Электромагнитный клапан, принцип действия, описание. Клапан соленоидный и принципы его работы

Основная задача электромагнитных клапанов – перекрытие или же открытие подачи жидкости, газа в трубопроводе, за счет передачи на него электрического сигнала. Электромагнитные клапаны обрели значительную популярность в современных системах трубопровода, благодаря возможности автоматизировать контроль процесса перемещения носителей по трубам.

Электромагнитный клапан может применяться в перемещении агрессивных жидкостей и пара, работать в самых различных диапазонах температуры и давления.

Cодержание статьи

Назначение и применение электромагнитных клапанов

Электромагнитный клапан выполняет роль в дистанционном управлении транспортировкой потоков жидкостей, воздуха, газа и других носителей. При этом процесс его использования может быть как ручным, так и полностью автоматизированным.

Наибольшую популярность получил соленоидный , имеющий в качестве основного устройства соленоидный вентиль. Клапан соленоид состоит из электрических магнитов, которые в народе еще называют соленоидами. По своему устройству электромагнитный клапан напоминает обыкновенный запорный, но в данном случае управление положением рабочего органа происходит без применения физических усилий. Катушка принимает на себя электрическое напряжение, тем самым приводя в работу соленоидный вентиль и всю систему.

Электромагнитный клапан работает как в сложных технологических процессах на производстве, или же в коммунальных предприятиях, так и в быту. Используя такое устройство, мы можем самостоятельно регулировать объемы подачи воздуха или жидкости в конкретный момент времени. Вакуумный клапан же может работать в системах разреженного воздуха.

В зависимости от условий, где применяется электромагнитный клапан, корпус может изготавливаться обычный и взрывозащищенный. Такое устройство используется преимущественно на точках нефте- и газодобычи , а также на автомобильных заправках и складах топлива.

Водяные клапаны применяются для автоматизации систем очистки воды. Кроме этого, электромагнитный нашел свое применение в поддержании уровня воды в водных резервуарах.

Обзор различных моделей (видео)

Устройство клапана

Основные конструктивные элементы электромагнитного клапана это:

корпус;
крышка;
мембрана (или же поршень);
пружина;
плунжер;
шток;
электрическая катушка, которую еще называют соленоид.

Корпус и крышка могут быть изготовлены из металлических материалов (латунь, чугун, нержавеющая сталь), либо же из полимерных (полиэтилен, поливинилхлорид, полипропилен, нейлон и др.). Для создания плунжеров и штоков используют специальные магнитные материалы. Катушки необходимо прятать под пылезащищенный и герметичный корпус , дабы исключить внешнее воздействие на тонкую работу соленоида. Обмотка катушек выполняется эмалированным проводом, который сделан из электротехнической меди.

К трубопроводу устройство подсоединяется резьбовым или фланцевым способом. Чтобы подключить клапан к электросети применяют штекер. Для изготовления уплотнений и прокладок используют термостойкую резину, каучук и силикон.

В комплектации с изделием поставляют приводы с примерным рабочим напряжением 220В. Отдельными компаниями выполняются заказы на поставку приводов с напряжением 12В и 24В. Привод комплектуется встроенной схемой форсированного управления СФУ.

Принцип работы электромагнитных систем

Электромагнитная катушка индуктивности работает во всех известных напряжениях переменного и постоянного тока (220В АС, 24 AC, 24 DC, 5 DC и др.). Соленоиды помещают в специальные корпуса, защищенные от воды. За счет низкого потребления энергии, особенно для небольших электромагнитных систем, возможно управление с помощью полупроводниковых схем.

Чем меньше воздушный зазор между стопором и электромагнитным сердечником, тем сильнее возрастает напряженность магнитного поля , вне зависимости от вида и величины подаваемого напряжения. Электромагнитные системы с переменным током имеют куда большую величину штока и силу магнитного поля, чем системы с постоянным током.

Когда подается напряжение и воздушный зазор имеет максимальную протяженность, системы переменного тока, потребляя большое количество энергии, поднимают шток и зазор закрывается. Благодаря этому увеличивается мощность выходного потока и создается перепад давления. Если же подается постоянный ток, то увеличение скорости потока происходит довольно медленно, до тех пор, пока значение напряжения не станет фиксированным. По этой причине клапаны могут регулировать системы только низкого давления, за исключением тех, что оснащены небольшими проходными отверстиями.

