Устройство электромагнитного клапана для воды

На всех типах автомобилей, автобусов, тракторов и спецтехники широко применяются устройства управления потоками жидкостей и газов — электромагнитные клапаны. О том, что такое электромагнитные клапаны, как они устроены и работают, и какое место занимают в автотракторной технике — читайте в этой статье.

Что такое электромагнитный клапан, и где он применяется?

Электромагнитный клапан — электромеханическое устройство для дистанционного управления потоками газов и жидкостей.

В автотракторной технике электромагнитные клапаны применяются в различных системах:

– В пневматической системе;
– В гидравлической системе;
– В топливной системе;
– Во вспомогательных системах — для дистанционного управления агрегатами трансмиссии, самосвальной платформой, навесными агрегатами и другими устройствами.

При этом электромагнитные клапаны решают две основных задачи:

– Управление потоками рабочей среды — подача сжатого воздуха или масла на различные агрегаты в зависимости от режима работы системы;
– Отключение подачи рабочей среды в аварийных ситуациях.

Данные задачи решаются различными по типам и конструкции электромагнитными клапанами, о чем необходимо рассказать подробнее.

Типы электромагнитных клапанов

В первую очередь электромагнитные клапаны делятся на две группы по типу рабочей среды:

– Воздух — пневматические клапаны;
– Жидкости — клапаны для топливной системы и различных по назначению гидравлических систем.

По количеству потоков рабочей среды и особенностям работы клапаны делятся на два типа:

– Двухходовые — имеют только два патрубка.
– Трехходовые — имеют три патрубка.

В двухходовых клапанах предусмотрено два патрубка — впускной и выпускной, между ними рабочая среда протекает только в одном направлении. Между патрубками находится клапан, который может открывать или перекрывать поток рабочей среды, обеспечивая ее подачу к агрегатам.

В трехходовых клапанах предусмотрено три патрубка, которые могут соединяться друг с другом в различных комбинациях. Например, в пневматических системах часто используются клапаны с одним впускным и двумя выпускными патрубками, и при различных положениях управляющего элемента сжатый воздух от впускного патрубка может подаваться на один из выпускных патрубков. С другой стороны, в клапанах ЭПХХ (экономайзера принудительного холостого хода) присутствует один выпускной и два впускных патрубка, которые обеспечивают подачу нормального атмосферного и пониженного давления на систему холостого хода карбюратора.

Двухходовые клапаны делятся на два типа по положению управляющего элемента при обесточивании электромагнита:

– Нормально открытые (НО) — клапан открыт;
– Нормально закрытые (НЗ) — клапан закрыт.

По типу привода и управления клапаны делятся на два типа:

– Клапаны прямого действия — управление потоком рабочей среды осуществляется только силой, развиваемой электромагнитом;
– Пилотные электромагнитные клапаны — управление потоком рабочей среды осуществляется частично за счет использования давления самой этой среды.

В автомобилях и тракторах чаще всего применяются более простые по конструкции клапаны прямого действия.

Также клапаны отличаются рабочими характеристиками (напряжением питания 12 или 24 В, условный проход и другие) и конструктивными особенностями. Отдельно стоит упомянуть о клапанах, которые могут собираться в блоки по 2-4 штуки — они благодаря определенному положению патрубков и крепежных элементов (проушин) могут объединяться в единую конструкцию с большим числом впускных и выпускных патрубков.

Общее устройство и принцип действия электромагнитных клапанов

Все электромагнитные клапаны, независимо от типа и назначения, имеют принципиально одинаковую конструкцию, и в них есть несколько основных компонентов:

– Электромагнит (соленоид) с якорем той или иной конструкции;
– Управляющий/запорный элемент (или элементы), соединенные с якорем электромагнита;
– Полости и каналы для потоков рабочей среды, соединенные со штуцерами или патрубками на корпусе; – Корпус.

Также клапан может нести на себе различные вспомогательные элементы — устройства для регулировки натяжения пружин или хода управляющего устройства, сливные штуцеры, рукоятки для ручного управления потоками рабочей среды, выключатели для управления другими устройствами в зависимости от состояния клапана, фильтры и т.д.

Клапаны делятся на три группы по типу и конструкции управляющего элемента:

– Золотниковые — управляющий элемент выполнен в виде золотника, который может распределять потоки рабочей среды по каналам;
– Мембранные — управляющий элемент выполнен в виде эластичной мембраны;
– Поршневые — управляющий элемент выполнен в виде поршня, прилегающего к седлу.

