电磁阀(Solenoid valve)是用电磁控制的工业设备,是用来控制 流体 的自动化基础元件,属于执行器,并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。 电磁阀一般包括电磁部件和阀体两部分。 电磁部件被直接安装在阀体上,阀体被封闭在密封管中,构成一个简洁、紧凑的组合。 电磁阀具有启停液路 、控制液路方向 、调节工质的流量和压力等功能。 电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制,而控制的精度和灵活性都能够保证。 电磁阀有很多种,不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用,最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀从原理上分为三大类:直动式电磁阀、分布直动式电磁阀、先导式电磁阀。此外,电磁阀从阀结构和材料上的不同与原理上的区别,分为六个分支小类:直动膜片结构、分步直动膜片结构、先导膜片结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构。例如,直动膜片结构适用于低压场合,分步直动膜片结构适用于中压场合,先导膜片结构适用于高压场合等。
电磁阀被大量应用于车辆交通 、空调制冷 、化工生产 、水电 、医疗等诸多领域 。电磁阀选型首先应该依次遵循安全性,可靠性,适用性,经济性四大原则。其次是根据六个方面的现场工况(即管道参数、流体参数、压力参数、电气参数、动作方式、特殊要求进行选择)。例如,根据管道参数选择电磁阀的通径规格(即DN)、接口方式;根据流体参数选择电磁阀的材质、温度组等。
历史发展
1837年,美国发明家沃特·亨利(Joseph Henry)首次发现了电磁力的存在,并提出了用电磁力控制 流体 流动的设想,为电磁阀的发明奠定了基础。
第一台电磁阀由 自动开关 公司(Automatic Switch Company , ASCO )于1910年发明和制造。
在1950年代,制造商开始分销塑料模制电磁阀。改用塑料意味着电磁阀现在更高效、更可靠、更耐腐蚀、更耐 化学 腐蚀。
在1990年代,电磁阀标准化开始被创建,这使得国际贸易频率更高,公司之间的合作更容易,维护更容易。
今天,新的标准也限制在 阀门 制造中使用有害物质,以提高其环境友好性。如今,许多阀门制造和使用创新都集中在健康和 可持续性 上。
基本结构
电磁阀一般包含电磁部件和阀体两部分。 电磁部件被直接安装在阀体上,阀体被封闭在密封管中,形成紧凑的结构。
电磁部件包括:定铁芯、动铁芯、线圈等部件;阀体部分包括:滑阀芯、滑阀套、弹簧底座等 。另外,在密封腔的首尾或者中间位置有与外界管道连接的通孔 ,因此通常需要使用密封件来提高阀门的密封性。
阀门可以由塑料和金属材料制成,如 聚氯乙稀 ,天然 聚丙烯 ,聚四 乙烯,CPVC, 不锈钢 , 青铜 ,铝和 黄铜 。密封件通常是由橡胶和不锈钢制成,如氟橡胶密封件或丁 橡胶密封件以及不锈钢密封件。
基本工作原理
在电磁阀未通电的情况下,阀芯受底座的弹簧作用被顶住,此时,阀芯处在使阀门关断的工作位置,又称为失电状态;而当电磁阀的线圈通电时,阀芯受线圈的电磁力吸引,克服弹簧的作用,从原来的工作位置移到的另一个工作位置,使电磁阀打开,此时称为得电状态。
电磁阀的功能
启闭液路
电磁阀最基本的一个功能就是利用电磁力来控制阀芯的所处位置,从而控制管道液(气)路的开启和关闭。
控制液路方向
电磁阀用于控制液路方向的原理与启闭液路相似。当电磁阀的密封管道上有多个与外界连接的接口时,控制阀芯所处位置,可以选择性地关断或者开启液(气)路通道处地接口,从而实现液(气)路方向的控制。
因此又称只具有启闭液路功能的电磁阀未单向 控制阀 ,而将具有液路方向切换功能的称为换向控制阀。
调节工质压力
用于调节工质压力的电磁阀,一般采用的是脉冲电信号,利用每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比率( 占空比 ),来改变泄油口开启和关闭的时间比率,从而调节管道内介质的压力。
通常,占空比越大,电磁阀的泄油口开启时间越长,排出的介质越多,管道介质的压力越小;反之,占空比越小,管道介质的压力越大。
调节工质流量