Иначе говоря, в статическом положении, при условии, что катушка обесточена и устройство находится в закрытом/открытом положении (в зависимости от типа), поршень находится в герметичном соединении с седлом клапана. При подаче напряжения, катушка передает импульс на привод и шток открывается. Это возможно потому, что катушка формирует магнитное поле, которое в свою очередь воздействует на плунжер и втягивается в него.

О разновидностях изделий

Регулирующие устройства применяют для изменения расхода проходящего через них потока рабочей среды. Управление происходит извне и условно разделяется на две категории , в зависимости от того, закрытый или открытый клапан при отсутствии давления в трубопроводе: нормально закрытый электромагнитный клапан и нормально открытый электромагнитный клапан.

Нормально закрытый клапан – наиболее часто применяемый, так как его функциональная особенность позволяет предотвратить утечку агрессивных веществ. Нормально открытый клапан используется реже, преимущественно в тех случаях, когда при пропадании питания требуется вскрыть трубопровод.

Перечень взрывозащищенных клапанов фирмы Burkert представлен следующими моделями:

модель 2/2 ходовой взрывозащищенный нормально закрытый клапан со встроенным сервоуправлением через мембрану. Такой используется в нейтральных средах, для жидкостей и воздуха. Максимальное рабочее давление 16 бар. Температурный диапазон от -40 до +120 градусов. Сечение 1,3-6,5 сантиметра;
модель 5282. 2/2 ходовой взрывозащищенный клапан снабженный изолирующей мембраной. Используется в слабоагрессивных средах давлением до 16 бар. Сечение клапана – 1,3-5 сантиметров. Возможно преобразование в нормально открытый тип;
модель 5404. 2/2 ходовой нормально закрытый взрывозащищенный клапан с поршнем. Применяется в нейтральных средах, например для транспортировки воздуха, при давлении до 50 атмосфер. Изготавливается из латуни с сечением до 2,5 сантиметра;
модель 6013. 2/2 ходовой взрывозащищенный клапан прямого действия нормально закрытый. Может применяться как в нейтральных, так и агрессивных жидкостях и газах до 25 бар. Сечение клапана 2-6 миллиметра. Может поставляться обезжиренным;
модель 6014. 3/2 ходовой электромагнитный взрывозащищенный клапан прямого действия. Может применяться для жидкостей и сжатого воздуха. Максимальное рабочее давление составляет 16 бар, а сечение от 1,5 до 2,5 миллиметра.

Вакуумный клапан входит в состав целого семейства вакуумных систем. Основная цель его применения – герметизация и отсечение определенных элементов, которые предусматривает вакуумный трубопровод. клапан предусматривает автоматическое регулирование работы в разреженном воздухе.

По сравнению с затвором, его конструкция довольно проста. Вакуумный клапан имеет тарелку, которая проходит вдоль оси седла, а также оси газового потока. Это сильно уменьшает его проводимость. Потому электромагнитный вакуумный клапан имеет ограничение диаметра фланца до 40 мм.

Используют для регулирования потоков сжатого воздуха с помощью дистанционного управления. Исключением можно назвать двухходовый пневматический клапан типа КЭМ 32-20 и 32-23, который предназначен для работы в моторном масле. Электромагнитный пневматический клапан абсолютно безопасен для людей и животных, имеет все подтвержденные экологические требования.

Соленоидный вентиль (магнитный) - это прибор для автоматического регулирования потока жидкости или пара. Он устанавливается на рассольных, водяных, жидкостных и паровых трубопроводах для регулирования подачи жидкого или парообразного хладагента (аммиака, фреона). Вентиль может быть полностью открыт или закрыт.

Имеются различные конструкции соленоидных вентилей, но все они работают по одной и той же схеме и состоят из катушки и сердечника, связанного с разгрузочными и основными клапанами вентиля. Соленоидные вентили бывают поршневыми и мембранными .

