Соленоидный электромагнитный клапан: устройство, виды, назначение и принцип работы
Оглавление
- 1 Что такое соленоидный электромагнитный клапан
- 2 Где применяются электроклапаны
- 3 Устройство и характеристики
- 4 Разновидности соленоидных электроклапанов
- 5 Область использования
- 6 Преимущества электромагнитных клапанов для воды
- 7 Установка электромагнитного клапана для воды своими руками
- 8 Как выбрать соленоидный клапан
- 9 Правила установки и эксплуатации
- 10 Монтаж и подключение катушки
Что такое соленоидный электромагнитный клапан
Электромагнитный клапан – это классический электромеханический узел, основное назначение которого состоит в оперативном управлении потоками жидких или газообразных сред. Благодаря этому устройству указанный процесс удается частично или полностью автоматизировать. Окончательное решение об открытии или закрытии соленоида принимает оператор или логика контроллера.
Находясь у пульта управления, оператор нажимает кнопку «открыть» клапан, тем самым подаёт напряжение на катушку электромагнита. Последняя за счет протекающего по ней тока втягивает шток клапана, переводя вентиль в режим «Открыто» (при нормально закрытом типе клапана). Для совершения обратного действия оператору достаточно нажать кнопку «Закрыть». После этого напряжение с катушки снимается и шток под действием возвратной пружины занимает своё нормальное безопасное положение.
Где применяются электроклапаны
Как уже было сказано, применение соленоидных клапанов очень обширное. Мы можем наблюдать их действия в газо- и нефтеперегонке, в поливе и орошении сельхозугодий, поении скота, работе газовых и тепловых котельных, в перенаправлении потоков газа и воды по нескольким направлениям на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях.
Соленоидный клапан для воды:
- помогает садоводам и жителям коттеджных построек при поливе и орошении своих дачных и приусадебных участков;
- при подаче воды на различные бытовые гидроустановки: автоматические посудомойки,
- при подаче воды и газа в системы обогрева, к котлам и бойлерным установкам;
- для распределения подачи воды в канализационные системы частных и промышленных зданий для обеспечения работы туалетов и душевых кабин в местах общего пользования;
- на малых моечных предприятиях регулирует подачу воды при мойке техники;
- в пекарях – для обеспечения процесса выпечки хлебобулочных изделий;
- в частных и общественных заведениях питания при приготовлении кофе в комбайнах по дозированию воды для заварки в точном дозировании подачи кипятка и многих других отраслях и видах деятельности человека.
стиральные машины, душевые кабины и сливные бачки;
Электрические клапаны не только распределяют, но и регулируют количество подаваемой воды и газа к каждому потребителю и внутри гидро и газовых установок.
Мы ежедневно пользуемся бытовыми автоматическими гидромашинами, но даже не задумываемся о том, что внутри этих конструкций установлен электромагнитный клапан, а то и несколько одновременно, для выполнения целого ряда процессов.
Для примера, в быту используют электромагнитный клапан для подачи воды для стиральной машины. Мы включаем это гидроустройство и тем самым подаем электросигнал на соленоидную катушку, которая открывает поступление воды в бак стиралки. А в процессе стирки, электроклапан на каждом этапе программы управляет подачей воды в нужном количестве внутрь машины из водной магистрали или сливом грязной смеси из стирального бака в канализационный коллектор.
Устройство и характеристики
Устройство электромагнитного клапана зависит от его типа, но общий принцип работы этих электроустройств одинаков, в их конструкцию входят:
- Электромагнитная катушка – соленоид;
- Штекер или ввод электрического кабеля сети напряжения;
- Подвижный шток или плунжер;
- Возвратная пружина штока;
- Силовой плунжер с изолирующей прокладкой;
- Крышка мембранного отсека;
- Крепеж крышки;
- Возвратная пружина мембраны;
- Эластичная мембрана;
- Корпус соленоидного клапана.
К характеристикам электромагнитных клапанов относится ряд технических параметров, которым отвечает та или иная конструктивная модель изделия. К этим параметрам относятся:
Давление. Манометрическая величина превышения давления внутри жидкости над воздушным (атмосферным) давлением, которые зависят от:
- Дифференциала давления – разницы давлений на входе и выходе изделия.
- Для электроуправляемых конструкций давление на входе должно быть всегда выше давления на выходе из устройства.Материала мембраны.
- Диаметра отверстия для прохода жидкости.
- Конструктивных и физических особенностей уплотнительных материалов.
- Мощности электромагнитной катушки и применяемого вида тока, подаваемого на соленоидный пакет управления.
Расход жидкости или пропускная возможность соленоидного клапана (Kv), которую определяют экспериментальным путем на каждом производстве конкретных моделей клапанов. При этом берется чистая вода с температурой +20 С и в течении часа прогоняют через открытое тело установки при разнице давлений на входе и выходе (дифференциал) в 1 бар и просчитывают эту величину.
