淺議先導(dǎo)式電磁閥出現(xiàn)“反流”的一種解決方法

本文聚焦于先導(dǎo)式電磁閥在實際應(yīng)用中的“反流”問題，通過分析其故障模式和發(fā)生原因，探討了在不改變現(xiàn)有工作參數(shù)的前提下，采用微型單向閥替換節(jié)流元件的解決方案，以實現(xiàn)低成本高效解決“反流”現(xiàn)象。

出品 |《閥門》期刊

作者 | 海裝沈陽局：祝 捷

1概述

先導(dǎo)式電磁閥因其結(jié)構(gòu)簡單、動作迅速、無外漏、造價低廉等特色被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)過程控制系統(tǒng)的自動控制，實現(xiàn)接通管路介質(zhì)和切斷管路介質(zhì)的功能。由于某些特殊情況，先導(dǎo)式電磁閥在實際應(yīng)用中經(jīng)常會出現(xiàn)反向壓力大于正向壓力的情形，特別是一條主管控制多個分支管路時，會出現(xiàn)因相鄰先導(dǎo)式電磁閥開啟，造成其他先導(dǎo)式電磁閥進(jìn)口壓力可能低于出口壓力而出現(xiàn)的“反流”現(xiàn)象，致使電磁閥喪失截止隔離功能。

本文通過分析“反流”故障模式和發(fā)生原因，提出在保持先導(dǎo)式電磁閥現(xiàn)有工作參數(shù)不變的情況下，將電磁閥的先導(dǎo)閥和主閥之間介質(zhì)通道中的節(jié)流元件改成微型單向閥的解決方案，以較低成本解決“反流”問題。

2出現(xiàn)“反流”故障模式

在設(shè)計選型時，忽略先導(dǎo)式電磁閥開啟和關(guān)閉均需要建立規(guī)定壓差，方能保證可靠的啟閉和密封。由于系統(tǒng)工況不確定等因素，系統(tǒng)有時會出現(xiàn)反向壓力大于正向壓力的狀態(tài)，造成先導(dǎo)式電磁閥出現(xiàn)電磁閥出口端介質(zhì)從電磁閥進(jìn)口端倒流的現(xiàn)象，稱之為“反流”。同時，用先導(dǎo)式電磁閥控制密閉容器時，因環(huán)境溫度升高等原因，也會造成密閉容器內(nèi)壓力升高而出現(xiàn)先導(dǎo)式電磁閥的出口端壓力大于進(jìn)口端壓力的“反流”現(xiàn)象。

某裝備儲油系統(tǒng)如圖1所示，當(dāng)支路電磁閥關(guān)閉時，儲液罐壓力升高，造成支路電磁閥進(jìn)口端有液體流出，出現(xiàn)“反流”現(xiàn)象，影響到裝備使用。下面僅從先導(dǎo)式電磁閥的結(jié)構(gòu)原理入手，分析出現(xiàn)“反流”的根本原因和解決方案。

圖1 某裝備儲油控制系統(tǒng)

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出現(xiàn)“反流”的原因分析

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分析先導(dǎo)式電磁閥出現(xiàn)的“反流”現(xiàn)象，從電磁閥的結(jié)構(gòu)組成和工作原理入手進(jìn)行分析，以便發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)式電磁閥的原生缺點，進(jìn)而采取有效措施予以解決。

3.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成及工作原理

3.1.1 結(jié)構(gòu)組成

先導(dǎo)式電磁閥有膜片式和活塞式之分，膜片式電磁閥的主閥關(guān)閉件-主閥瓣（主閥頭）采用橡膠膜片（也有采用PTFE膜片或金屬膜片等）結(jié)構(gòu)，通過膜片的抬升和落座實現(xiàn)電磁閥的開啟和關(guān)閉功能。這類電磁閥一般適應(yīng)系統(tǒng)壓力等級較低，大多應(yīng)用在系統(tǒng)介質(zhì)為1.0 MPa以內(nèi)的自動化系統(tǒng)中。

活塞式電磁閥的主閥關(guān)閉件-主閥瓣采用活塞式結(jié)構(gòu)，活塞下端密封副采用滾壓或硫化彈性或非剛性材料，通過活塞的抬升和落座實現(xiàn)電磁閥的開啟和關(guān)閉功能。這類電磁閥適應(yīng)系統(tǒng)壓力等級較高，一般耐介質(zhì)壓力可達(dá)1.6～10 MPa或者更高。這兩種電磁閥的結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同，只是主閥部分略有區(qū)別。

（1）膜片式電磁閥

膜片式電磁閥主要由不可分離的閥門本體和電磁線圈組件兩大部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.電磁線圈組件 2.閥門本體

圖2 膜片式電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖

電磁線圈組件部分由外殼、電纜膠套、線圈組件、上導(dǎo)磁套、下導(dǎo)磁套、螺釘、銘牌等結(jié)構(gòu)組成，如圖3所示。

1.密封墊 2.下導(dǎo)磁套 3.線圈組件 4.外殼 5.電纜膠套 6.上導(dǎo)磁套 7.螺釘

圖3 電磁線圈組件部分結(jié)構(gòu)示意圖

閥門本體（圖4）由閥體、閥蓋、膜片組件、復(fù)位彈簧、節(jié)流元件、先導(dǎo)閥部分等組成，先導(dǎo)閥部分又包括屏蔽套管、動鐵芯組件、復(fù)位彈簧等結(jié)構(gòu)。

