Jako wiodący dostawca zaworów elektromagnetycznych, EBMIA.PL wie dużo na temat działania zaworów elektromagnetycznych. Dlatego postanowiliśmy odpowiedzieć na niektóre z najczęściej zadawanych pytań dotyczących działania elektromagnetycznych zaworów odcinających, typowych zastosowań tych elektrozaworów, jak wymienić zawór elektromagnetyczny i wiele więcej.
Co to jest zawór elektromagnetyczny odcinający?
Definicja zaworu elektromagnetycznego to zawór elektromechaniczny powszechnie stosowany do sterowania przepływem cieczy lub gazu. Istnieją różne typy zaworów elektromagnetycznych, ale główne warianty są sterowane pilotem lub bezpośredniego działania. Zawory sterowane pilotem, najczęściej stosowane, wykorzystują ciśnienie w układzie do otwierania i zamykania głównej kryzy w korpusie zaworu.
Zawory elektromagnetyczne sterowane bezpośrednio, otwierają lub zamykają główny otwór zaworu, który jest jedyną ścieżką przepływu w zaworze. Stosowane są w układach wymagających niskich przepływów lub w zastosowaniach o małej różnicy ciśnień na kryzie zaworu.
Gdzie stosuje się zawory elektromagnetyczne odcinające?
Zastosowania zaworów elektromagnetycznych obejmują szeroki zakres ustawień przemysłowych, w tym ogólne sterowanie włącz-wyłącz, pętle sterowania zakładem, systemy sterowania procesem i różne aplikacje producentów oryginalnego sprzętu.
Zawory elektromagnetyczne można znaleźć w wielu różnych sektorach, w tym: zaopatrzenie w wodę, oczyszczanie ścieków, chłodzenie, smarowanie i dozowanie, sterowanie palnikiem olejowym i gazowym, regulacja mieszanki gazów i inne.
Zawór elektromagnetyczny odcinający – budowa
Zawory elektromagnetyczne składają się z zespołu cewki, nurnika i tulei. W normalnie zamkniętych zaworach sprężyna powrotna nurnika utrzymuje nurnik przy otworze i zapobiega przepływowi. Gdy cewka elektromagnesu jest zasilana, powstałe pole magnetyczne podnosi tłok, umożliwiając przepływ. Gdy cewka elektromagnesu jest zasilana w normalnie otwartym zaworze, tłok uszczelnia kryzę, co z kolei zapobiega przepływowi.
Rys. 1. Elementy zaworu elektromagnetycznego; cewka (A); obudowa (B); pierścień cieniujący (C); sprężyna (D); tłok (E); uszczelka (F); korpus zaworu (G)
Jak działa elektrozawór?
Zawór elektromagnetyczny składa się z dwóch głównych elementów: solenoidu i korpusu zaworu (G). Rysunek 1. przedstawia komponenty elektrozaworu. Solenoid to cewka indukowana elektromagnetycznie (A) wokół żelaznego rdzenia pośrodku zwanego tłokiem (E). W spoczynku zawór taki może być normalnie otwarty (NO) lub normalnie zamknięty (NC). W stanie bez zasilania zawór normalnie otwarty jest otwarty, a zawór normalnie zamknięty jest zamknięty. Gdy prąd przepływa przez solenoid, cewka jest zasilana energią i wytwarza pole magnetyczne. To tworzy przyciąganie magnetyczne z tłokiem, przesuwając go i pokonując siłę sprężyny (D). Jeśli zawór jest normalnie zamknięty, tłok jest podnoszony tak, że uszczelka (F) otwiera otwór i umożliwia przepływ medium przez zawór. Jeśli zawór jest normalnie otwarty, tłok przesuwa się w dół, tak że uszczelka (F) blokuje otwór i zatrzymuje przepływ medium przez zawór. Pierścień zacieniający (C) zapobiega wibracjom i buczeniu cewek AC.
Zawory elektromagnetyczne są używane w szerokim zakresie zastosowań, z wysokimi lub niskimi ciśnieniami oraz małymi lub dużymi natężeniami przepływu. Te zawory elektromagnetyczne wykorzystują różne zasady działania, które są optymalne dla danego zastosowania. W artykule wyjaśniono trzy najważniejsze z nich: działanie bezpośrednie, działanie pośrednie i działanie pół-bezpośrednie.
