\displaystyle \qquad (6),} L=4πn2V=z2l{\displaystyle L=4\pi n^{2}V\!={\frac {z^{2}}{l}}} (СГС) (7),{\displaystyle \qquad (7),}
где μ{\displaystyle \mu _{0}} — магнитная проницаемость вакуума, n=Nl{\displaystyle n=N/l} — число витков на единицу длины соленоида, N{\displaystyle N} — число витков, V=Sl{\displaystyle V=Sl} — объём соленоида, z=πdN{\displaystyle z=\pi dN} — длина проводника, намотанного на соленоид, S=πd24{\displaystyle S=\pi d^{2}/4} — площадь поперечного сечения соленоида, l{\displaystyle l} — длина соленоида, d{\displaystyle d} — диаметр витка.
Без использования магнитного материала магнитная индукция B{\displaystyle B} в пределах соленоида является фактически постоянной и равна
B=μNlI=μnI(8),{\displaystyle B=\mu _{0}{\frac {N}{l}}I=\mu _{0}nI\qquad (8),}
где I{\displaystyle I} — сила тока. Пренебрегая краевыми эффектами на концах соленоида, получим, что потокосцепление Ψ{\displaystyle \Psi } через катушку равно магнитной индукции B{\displaystyle B}, умноженной на площадь поперечного сечения S{\displaystyle S} и число витков N{\displaystyle N}:
Ψ=BSN=μN2ISl=μn2VI=LI(9).{\displaystyle \displaystyle \Psi =BSN=\mu _{0}N^{2}IS/l=\mu _{0}n^{2}VI=LI\qquad (9).}
Отсюда следует формула для индуктивности соленоида
L=μN2Sl=μn2V(10),{\displaystyle \displaystyle L=\mu _{0}N^{2}S/l=\mu _{0}n^{2}V\qquad (10),} эквивалентная предыдущим двум формулам.
Устройство клапана
Соленоидный клапан по составу основных деталей и узлов во многом совпадает с обычным устройством с ручным управлением:
- Корпус с подводящим и отводящим патрубком.
- Рабочая камера с седлом.
- Тарельчатый, шаровой или лепестковый запорный элемент.
- Возвратная пружина.
- Шток, соединенный с запорным элементом и сердечником соленоида
- Соленоид.
Корпус магнитного клапана изготавливается из металлических немагнитных сплавов или прочных пластиков. Высокая герметичность корпуса позволяет применять клапан в различных средах, в том числе и активных. Соленоидные клапана для воды в качестве уплотняющих прокладок используют резину, для более активных сред выбирают фторопласт. Открывать и закрывать клапан соленоид за время службы должен тысячи или даже десятки тысяч раз, поэтому для обмоток берут самые высококачественные медные провода, покрытые изолирующей эмалью.
Управление электромагнитным клапаном осуществляется по проводам, для их присоединения на корпусе снаружи предусмотрены контактные группы.
Устройство должно быть устойчивым к воздействию внешних электромагнитных полей, шумов и вибраций.
Существуют и другие типы электромеханических приводов, такие, как электродвигатель с редуктором, пневматические или гидравлические.
Соленоид
Соленоидом называется проводник, свитый спиралью, по которому пропущен электрический ток (рисунок 1, а).
Если мысленно разрезать витки соленоида поперек, обозначить направление тока в них, как было указано выше, и определить направление магнитных индукционных линий по «правилу буравчика», то магнитное поле всего соленоида будет иметь такой вид, как показано на рисунке 1, б.
Рисунок 1. Соленоид (а) и его магнитное поле (б)
Рисунок 2. Компьютерная модель соленоида
На оси бесконечно длинного соленоида, на каждой единице длины которого намотано n витков, напряженность магнитного поля внутри соленоида определяется формулой:
H = I × n .
В том месте, где магнитные линии входят в соленоид, образуется южный полюс, где они выходят – северный полюс.