В корпусе (1) поршневого соленоидного вентиля СВФ-40 (рис. 1) находятся седло (2) клапана и втулка (3), в которой расположен основной клапан (4) в виде поршня. В торец основного клапана ввернуто разгрузочное седло (13) управляющего клапана (10). В крышке (6) помещен соленоид (8) с втулкой (9) из немагнитной стали и сердечник (7). Управляющий клапан (10) и сердечник свободно соединены стержнем с гайкой (5). При включении электрического тока в катушке возникает магнитное поле, под действием которого сердечник (7) втягивается, поднимая клапан (10). При этом открывается отверстие в разгрузочном седле (13), полости вентиля над клапаном и под клапаном соединяются и давления в них выравниваются. При дальнейшем втягивании сердечника основной клапан (4) поднимается над седлом (2) и вентиль открывается.

Рис. 1 - Соленоидный вентиль СВФ-40

При выключении тока стержень сердечника вместе с управляющим клапаном под действием силы тяжести опускается, отверстие в разгрузочном седле закрывается. Через зазор между наружной поверхностью основного клапана (4) и втулкой (3), а также через специальную канавку на поверхности клапана жидкость проходит в полость над клапаном. Давление в этой полости повышается, клапан опускается на седло (2) и вентиль закрывается. Плотное закрытие клапанов обеспечивается резиновыми прокладками (11) и (12). Внизу размещен винт ручного управления (15) с сальником (14), закрытый колпаком (16). На рисунке 2 показан поршневой соленоидный вентиль холодильной установки рефрижераторного подвижного состава.

Рис. 2 - Схема поршневого соленоидного вентиля: 1 - клапан; 2 и 6 - седла; 3 и 4 - кольцевые опорные гильзы; 5 - корпус вентиля; 7 - соединительный штуцер; 8 и 12 - кольца; 9 - направляющая втулка; 10 - кожух; 11 - пружина; 13 - нажимная шайба; 14 - корпус электромагнитной катушки; 15 - крышка корпуса; 16 - шпилька; 17 - колодка выводов катушки; 18 - пробка; 19 - электромагнитная катушка; 20 - сердечник катушки; 21 - контргайка; 22 - шток; 23 - распорная втулка; 24 - сетчатый фильтр; 25 - резиновая прокладка; 26 - болт; 27 - нижняя крышка; 28 - шпиндель; 29 - колпачок; 30 - корпус сальника

Фирмы «Данфосс» (рис. 3) состоит из следующих основных частей: корпуса (1), резиновой мембраны (19) с пружиной и электромагнитного клапана управления.

При обесточенной катушке (10) вентиль закрыт. Давление в полостях на входе вентиля и над мембраной одинаковое, так как полости эти соединены через отверстие с уравнительным соплом (6). Поверхность мембраны больше поверхности седла (3), поэтому давление над мембраной способствует плотному закрытию отверстия в седле. Пружина (4) дополнительно содействует прижатию мембраны к седлу, обеспечивая таким образом плотное закрытие вентиля даже при одинаковом давлении на входе и выходе.

Рис. 3 - Мембранный соленоидный вентиль

Если на катушку (10) подать напряжение, якорь (8) втянется внутрь нее и полость над мембраной соединится с полостью на выходе вентиля через отверстие (7). Это приведет к понижению давления над мембраной, она в этом случае поднимется и вентиль откроется. При выключении тока якорь (8) опускается и закрывает отверстие (7). Давление над мембраной со стороны входа увеличивается и вентиль закрывается.

Катушка помещена в кожух (9), который имеет крышку с винтом (11). Винт ручного управления (2) закрыт колпачком (20). В приборе имеются направляющая втулка (5), кольцо короткого замыкания (12), пластинчатая пружина (13) и направляющая пластина (14). Втулка сердечника (17) прикреплена винтами (16) через уплотнительное кольцо (18). Кабель проходит через предохранительный штуцер (15). Корпус вентиля изготовлен из красной латуни, якорь - из нержавеющей стали, седло и мембрана - из резины. Такие соленоидные вентили применяют на рассольных и водяных трубопроводах.

Соленоидные вентили используют в качестве запорного механизма на трубопроводах холодильных установок рассольной системы. Хладоновые вентили устанавливают на трубопроводах жидкого хладона, байпасных линиях и трубопроводах оттаивания снеговой «шубы» на воздухоохладителе.