Rodzaje zaworów elektromagnetycznych
Zawór elektromagnetyczny normalnie zamknięty – zasada działania
W przypadku normalnie zamkniętego zaworu elektromagnetycznego zawór jest zamknięty, gdy nie jest pod napięciem i media nie mogą przez niego przepływać. Gdy prąd jest przesyłany do cewki, wytwarza pole elektromagnetyczne, które wymusza ruch tłoka w górę, pokonując siłę sprężyny. To zdejmuje uszczelkę i otwiera otwór, umożliwiając przepływ medium przez zawór. Rysunek 2 przedstawia zasadę działania normalnie zamkniętego zaworu elektromagnetycznego w stanach bez zasilania i pod napięciem.
Rys. 2. Zasada działania normalnie zamkniętego zaworu elektromagnetycznego
Zawór elektromagnetyczny normalnie otwarty – zasada działania
W przypadku normalnie otwartego zaworu elektromagnetycznego zawór jest otwarty, gdy nie jest pod napięciem, i media mogą przez niego przepływać. Kiedy prąd jest przesyłany do cewki, wytwarza pole elektromagnetyczne, które zmusza tłok w dół, pokonując siłę sprężyny. Uszczelka jest następnie osadzona w kryzie i zamyka ją, co zapobiega przepływowi mediów przez zawór. Rysunek 3 przedstawia zasadę działania normalnie otwartego zaworu elektromagnetycznego w stanach bez zasilania i pod napięciem. Normalnie otwarty zawór elektromagnetyczny jest idealny do zastosowań, w których zawór musi być otwarty przez długi czas, ponieważ jest to wtedy bardziej energooszczędne.
Rys. 3. Zasada działania normalnie otwartego zaworu elektromagnetycznego: bez zasilania (po lewej) i pod napięciem (po prawej)
Jak działa elektrozawór bistabilny?
Zawór elektromagnetyczny bistabilny lub zatrzaskowy może być włączany przez chwilowe zasilanie. Pozostanie wtedy w tej pozycji bez zasilania. Dlatego nie jest normalnie otwarty ani normalnie zamknięty, ponieważ pozostaje w bieżącej pozycji, gdy nie jest podłączone zasilanie. Jest to możliwe za pomocą magnesów trwałych, a nie sprężyny.
Jak działa zawór bezpośredniego działania?
Rys. 4. Zasada działania i komponenty zaworu elektromagnetycznego bezpośredniego działania: cewka (A); obudowa (B); pierścień cieniujący (C); sprężyna (D); tłok (E); uszczelka (F); korpus zaworu (G)
Zawory elektromagnetyczne bezpośredniego działania (sterowane bezpośrednio) mają prostą zasadę działania, którą można zobaczyć na rysunku 4 wraz z elementami. W przypadku zaworu normalnie zamkniętego, bez zasilania, nurnik (tłok) (E) blokuje kryzę za pomocą uszczelki zaworu (F). Sprężyna (D) wymusza to zamknięcie. Po przyłożeniu mocy do cewki (A) wytwarza pole elektromagnetyczne, przyciągając tłok do góry, pokonując siłę sprężyny. To otwiera otwór i umożliwia przepływ mediów. Zawór normalnie otwarty ma te same elementy, ale działa w odwrotny sposób.
Maksymalne ciśnienie robocze i natężenie przepływu są bezpośrednio związane ze średnicą kryzy i siłą magnetyczną zaworu elektromagnetycznego. Dlatego w przypadku stosunkowo małych przepływów zwykle stosuje się zawór elektromagnetyczny bezpośredniego działania. Zawory elektromagnetyczne sterowane bezpośrednio nie wymagają minimalnego ciśnienia roboczego ani różnicy ciśnień, dzięki czemu mogą być stosowane od 0 bar do maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia.
Jak działa elektrozawór pośredniego działania?
Zawory elektromagnetyczne o działaniu pośrednim (nazywane również serwomechanizmem lub pilotem) wykorzystują różnicę ciśnień medium na wlocie i wylocie zaworu do otwierania i zamykania zaworu. Dlatego zazwyczaj wymagają minimalnej różnicy ciśnień około 0,5 bara. Zasadę działania elektrozaworu o działaniu pośrednim można zobaczyć na rysunku 5.
Rys. 5. Zasada działania zaworu elektromagnetycznego o działaniu pośrednim.
Porty wlotowy i wylotowy są oddzielone gumową membraną, zwaną również uszczelką. Membrana posiada mały otwór, dzięki któremu medium może przepływać do górnej komory z wlotu. W przypadku normalnie zamkniętego zaworu elektromagnetycznego o pośrednim działaniu, ciśnienie wlotowe (nad membraną) i sprężyna podtrzymująca nad membraną zapewnią, że zawór pozostanie zamknięty. Komora nad membraną jest połączona małym kanałem z portem niskiego ciśnienia. Połączenie to jest blokowane w pozycji zamkniętej przez tłok i uszczelkę zaworu. Średnica tego „pilotującego” otworu jest większa niż średnica otworu w membranie. Gdy elektromagnes jest zasilany, kryza pilotowa zostaje otwarta, co powoduje spadek ciśnienia nad membraną. Ze względu na różnicę ciśnień po obu stronach membrany, membrana zostanie podniesiona i medium może przepływać z portu wlotowego do portu wylotowego. Zawór normalnie otwarty ma te same elementy, ale działa w odwrotny sposób.