При этом в клапане может быть один, два или более управляющих элементов, соединенных с одним якорем электромагнита.

Принцип работы электромагнитного клапана очень прост. Рассмотрим работу наиболее простого двухходового мембранного нормально закрытого клапана, используемого в системах подачи топлива. Когда клапан обесточен, якорь под действием пружины прижат к мембране, которая перекрывает канал и предотвращает поступление жидкости дальше по системе. При подаче тока на электромагнит в его обмотке возникает магнитное поле, за счет чего якорь втягивается внутрь — в этот момент мембрана, которая больше не прижимается якорем, под действием давления рабочей среды поднимается и открывает канал. При последующем снятии тока с электромагнита якорь под действием пружины вернется в первоначальное положение, прижмет мембрану и перекроет канал.

Двухходовые клапаны работают аналогичным образом, однако в них вместо мембраны используются либо золотники, либо управляющие элементы поршневого типа. Для примера рассмотрим конструкцию и работу клапана ЭПХХ карбюраторных автомобилей. При обесточенном электромагните якорь под действием пружины поднят вверх, и запорным элементом закрывает верхний штуцер, соединяя боковой и нижний (атмосферный) штуцеры — в этом случае на пневмоклапан ЭПХХ подается атмосферное давление, он закрыт и система холостого хода карбюратора не работает. При подаче тока на электромагнит якорь втягивается, преодолевая усилие пружины, закрывает нижний штуцер, одновременно открывая верхний, который связан с впускной трубой двигателя (где наблюдается пониженное давление) — в этом случае на пневмоклапан ЭПХХ подается разрежение, он открывается и включает в работу систему холостого хода.

Электромагнитные клапаны очень надежны и неприхотливы в работе, они обладают значительным ресурсом (до нескольких сотен тысяч срабатываний), и, как правило, не требуют специального обслуживания. Однако при возникновении неисправности любой клапан необходимо как можно скорее заменить — только в этом случае будут обеспечиваться необходимые эксплуатационные характеристики и безопасность транспортного средства.

Электромагнитный клапан — это современный вид запорной арматуры, устанавливаемый на трубопроводы отопления, водоснабжения, мелиорации, технические водопроводы на промышленных предприятиях. Устройство основано на электромагнитной катушке — соленоиде, которая принимает импульс из внешнего устройства (датчика или контроллера) и перекрывает либо открывает поток рабочей среды.

Назначение и принцип работы устройства

Главный принцип и преимущество использования этого устройства — автоматизм. Конструкция клапана была задумана таким образом, чтобы перекрывать поток воды или другой жидкости/газа при изменении определенных параметров системы — температуры, давления, скорости и силы потока — без участия человека. Происходит это за счет электромагнитного поля в области действия сердечника (плунжера) клапана. При возникновении напряжения он опускается или поднимается, в зависимости от предусмотренных условий.

Рабочая энергия, приводящая в действие плунжер, возникает при движении электронов по медной обмотке катушки. Магнетизм, появляющийся при подаче импульса с внешнего устройства, преобразуется в поступательное движение, которое опускает плунжер. Последний перекрывает поток воды, позволяя избежать больших технологических потерь. Как только ситуация нормализуется, напряжение исчезает и плунжер поднимается, позволяя воде далее двигаться по трубам.

Важно! Другое преимущество соленоидного клапана — высокая скорость срабатывания. Благодаря этому устройство может перекрыть поток воды при аварии на участке трубопровода за 2-3 секунды после срабатывания датчика. За счет этого клапаны незаменимы в системах отопления, горячего и холодного водоснабжения, в технических трубопроводах на промышленных предприятиях.

Конструктивные особенности

Устройство клапана состоит из полимерного или металлического корпуса, внутри которого находится соленоид, плунжер, шток и мембрана.

Материалом для исполнения корпуса служит пластик, либо нержавеющая сталь, латунь или чугун, что определяется сферой использования клапана. Например, металлический корпус используется в системах с химически агрессивными или высокотемпературными средами, тогда как пластиковые применяются для простой водопроводной питьевой или технической пресной воды. Мембраны и уплотнители клапана производятся из полимерных материалов на основе каучука и полиэтилена.

Виды и сфера применения

Область применения соленоидного клапана не ограничивается хозяйственно-бытовой деятельностью. Наряду с централизованным отоплением и водоснабжением квартир и домов запорное оборудование можно увидеть в различных технологических системах, где они работают за счет срабатывания датчиков и таймеров.

