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  • 进口电磁调节阀的特性
    发布日期:2016-7-31


    电磁调节阀的结构示意图,如图1所示。

    图1 电磁调节阀的结构示意图

    电磁调节阀主要由线包、阀芯、弹簧垫片和阀口密封垫等组成。电磁调节阀工作原理是:当电磁调节阀没有电压输入时,电磁调节阀所处的状态如图1(a)所示;当给电磁调节阀输入电压υ时,阀芯在电磁吸力的作用下向上移动一定的位移y后,处于受力平衡的静止状态,如图1(b)所示;随着电磁调节阀输入电压υ的增大,阀芯向上移动的位移y也将增大。给电磁调节阀输入电压v,阀芯从如图1(a)所示的位置,向上移动一定的位移y,就需要电磁吸力来克服因弹簧片变形y所产生的拉力,因此可得到式(1):

    F(y,υ)=Fk(y)   (1)

    式中:F(y,υ)——阀芯受到向上的电磁吸力,N;Fk(y)——阀芯受到弹簧片向下的拉力,N。

    其中,Fk(y)=k×y       (2)

    式中:k——弹簧片的刚度,N/mm;y——阀芯向上移动的位移,mm,如图1(b)所示。

    对于一个具体的电磁调节阀,其结构参数弹簧片的刚度、真空的磁导率、阀芯的面积、初始状态的磁间隙、线圈的圈数、线圈的电阻已确定,在工作过程中,只通过改变电磁调节阀输入电压v来调节y的值。根据计算电磁吸力的相关资料,电磁吸力可以简化为式(3):

        (3)

    式中:φd——电磁调节阀的结构参数;L——初始状态的磁隙,mm;υ——电磁调节阀的输入电压,V。

    根据式(2)作出Fk(y)的直线和根据式(3)作出F(y,υ)的曲线,如图2所示。

    图2 Fk(y)曲线和F(y,v)曲线

    根据图2可以得到电磁调节阀有如下几点特性:

    1.当电磁调节阀输入电压υ=0时,交点a位置在图中的原点位置。随着电磁调节阀输入电压v逐渐增大,交点a位置沿着弹簧力Fk(y)=k×y直线向右移动,阀芯向上移动的位移y也逐渐增大。在每个交点a处,有Fk(y)=F(y,v),此时的电磁调节阀输入电压v与阀芯的位移y有一一对应关系。因此,交点a所在的区域为电磁调节阀阀控功能的区域,在该区域能够实现通过控制电磁调节阀输入电压v来控制阀口的开启量。

    2.随着电磁调节阀输入电压υ增大,Fk(y)直线和F(y,v)曲线将出现相切、相离情况。当Fk(y)直线和F(y,v)曲线出现相离时,有Fk(y)<F(y,v),此时的阀芯将由于电磁吸力的作用而被迅速地吸到电磁阀顶部。当Fk(y)直线和F(y,v)曲线相切时,只有一个公共的切点,阀芯在该位置处于临界的静止状态,阀芯很难保持稳定。

    因此,电磁调节阀阀芯的工作区域应尽量避开和远离切点。在Fk(y)直线和F(y,υ)曲线相切时,根据曲线相切的理论,在切点处列出以下方程组:

    方程组求解得:

    由上式得知切点的位置在处,并且相切时电磁阀输入电压为

    综上所述,电磁调节阀的阀芯起调节作用的区域是:

        (4)

    二、电磁调节阀的应用

    电磁调节阀被应用于流量控制器上,实际操作过程中,对于各种流量规格不同的气体流量控制器,它们的电磁线圈、弹簧片、阀芯直径的大小都是相同的,只需通过选择合适的阀口孔径d和调整电磁阀的磁间隙L来实现不同流量规格的气体流量控制器。因此,装配合格的电磁调节阀关键就是选择合适的阀口孔径d和装配合适磁间隙L。下面详细介绍选择合适的阀口孔径d和装配合适磁间隙L的方法。

    1.阀口孔径d的确定

    电磁调节阀被应用于流量控制器上,其结构如图3所示。

    图3 流量控制器

    假设阀口内径为d,得到阀口的最大流量的计算公式:

        (5)

    式中:Cd——流量系数,取值为Cd=0.60~0.62;d——阀口的孔径;PΔ——阀口处的进出口压差;ρ——流体的密度。

    所以,容易得到:

        (6)

    在确定阀口的大小时,根据式(6)可以计算阀口孔径d。

    2。磁间隙L的确定

    将式(6)改写成:

        (7)

    由式(7)可以看出,π×d为阀口的周长,d/4看作是阀芯离开阀口面的高度,即h=d/4,如图4所示。此时,式(7)的物理意义是:阀芯离开阀口面的高度到达h=d/4时,通过阀口的气体流量达到最大值;倘若再增大电磁调节阀输入电压v,提高阀芯离开阀口面的高度h,那么,通过阀口的气体流量也不会有明显变化。由此可知,从调节流量方面来说,阀芯离开阀口面高度的有效范围应该是0≤h≤d/4。

    根据上述电磁调节阀的特性可知:电磁调节阀的阀芯工作区域在区域内,当电磁调节阀被应用于流量控制器上时,为了保证电磁调节阀获得最大可调节的流量,需满足下式:

    在实际的操作过程中,通常取d=L进行装配。

    三、总结

    1.根据气体质量流量控制器的流量规格Q来选择阀口的孔径d。根据气体质量流量控制器的实际工况,如气体的种类、流量Q和工作压差PΔ,利用式(6)计算出所需的阀口孔径。

    2.根据电磁调节阀的特性可知:电磁调节阀的阀芯工作区域应该在区域内。

    图4

    3.为了保证气体质量流量控制器能够正常工作,装配时需保证电磁调节阀的磁间隙L等于阀口孔径d,即L=d。

    综上所述,只有根据上述3点,选择合适的阀口孔径和装配合适的磁间隙,才能使气体质量流量控制器正常工作。

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