Хладоновый соленоидный вентиль СВМ-15 (рис. 4, а), применяемый в 5-вагонных секциях БМЗ на жидкостной и байпасной линиях (проходной, мембранный, бессальниковый, с разгрузочным золотником, с условным проходом 15 мм), рассчитан на рабочее давление 15,7·10 5 Па. Он состоит из корпуса (1), запорного механизма с мембраной, электромагнитного и ручного приводов. Запорный механизм включает в себя золотник (2), в кольцевой паз которого завулканизирован резиновый вкладыш (3), фильтрующую шайбу (4) с мембраной (5) из прорезиненного капрона и грибок (6), который прикреплен к фильтрующей шайбе. Электромагнитный привод вентиля состоит из катушки (7), кожуха (8), прикрепленного к резиновой шайбе на корпусе гайкой-колпачком, сердечника, разделительной трубки (10), сваренной с упором (11) и предохраняющей катушку от действия хладона. Ручной привод представляет собой винт (12), помещенный с сальником (13) в штуцер корпуса и закрытый колпачком (14).

Для работы соленоидного вентиля необходимо, чтобы давление на входе в вентиль было больше давления на выходе, т. е. чтобы был перепад давлений. В первоначальном положении, когда электромагнит не включен, разгрузочное отверстие в золотнике (2) закрыто резиновым уплотнением сердечника (9). Давление хладона, поступающее через отверстие в фильтрующей шайбе (4) и грибке (6) в надмембранную полость, прижимает золотник (2) к седлу - вентиль закрыт.

Рис. 4 - Хладоновые соленоидные вентили типа СВМ (а) и типа EV1D-10 (б)

При включении тока электромагнит притянет сердечник (9), разгрузочное отверстие откроется и хладон из надмембранной полости через золотник перейдет в подзолотниковую полость. На мембрану будет действовать разность давлений, благодаря чему она поднимется вместе с золотником (2) до упора и откроет основной проход. При выключении тока сердечник электромагнита перекроет разгрузочное отверстие, давление в надмембранной полости повысится, и разность давлений начнет действовать в обратную сторону - вентиль закроется.

Хладоновый соленоидный вентиль EV1D-10 (рис. 4, б), применяемый в рефрижераторных вагонах постройки ГДР, также работает за счет перепада давлений. При подаче напряжения на катушку (7) сердечник (9) втягивается, поднимая клапан (15). Давление в полости над мембраной понижается. Мембрана поднимается вверх и открывает основной проход. Короткозамкнутое медное кольцо (16), находящееся в головке, обхватывает часть магнитопровода и устраняет вибрацию (гудение) сердечника в верхнем положении. При отключении электромагнита сердечник (9) опускается и закрывает разгрузочное отверстие (19). Давление над мембраной благодаря капиллярным отверстиям (17) в ней повышается, и мембрана плотно садится на гнездо (18).

Цилиндрическая обмотка, которая имеет длину, значительно больше ее диаметра, называется соленоидом. В переводе с английского, это слово обозначает – подобный трубе, то есть, это катушка, похожая на трубу.

Устройство и принцип действия

Соленоидом также можно назвать катушку индуктивности, которая намотана проводом на каркас в виде цилиндра. Такие катушки могут быть намотаны как одним, так и несколькими слоями. Так как длина обмотки намного больше диаметра, то при подключении постоянного напряжения на эту обмотку, внутри катушки образуется .

Часто соленоидами называют электромеханические устройства, содержащие катушку, внутри которой имеется ферромагнитный сердечник. Такие устройства выполнены в виде втягивающих реле автомобильного стартера, различных электроклапанов. Втягивающим элементом такого своеобразного электромагнита является сердечник из ферромагнитного материала.

Если в устройстве соленоида нет сердечника, то при подключении постоянного тока вдоль обмотки образуется магнитное поле. Индукция этого поля равна:

Где, N – количество витков в обмотке, l – длина катушки, I – ток, протекающий по соленоиду, μ0

На концах соленоида величина магнитной индукции в два раза ниже, по сравнению с внутренней частью, так как две части соленоида совместно образуют двойное магнитное поле. Это применимо к длинному или бесконечному соленоиду, в сравнении с диаметром каркаса обмотки.

По краям соленоида магнитная индукция равна:

Так как соленоиды являются катушками индуктивности, следовательно, соленоид может запасать энергию в магнитном поле. Эта энергия равна работе, совершаемой источником, для образования тока в обмотке.