1.閥體 2.閥體進(jìn)口 3.先導(dǎo)閥介質(zhì)進(jìn)口通道 4.密封圈 5.堵頭 6.彈簧 7.節(jié)流元件 8.閥蓋 9.密封圈 10.先導(dǎo)閥閥座 11.屏蔽套管 12.先導(dǎo)閥動鐵芯組 13.復(fù)位彈簧 14.靜鐵芯（與屏蔽套焊接） 15.先導(dǎo)閥介質(zhì)出口通道 16.堵頭 17.密封圈 18.閥體出口 19.膜片組件 20.復(fù)位彈簧 21.手動裝置（根據(jù)顧客要求加裝）
圖4 閥門本體部分結(jié)構(gòu)示意圖

（2）活塞式電磁閥

活塞式電磁閥結(jié)構(gòu)與膜片式電磁閥結(jié)構(gòu)基本一致，也是由不可分離的閥門本體和電磁線圈組件兩大部分組成，結(jié)構(gòu)如圖5所示。其中電磁線圈組件部分與膜片電磁閥線圈組件部分完全一致。

1.電磁線圈組件 2.閥門本體

圖5 先導(dǎo)活塞式電磁閥結(jié)構(gòu)示意圖

閥門本體（圖)

6）由閥體、閥蓋、活塞組件、復(fù)位彈簧、節(jié)流元件、先導(dǎo)閥部分等組成，先導(dǎo)閥部分也包括屏蔽套管、動鐵芯組件、復(fù)位彈簧等結(jié)構(gòu)。

1.閥體 2.閥體進(jìn)口 3.先導(dǎo)閥介質(zhì)進(jìn)口通道 4.節(jié)流元件 5.密封圈 6.閥蓋 7.堵頭 8.密封圈 9.先導(dǎo)閥閥座 10.屏蔽套管 11.先導(dǎo)閥動鐵芯組 12.復(fù)位彈簧 13.靜鐵芯（與屏蔽套焊接）?

14.螺紋孔 15.先導(dǎo)閥介質(zhì)出口通道 16.堵頭 17.密封圈 18.復(fù)位彈簧 19.活塞環(huán) 20.活塞組件 21.主閥座 22.閥體出口 23.手動裝置（根據(jù)顧客要求加裝）
圖6 閥門本體部分結(jié)構(gòu)示意圖

4“反流”解決方案及可行性

根據(jù)上述原因分析，為確?，F(xiàn)有系統(tǒng)的可靠運行，只需在先導(dǎo)閥介質(zhì)進(jìn)口通道上增加單向控制元件，避免反向介質(zhì)從先導(dǎo)閥介質(zhì)進(jìn)口通道中流向電磁閥進(jìn)口端，即可解決先導(dǎo)式電磁閥的“反流”問題。

為了使現(xiàn)有系統(tǒng)在最簡單、最經(jīng)濟(jì)、不大改的情況下，滿足先導(dǎo)式電磁閥在較大的反向壓差異常工況下不會出現(xiàn)“反流”問題，只需將現(xiàn)有的先導(dǎo)閥介質(zhì)進(jìn)口通道中“節(jié)流元件”更換成微壓單向閥，即可解決上述問題。

將現(xiàn)有先導(dǎo)式電磁閥的先導(dǎo)閥介質(zhì)進(jìn)口通道中“節(jié)流元件”更換成一個微壓單向閥（圖7）。根據(jù)上述原因分析，當(dāng)反向壓力或反向壓差高于活塞組件和先導(dǎo)閥動鐵芯組的上端復(fù)位彈簧剛度時，反向介質(zhì)會將活塞組件和先導(dǎo)閥動鐵芯組向上推舉，此時因先導(dǎo)閥介質(zhì)進(jìn)口通道中增加了單向閥，反向介質(zhì)被隔斷在活塞組件上腔并形成壓力腔。由于活塞組件面積遠(yuǎn)大于主閥座口面積，反向壓差會將活塞組件壓實在閥座上，實現(xiàn)了電磁閥密封功能。同時當(dāng)正向壓力大于反向壓力時，系統(tǒng)介質(zhì)會輕松頂開單向閥閥頭，正向介質(zhì)通過先導(dǎo)閥介質(zhì)進(jìn)口通道進(jìn)入主閥活塞組件上腔和先導(dǎo)閥腔室，不會影響先導(dǎo)式電磁閥的正常動作。

（a）

（b）

（a）原電磁閥節(jié)流元件 （b）更改后單向閥結(jié)構(gòu)
圖7 原節(jié)流元件和增加的單向閥結(jié)構(gòu)

*本文節(jié)選自《閥門 ? 學(xué)術(shù)版》2023年第5期，文章內(nèi)容不代表《閥門》立場，如有不同觀點，可以留言討論，友好交流，共同進(jìn)步。