Выбор электромагнитного клапана — это не только соответствие напряжению и диаметру трубопровода. Необходимо учитывать совместимость со средой, давлением, температурой, расходом, наличием электроэнергии, рабочей частотой, условиями установки и движением клапана.
Правильный выбор электромагнитного клапана повысит надежность, скорость работы, энергоэффективность и срок службы оборудования. Выбор электромагнитного клапана, ориентируясь только на цену и одну характеристику, может привести к протечкам, перегреву, медленной работе, преждевременному выходу из строя или даже к созданию опасности.
В этом руководстве объясняется, что такое электромагнитный клапан и как он работает, используется распространенная терминология, связанная с клапанами, а также как выбрать подходящий электромагнитный клапан.
Глава 1: Что такое электромагнитный клапан?
Электромагнитный клапан — это клапан с электрическим приводом, предназначенный для запуска, остановки, направления или регулирования потока жидкостей и газов.
Принцип работы относительно прост: напряжение, подаваемое на катушку, создает электромагнитную силу, которая приводит в движение плунжер/клапанный элемент.
Его можно рассматривать как автоматизированную версию ручного клапана — вместо ручного поворота рукоятки напряжение подается системой управления (обычно ПЛК).
Типичная последовательность действий следующая:
Система управления подает напряжение на катушку соленоида.
Катушка создает магнитное поле.
Магнитное поле притягивает подвижный поршень или якорь.
Поршень перемещается в новое положение.
Путь потока открывается, закрывается или изменяется.
При потере питания поршень возвращается в исходное положение благодаря пружине, перепаду давления или другим факторам.
Несмотря на простоту конструкции электромагнитных клапанов, они играют ключевую роль в автоматизации многих процессов.
К числу промышленных применений электромагнитных клапанов относятся:
Автоматизированное оборудование, пневматическое
Упаковочное оборудование
Производственная линия
робототехническая промышленность
Оборудование для дозирования и мойки
Системы очистки воды
HVAC оборудование
Медицинское и аналитическое оборудование
автомобильные системы
Устройства управления технологическим процессом
Жидкостные и газовые системы
Зачастую электромагнитный клапан выступает в качестве связующего звена между электрической системой управления и механическим/гидравлическим приводом.
1.1 Моторизованный клапан против электромагнитного клапана
Многие путают эти два устройства, но они используются для разных целей.
Электромагнитная сила используется либо напрямую, либо косвенно (с помощью управляющего механизма) для перемещения элемента электромагнитного клапана. Наилучший эффект достигается при быстром переключении и управлении направлением потока.
Электроприводной клапан приводится в действие электродвигателем и механической трансмиссией. Он работает медленнее, но обеспечивает больший контроль над положением клапана и потоком.
Итак, вопрос:
Вам необходимо быстро переключиться или плавно отрегулировать поток?
Электромагнитный клапан обычно является лучшим выбором для быстрого переключения и управления направлением пневматического потока. Когда требуется пропорциональное или позиционное регулирование потока, лучше подойдет моторизованный клапан.
Глава 2: Терминология электромагнитных клапанов: понимание способов и положений их работы.
При выборе электромагнитного клапана вы часто будете сталкиваться с такими терминами, как 2/2-ходовой, 3/2-ходовой, 5/2-ходовой и 5/3-ходовой клапаны.
Эти цифры показывают, сколько положений и сколько портов для подачи жидкости (или соединений для потока) имеет клапан.
2.1 Что такое «Положение»?
Первая цифра указывает количество положений клапана.
Например,
2/2-позиционный клапан: два положения золотника
Трехпозиционный клапан: три положения золотника
Двухпозиционный клапан можно сравнить с простым электрическим выключателем — он имеет два рабочих состояния.
Трехпозиционный клапан имеет три положения, включая одно центральное. Функция центрального положения варьируется в зависимости от конструкции.
Типичные центральные позиции —
Закрытая схема
Выхлопная труба ступицы
Центр давления
Эти положения определяют, что происходит с приводом, когда клапан находится в центральном положении.
2.2 Что такое «Путь»?
Вторая цифра показывает, сколько портов или соединений для подачи жидкости имеет клапан.
Например.