Этот ток образует в соленоиде магнитное поле:

Если ток в катушке изменяется, то возникает ЭДС самоиндукции. В этом случае напряжение на соленоиде определяется:

Индуктивность соленоида определяется:

Где, V – объем катушки соленоида, z – длина проводника катушки, n – количество витков, l – длина катушки, μ0 - вакуумная магнитная проницаемость.

При подключении к проводникам соленоида переменного напряжения, магнитное поле будет создаваться тоже переменным. Соленоид имеет сопротивление переменному току в виде комплекса двух составляющих: . Они зависят от индуктивности и электрического сопротивления проводника катушки.

Виды соленоидов

По назначению соленоиды разделяют на два класса:

Стационарные. То есть, для магнитных полей стационарного вида, которые долго держатся при некоторых значениях.
Импульсные. Для создания импульсных магнитных полей. Они могут существовать только в краткий период времени, не больше 1 с.

Стационарные способны создать поля не более 2,5х10 5 Э. Соленоиды импульсного типа могут создать поля 5х10 6 Э. Если при создании поля соленоиды не подвергаются деформации и не слишком греются, то магнитное поле прямо зависит от проходящего тока: Н = k*I , где k – постоянная величина соленоида, поддающаяся расчету.

Стационарные делятся:

Резистивные.
Сверхпроводящие.

Резистивные соленоиды производят из материалов, обладающих электрическим сопротивлением. В связи с этим вся подходящая к ним энергия переходит в теплоту. Чтобы избежать теплового разрушения устройства, необходимо отвести лишнее тепло. Для этих целей применяют криогенное или водяное охлаждение. Для этого требуется вспомогательная энергия, сравнимая с требуемой энергией для питания соленоида.

Сверхпроводящие соленоиды производят из сплавов, обладающих свойствами сверхпроводимости. Их электрическое сопротивление равно нулю при различных температурах во время эксперимента. При функционировании сверхпроводящего соленоида теплота выделяется только в подходящих проводниках и источнике напряжения. Источник питания в этом случае можно исключить, так как соленоид функционирует в короткозамкнутом режиме. При этом поле может существовать без расхода энергии бесконечно долго при условии сохранения сверхпроводимости.

Устройства для создания мощных магнитных полей включают в себя три главные части:

Соленоид.
Источник тока.
Система охлаждения.

При проектировании соленоида берут во внимание величины внутреннего канала и мощности источника питания.

Создание устройства с резистивным соленоидом для образования стационарных полей является глобальной научно-технической задачей. В мире, в том числе и в нашей стране, существует всего несколько лабораторий с подобными устройствами. Применяются соленоиды различных конструкций, эксплуатация которых осуществляется около тепловой границы.

Для обслуживания таких устройств необходим персонал, состоящий из работников высокой квалификации, работа которых дорого ценится. Большая часть финансов расходуется на оплату электрической энергии. Эксплуатация и обслуживание таких мощных соленоидов со временем окупается, так как ученые и исследователи различных областей науки, из разных стран могут получать важнейшие результаты для развития науки.

Наиболее сложные и важные задачи можно решить путем применения сверхпроводящих соленоидов. Этот способ более эффективный, экономичный и простой. Для примера можно назвать создание мощных стационарных полей сверхпроводящими соленоидами. Наиболее оригинальное свойство сверхпроводимости – это отсутствие электрического сопротивления у некоторых сплавов и металлов при температуре ниже критического значения.

Явление сверхпроводимости позволяет производить соленоид, не имеющий диссипации энергии при прохождении электрического тока. Однако, образованное поле имеет ограничение в том, что при достижении некоторого значения критического поля свойство сверхпроводимости разрушается, и электрическое сопротивление возобновляется.

Критическое поле повышается при снижении температуры от 0 до наибольшего значения. Еще в 50-х годах прошлого века открыты сплавы, у которых критическая температура находится в интервале от 10 до 20 К. При этом они имеют свойства очень мощных критических полей.

Технология создания таких сплавов и производство из них материалов для катушек соленоидов очень трудоемка и сложна. Поэтому такие устройства имеют высокую стоимость. Однако их эксплуатация недорогая и простая в обслуживании. Для этого необходим только источник питания низкого напряжения небольшой мощности и жидкий гелий. Мощность источника понадобится не выше 1 киловатта. Устройство таких соленоидов состоит из катушки, выполненной из меди и сверхпроводника многожильным проводом, лентой или шиной.