Для определения полюсов соленоида пользуются «правилом буравчика», применяя его следующим образом: если расположить буравчик вдоль оси соленоида и вращать его по направлению тока в витках катушки соленоида, то поступательное движение буравчика покажет направление магнитного поля (рисунок 3).
| |
| Рисунок 3. Определение полюсов соленоида | Рисунок 4. Электромагнит |
Видео про соленоид:
Принцип работы электромагнитных систем
Принцип работы электромагнитного запорного клапана основан на физическом явлении электромагнитной индукции. При протекании тока по катушке индуктивности внутри нее возникает магнитное поле, воздействующее на сердечник из магнитных материалов силой, приложенной в продольном направлении. Эта сила, в зависимости от полярности приложенного напряжения, пытается втянуть сердечник внутрь катушки либо вытолкнуть его. При этом происходит открытие либо закрытие затворного элемента.
Катушки соленоидных клапанов могут работать как на постоянном токе напряжением от 5 до 36 вольт, так и на переменном токе напряжением 220 В.
Устройства с низким управляющим напряжением обладают небольшой мощностью и ограниченным усилием, передаваемым на запорный элемент. Это позволяет использовать для управления ими низковольтные полупроводниковые схемы. Применяются такие устройства в системах низкого напора рабочей среды, на трубопроводах малых диаметров.
Приводы, работающие на переменном токе, развивают гораздо большие усилия и могут применяться на магистральных трубопроводах высокого давления и больших диаметров.
Конечные непрерывные соленоиды
Конечный соленоид — соленоид с конечной длиной. Непрерывный означает, что соленоид не сформирован дискретными катушками, но листом проводящего материала. Мы предполагаем, что ток однородно распределен на поверхности соленоида с поверхностной плотностью тока K
; в цилиндрических координатах:
Магнитное поле может быть найдено, используя векторный потенциал, который для конечного соленоида с радиусом a
и длина
L
в цилиндрических координатах является
где
Здесь, и полные овальные интегралы первого, второго, и третьего вида.
Используя
плотность магнитного потока получена как
О разновидностях изделий
Классификация изделий проводится по нескольким параметрам.
Исходя из положения запорного элемента в отсутствие напряжения на катушке различают:
- Нормально открытые, или НО. Проход для жидкости или газа открыт, а при подаче напряжения- он закрывается.
- Нормально закрытые, или НЗ. Проход для среды перекрыт, а при подаче напряжения он открывается.
Некоторые модели выпускаются универсальными, а нормально положение запорного элемента настраивается при установке и подключению к управляющей сети. Такие переключаемые устройства называют бистабильными.
В зависимости от рабочей среды запорную арматуру выпускают для:
- Воздуха.
- Воды.
- Пара.
- Активных сред.
- Горюче-смазочных материалов.
Приборы для работы в радиоактивных средах отличаются специальным подбором материалов с повышенной радиационной стойкостью. Вакуумный электромагнитный клапан должен обеспечивать особо высокую герметичность
Исходя из характеристик внешней среды, исполнение прибора может быть:
- Обычное
- Для влажных помещений.
- Термостойкие (для высоких температур).
- Морозостойкие (для экстремально низких температур).
- Взрывозащищенное. Такие устройства не должны искрить при включении либо выключении. Для этого в них применяются специальные конструктивные решения и материалы.
По типу питающего напряжения катушки делятся на
- Переменного тока, высокого напряжения. Развивают большие усилия, используются на магистральных трубопроводах высокого давления и больших диаметров.
- Постоянного тока, низкого напряжения. Применяются на трубах небольшого сечения и низкого напора.
Есть отдельный класс электромагнитных отсечных клапанов высокого давления. Их называют отсечными. Они предназначены для моментального перекрытия трубопроводов или герметизации емкостей в случае возникновения нештатных или аварийных ситуаций.
И, наконец, по типу функционирования клапаны делятся на
- Одноходовые. Такой затвор имеет только входящий патрубок. Обычно они нормально закрытые и открывают путь водяному или воздушному потоку во внешнюю среду. Используются в качестве предохранительных.