Двухходовой клапан – 2 порта
Три порта: трёхходовой клапан
Пять портов: 5-ходовой клапан
Эти два числа определяют основные характеристики клапана.
2/2-ходовые электромагнитные клапаны
Пятиходовой трехходовой клапан имеет следующие характеристики:
Две работы
Два порта
Обычно он используется для простого включения и выключения жидкости или газа.
В зависимости от конструкции это возможно:
Нормально закрытый (NC)
Нормально открытый (НЕТ)
Обычно закрытый клапан открывается при подаче напряжения и закрывается при отсутствии напряжения.
Обратный режим применяется к нормально открытому клапану.
3/2-ходовой электромагнитный клапан
Пятиходовой трехходовой клапан имеет следующие характеристики:
Трехпортовый
Две позиции
Он обычно используется для управления пневматическими цилиндрами одностороннего действия.
Порты следующие:
P = давление подачи;
А = актёр;
R = выхлопные газы
Одна позиция соединяет точку P с точкой A, а другая — точку A с точкой R.
5/2-ходовой электромагнитный клапан
Пятиходовой трехходовой клапан имеет следующие характеристики:
Пять портов.
Две позиции
Он обычно используется для управления пневматическими цилиндрами двойного действия.
Порты следующие:
P = давление подачи;
Порты акторов: A и B;
R и S = выхлопные патрубки
В одном положении подача давления осуществляется в точку А, а сброс давления — в точку В; в другом положении изменяется направление подачи.
Электромагнитный клапан – 5/3-ходовой
Пятиходовой трехходовой клапан имеет следующие характеристики:
Пять портов
Три позиции
Центральное положение можно изменять в зависимости от области применения, например.
-Закрытый центр
Выхлопная труба ступицы
Центр давления
Этот тип клапана полезен, когда пневматический привод требует выполнения определённых условий в режиме ожидания.
2.3 Как интерпретировать символы пневматических клапанов
Общее правило:
Количество ячеек = количество позиций; количество портов указано в символе клапана.
Стрелкой обозначен путь потока, а символом «заблокировано» обозначен заблокированный проход.
В клапанах с пружинным возвратом символ рядом с пружиной указывает положение клапана, когда он не находится под напряжением.
Как только вы освоите эти символы, вам будет гораздо проще сопоставлять конфигурации клапанов перед покупкой.
Глава 3: Электромагнитные клапаны. Принципы работы и основные типы.
Электромагнитные клапаны можно классифицировать по многим параметрам. Две наиболее важные классификации:
Прямого действия против управления пилотом
Одиночный соленоид против двойного соленоида
Данная классификация должна учитываться в процессе отбора.
3.1 Электромагнитные клапаны прямого действия
В электромагнитном клапане прямого действия элемент клапана перемещается непосредственно под действием электромагнитной силы.
При подаче напряжения магнитное поле притягивает поршень или якорь, открывая или закрывая канал для потока.
Бенефиты:
Простая конструкция
Быстрый ответ
Надежная операция
Работает без минимального перепада давления.
Лучше всего подходит для применений с низким расходом.
Ограничения:
Давление жидкости и сила пружины должны преодолеваться непосредственно электромагнитной силой. Именно поэтому для клапанов или отверстий большего размера требуется более сильная электромагнитная сила.
Обычно используется для клапанов прямого действия.
Низкая скорость потока
Системы низкого давления
Меньшие машины
Специализированные коммутационные приложения
Применение без перепада давления
3.2 Электромагнитный клапан с пилотным управлением
Клапаны с пилотным управлением используют давление рабочей среды для облегчения работы клапана.
Электромагнитный клапан не перемещает непосредственно большой главный клапанный элемент за счет электромагнитной силы, а управляет небольшим пилотным каналом, в то время как перепад давления перемещает главную диафрагму или поршень.
Этот принцип позволяет использовать относительно небольшую соленоидную катушку для управления потоком жидкости в канале большого диаметра.
Бенефиты:
Снижены требования к электромагнитной силе.
Для больших отверстий
Более высокая пропускная способность
Снижение энергопотребления во многих конструкциях.
Подходит для работы под высоким давлением.
Ограничения:
Для корректной работы клапанов с пилотным управлением обычно требуется минимальный перепад давления.