Зная коэффициент пропускной возможности (Kv) можно вычислить расход воды по формуле:
,где:
- Q – величина расхода воды в метрах кубических за час работы устройства;
- Kv – практически измеренный коэффициент пропускной возможности установочной модели электроклапана, измеряемый в кубических метрах за час работы;
- ΔP- дифференциальная величина давления;
- ρ – величина плотности жидкости при данной температуре, измеряемая в кг/м³.
На основе этих расчетов на каждый клапан производитель делает дифференциальную диаграмму потерь:
Время срабатывания механизма клапана, которое зависит от типа и вида конструкции электрически управляемого клапана и от применяемого напряжения на соленоидную катушку;
Время, затраченное на реакцию клапана после получения электросигнала – зависит от выбранной конструкции и вида клапана, а также применяемых дополнительных вспомогательных механизмов внутри устройства.
Разновидности соленоидных электроклапанов
Существует несколько разновидностей рассматриваемого устройства. Классифицируются такие приборы по материалу изготовления корпуса, конструкции и положению в обесточенном состоянии запора внутри, типу уплотнителя и способу подключения к трубам.
Каждый из этих вариантов рассчитан на работу с определенной средой по составу, температуре и давлению. Подбирать соленоидный электроклапан надо внимательно. Если взять несоответствующий требованиям прибор, то долго он не прослужит.
Первое и основное разделение электромагнитных клапанов – по типу электротока. Так, они могут работать от переменного, либо постоянного тока
По способу подсоединения соленоидные электроклапаны делятся на:
- фланцевые;
- муфтовые;
- штуцерные.
А по размеру они могут быть от 6 до 150 DN (от 1/8 до 6 дюймов). Вариант найдется для любого трубопровода.
Корпус рассматриваемых электроклапанов выполняется из:
- пластика (усиленного PPA, PVC, нейлона);
- нержавеющей стали;
- латуни;
- чугуна.
У каждого из этих вариантов свои характеристики по давлению и температуре рабочей среды. Данные цифры следует внимательно изучать в паспорте прибора, чтобы не ошибиться с выбором. При этом для водопровода или отопления в частном доме подойдет любая из вышеперечисленных вариаций.
Классификация #1 — по внутреннему устройству
Клапаны по конструкции управляющего элемента делятся на три группы:
- Золотниковые.
- Мембранные.
- Поршневые.
Электромагнитные клапаны в бытовом исполнении обычно делаются с мембраной. Это дешевый и надежный вариант, который без проблем справляется с регулировкой потока воды в бытовых системах отопления и водоснабжения.
Внутренние элементы – пружина, плунжер и сердечник, практически всегда делаются из нержавеющей стали, которая отличается высокой устойчивостью к перепадам температуры и давления воды
Основное разделение соленоидных клапанов осуществляется по положению запорного механизма при обесточенном электромагните.
По этому параметру соленоидные электроклапаны делятся на:
- нормально закрытые, клапан закрыт (НЗ);
- нормально открытые, клапан открыт (НО);
- бистабильные.
В первом случае, пока на соленоид не подано напряжение, сердечник за счет давления пружины опущен вниз и тока воды нет. Во втором случае, при обесточенном состоянии прибора, канал наоборот полностью открыт, а закрытие его происходит только после подачи питания.
Третий вариант – положение может быть как открытым, так и закрытым.
Классификация #2 — по принципу функционирования
Функционально соленоидные электроклапаны для воды на 220 В и иного вольтажа бывают:
- одноходовыми;
- двухходовыми;
- трехходовыми.
Первые имеют лишь один патрубок подсоединения к трубопроводу. Это предохранительные устройства, рассчитанные на выпуск пара или воды при слишком высоком давлении в трубах.
Двухходовые соленоидные вентили – наиболее распространенные и востребованные. Они имеют два патрубка – вход и выход, и устанавливаются в разрыв трубопровода
Трехходовые устройства идут с тремя патрубками для подсоединения к трубам. Такие варианты предназначены для перенаправления потока из одного трубопровода в другой.
Наиболее широко трехходовые клапаны применяют в отопительных системах. Подобные приборы позволяют легко произвести переток теплоносителя из одного контура в другой для смешения рабочей среды.
В итоге, температура воды в системе меняется, а источник тепловой энергии продолжает работать без изменения режима.
Также электромагнитные клапаны бывают:
- прямого действия;
- непрямого действия.
В первых сердечник передвигается исключительно под воздействием электромагнита. Во вторых – на его перемещение также влияет давление рабочей среды.
Классификация #3 — по материалу уплотнителя и мембраны
Внутри корпуса электромагнитного клапана расположена мембрана, которая перекрывает ток воды. Плюс, между катушкой и основным с патрубками расположен уплотнитель. Оба этих элемента делаются из эластичных полимерных материалов.