电磁阀可以通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小,从而实现对流量的控制。因此又称为 流量控制阀 。
特点
优点: 电磁阀的具有结构紧凑、尺寸小、质量小、价格低廉、动作快、功率小、可靠性高、维护方便等诸多优点。另外,它的关闭密封良好,工作 流体 介质不会渗漏到阀外。 并且能够分离载压流体和执行电子回路,无需复杂的侵入式布线或连接。
缺点: 由于电磁阀在各种应用环境中用作执行器,它产生的故障可能导致系统崩溃。其故障将直接影响到 切换阀 和调节阀的动作,常见故障有电磁阀不动作,可能原因包括电磁阀接线头松动或线头脱落导致不得电(需紧固线头),若电磁阀线圈烧坏可拆下接线并用万用表测量,若开路则需更换线圈。 原因有线圈受潮,引起绝缘不好而漏磁,造成线圈内电流过大而烧毁,因此要防止雨水进入电磁阀;并且由于电磁阀的精度和质量取决于其密封性能,因此对密封线圈的要求较高,并且需要避免电磁阀暴露在腐蚀性 溶剂 以及温度和湿度较高的场合,防止其绝缘失效或退化。
电磁阀的分类
依据动作执行方式
直动式电磁阀
原理: 通电时,电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起,阀门打开;断电时,电磁力消失,弹簧把关闭件压在阀座上,阀门关闭。
特点: 结构简单,可以在真空、负压、零压时正常工作,但通径一般不超过25mm。
主要应用: 水管路系统,空调,采暖等场合。
先导式电磁阀
动作方式: 通电时,电磁力把先导孔打开,上腔室压力迅速下降,在关闭件(阀芯)周围形成上低下高的压差,流体压力推动关闭件(阀芯)向上移动,阀门打开(主阀口打开)。断电时,阀杆会被弹簧顶会原处,导阀口被关闭,阀芯失去压差作用回到原处,使得主阀口闭合。
特点: 密封性好,有较高流体压力的上限,但无法零压启动,
主要应用: 农业灌溉 、制动控制系统的回路压力调控等 ,装置传动机构。
分步直动式电磁阀
动作方式: 当入口与出口没有压差时,通电后,电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起,阀门打开;当出入口压差较大时,先导小阀被电磁力打开,主阀的阀杆上部压力迅速下降,主阀杆被气压差抬起。断电时,先导小阀和阀杆失去电磁力被弹簧力关闭。
特点: 是将直动式和分布式相结合,可以零压启动,启闭速度快,但功率较大,需要水平安装。
主要应用: 液压控制系统 。
依据电控方式分类
单电控电磁阀
特点: 有复位弹簧和一个电磁 线圈 ,电磁线圈得电时 滑阀 才开启,电磁阀失电后电磁阀自动复位.
主要应用: 气动 控制回路 。
双电控电磁阀
特点: 有两个电磁线圈,某个线圈得电瞬间移动滑阀,需要另一边线圈通电后才能换位。
主要应用: 气动与液压 系统中的方向控制元件。
依据驱动方式分类
电控型电磁阀
特点: 操作简单,无需 压缩空气 ,但是响应速度慢,控制精度和调节性能较差。
主要应用: 发动机 燃油蒸汽回收系统 ,液压系统。
气控型电磁阀
特点: 是控制精度高,响应速度快,工作稳定性好,适用种类广。
主要应用: 汽车刹车系统 ,装置传动机构。
其他分类
常见故障
应用领域
交通领域
汽车系统
电磁阀在汽车系统,既可以用于汽车的油气系统 ,也可以用于汽车的传动、控制系统 ,以及发动机燃油蒸汽回收系统等。 典型的如下图所示的汽车 喷油器 ,核心就是一个电磁阀。
轨道车辆系统
电磁阀是铁路列车刹车系统中的关键电气装置。在汽车刹车系统中,核心制动控制单元(BCU)的设计包括:模拟转换阀、应急阀、称重阀、 平衡阀 等。其中模拟转换阀就包含了两个电磁阀用于进气和排气,而紧急阀就是 两位三通电磁阀 。
制冷领域
电磁阀配合主液体管,可以在 压缩机 关断时,切断 制冷剂 的流通;压缩机配合 恒温器 ,可以在系统温度降至所需温度时,也实现制冷剂流通循环的切断;另外,电磁阀还可以用于对压气机的启动和运行进行旁通控制。
化工安全
水利水电
利用电磁阀可以控制液路方向、和流量等功能,在水电站可以实现水压调控、旁通灌溉以及 安全阀 的多功能复用,大大减少工程投资。
医疗领域
在医护领域,如输液、尿路管理、积液引流等诸多需要对 流体 流量进行精细化管理的场合,常常利用电磁阀可以调节流量的功能,将其设计到医用 呼吸机 、医用洗手装置 、医用多功能 流量计 等设备的流量控制单元内,从而实现流量的精密调控。