Именно поэтому всегда необходимо проверять диапазон давления, указанный производителем.
Слишком низкое давление в системе может привести к неправильному открытию или закрытию клапана.
Важное примечание по выбору
Не стоит думать, что клапан с пилотным управлением лучше, чем клапан прямого действия.
Клапан прямого действия может быть лучшим выбором для применений с низким давлением или при работе при нулевом перепаде давления.
Глава 4: Односоленоидный клапан против двухсоленоидного клапана
Ещё одно различие заключается в количестве соленоидов и в том, как работает электромагнитный клапан при выключенном питании.
4.1 Односоленоидный клапан
Обычно электромагнитный клапан работает следующим образом:
Активировано -> переключение клапанов
Отключено -> клапан возвращается в исходное положение
В качестве возвратного механизма обычно используется возвратная пружина.
Это обеспечивает важный аспект безопасности клапана — при отключении электрического сигнала клапан автоматически переместится в заданное положение.
Когда следует использовать односоленоидные клапаны
Должно иметь возможность автоматически возвращаться в исходное положение.
Важным моментом здесь является отказоустойчивая работа.
Исполнительный механизм должен вернуться в исходное положение при отключении питания.
Система управления использует простые сигналы включения/выключения.
4.2 Двойной электромагнитный клапан (ДЭСК)
В случае двухсоленоидного клапана два соленоида управляют двумя положениями клапана.
В пневматических системах активация одного соленоида переводит клапан в одно положение, а активация другого соленоида — в другое.
Некоторые клапаны DSV имеют бистабильную конструкцию, благодаря чему они остаются в своем последнем положении после отключения электрического сигнала.
Это может быть полезно в случаях, когда системе необходимо поддерживать состояние клапана без постоянного питания катушки.
Меры предосторожности (важное примечание)
Не следует предполагать, что двухсоленоидный клапан всегда будет обеспечивать механическую блокировку положения привода после отключения питания.
Фактическое поведение будет зависеть от конструкции клапана, пневматической схемы, исполнительного механизма, утечек воздуха и нагрузок.
В тех случаях, когда машине необходимо безопасно поддерживать нагрузку после отключения электропитания, вся система безопасности должна быть разработана с использованием соответствующих механических и/или пневматических средств, а не полагаться только на положение золотника клапана.
Глава 5: 7 советов по Выбор электромагнитного клапана
Теперь мы переходим к самому важному вопросу — как выбрать правильный электромагнитный клапан для конкретного применения.
Разрабатывайте приложение систематически — не выбирайте клапан, основываясь на каком-либо конкретном параметре.
Правильный процесс отбора выглядит следующим образом:
Среда -> Давление -> Температура -> Расход -> Функция -> Электрические требования -> Окружающая среда
5.1 Шаг 1. Определение рабочей среды
Сначала задайте себе вопрос: •
Что проходит через клапан?
В качестве среды может выступать:
Сжатый воздух, вода, масло
Паровсасывание
Газовый хладагент
Коррозионные вещества.
Фармацевтические или пищевые жидкости
Среда определяет правильный тип корпуса клапана, диафрагмы, уплотнения и внутренних компонентов.
Например, клапан, предназначенный для работы со сжатым воздухом, нельзя автоматически считать пригодным для горячей воды, пара или агрессивных химических веществ.
Ознакомьтесь с этими параметрами.
Средний тип
Химическая совместимость
Газ или жидкость.
Чистота
Наличие частиц
Вязкость
Коррозионная активность
Потребности в смазке
В случае загрязнения среды частицами может потребоваться фильтрация для предотвращения загрязнения седел клапанов и движущихся частей.
5.2 Шаг 2. Проверка давления и перепада давления
Давление является одним из ключевых параметров в процессе отбора.
Отъезд:
Минимальное рабочее давление
Максимальное рабочее давление
Давление на входе
Давление на выходе
Перепад давления
Минимальный перепад давления особенно важен для клапанов с пилотным управлением.
Например, если для работы клапана необходимо минимальное перепадное давление, а давление в системе падает ниже этого значения, клапан не будет работать должным образом.