Широко используется в следующих системах:

• мелиорация (полив) газонов, садово-огородных участков, оранжерей — в таких клапанах плунжер находится в нормально закрытом положении и открывается при срабатывании таймера, запрограммированного на определенный временной интервал полива;
• общественные туалеты, душевые, автомойки, моечные системы в сфере автосервиса — аналогичный принцип работы клапана, основанный на периодическом срабатывании таймера, открывающего поток воды;
• отопительные системы — используются как защитные устройства, предотвращающие технологические потери при порыве труб, а также восполняющие объем воды в системе при ее испарении;
• в промышленности — устройства служат своего рода дозаторами для подачи жидкости для смешивания различных материалов и сырья.

Основной задачей соленоидного клапана является равномерное и дозированное распределение и подача воды. Это обеспечивает точный контроль расхода и позволяет предотвратить потери основных ресурсов предприятия.

Другая цель использования клапана — регулирование основных гидравлических параметров трубопровода. Например, в системах отопления и горячего водоснабжения соленоид устанавливается для точного контроля движения и подачи воды.

Для этого устройство подключается к датчикам, запрограммированным на определенное давление или температуру. При наполнении системы водой температура труб и радиаторов естественно повышается до критической отметки, что может быть чревато аварией. Для предотвращения нежелательной ситуации клапан срабатывает, перекрывая приток горячей воды до тех пор, пока температура в систем не выровняется.

По видам можно классифицировать соленоидные клапаны на несколько категорий:

• по принципу действия — нормально открытые, нормально закрытые и бистабильные;
• по типу работы — одноходовые, двухходовые, трехходовые;
• по виду соленоида — постоянного и переменного тока;
• по типу соединения — резьбовые и фланцевые;
• по способу работу механизма — прямого и пилотного действия.

Нормально закрытые клапаны устанавливаются таким образом, что плунжер находится в состоянии “закрыто”. При возникновении электромагнитного поля он открывается, позволяя воде двигаться по трубам. Такие устройства можно увидеть в системах полива газонов, садов, оранжерей.

Нормально открытые клапаны в ждущем режиме находятся в положении “открыто” и не препятствуют току воды. Как только возникает напряжение на индукционной катушке, плунжер перекрывает воду. Такие устройства обычно устанавливаются в системах отопления, водоснабжения, канализации.

Одноходовые клапаны — простые устройства, работающие либо на перекрытие, либо пропуск рабочей среды по трубам. Двухходовые модели могут использоваться для предотвращения обратного тока рабочей среды. Трехходовые устройства — самые сложные по конструкции — используются для смешения потоков воды разных температур, например, при подключении системы “теплый пол” к централизованному отоплению.

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.

Электромагнитный клапан для воды предназначен для регулировки прохождения жидкости. Устройство работает по электромеханическому принципу. Для изготовления корпуса выбираются стойкие и универсальные, а также высокопрочные материалы по типу литейного чугуна, латуни, нержавеющей стали. Что касается мембран и уплотнителей, то они выполняются из высокоэластичных полимеров. Помимо прочего, в составе может быть силиконовая резина.

Подобное устройство устанавливается в той части системы трубопровода, к которой будет обеспечен легкий доступ.

Устройство соленоидного клапана

Электромагнитный клапан для воды еще называется соленоидным. Он имеет в составе основные детали по типу мембраны, корпуса, пружины, крышки, штока, а также электрической катушки, которая является соленоидом. Крышка и корпус клапанов отливаются из нержавеющей стали, латуни, полимеров или чугуна. Данные устройства рассчитаны для эксплуатации при самых разных рабочих средах, температурах и давлениях.

Для штоков и плунжеров используются магнитные материалы. Электрокатушки, которые называются соленоидами, изготавливаются в пылезащищенном или герметичном корпусе. Высококачественный эмальпровод идет на обмотку катушек. Он изготавливается из электротехнической меди. Соединение с системой трубопровода может производиться по сланцевому или резьбовому методу. Для подключения к электрической сети применяется штекер. Управление производится методом подачи напряжения на катушку.

Ведущие рабочие положения

Если рассматривать вышеописанные устройства по исполнению, то они могут быть нормальнозакрытыми или нормальнооткрытыми. Среди разновидностей можно выделить еще и бистабильные клапаны, которые называются импульсными. Управляющий принцип способствует переключению с закрытого на открытое положение.

