先導式PARKER派克電磁閥的初始建壓過程分析與計算
發(fā)布時間:2024-10-23
先導式PARKER派克電磁閥的初始建壓過程分析與計算
PARKER派克電磁閥是靠磁鐵吸引力及電磁線圈產(chǎn)生的電磁吸引力之間的關(guān)系，使電磁閥保持在開閥或關(guān)閥的狀態(tài)，線圈可瞬間通電。動鐵芯依靠磁鐵的磁力，保持在電磁閥開閥或關(guān)閥時的位置。
PARKER派克電磁閥有外形尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、耗電小節(jié)能等優(yōu)點。近幾年小口徑磁鎖電磁閥已應用在民用的煤氣表和水表的自控裝置中。
PARKER派克電磁閥一般是在兩個線圈的中間放置磁鐵（磁環(huán)），上線圈通電為開閥狀態(tài)，下線圈通電為關(guān)閥狀態(tài)。也有將磁鐵（磁環(huán)）放在單線圈的骨架中間，開關(guān)電磁閥時只需轉(zhuǎn)換供給電磁閥線圈引線上電壓的正負極，并瞬間通電，即可使電磁閥開啟或關(guān)閉并保持在該狀態(tài)。
1—上線圈；2—磁鐵；3—下線圈
PARKER派克電磁閥是將磁鐵（磁環(huán)）套在非磁管的外面，單線圈放在磁鐵上端，同樣只轉(zhuǎn)換線圈的引線正負極的電壓，電磁閥便保持在開閥或關(guān)閥的狀態(tài)。
1—線圈；2—磁鐵；3—動鐵芯
簡單的一種是將磁鐵（磁片）放在靜鐵芯上端緊靠線圈處，同樣通過轉(zhuǎn)換線圈的引線正負極的電壓，并瞬間通電，電磁閥就能保持在開閥或關(guān)閥狀態(tài)。
PARKER派克電磁閥結(jié)構(gòu)的下部件大多為反沖式或先導式。
當上線圈通電時動鐵芯向上，磁體的磁力將動鐵芯保持住，先導閥呈開啟的位置，其原理同先導式電磁閥，主閥塞開啟，此時上線圈可以斷電。當下線圈通電時動鐵芯向下，關(guān)閉先導閥仍受磁體的磁力保持，下線圈可立即斷電，電磁閥呈關(guān)閥的位置。
PARKER派克電磁閥的電源電壓必須是直流，線圈引線為A、B兩端，當A端接正極，B端接負極時，受磁鐵的影響，線圈的吸力向上，開啟閥門（先導閥亦可）。當線圈的A端接負極，B端接電源正極時，受磁鐵的影響，線圈的吸力向下，關(guān)閉閥門（先導閥亦可），在開閥后或關(guān)閥后1s內(nèi)線圈可斷電，但電磁閥的位置（開閥或關(guān)閥）保持不變。
1、PARKER派克電磁閥的建壓過程
當PARKER派克電磁閥不工作時, 常閉主閥瓣與常開主閥瓣以及先導閥瓣均處于自由位置。電磁閥進口初始通氣瞬間, 氣體進入電磁閥后除作用于常開主閥瓣和先導閥瓣外, 還有一路作用于常閉主閥瓣上,使常閉主閥瓣開啟。但是由于氣控壓力很快會到達常閉控制腔內(nèi)將常閉主閥瓣壓緊, 故正常情況下常閉主閥瓣開啟時間很短, 開度很小, 常閉腔內(nèi)氣體壓力很低, 可以忽略其影響。但是, 如果由于某些原因使氣體沒有及時到達常閉控制腔, 那么常閉主閥瓣的開啟時間加長, 開度增大, 常閉腔內(nèi)會建立一定壓力, 有可能對下游設備產(chǎn)生影響, 因此需要對初始建壓過程進行詳細分析。雙向電磁閥建壓過程除需要進行作用力分析外, 還涉及到氣動力學中的相關(guān)知識。
2、PARKER派克電磁閥的建壓壓力和時間
(1) 正常情況
正常情況下, 常閉主閥瓣在通氣瞬間略微開啟后, 會在一個極短的時間內(nèi)在常閉控制腔氣體的作用下被壓緊密封。電磁閥密封副采用刀口線接觸密封(圖2),刀口頂部是半徑r=0.3～0.4mm的半圓面, 與減壓閥瓣的下平面線接觸。當接觸線的寬度很小, 且施加載荷后的接觸應力較大時, 接觸線附近將變形為接觸面。與這種金屬閥座相對應, 配置以硫化橡膠作為襯墊的主閥瓣。
先導式雙向電磁閥的密封副結(jié)構(gòu)
密封副結(jié)構(gòu)
由于PARKER派克電磁閥初始建壓時, 接觸變形是在彈性范圍內(nèi), 故應力與應變關(guān)系符合線克定律。假設接觸表面很光滑, 無微觀不平度, 接觸體間的壓力垂直于接觸面, 那么閥瓣接觸面上的壓力以橢圓形分布, 刀鋒直徑d 。于是, 接觸面上的小擠壓密封力是
擠壓密封力
式中 Fj ———閥瓣的小擠壓密封力, N
d ——閥座的刀鋒直徑, mm
b ——接觸線寬度, mm
r ——刀鋒的曲率半徑( r = 0.3 ～ 0.4) ,mm
μ——襯墊材料的泊松系數(shù)
Ec ——襯墊材料的彈性模數(shù), MPa
m ——襯墊材料的墊片系數(shù)
P ——工作壓力(絕壓) , MPa
考慮到接觸面的貼平力和摩擦力等因素, 在小擠壓密封力Fj 的基礎(chǔ)上根據(jù)試驗結(jié)果得出關(guān)閉力Fgm的經(jīng)驗公式
該關(guān)閉力等于常閉主閥瓣上下作用力之差。由于控制腔通道很短, 故可設常閉控制腔內(nèi)壓力與常閉腔出口壓力相同, 均為P , 因此有
將A k 和PARKER派克電磁閥后可得P =0.136MPa (絕壓) , 即表壓為0.036MPa , 從理論上計算該壓力很小, 如果考慮到主閥瓣開啟還要克服摩擦力和開啟時間等因素, 正常情況下常閉腔內(nèi)壓力會更小, 且建壓時間極短, 可以忽略。
(2) 異常情況
當由于某些原因控制腔內(nèi)沒有及時建壓, 則常閉控制腔壓力(設為P1 ) 將小于常閉腔出口壓力(設為P2) , 即P1Ak - P2Aq < Fgm 。由于常閉主閥瓣作用力小于密封力, 常閉主閥瓣不能立即關(guān)閉密封, 那么常閉腔出口壓力便會大于01036MPa , 造成異常建壓, 在極限情況下( P1 = 0MPa) , 常閉腔主閥瓣開啟后, 出口通大氣, 可近似視為等溫流動狀態(tài), 設出口氣體流動達到音速, 根據(jù)氣體動力學, 則有