Чаще всего в бытовых электромагнитных клапанах для воды уплотнители и мембраны делаются из EPDM, который отличается высокой устойчивостью к солям и низким температурам
Уплотнитель в электроклапанах может быть выполнен из:
- FPM (FKM, VITON) – фторэластомера;
- EPDM – этилен-пропиленового эластомера;
- NBR – бутадиен-нитрильного каучука.
Первый вариант отличается высокой максимальной температурой рабочей среды и стойкостью к маслам и бензинам. Второй – дешев и устойчив к воздействию растворенным в воде солям, щелочам и кислотам. Третий – спокойно переносит контакт с нефтепродуктами, обычно применяется в промышленности и автомобилях.
На цену электромагнитного клапана данный материал влияет не сильно. Детали из него слишком малы в размере. Выбирать тип уплотнителя и мембраны следует исходя исключительно из характеристик рабочей среды.
Термические свойства уплотнителей представлены в следующей таблице:
Обозначение уплотнителя | FPM | EPDM | NBR |
Название материала | Фторкаучук | Этилен-пропиленовый каучук | Бутадиен-нитрил-каучук |
Диапазон рабочих температур, °С | -30…+150 | -40…+140 | -10…+80 |
При этом в любом случае особое внимание при эксплуатации электроклапана следует уделить отсутствию примесей в воде.
Песок и ржавчина в трубах рано или поздно испортят любую мембрану, независимо от материала ее исполнения. Устанавливать рассматриваемое устройство можно только при наличии в трубопроводе фильтра.
Область использования
Применение электромагнитных клапанов осуществляется в самых разных областях человеческой деятельности, везде, где возникает необходимость управлять потоками жидкостей и газов дистанционно. Сюда входит:
- Бытовые системы отопления.
- Системы водоснабжения и водоподготовки.
- Технологические установки.
- Трубопроводный транспорт.
- Генерация и распределение тепла.
- Бытовые приборы.
- Канализация.
- Орошение.
- Транспортные средства.
Использование электромагнитных клапанов на транспорте понемногу снижается, поскольку все больше видов транспортных средств переходят на электрические источники энергии и отказываются от жидкого топлива и гидравлики, заменяя их на более надежные электрические приводы. Сходные перспективы просматриваются и в системах отопления. Но в водоснабжении, канализации и других отраслях роль электромагнитных затворов будет только возрастать.
Преимущества электромагнитных клапанов для воды
Главным преимуществом устройства является возможность удаленного и быстрого регулирования потоков рабочей среды. Без электромагнитных затворов становится невозможной работа сложных технологических установок и простых бытовых приборов, таких, как кофеварка и стиральная машина.
Кроме того, электропривод позволяет:
- Подключать соленоидный клапан к централизованной и автоматизированной системе управления. Это многократно повышает точность и оперативность регулировок параметров по сравнению с ручным управлением.
- Снижать трудозатраты на управление технологическими процессами.
- Повышать безопасность производства и исключать воздействие на оператора вредных факторов производственной среды.
- Повышать эффективность работы бытовых приборов и производственных установок за счет точного и быстрого управления потоками рабочих сред и их параметров.
Важным достоинством соленоидного привода по сравнению с электромотором и редуктором является отсутствие зубчатых и червячных передач, исключительная простота устройства и минимум подвижных частей.
Это обеспечивает высокую надежность оборудования, минимальный износ и долгий срок его службы.
Недостатком данного типа устройств являет невозможность плавной регулировки степени открытия затвора. Обеспечивается только два положения: «открыто» и «закрыто».
Установка электромагнитного клапана для воды своими руками
Прежде чем приступать к установке, необходимо определить тип подключения. Наиболее часто применяемыми являются:
- Резьбовое. Входной и выходной патрубки снабжены внешней либо внутренней резьбой, через соответствующие фитинги арматура встраивается в разрыв трубопровода. Наиболее удобное для самостоятельной установки, лучше выбрать подключение такого типа.
- Фланцевое. Патрубки оборудованы фланцами, на концах труб также должны быть фланцы соответствующего типоразмера, они стягиваются между собой болтами. Обеспечивают высокое давление и интенсивность потока, чаще применяются на магистралях высокого и среднего давления.
До начала монтажа устройства следует выполнить ряд подготовительных операций. Трубы должны быть размечены, обрезаны под размер и зачищены. Место для установки электромагнитного устройства должно давать свободный доступ к устройству для его монтажа, обслуживания и ремонта. Опытные мастера сформулировали также несколько рекомендаций:
- Все работы по установке или снятию прибора можно проводить только в отключенном от сети виде.