Никогда не выбирайте клапан, основываясь только на его максимальном номинальном давлении. Минимальное номинальное давление не менее важно.
5.3 Шаг 3. Определение требований к электрооборудованию
Теперь давайте определим режим управления клапаном.
Типичные значения напряжения соленоидов следующие:
12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока, 24 В переменного тока, 110 В переменного тока, 120 В переменного тока, 220–230 В переменного тока
Напряжение 24 В постоянного тока широко распространено в промышленной автоматизации, и его легко интегрировать в систему управления ПЛК.
Проверьте также:
Потребляемая мощность катушки
Текущее использование
Рабочий цикл
Электрические соединения
Защита от перенапряжения
Класс изоляции
Требования к выходным сигналам управления
Для катушки постоянного тока простого типа:
Ток ≈ Мощность / Напряжение
Например, катушка питания 24 В постоянного тока мощностью 6 Вт будет потреблять 0.25 А при номинальном режиме работы.
Выход ПЛК или реле должны быть способны управлять электрической нагрузкой.
5.4 Шаг 4. Выбор Соленоидный клапан Функциональность и пропускная способность
Теперь, когда известны параметры среды, давление и электрические требования, давайте определим, для чего должен работать клапан.
Типичные функции:
Базовое управление включением/выключением
Работа цилиндра одностороннего действия
Двухпозиционное управление цилиндром
Изменение направления потока
Обработка выхлопных газов
Вакуумный контроль
Промежуточное положение исполнительного механизма
Затем выберите подходящую конфигурацию:
2/2-ходовой
3/2 пути
5/2-ходовой
5/3 пути
Будьте внимательны к пропускной способности!
Рабочие характеристики клапана не зависят от диаметра труб.
Пропускная способность обычно описывается такими параметрами, как:
1 CV
KV
Рейтинг потока
Эффективная площадь
Система не обязательно становится лучше при больших размерах. Клапан необходимо выбирать с учетом требуемого расхода и давления.
В пневматических системах пропускная способность может быть недостаточной в следующих ситуациях:
Медленное движение цилиндров
Низкая производительность исполнительного механизма
Увеличенное время цикла
Падение давления
Следовательно, клапан необходимо выбирать исходя из требуемого расхода, а не только из диаметра трубы.
5.5 Шаг 5. Проверка времени отклика и частоты работы
Некоторым приложениям требуется очень быстрое переключение.
Например:
УПАКОВОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Машины для захвата и перемещения
Системы продувки
Сортировочные машины
Торговые автоматы (один)
Пневматическое управление, высокочастотное
Ключевые параметры здесь следующие:
Время отклика на открытие
Время ответа для закрытия сделки
Максимальная частота переключения
Рабочий цикл
Ожидаемый срок службы
Клапан, хорошо работающий на низких частотах, может быть непригоден для работы на высоких частотах.
Если машина подвергается сотням тысяч или миллионам циклов работы, проверьте срок службы клапана в условиях, максимально приближенных к реальным.
5.6 Шаг 6. Учитывайте условия установки.
Условия окружающей среды могут существенно повлиять на надежность работы клапана.
Проверьте следующее:
Температура окружающей среды
Убедитесь, что клапан и змеевик имеют соответствующие характеристики для заданного температурного диапазона.
Воздействие воды и влажности
Если клапан будет подвергаться воздействию воды, конденсата и промывкам, обязательно выберите соответствующий корпус и уровень защиты разъемов.
Пыли
В условиях промышленной запыленности может потребоваться дополнительная защита от загрязнения.
Вибрация
Сильная вибрация может повлиять на электрические соединения и механические детали.
Коррозионная среда
В прибрежных районах и в химической промышленности могут потребоваться коррозионностойкие материалы или покрытия.
Опасные зоны (засекреченные места)
Если оборудование будет устанавливаться во взрывоопасной атмосфере, клапаны и электрические компоненты должны иметь соответствующие сертификаты для работы во взрывоопасных зонах.
Не используйте обычную катушку соленоида в опасной зоне только потому, что её напряжение совпадает с напряжением системы управления.
5.7 Шаг 7. Оценка качества, стоимости и специальных характеристик.
Цена и название бренда должны быть основными факторами выбора только после определения технических требований.