Существует возможность снижения энергетических затрат на создание еще более мощных полей. Эта возможность реализуется в нескольких ведущих странах, в том числе и в России. Такой способ основан на применении комбинации из водоохлаждаемого и сверхпроводящего соленоидов. Его еще называют гибридным соленоидом. В этом устройстве интегрируются наибольшие достижимые поля обоих типов соленоидов.

Водоохлаждаемый соленоид должен находиться внутри сверхпроводящего. Создание гибридного соленоида является объемной и сложной научно-технической проблемой. Для ее решения требуется работа нескольких коллективов научных учреждений. Подобное гибридное устройство эксплуатируется в нашей стране в Академии наук. Там соленоид со сверхпроводящими свойствами имеет массу 1,5 тонны. Обмотка выполнена из специальных сплавов ниобия с цинком и титаном. Обмотка водоохлаждаемого соленоида выполнена медной шиной.

В этой статье речь пойдет о соленоидах. Сначала рассмотрим теоретическую сторону данной темы, затем практическую, где отметим сферы применения соленоидов в различных режимах их работы.

Соленоидом называется цилиндрическая обмотка, длина которой значительно превышает ее диаметр. Само слово соленоид образовано сочетанием двух слов - solen и eidos, первое из которых переводится как труба, второе - подобный. То есть соленоид - это катушка, по форме напоминающая трубу.

Соленоиды, в широком смысле, - это катушки индуктивности, наматываемые проводником на цилиндрический каркас, которые могут быть как однослойными, так и многослойными . Поскольку длина намотки соленоида сильно превышает его диаметр, то при подаче постоянного тока через такую обмотку, внутри нее, во внутренней полости, формируется почти однородное магнитное поле.

Зачастую соленоидами называют некоторые исполнительные механизмы, электромеханического принципа работы, как например соленоидный клапан автоматической коробки передач автомобиля или втягивающее реле стартера. Как правило, в качестве втягиваемой части выступает ферромагнитный сердечник, а сам соленоид , так называемым ферромагнитным ярмом.

Если в конструкции соленоида магнитный материал отсутствует, то при протекании по проводнику постоянного тока, вдоль оси катушки формируется магнитное поле, индукция которого численно равна:

Где, N – число витков в соленоиде, l – длина намотки соленоида, I – ток в соленоиде, μ0 - магнитная проницаемость вакуума.

На краях соленоида магнитная индукция вдвое меньше, чем внутри него, поскольку обе половины соленоида в месте их объединения привносят равный вклад в магнитное поле, создаваемое током соленоида. Это можно сказать о полубесконечном соленоиде или о достаточно длинной, по отношению к диаметру каркаса, катушке. Магнитная индукция по краям будет равна:

Поскольку соленоид - это в первую очередь катушка индуктивности, то как и любая катушка, обладающая индуктивностью, соленоид способен запасать в магнитном поле энергию, численно равную работе, которую совершает источник для создания в обмотке тока, порождающего магнитное поле соленоида:

Изменение тока в обмотке приведет к возникновению ЭДС самоиндукции, и напряжение на краях провода обмотки соленоида будет равно:

Индуктивность соленоида будет равна:

Где, V – объем соленоида, z – длина провода в обмотке соленоида, n – число витков в единице длины соленоида, l – длина соленоида, μ0 - магнитная проницаемость вакуума.

При пропускании через провод соленоида переменного тока, магнитное поле соленоида так же будет переменным. Сопротивление соленоида переменному току имеет комплексный характер, и включает в себя как активную, так и реактивную составляющие, определяемые индуктивностью и активным сопротивлением провода обмотки.

Практическое использование соленоидов

Соленоиды применяются во многих отраслях промышленности и во многих областях гражданской сферы деятельности. Часто поступательные электроприводы - это как раз пример работы соленоидов на постоянном токе. Ножницы отрезания чеков в кассовых аппаратах, клапаны двигателей, тяговое реле стартера, клапаны гидравлических систем и т. д. На переменном токе соленоиды работают в качестве индукторов .

Обмотки соленоидов, как правило, изготавливают из медного, реже - из алюминиевого провода. В высокотехнологичных отраслях применяют обмотки из сверхпроводников. Сердечники могут быть железными, чугунными, ферритовыми или из иных сплавов, часто в форме пакета листов, а могут и вовсе отсутствовать.