- Двухходовые. Самый распространенный вид, имеют входящий и выходящий патрубки и монтируется в разрыве трубопровода. Применяются для управления потоком в одном из контуров трубопроводной системы.
- Трехходовые. Могут иметь один входной и два выходных патрубка либо два входных и один выходной.
Трехходовые клапаны первого типа применяются для перенаправления потоков из одного контура в другой (например, в системе отопления). Это позволяет поддерживать температуру рабочей среды постоянной без изменения параметров работы источника тепла. Устройства второго типа используются для смешения двух потоков, имеющих разную температуру. Характерным примером служит однорычажный шаровой смеситель на кухне или в ванной.
Ознакомиться со всеми разновидностями электромагнитных клапанов можно тут.
Простые драйверы для соленоидов
Самый простой способ управлять соленоидом — включить и выключить ток.
Это часто делается с помощью переключателя MOSFET с низкой стороны и токового защитного диода (рисунок ниже).
В этой схеме ток ограничен только напряжением питания и постоянным сопротивлением соленоида.
Электромеханические характеристики простого привода соленоида ограничены. Поскольку полное напряжение и ток применяются в течение 100% времени, ток втягивания ограничивается постоянной мощностью рассеяния соленоида. Большая индуктивность катушки ограничивает скорость нарастания тока при включении соленоида.
Область использования
Применение электромагнитных клапанов осуществляется в самых разных областях человеческой деятельности, везде, где возникает необходимость управлять потоками жидкостей и газов дистанционно. Сюда входит:
- Бытовые системы отопления.
- Системы водоснабжения и водоподготовки.
- Технологические установки.
- Трубопроводный транспорт.
- Генерация и распределение тепла.
- Бытовые приборы.
- Канализация.
- Орошение.
- Транспортные средства.
Использование электромагнитных клапанов на транспорте понемногу снижается, поскольку все больше видов транспортных средств переходят на электрические источники энергии и отказываются от жидкого топлива и гидравлики, заменяя их на более надежные электрические приводы. Сходные перспективы просматриваются и в системах отопления. Но в водоснабжении, канализации и других отраслях роль электромагнитных затворов будет только возрастать.
Обзор цен
Купить соленоидный воздушный, дренчерный или газовый клапан мощностью до 380 вольт в России, Украине, Беларуси, можно в любом специализированном магазине. Вы найдете устройства такого типа: фреона, Хонда, СВМ, CEME (СЕМЕ), СКН для разнообразных установок. Каждый производитель предлагает свой прайс-лист, мы собрали средние цены на клапаны производства России, Италии, Германии и стран СНГ:
| Город | Цена, рублей |
| Алматы | 2300 |
| Воронеж | 2100 |
| Екатеринбург | 2100 |
| Новосибирск | 2200 |
| Москва | 2400 |
| Казань | 2300 |
| Самара | 2100 |
| Уфа | 2200 |
| Пермь | 2100 |
Все фирмы предоставляют гарантию на свою продукцию год, продажа осуществляется в официальных дилерских магазинах.
Преимущества электромагнитных клапанов для воды
Главным преимуществом устройства является возможность удаленного и быстрого регулирования потоков рабочей среды. Без электромагнитных затворов становится невозможной работа сложных технологических установок и простых бытовых приборов, таких, как кофеварка и стиральная машина.
Кроме того, электропривод позволяет:
- Подключать соленоидный клапан к централизованной и автоматизированной системе управления. Это многократно повышает точность и оперативность регулировок параметров по сравнению с ручным управлением.
- Снижать трудозатраты на управление технологическими процессами.
- Повышать безопасность производства и исключать воздействие на оператора вредных факторов производственной среды.
- Повышать эффективность работы бытовых приборов и производственных установок за счет точного и быстрого управления потоками рабочих сред и их параметров.
Важным достоинством соленоидного привода по сравнению с электромотором и редуктором является отсутствие зубчатых и червячных передач, исключительная простота устройства и минимум подвижных частей.