Ключевые соображения:
Качество продукта
Надежность
Сертификаты жизни
Техническая поддержка
Доступность
Запчасти.
Срок поставки
Стоимость владения
В зависимости от области применения могут быть полезны следующие специальные функции:
Ручное переопределение.
Индикатор
Защита от перегрузки:
DIN-разъем
Кабельное подключение
Катушка малой мощности
Высокотемпературная катушка
Коррозионностойкий корпус
Взрывозащищенная катушка
Пользовательская конфигурация крепления
Самый дешевый клапан не обязательно является самым дешевым вариантом.
Неисправный клапан может стать дорогостоящей проблемой, приводящей к простоям оборудования, затратам на техническое обслуживание, бракованной продукции и необходимости экстренной замены.
Глава 6: Примеры проектов по выбору электромагнитных клапанов.
Рассмотрим процесс выбора для некоторых типичных приложений.
Пример 1. Применение пневматического цилиндра-ограничителя на производственной линии.
Использование пневматического цилиндра для остановки продукции на конвейере.
Обязательные условия:
Сжатый воздух
Рабочее давление составляет примерно от 0.5 до 0.6 МПа.
Управление ПЛК, 24 В постоянного тока
Цилиндр должен вернуться в исходное положение после обесточивания.
Частая эксплуатация
Заводская среда – промышленное производство
Предлагаемый подход
В этом случае следует использовать клапан с автоматическим возвратом и пружиной.
В случае цилиндра одностороннего действия может использоваться трехходовой/двуходовой клапан.
Пропускная способность клапана должна соответствовать размеру цилиндра и скорости его работы.
Как правило, достаточно обычного промышленного клапана с соответствующим уплотнительным материалом и защитой от воздействия окружающей среды.
Пример 2. Роботизированный захват, который должен сохранять свое состояние.
Роботизированный захват удерживает заготовку. Для системы важно, чтобы захват оставался в заданном состоянии в случае потери управляющего сигнала.
Критерии отбора:
Если необходимо сохранить последнее заданное положение клапана, можно рассмотреть вариант с двойным электромагнитным клапаном.
Однако это не означает механическую блокировку захвата.
В случае подвесных или критически важных нагрузок безопасности следует принять дополнительные меры, такие как:
Механический замок
Предотвратитель обратного потока с пилотным управлением
Блокировка стержня
Контур поддержания давления
Рейтинги безопасности пневматических цепей
Оптимальное решение зависит от нагрузки, конструкции исполнительного механизма, характера отказов и требований к безопасности оборудования.
Глава 7: Как избежать распространенных ошибок при установке и обслуживании
Выбор подходящего клапана — это только начало. Долговечность зависит от того, как клапан установлен и обслуживается.
7.1 Проверьте направление потока
Всегда учитывайте указания производителя относительно направления потока.
В противном случае клапан не будет работать должным образом.
7.2 Предотвращение напряжений в трубах
Избегайте использования жестких трубок, которые создают чрезмерные механические нагрузки на клапан.
Вибрации и разрушение соединений можно предотвратить, если труба установлена правильно.
7.3 Поддерживайте чистоту среды
Если это пневматическая система, используйте соответствующие фильтры перед клапаном.
Загрязнение может привести к следующим проблемам:
заклинивание клапана
внутренняя утечка
задержка ответа
повреждение сиденья
преждевременный износ шин
7.4 Работа в пределах допустимого диапазона давления
Важно эксплуатировать клапан в этом диапазоне давлений, чтобы предотвратить его неправильное функционирование и сократить срок службы компонентов клапана.
7.5 Проверьте напряжение катушки
Не подключайте катушку на 24 В постоянного тока к сети 110 В или 220 В переменного тока.
Кроме того, не следует думать, что катушки с одинаковым номинальным напряжением обладают одинаковыми характеристиками.
7.6 Учитывайте гидроудар.
При работе с жидкостями следует проявлять осторожность при резких остановках потока. Они могут вызвать скачки давления (гидравлический удар).
В случае необходимости рассмотрите следующие решения:
клапаны, которые закрываются медленнее
управление потоком
сброс давления
аккумуляторы или демпферы
правильная конструкция трубопровода
Глава 8: Распространенные проблемы с электромагнитными клапанами и их устранение.