В зависимости от назначения электрической машины, сердечник делается из того или иного материала. Устройства типа подъемных электромагнитов, сортирующие семена, очистители угля и т. д. Далее рассмотрим несколько примеров применения соленоидов.

Пока напряжение на обмотку соленоида не подано, тарелка клапана плотно прижата к пилотному отверстию пружиной, и трубопровод перекрыт. При подаче тока в обмотку клапана, якорь и соединенная с ним тарелка клапана поднимаются, втягиваясь катушкой, противодействуя пружине, и открывая пилотное отверстие.

Разность давлений с разных сторон от клапана приводит к движению жидкости в трубопроводе, и пока на катушку клапана подано напряжение, трубопровод не перекрыт.

Когда питание с соленоида снято, пружину больше ничего не удерживает, и тарелка клапана устремляется вниз, перекрывая пилотное отверстие. Трубопровод вновь перекрыт.

Стартер является по сути мощным мотором постоянного тока с питанием от аккумулятора автомобиля. В момент пуска двигателя зубчатая шестерня стартера (бендикс) должна быстро сцепиться с маховиком коленвала на некоторое время, и одновременно включается мотор стартера. Соленоид здесь - обмотка втягивающего реле стартера.

Втягивающее реле установлено на корпусе стартера, и при подаче питания к обмотке реле происходит втягивание железного сердечника, соединенного с механизмом, выдвигающим шестерню вперед. После пуска двигателя питание с обмотки реле снимается, и шестерня возвращается обратно благодаря пружине.

В соленоидных электрозамках ригель приводится в движение усилием электромагнита. Такие замки применяются в системах контроля доступа и в шлюзовых дверных системах. Оборудованная таким замком дверь может быть открыта только в период действия управляющего сигнала. После снятия этого сигнала закрытая дверь останется запертой независимо от того, открывалась ли она.

К преимуществам соленоидных замков можно отнести их конструкцию - она намного проще, чем у моторных замков, более износостойка. Как видим, здесь соленоид снова работает в паре с возвратной пружиной.

При сквозном нагреве используют обычно соленоидные многовитковые индукторы. Обмотку индуктора изготавливают из медной трубки с водяным охлаждением или из медной шины.

В установках средней частоты используют однослойные обмотки, а в установках промышленной частоты обмотка может быть как однослойной, так и многослойной. Это связано с возможным уменьшением электрических потерь в индукторе и с условиями согласования параметров нагрузки и с параметрами источника питания по напряжению и коэффициенту мощности. Для обеспечения жесткости катушки индуктора чаще всего применяют ее стяжку между торцовыми асбоцементными плитами.

В современных установках соленоиды работают в режиме питания переменным током высокой частоты, поэтому ферромагнитный сердечник им, как правило, не нужен.

В однокатушечных соленоидных двигателях включение и выключение рабочей катушки приводит к механическому движению кривошипно-шатунного механизма, причем возврат осуществляется опять же пружиной, подобно тому, как это происходит в электромагнитном клапане и в соленоидном замке.

В многокатушечных соленоидных двигателях попеременное включение катушек осуществляется при помощи вентилей. К каждой катушке ток от источника питания подается в один из полупериодов синусоидального напряжения. Сердечник поочередно втягивается то одной, то другой катушкой, совершая возвратно-поступательное движение, приводя во вращение коленчатый вал или колесо.

Экспериментальные установки типа детектора ATLAS, работающие на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН, используют мощные электромагниты, которые тоже включают в себя соленоиды. Эксперименты в физике элементарных частиц проводятся с целью обнаружения строительных блоков материи и изучения фундаментальных сил природы, на которых держится наша Вселенная.

Наконец, ценители наследия Николы Тесла всегда используют соленоиды для построения катушек. Вторичная обмотка трансформатора Тесла - не что иное, как соленоид. И длина провода в катушке оказывается очень важной, ведь строители катушек используют здесь соленоиды не как электромагниты, а как волноводы, как резонаторы, в которых как в любом колебательном контуре есть не только индуктивность провода, но и емкость, формируемая в данном случае расположенными вплотную друг к другу витками. Кстати, тороид на вершине вторичной обмотке призван как раз скомпенсировать эту распределенную емкость.