Это обеспечивает высокую надежность оборудования, минимальный износ и долгий срок его службы.
Недостатком данного типа устройств являет невозможность плавной регулировки степени открытия затвора. Обеспечивается только два положения: «открыто» и «закрыто».
Особенности встроенного привода
Разновидность электромагнитных силовых приводов, которые выступают в виде составной части рабочей системы, образуя с ней единую коммуникационную инфраструктуру. Как правило, такие устройства имеют компактные размеры и небольшую массу, что и позволяет их встраивать в самые разные инженерно-технические конструкции без существенного влияния на их функциональные и эргономические характеристики. С другой стороны, оптимизация по размерам и необходимость расширения возможностей для обвязки (прямого подключения к оборудованию) ограничивает создателей в обеспечении высокой степени защищенности таких механизмов. Поэтому продумываются типовые бюджетные изолирующие решения наподобие разделительных герметичных трубок, помогающих защищать чувствительные элементы от агрессивного воздействия рабочей среды. К исключениям можно отнести вакуумные клапаны с электромагнитным приводом в металлическом корпусе, к которому подключаются арматурные узлы из высокопрочного пластика. Но это уже специализированные укрупненные модели, имеющие комплексную защиту от токсичных, термических и механических факторов воздействия.
Установка электромагнитного клапана для воды своими руками
Прежде чем приступать к установке, необходимо определить тип подключения. Наиболее часто применяемыми являются:
- Резьбовое. Входной и выходной патрубки снабжены внешней либо внутренней резьбой, через соответствующие фитинги арматура встраивается в разрыв трубопровода. Наиболее удобное для самостоятельной установки, лучше выбрать подключение такого типа.
- Фланцевое. Патрубки оборудованы фланцами, на концах труб также должны быть фланцы соответствующего типоразмера, они стягиваются между собой болтами. Обеспечивают высокое давление и интенсивность потока, чаще применяются на магистралях высокого и среднего давления.
До начала монтажа устройства следует выполнить ряд подготовительных операций. Трубы должны быть размечены, обрезаны под размер и зачищены. Место для установки электромагнитного устройства должно давать свободный доступ к устройству для его монтажа, обслуживания и ремонта. Опытные мастера сформулировали также несколько рекомендаций:
- Все работы по установке или снятию прибора можно проводить только в отключенном от сети виде.
- Трубопроводную систему необходимо дополнить фильтром механической очистки. Это предотвратит загрязнение и повреждение деталей посторонними включениями, такими ка песок, чешуйки ржавчины и известковые отложения.
- Корпус устройства не должен принимать на себя вес участка трубопровода.
- Следует подключать устройство в соответствии с нанесенными на корпусе стрелками. Они указывают направление потока.
- При уличной установке следует защитить клапан от воздействия природных явлений. Обычно бывает достаточно водонепроницаемого кожуха. При работе в условиях низких температур нужно обеспечить подогрев кожуха.
- Резьбовые соединения нужно обязательно уплотнять лентой ФУМ или сантехнической нитью.
- Кабель для подключения к управляющей системе следует выбирать медный. Он должен иметь достаточное поперечное сечение не менее 2 мм2.
Подбор конкретной модели осуществляется на основе расчетов параметров трубопроводной системы.
Следует учитывать напор, сечение труб, необходимую скорость срабатывания и характеристики управляемой среды.
Правила монтажа
Подключение клапана может быть произведено двумя способами:
– применяется в бытовой сфере
При использовании резьбового соединения особое внимание уделяется герметизации стыков;
– преимущественно используется при строительстве магистральных сетей большого диаметра.
Арматура для монтажа фланцами
При выборе любого способа монтажа рекомендуется учитывать следующие аспекты:
- движение воды в клапане должно происходить строго по направлению, указанному на корпусе арматуры;
- производить монтаж устройства можно только в доступном месте, чтобы контролировать его работоспособность и при необходимости самостоятельно переключать режимы работы;
- нельзя монтировать клапан в местах скопления конденсата или на участках с повышенной вибрацией;
- перед клапаном рекомендуется установить фильтр для защиты составляющих элементов арматуры.