Dodatkowa komora ciśnieniowa nad membraną działa jak wzmacniacz, więc mała cewka może nadal kontrolować duże natężenie przepływu. Pośrednie zawory elektromagnetyczne są używane tylko do przepływu mediów w jednym kierunku. Zawory elektromagnetyczne sterowane pośrednio są używane w aplikacjach o wystarczającej różnicy ciśnień i wysokim wymaganym natężeniu przepływu.
Zasada działania elektrozaworu o działaniu półbezpośrednim
Zawory elektromagnetyczne półpośredniego działania łączą w sobie właściwości zaworów bezpośrednich i pośrednich. To pozwala im pracować od zera barów, ale nadal mogą obsługiwać wysokie natężenie przepływu. Wyglądają podobnie do zaworów pośrednich, a ponadto posiadają ruchomą membranę z małym otworem i komorami ciśnieniowymi po obu stronach. Różnica polega na tym, że nurnik elektromagnesu jest bezpośrednio połączony z membraną. Zasadę działania elektrozaworu o działaniu półbezpośrednim można zobaczyć na rysunku 9.
Rys. 6. Zasada działania zaworu elektromagnetycznego o działaniu półbezpośrednim
Gdy tłok jest podniesiony, bezpośrednio unosi membranę, aby otworzyć zawór. Jednocześnie drugi otwór jest otwierany przez nurnik, który ma nieco większą średnicę niż pierwszy otwór w membranie. Powoduje to spadek ciśnienia w komorze nad membraną. W efekcie membrana unosi się nie tylko przez tłok, ale także przez różnicę ciśnień.
Ta kombinacja daje w wyniku zawór, który działa od zera barów i może sterować stosunkowo dużymi natężeniami przepływu. Często zawory sterowane półbezpośrednio mają cewki o większej mocy niż zawory sterowane pośrednio. Zawory sterowane półbezpośrednio są również nazywane zaworami elektromagnetycznymi wspomaganego podnoszenia.
3-kierunkowe elektromagnetyczne zawory bezpośredniego działania -co to jest?
3-kierunkowy zawór elektromagnetyczny ma trzy porty, więc w zależności od tego, czy chcesz, aby mieszał (dwa wloty i jeden wylot) lub rozdzielał (jeden wlot i dwa wyloty). Niektóre zawory mogą również działać w obu kierunkach, co nazywa się funkcją obwodu uniwersalnego. Rysunek 7 przedstawia przykład 3-kierunkowego zaworu elektromagnetycznego bezpośredniego działania.
Jednocześnie podłączone są tylko dwa porty. Na rysunku 7. tłok ma otwór na górze i na dole z dwoma gniazdami zaworów. W dowolnym momencie jeden jest otwarty, a drugi zamknięty, aby skierować media w pożądanym kierunku przepływu. Poniżej znajdują się przykłady funkcji obwodu dla zaworu normalnie zamkniętego (w przeciwieństwie do zaworu normalnie otwartego).
Rys. 7. Zasada działania 3-kierunkowego zaworu elektromagnetycznego bezpośredniego działania
Jak wymienić zawór elektromagnetyczny odcinający?
Aby zapewnić prawidłowe i dokładne działanie sterowania, zawory elektromagnetyczne muszą być skonfigurowane i dobrane zgodnie z konkretnym zastosowaniem. Najważniejszymi parametrami przy wyborze elektrozaworu sterującego są wartość Kv (czyli wydajność, podana w metrach sześciennych na godzinę lub w litrach na minutę) oraz zakres ciśnień aplikacji.
Im niższy otwór zaworu lub im silniejsza cewka, tym wyższe ciśnienie może zamknąć zawór. Na podstawie obliczonej wartości Kv oraz zakresu ciśnień planowanego zastosowania można określić odpowiedni typ zaworu i jego wymaganą kryzę.
Jak wybrać zawór elektromagnetyczny odcinający? Sprawdź kryteria doboru
Przed wyborem zaworu elektromagnetycznego ważne jest zrozumienie czego tak naprawdę potrzebujesz. Oto kilka ważnych kryteriów wyboru:
Typ elektrozaworu: Określ, czy Twoje zastosowanie wymaga 2-kierunkowego czy 3-kierunkowego zaworu elektromagnetycznego.