- Трубопроводную систему необходимо дополнить фильтром механической очистки. Это предотвратит загрязнение и повреждение деталей посторонними включениями, такими ка песок, чешуйки ржавчины и известковые отложения.
- Корпус устройства не должен принимать на себя вес участка трубопровода.
- Следует подключать устройство в соответствии с нанесенными на корпусе стрелками. Они указывают направление потока.
- При уличной установке следует защитить клапан от воздействия природных явлений. Обычно бывает достаточно водонепроницаемого кожуха. При работе в условиях низких температур нужно обеспечить подогрев кожуха.
- Резьбовые соединения нужно обязательно уплотнять лентой ФУМ или сантехнической нитью.
- Кабель для подключения к управляющей системе следует выбирать медный. Он должен иметь достаточное поперечное сечение не менее 2 мм2.
Подбор конкретной модели осуществляется на основе расчетов параметров трубопроводной системы.
Следует учитывать напор, сечение труб, необходимую скорость срабатывания и характеристики управляемой среды.
Как выбрать соленоидный клапан
Универсальный совет при выборе запорной арматуры — внимательно изучать описания и спецификации, которые дает производитель. По ним можно определить, допускается ли использование той или иной модели клапана в различных системах, в которых могут быть разные показатели температуры, давления, скорости тока и химического состава жидкости.
Также следует обращать внимание на размер входного и выходного отверстия, которое должно совпадать с параметрами трубопровода. В противном случае будут нарушены гидравлические параметры системы, поскольку жидкость на участке установки клапана может замедляться, что скажется на температуре и давлении воды.
Важно! При выборе клапана необходимо в первую очередь учитывать химические свойства рабочей среды, поскольку разные металлы разрушаются при воздействии кислот (например, латунь). Пластиковые модели нельзя использовать в высокотемпературных системах.
Правила установки и эксплуатации
Благодаря указаниям производителя на корпусе устройства установка соленоидного клапана максимально простая. Человеку с навыками работы с инженерным оборудованием будет легко установить клапан на участке трубопровода. Ключевые рекомендации по установке устройства:
- расположить клапан нужно строго в соответствии со стрелками на корпусе устройства, указывающими направление тока воды;
- на подающем участке трубы перед самим клапаном рекомендуется установить грязевой фильтр для улавливания частиц (они не должны попадать в устройство клапана, т.к. от них устройство быстро выходит из строя);
- подключение устройства к источнику питания происходит только после установки его в трубопровод и проверки герметичности соединения;
- важно следить, чтобы на устройство не было весовой нагрузки труб;
- при установке на открытом воздухе необходимо изолировать устройство или выбирать модель соответствующего уровня IP.
В остальном установка клапана по принципу не отличается от других видов запорной арматуры. Например, при использовании устройства с резьбовым соединением необходимо сделать резьбу на трубе при помощи специального инструмента. Непосредственно перед установкой трубу нужно подготовить — зачистить от загрязнений и заусенцев, обезжирить с помощью растворителей.
Важно! При установке электромагнитного клапана нельзя возлагать на него основную регулирующую функцию. Он используется как вспомогательное устройство, а в качестве основного запорного устройство на участке трубопровода должен быть установлен шаровой кран или вентиль.
Монтаж и подключение катушки
Главным рабочим органом соленоидного клапана является магнитная катушка. Необходимо обеспечить такие условия эксплуатации, чтобы гарантированно избежать её преждевременного повреждения.
При установке рекомендуется обращать внимание на концы выводов. Один из них обязательно подключается к заземлению. Два других – к фазе и к нулю. При этом, если среда, перемещаемая по системе является грязной, внутренняя трубка может засориться.
Специалисты рекомендуют в любом случает устанавливать дополнительный фильтр на входе перед клапаном. Пусть подобный монтаж несколько затратен по времени и деньгам, зато система получает дополнительную степень надёжности.
Кабель, который будет подключаться к соленоидному клапану, обязательно в месте подключения должен образовывать петлю, которая спускается ниже входного отверстия кабеля.
В случае возникновения конденсата, он спустится по кабелю, но подняться по нему, чтобы попасть внутрь клапана уже не сможет.
В видео будет продемонстрирован классический соленоидный клапан:
- https://odinelectric.ru/kipia/chto-takoe-solenoidnyj-jelektromagnitnyj-klapan
- https://nasosov.by/info/article/elektromagnitnye_klapany_dlya_vody_printsip_raboty_vidy/
- https://sovet-ingenera.com/vodosnab/v-drugoe/solenoidnyj-elektromagnitnyj-klapan.html
- https://stankiexpert.ru/tehnologicheskaya-osnastka/zapchasti/ehlektromagnitnyj-klapan.html
- https://InfoTruby.ru/armatura/elektromagnitnyj-klapan
- http://glavspec.ru/kak-podklyuchit-elektromagnitnyiy-klapan.html