Специального ухода за клапаном не требуется. В случае поломки арматуры ремонт выполняется исключительно профессионалами.
Признаки неисправности электромагнитного клапана карбюратора
В карбюраторах последних моделей применяется соленоидный привод управления подачей топлива. Как проверить электромагнитный клапан на исправность?
Его поломку определяют по следующим признакам:
- Двигатель неустойчиво работает на низких оборотах.
- Мотор глохнет при использовании наката.
- После выключения двигателя наблюдается детонация рабочей смеси.
Косвенными признаками неисправности также является снижение оборотов при подключении мощных потребителей электроэнергии, таких, как магнитола, ближний или дальний свет, подогрев стекол.
Основные детали
Устройство регулирующего клапана
Устройство регулирующих клапанов включает: корпус, крышку (головку), седло, затвор (заслонка) и шток (шпиндель) с маховиком. Иногда маховик может быть заменен на автоматическое приспособление. Все составляющие объединены посредством корпуса. Рабочая материя подается вовнутрь устройства через корпус. Шпиндель, находящийся в головке (здесь же расположен уплотняющий сальник), заставляет затвор передвигаться, в результате чего открывается или закрывается отверстие, имеющееся в седле. Рабочий состав, поступая сквозь него, выходит с другой стороны. Поток может быть прямым или заворачивать.
Проверка клапана
Проверять клапан карбюратора следует на следующих режимах:
- На холостом ходу. После запуска доводят обороты до 2100 и вслушиваются в работу карбюратора. Должен быть слышен резкий характерный звук, означающий закрытие затвора. Далее плавно снижают обороты до значения в 1900, должен быть слышен щелчок открывания.
- Торможение двигателем. Нужно сбросить газ, не выключая передачу. Исправный клапан в этом случае не сработает, даже если обороты снизились до 1900. Если слышен щелчок – устройство неисправно.
- После остановки двигателя. Если при выключенном зажигании в цилиндрах продолжаются самопроизвольные вспышки детонирующей рабочей смеси, двигатель дергается и вибрирует – значит, клапан не перекрывает подачу горючего в камеры и далее в цилиндры.
- Если при работающем моторе вытащить из разъема провод питания электроклапана- двигатель должен заглохнуть. Если он продолжает работать- значит, клапан неисправен.
Кроме способов проверки электромагнитного клапана «на ходу», можно вывинтить клапан из корпуса карбюратора и попробовать подать на него напряжение с аккумулятора. Один провод от батареи присоединяют к контактной колодке, другой- к корпусу прибора. При подключении напряжения клапан должен щелкнуть и втянуть иглу внутрь себя. После размыкания цепи слышен еще один щелчок, и возвратная пружина втянет иглу. Заодно можно проверить, не загрязнены ли детали устройства смолистыми отложениями. Их нужно отмочить в бензине и удалить мягкой ветошью.
Нужно проверить также, подается ли на контакты управляющее напряжение. Его нормальное значение — 10,5-14,4 в. Если на блоке управление напряжение есть, а на контакте –нет, значит, неисправен провод. Его надо отремонтировать или заменить.
Если на разъеме блока управления напряжения нет, то, скорее всего, неисправен сам блок. Его проверяют, подключив клапан к батарее еще одним временным проводом. К выводу блока управления, управляющему клапаном, подключают вольтметр или контрольную лампочку. Далее следует запустить двигатель. По достижении оборотов в 900 об/мин лампочка должна вспыхнуть, при 2100 об/мин- погаснуть. Если снизить обороны до 1900 об/мин-опять вспыхнуть. Такое поведение лампочки означает исправность блока управления. Если же лампочка вообще не загорается и не гаснет, а также включается и выключается при других оборотах- блок управления подлежит углубленной проверке и, возможно, замене.
