自锁式电磁阀设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)海军驻沈阳地区舰船配套军事代表室 作者:邵军

  介绍了一种特殊结构的自锁式电磁阀的性能特点和工作原理,该阀不需要长期通电也能保证正常状态下系统介质的流动。当需要切断介质流动时,电磁阀又能快速切断管路介质,完成系统预定功能。

1、概述

  常规的电磁阀有常开型和常闭型两种结构。常开型电磁阀是在系统断电时电磁阀处于开阀状态,通电时,电磁阀处于关闭状态。常闭型电磁阀是在系统断电时处于关闭状态,通电时处于开阀状态。这两种结构的电磁阀均无法实现系统断电时电磁阀仍然保持原来的工作状态。为了保证电磁阀在通电或断电状态下必须是开阀状态,而且在需要关阀时,电磁阀必须具有立即关阀功能的要求,研制了自锁式高温高压快开电磁阀。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)经过测试后认为该电磁阀可以完成在断电或意外失电的情况下,保持电磁阀原有的工作状态,并具有快速接通、切断管路介质或断电后继续保持系统介质流动的功能。

2、结构特点

  自锁式高温高压电磁阀是在原有的高温高压分步直动式电磁阀上增加了一个电磁自锁装置。电磁阀通电开启后,电磁自锁机构锁紧运动部件,保证了电磁阀断电后主阀运动部件在电磁自锁机构的作用下无法复位,实现了电磁阀常开的目的。当需要电磁阀关闭时,给电磁自锁机构通电,锁紧机构解锁,电磁阀运动部件回位,实现电磁阀主阀关闭。由于原有高温高压电磁阀结构较小,特别是电磁头内空间狭小,因此自锁装置除满足吸力需要外,还要求体积小,质量轻。

3、自锁装置

  电磁自锁装置由管座、动铁芯组、静铁芯、线圈组件、外壳、复位弹簧、螺钉和密封垫等组成( 图1) 。电磁阀的信号支杆上设有锁紧用的凹槽,在屏蔽管开口外部增加4 个螺纹安装孔,用于电磁自锁装置管座与之连接并密封。管座与屏蔽套采用一体化加工,提高了产品的安全性。管座屏蔽套内部有静铁芯固定在套内的端部,用于锁紧的动铁芯组件中安装复位弹簧,可自动弹出动铁芯组卡入支杆的凹槽中。管座屏蔽套的外部套有线圈组件和外壳,形成闭合磁路,动铁芯组可以在线圈组件通电的状态下,抽出锁紧装置与静铁芯闭合,起到打开锁紧装置的作用。为实现自锁功能,所有的导磁材料选用高导磁率的耐蚀软磁合金,通过必要的磁路计算确定外壳、上盖和静铁芯等零件导磁所需的最小厚度或最小直径,通过适当加大铁芯吸合面积以实现大吸力的目的,通过反复调整线圈直径与高度比,使线圈能产生合理的磁路,减少漏磁。

  当电磁自锁装置不通电时,动铁芯组在复位弹簧作用下压在信号支杆上。当主阀线圈通电后,在压差和电磁力的作用下,活塞迅速浮起主阀打开,同时带动信号杆向上运动,自锁装置中的动铁芯组在复位弹簧的作用下伸出,卡在信号杆上的凹槽中,防止了主阀运动部件的回落,主阀被锁住。当电磁自锁装置接通电源时,自锁线圈产生磁场,拉动动铁芯组克服复位弹簧力与自锁静铁芯闭合,动铁芯组脱离信号杆的凹槽,主阀的运动部件因此回落,完成一次解锁过程。

  电磁自锁装置与原高温高压电磁阀连接,通过水压强度试验和密封试验后,证明自锁装置的管座与主阀屏蔽套连接牢固,密封良好,结构强度满足规范要求。在冷态和热态自锁动作试验中,电磁自锁装置动作可靠,未出现误动作故障和卡阻现象。经过试验检验证明,自锁装置各项试验,性能指标满足系统和电磁阀整机的功能要求。

电磁自锁装置

1. 管座2. 线圈组件3. 外壳4. 静铁芯5. 复位弹簧6. 动铁芯组7. 信号支杆

图1 电磁自锁装置

4、工作原理

  带有自锁装置的电磁阀为二位二通分步直动式高温高压电磁阀( 图2) 。电磁阀断电时为关闭状态,阻断介质流动。当主阀线圈通电时,线圈产生电磁力,吸起动铁芯,使动铁芯与静铁芯闭合,并拉动阀杆带动阀瓣组打开先导阀,使活塞上腔的高压介质快速排泄。在活塞上下压力差的作用下,活塞迅速浮起,自锁电磁头中的动铁芯组在自锁弹簧的作用下伸出,将主阀动铁芯的信号支杆锁住,此时将主阀线圈断电,主阀仍保持为开阀状态。当进行关阀操作时,首先给主阀线圈通电,再给自锁线圈通电,自锁线圈产生电磁力,使自锁静铁芯与自锁动铁芯组闭合,自锁动铁芯组脱离主阀动铁芯的信号支杆。此时先给主阀线圈断电,再给自锁线圈断电。在弹簧力和主阀内部件的重力作用下,动铁芯与静铁芯脱离,使先导阀关闭。在介质压差的作用下,活塞向下运动关闭主阀门,阻断工作介质通过电磁阀,电磁阀即为关闭状态。

带自锁装置电磁阀

1. 电磁自锁装置2. 信号支杆3. 静铁芯4. 主阀线圈5. 动铁芯6. 小阀7. 活塞8. 阀体

图2 带自锁装置电磁阀

5、应用

  自锁式电磁阀即保持了原有电磁阀动作灵活、无外漏和响应时间短等特点。由于增加了电磁自锁装置,产品的功能特性进一步提高,实现了产品在断电状态下可长期保持开阀状态的功能,降低了产品运行成本,节约了能源,提高了产品和系统的安全性,适用于安全条件要求苛刻的工况,如核能及类似的使用工况条件。

6、结语

  自锁式电磁阀是一种带有自锁功能的分步直动式电磁阀,具有开阀后断电可保持电磁阀处于开阀状态,并具有信号反馈等功能。当需要关闭电磁阀时,只要给电磁自锁装置通电,电磁阀的主阀瓣就会自动落入阀座,切断管路中介质的流动。该阀可有效控制常温水、常温气体以及饱和状态下的水和蒸汽介质的接通或切断,具有结构简单、动作灵活可靠、使用寿命长、更换和维修方便等特点。

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