先导式电磁隔膜阀的设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)宁波华成阀门有限公司 作者:王朝阳

  介绍了一种新型先导式电磁隔膜阀的结构设计,提出了解决易泄漏、易堵塞、停电打不开等问题的设计思路,论述了影响电磁阀响应时间的关键部件的设计计算方法。

  1、概述

  电磁阀在我国工业自动控制方面应用较广,在国外的节水灌溉领域都应用电磁阀对管路供水进行智能控制。由于农业灌溉用水量比较大,电磁阀一般都选用先导式电磁阀。目前市场上的先导式电磁阀连接先导孔和阀门进口需要其他管路,因此结构复杂,漏点多。另外,先导式电磁阀不能在停电的情况下打开,在特定的场合会给用户带来一定的损失或不便。而且先导式电磁阀只有全开和全关两种状态,不能调节阀门的流量。根据实际工况条件,设计了一种先导式电磁隔膜阀。

  2、结构特点

  先导式电磁隔膜阀由阀体、阀盖、阀芯(带隔膜) 、弹簧、电磁阀、排气嘴和过滤网等组成(图1) ,阀芯包括隔膜、阀杆、密封垫和流量控制件等。排气嘴与电磁阀安装在阀盖上,阀杆上安装有手轮和不锈钢针,过滤网安装在阀杆的下端。阀门的密封副由阀芯上的密封垫与阀座组成,阀门的上下腔之间由隔膜隔断密封。电磁阀作为辅阀,其密封副由电极和嵌在上盖的电磁阀座组成。阀杆通道、阀盖通道和阀体上的排水口组成一个先导通道。

先导式电磁隔膜阀

图1 先导式电磁隔膜阀

  2.1、隔膜

  在阀门的上下腔之间用隔膜进行密封。由于水的粘度低,易泄漏,若靠主阀芯与阀套的间隙密封很难保证密封性能,而在阀芯上加密封圈则会使阀芯的摩擦阻尼过大,阀的动态性能难以达到要求。将隔膜与阀芯装夹在一起,可有效的隔离阀芯之间的上腔与下腔,而且不影响阀门的性能。另外将隔膜作为上下腔之间的密封件,可将作用在隔膜两面的压力差信号放大,提高阀门对微小压差的敏感性,提高阀门的响应速度和稳压精度。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为利用隔膜上下的压差来打开阀门,防止在背压的情况下,阀后的水倒流引起管网的水交叉污染。

  2.2、弹簧

  选用钢制螺旋压缩塔形弹簧控制阀门的开关。塔形弹簧对隔膜传递的压力具有较好的灵敏度和弹性系数,弹簧的压缩量变化率随着压力的增加而减少,小载荷时刚性较低,随着载荷的增加,刚性增加。塔形弹簧体积小,吸收冲击的能力高,特别适用于空间受限制而又承受较大载荷的场合,具有较好的缓冲控制功能。

  2.3、阀杆

  与先导孔连接的通道设计在阀杆上,放弃在阀体外安装连接管路的结构形式,结构紧凑、漏点少。在阀杆上端加装手轮,可以通过手轮来调节流量的大小。在阀杆下端安装过滤网,防止杂质进入堵塞先导孔引起阀门失效。

  2.4、阀盖

  在阀盖上安装排气嘴(手动开关) ,在停电的情况下,打开排气嘴,从隔膜上方泄压,阀门打开。

  2.5、关闭时间

  电磁阀断电后,阀门会在数秒种内关闭,不会因为关闭不及时造成施药过多等不良的后果。

  3、工作原理

  先导式电磁隔膜阀是常闭阀。当管路中没有水时,在弹簧力的作用下,阀门处于关闭状态。在电磁阀的电源没接通时,当阀门的进口进水,在水压的作用下,阀芯密封垫与阀座脱离,此时,阀门出口排水。同时,由于阀杆上的通道,隔膜上方也有水压,隔膜上下的压力是一样的,此时在弹簧力的作用下,隔膜下移,阀门关闭,阀门出口水流停止(图2a) 。当电磁阀的电源接通时,在电磁力的作下,电极上移,先导孔打开,阀盖上部的水通过排水口流出,此时隔膜上部的压力下降,隔膜上移,阀门打开,阀门正常供水(图2b) 。

先导式电磁隔膜阀的设计

图2 先导式电磁隔膜阀工作原理

  当再次切断电源时,电极下移,先导孔关闭,隔膜上方的压力又与进水压力相同,阀门关闭。当打开排气嘴时,一部分水就从排气嘴流出,隔膜上方压力降低,隔膜上移,阀门打开。

  阀杆中间有一根不锈钢针,阀杆底部嵌有不锈钢的流量控制件,可以让水流缓慢的流到隔膜上部,避免阀门开启和关闭的幅度过大,造成阀门的作用周期变短。阀杆上安装有手轮,控制阀门的开度,从而控制阀门的流量。阀杆的下端安装有过滤网,适用于施肥和施药等粉剂溶液的工况。过滤网可以防止杂质堵塞先导孔而导致阀门开闭失效。先导式电磁隔膜阀与输水管路的连接(图3) 简单方便。

先导式电磁隔膜阀的设计

图3 先导式电磁隔膜阀安装图

  5、结语

  先导电磁隔膜阀由电磁阀作为辅阀控制主阀的开闭,能够实现阀门远程自动控制的目的,其能耗低,反应灵敏,结构紧凑,安装简单,质量轻,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为通过阀门的流量可以手动调节,在水质较差的情况下能够正常使用,在背压的情况下能够防止阀后水倒流,在停电的情况下可以通过手动方式打开。先导电磁隔膜阀应用于农业、水利和公共环境等多个领域,实现了用水的自动控制,不仅节约了人工,还可以合理地对水资源进行调配,避免造成水资源的浪费。随着智能节水灌溉项目的推进和经济水平的进一步提高,先导电磁隔膜阀将得到越来越多的应用。

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