Итоги
Давайте подведем итоги. Самыми распространенными причинами отказа электроклапанов в коробке, являются:
1. Засорение. Высочайший урон приносит клеевой слой на фрикционах. Все канальчики забиваются, а плунжеры при этом клинит. Нештатный функционал соленоидов-клапанов может нарушить работу всей АКПП. Значит гидравлический блок время от времени все-таки стоит чистить и желательно его менять по мере изнашивания фрикционов. Особого внимания заслуживает фрикцион гидротрансформатора.
2. Выработка самого клапана-соленоида и его частей. Смиритесь, они к сожалению, тоже не вечны и имеют свой разумный ресурс. Хорошо бы выполнять их замену по регламенту, не дожидаясь пока компьютер при диагностике станет показывать ошибку.
Помните даже максимально современным и надежным электроклапанам замена нужна уже на 200000 километрах пробега! Самые незначительные изменения характеристик в работе электроклапанов гидроблока коробки, повлекут за собой наличие в движении пробуксовок, толчков при смене передач.
При длительной ненормальной эксплуатации поломаются все железные детали коробки: корзина сцепления, лента торможения, планетарные механизмы и прочее. А восстановление с заменой последних в денежном плане выйдет гораздо дороже текущего периодического сервиса.
9.7. Соленоидные вентили
Соленоидные вентили являются двухпозиционными исполнительными механизмами. Они устанавливаются на трубопроводах для воздуха, пресной воды, хладоносителя, аммиака, хладона-12 и хладона-22, смешанных с маслом в качестве автоматических запорных устройств. Промышленностью выпускаются также вентили, предназначенные только для какого-либо определенного рабочего вещества, например хладона. Принцип действия соленоидных вентилей. По конструкции соленоидные вентили бывают прямого и непрямого действия. Соленоидные вентили прямого действия (рис. 112) открываются при прохождении тока через катушку и закрываются при отключении катушки, поскольку клапан прибора непосредственно связан с сердечником.
Соленоидные вентили непрямого действия типа СВМ работают за счет разности давлений на входе и выходе из прибора (рис. 113). При отсутствии тока в катушке сердечник опущен, и вспомогательный клапан закрыт. Давления под мембраной и над ней одинаковы и равны давлению конденсации, поскольку полости сообщаются через калиброванное отверстие. Основной клапан закрыт за счет собственной массы и вспомогательной пружины. При прохождении тока через катушку сердечник поднимается, открывая вспомогательный клапан. Хладагент из надмембранной полости уходит по каналу, высверленному в корпусе прибора. Давление над мембраной уменьшается, поскольку сечение перепускного канала и вспомогательного клапана значительно больше сечения калиброванного отверстия. За счет разности давлений под мембраной и над ней основной клапан открывается.
Монтаж соленоидных вентилей. Соленоидные вентили, предназначенные для поддержания заданного уровня хладагента в испарительной системе, устанавливаются перед регулирующим вентилем на горизонтальном участке трубопровода катушкой вверх. Подача хладагента должна осуществляться сверху, над клапаном. Для правильной установки прибора на его корпусе имеется стрелка. Основные неполадки прибора. Это перегорание катушки, обрыв мембраны, засорение калиброванного отверстия. Перегорание катушки происходит у соленоидных вентилей, работающих в условиях высокой влажности. Замена катушки производится на месте без удаления хладагента, но при этом обязательно надо отключить электроэнергию. Обрыв мембраны СВМ происходит только вследствие некачественного материала, из которого она изготовлена. Обычно применяют маслобензостойкую резину или прорезиненную ткань. Если дополнительно с обеих сторон мембраны установить прокладки из полиэтиленовой пленки по форме самой мембраны, то это увеличивает срок ее службы. Засорение калиброванного отверстия приводит к тому, что СВМ не закрывается после отключения катушки. Очистка отверстия должна производиться проволокой, но не из стали. Характеристики соленоидных вентилей. Соленоидные вентили прямого действия выпускаются для труб с условным диаметром прохода до Dy10. Соленоидные вентили непрямого действия для уменьшения габаритов катушек выполняются больших размеров:
источник