Принцип действия

Электромагнитный клапан для воды может использоваться при различных условиях, это предполагает применение устройств прямого действия, а также приборов, срабатывающих при нулевом перепаде давления. В продаже можно встретить клапаны непрямого действия, которые являются пилотными. Они срабатывают исключительно при самом малом перепаде давления.

Подобные устройства можно подразделить на распределяющие трёхходовые, запорные и переключающие клапаны.

Информация об уплотнителях и мембранах

Электромагнитный клапан для воды имеет в составе мембраны, которые могут изготавливаться из эластичных полимерных материалов. Последние обладают специальной конструкцией и химическим составом. Помимо прочего, в конструкции клапанов применяются самые последние составы силиконовых резин, а также другие полимеры.

Принцип работы пилотного клапана

Электромагнитный клапан для воды своими руками может быть установлен достаточно быстро. Если речь идет о нормальнозакрытом устройстве, то в статическом положении напряжение отсутствует, при этом клапан находится в закрытом состоянии. Поршень, который является запорным органом, герметично прижат, он расположен у седла уплотнительной поверхности. Пилотный канал находится в закрытом состоянии. Давление в верхней полости поддерживается с помощью перепускного отверстия в мембране.

Клапан такого типа находится в закрытом состоянии до тех пор, пока катушка не подвергнется напряжению. Для того чтобы он открылся, напряжение должно подаваться на катушку. Под воздействием магнитного поля плунжер поднимается, открывая канал. По той причине, что диаметр канала значительно больше перепускного, давление верхней полости понижается. Разница давлений воздействует на подъем поршня или мембраны, что способствует открытию клапана. Электромагнитный клапан подачи воды будет находиться в открытом состоянии до тех пор, пока катушка будет подвергаться напряжению.

Принцип действия нормальнооткрытого клапана

Работает такое устройство по обратному принципу: в статичном положении прибор находится в открытом виде, а вот при повышении напряжения клапан закрывается. Для того чтобы удержать прибор в закрытом состоянии, напряжение будет подаваться на катушку достаточно долго. Для того чтобы любые пилотные клапаны работали правильно, нужно обеспечить малый перепад давления.

Подобные устройства называются клапанами непрямого действия по той причине, что кроме подачи напряжения, необходимо выполнение условия, которое заключается в перепаде давления. Использовать такое приспособление можно для систем отопления, водоснабжения, ГВС, а также пневмоуправления. Агрегат подходит для тех условий, где давление в трубопроводе присутствует.

Работа клапана прямого действия

Электромагнитный клапан, схема которого дает возможность понять принцип работы, может обладать прямым действием. У такого устройства пилотный канал отсутствует. В центральной части находится эластичная мембрана, которая обладает металлическим кольцом. Сквозь пружину она соединена с плунжером. Когда на катушку воздействует магнитное поле, клапан открывается, плунжер поднимается и снимает усилие с мембраны. Последняя поднимается и способствует открыванию клапана. В тот момент, когда происходит закрытие, магнитное поле отсутствует, плунжер опускается и воздействует на мембрану.

Для такого прибора минимальный перепад давления не требуется. Электромагнитный клапан, фото которого представлены в статье, может использоваться в системах с давлением, а также на сливных емкостях. Установить прибор можно и в условиях накопительных ресиверов. Монтировать такое устройство можно в тех местах, где давление отсутствует или находится на минимальном уровне.

Особенности работы бистабильного клапана

Этот клапан может находиться в двух устойчивых положениях: в закрытом и открытом. Переключение осуществляется последовательно методом подачи импульса на катушку. Такие устройства работают исключительно от источника постоянного тока. Для того чтобы удержать клапан в закрытом или открытом положении, не требуется подавать напряжение. По конструкции такие приспособления изготавливаются как пилотные, это указывает на необходимость минимального перепада давления.

Электромагнитный соленоидный клапан представляет собой надежную и функциональную арматуру для системы трубопровода. Если речь идет о специальных электромагнитных катушках, то ресурс их работы очень велик. До момента выхода из строя прибор способен работать, пока число включений не достигнет 1 миллиона. Время, которое требуется для срабатывания магнитного клапана, может составить от 30 до 500 миллисекунд. Конечная цифра будет зависеть от давления, диаметра и исполнения.

Заключение

Устройство электромагнитного клапана было представлено выше, как и принцип его действия. Подобные приборы можно использовать в качестве запорного устройства дистанционного управления. Они незаменимы для безопасности в роли отсечных, отключающих и переключающих электроклапанов. Эти особенности необходимо учесть перед приобретением клапана и его установкой в определенных условиях.