Даже тщательно подобранный клапан может столкнуться с трудностями из-за неправильной установки или технического обслуживания.
Проблема 1: Клапан не работает. Проверка: Подается ли на катушку правильное напряжение?
Катушка сломана?
Разъем подключен правильно?
Давление находится в допустимом диапазоне?
Чистые ли золотник и плунжер клапана?
Клапан установлен правильно.
Убедитесь, что разница давлений в случае клапанов с пилотным управлением соответствует требуемой величине.
Проблема 2: Клапан работает, но потока нет.
Возможные причины:
неправильные подключения портов
засорение фильтра
недостаточное давление
загрязнение
неправильная конструкция клапана
поврежденная диафрагма или уплотнения
Проблема 3: Клапан не закрывается полностью.
Возможные причины:
грязь или частицы в седле клапана
поврежденные уплотнительные компоненты
чрезмерное давление
неправильная установка
изношенные внутренние детали
Требуется чистка или замена.
Проблема 4: Катушка перегрелась.
Небольшое повышение температуры катушки во время работы является нормальным явлением.
Тем не менее, перегрев может указывать на следующие проблемы:
Напряжение питания неправильное.
неверные параметры катушки
слишком высокая частота переключения.
неправильный рабочий цикл
механические неполадки, приводящие к неправильной работе
неправильное рассеивание тепла
электрические проблемы
Сравните фактические условия эксплуатации с техническими характеристиками производителя.
Контрольный список для выбора электромагнитного клапана
Перед оформлением заказа, пожалуйста, предоставьте следующую информацию:
Среда: воздух, вода, масло, пар, газ, химические вещества и т. д.
Средняя температура: мин/макс
Рабочее давление: мин и макс.
Перепад давления: мин и макс.
Требуемый расход: Cv, Kv или эквивалентный.
Размеры портов: 1/8″, 1/4″, 3/8″, 1/2″ и т. д.
Функции клапана: 2/2, 3/2, 5/2, 5/3 и т. д.
Нормальное состояние: открыто или закрыто
Исполнительный механизм: одностороннего или двустороннего действия.
Напряжение катушки: 12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока, 110 В переменного тока, 230 В переменного тока и т. д.
Потребляемая мощность в Вт или ВА.
Время отклика: это важно.
Частота переключения: циклов/секунду/час
Рабочий цикл: непрерывный или прерывистый.
Температура окружающей среды
Защита IP
Коррозионная стойкость
Требования к опасным зонам
Разъемы, электрические
Необходима жизнь
Технические характеристики
Доступное пространство
Ожидаемый объем и бюджет
Знание всех необходимых технических характеристик упрощает общение с производителем электромагнитных клапанов.
Глава 10: Заключение по выбору электромагнитного клапана
На первый взгляд, выбор электромагнитного клапана может показаться довольно сложным из-за множества различных параметров, предоставляемых производителями. Тем не менее, если следовать логической последовательности, все становится проще.
Начните с рабочей среды, затем определите давление и температуру. Определите требуемую пропускную способность и функциональность клапана. Далее проверьте напряжение катушки, мощность, коэффициент заполнения, время отклика, условия окружающей среды и требуемый срок службы.
Основное правило
Никогда не выбирайте электромагнитный клапан, ориентируясь только на напряжение и размер порта. Выбирайте его, исходя из всего диапазона рабочих условий применения.
Правильно подобранный электромагнитный клапан обеспечивает быстрое реагирование, надежное переключение, длительный срок службы и бесперебойную работу оборудования. Кроме того, он предотвращает ненужные простои и поломки.
Для большинства применений достаточно стандартного клапана. Тем не менее, если для применения требуются нестандартные размеры, высокие температуры, особое давление, ограниченное пространство для установки, нестандартные электрические соединения, экстремальный срок службы или особые требования к расходу, прямое сотрудничество с профессиональным производителем электромагнитных клапанов может быть лучшим решением.
Лучший клапан — это не всегда самый большой, самый дешевый или самый прочный. Это клапан, который имеет те же электрические, механические, гидравлические и экологические параметры, что и реальные параметры применения.