Materiał obudowy: Określ materiał obudowy zaworu na podstawie właściwości chemicznych i temperatury mediów, ale także środowiska, w którym znajduje się zawór. Mosiądz jest zwykle używany do mediów obojętnych. Stal nierdzewna ma dobrą odporność na chemikalia, temperaturę i ciśnienie. PVC i poliamid są powszechnie stosowane, ponieważ są tańsze. Jednak są one również używane w zaawansowanych zastosowaniach z agresywnymi chemikaliami. Należy wziąć pod uwagę, że części mechaniczne, takie jak tłok i sprężyna ze stali nierdzewnej, mają kontakt z medium i muszą być również kompatybilne. Dostępne są specjalne zawory separowane od medium, w których te części są oddzielone od cieczy za pomocą membrany.
Materiał uszczelnienia: Materiał uszczelnienia należy dobrać w oparciu o właściwości chemiczne i temperaturę mediów. Powszechnymi opcjami są NBR, EPDM, FKM (Viton) i PTFE (Teflon).
Napięcie: Zawór elektromagnetyczny dostępny jest w wersjach AC i DC, z których każdy ma małe wady i zalety. Więcej informacji można znaleźć w sekcji Wybór cewki AC lub DC dla zaworu elektromagnetycznego.
Funkcja zaworu: W zależności od okresu pracy można wybrać zawór normalnie otwarty lub normalnie zamknięty. Większość zaworów elektromagnetycznych jest normalnie zamknięta. Jeżeli czas otwarcia zaworu jest dłuższy niż czas zamykania, preferowany jest zawór normalnie otwarty i na odwrót. Dostępna jest również opcja bistabilna lub zatrzaskowa.
Ciśnienie: Zawór musi być w stanie wytrzymać maksymalne ciśnienie wymagane dla danego zastosowania. Równie ważne jest odnotowanie minimalnego ciśnienia, ponieważ wysoka różnica ciśnień może spowodować awarię zaworu.
Rodzaj działania: Określ, czy Twoje zastosowanie wymaga zaworu elektromagnetycznego sterowanego bezpośrednio, pośrednio czy półbezpośrednio.
Temperatura: Upewnij się, że materiały zaworu są w stanie wytrzymać minimalne i maksymalne wymagania dotyczące temperatury w twoim zastosowaniu. Uwzględnienie temperatury jest również niezbędne do określenia wydajności zaworu, ponieważ wpływa ona na lepkość i przepływ płynu.
Czas odpowiedzi: Czas odpowiedzi zaworu to czas potrzebny na przejście zaworu z pozycji otwartej do pozycji zamkniętej lub odwrotnie. Małe zawory elektromagnetyczne bezpośredniego działania reagują znacznie szybciej niż zawory o działaniu półbezpośrednim lub pośrednim.
Certyfikacja: Upewnij się, że zawór jest odpowiednio certyfikowany w zależności od zastosowania.
Stopień ochrony: Upewnij się, że zawór ma odpowiedni stopień ochrony IP dla ochrony przed kurzem, cieczami, wilgocią i kontaktem ze środowiskiem zewnętrznym.
Podsumowanie
W większości zastosowań sterowania przepływami konieczne jest uruchomienie lub zatrzymanie przepływu w obwodzie, aby kontrolować płyny w systemie. W tym celu zwykle stosuje się sterowany elektronicznie zawór elektromagnetyczny. Dzięki uruchomieniu elektromagnetycznym zawory elektromagnetyczne mogą być umieszczane w odległych miejscach i mogą być wygodnie sterowane za pomocą prostych przełączników elektrycznych.
Zawór elektromagnetyczny jest najczęściej stosowanym elementem sterującym przepływ płynów. Są powszechnie używane do odcinania, uwalniania, dozowania, rozprowadzania lub mieszania płynów. Z tego powodu można je znaleźć w wielu obszarach zastosowań. Elektromagnesy generalnie oferują szybkie i bezpieczne przełączanie, długą żywotność, wysoką niezawodność, niską moc sterowania i kompaktową konstrukcję.
W kolejnych artykułach opisaliśmy:
Zawory stosowane w układach pneumatycznych
Siłownik jednostronnego i dwustronnego działania – różnice i zastosowanie
Elektrozawory – budowa, zalety i zastosowanie
Zespół przygotowania sprężonego powietrza – co to jest, budowa
Przelicznik, kalkulator jednostek ciśnienia
Jak zbudować układ pneumatyczny
Rodzaje, zalety i zastosowanie siłowników pneumatycznych
Zawór zwrotny – co to jest, zasada działania, cena