Надеемся, что наша статья была для вас полезной, и теперь вы знаете, что такое соленоид, и как много сфер его применения есть в современном мире, ведь перечислили мы отнюдь не все из них.

Клапан электромагнитный соленоидный состоит из следующих основных деталей: корпуса, крышки, мембраны или поршня, пружины, плунжера, штока и электромагнитной катушки. Присоединение к трубопроводу на резьбе или фланцевое. Для подключения к электрической сети используется штекер. Корпуса и крышки клапанов отливают из латуни, бронзы, нержавеющей стали или, под высоким давлением, из пластмасс – полипропилена, армированного эколона и др. Клапаны рассчитаны на разные рабочие среды, давления и температуры. Для плунжеров применяют специальные высокомагнитные материалы. Катушки клапанов выполнены в защищенном корпусе из специальной пластмассы. Обмотка катушек выполнена эмаль проводом из электротехнической меди.

Рис. 1. Схема устройства соленоидного клапана:
Основные рабочие исполнения: «НЗ» - нормально закрытые; «НО» - нормально открытые.
Напряжения питания катушек: переменный ток, AC: 24В, 220В; постоянный ток, DC: 12В, 24В.
Класс защиты IP65.

Мембраны и уплотнения:

Мембраны изготовлены из эластичных полимерных материалов специальной конструкции и химического состава – EPDM, NBR, FKM, а уплотнения из PTFE или TEFLON. Также в конструкции клапанов используются новейшие составы силиконовых резин – VMQ и другие полимеры.

Свойства материалов:

EPDM – Этилен-пропилен-диен-каучук. Недорогой, химически и износостойкий эластичный полимер. Высокая устойчивость к старению и атмосферным воздействиям. Устойчив к кислотам, щелочам, окислителям, соленым растворам, воде, пару низкого давления, нейтральным газам. Неустойчив к бензину, бензолу и углеводородами. Температурный диапазон -40… +140°C.

NBR – Акрилонитрин-бутадиен-каучук. Распространенный эластичный полимер, нейтральный к воздействию бензина, минерального масла, дизельного топлива, растворов щелочей, неорганических кислот, пропана, бутана и горячей воды. Температурный диапазон -30… +100°C. Кратковременно до +130°C. Разрушается бензолом, окислителями и ультрафиолетом.

FKM – Фторкаучук. Термостойкий и эластичный синтетический полимер. Высокая стойкость к старению, озону и ультрафиолету. Химически устойчивый для кислотных и щелочных сред, нефтепродуктов, для топлива и углеводородов. Применяется для спиртов, воды, воздуха и пара при температуре -30… +150°C. Разрушается эфирами, органическими кислотами.

PTFE – Политетрафторэтилен. Фторполимер, один из самых химически стойких полимерных материалов. Применяется в химической промышленности для кислот и их смесей высокой концентрации, щелочей, растворителей. Устойчив к бензолу, окислителям, маслам и топливам. Используется для агрессивных газов, углеводородов, воздуха, воды и пара. Температурный диапазон -50… +200°C. Разрушается трифторидом хлора и жидкими щелочными металлами.

TEFLON – Политетрафторэтилен. Запатентованное название фторполимера, на основе PTFE, но с измененным химическим составом, структурой и улучшенными эксплуатационными характеристиками. Рабочая температура применения в диапазоне -50… +250°C.

Принцип работы клапана электромагнитного с пилотным каналом:

Рис. 2. Клапан пилотный исп. «НЗ» - нормально закрытый

В статичном положении напряжение на катушке отсутствует – электроклапан закрыт. Запорный орган (мембрана или поршень, в зависимости от типа клапана) герметично прижат, силой действия пружины и давления рабочей среды, к седлу уплотнительной поверхности. Пилотный канал закрыт подпружиненным плунжером. Давление в верхней полости клапана поддерживается через перепускной канал в мембране и равно давлению на входе в клапан. Клапан электромагнитный находится в закрытом положении, пока катушка не окажется под напряжением.
Для открытия клапана напряжение подается на соленоидную катушку. Плунжер, под воздействием магнитного поля катушки поднимается и открывает пилотный канал. Так как диаметр пилотного канала больше перепускного, давление в верхней полости клапана быстро снижается. Под действием разницы давлений, мембрана или поршень поднимается и клапан открывается. Клапан останется в открытом положении, пока катушка находится под напряжением.
Принцип действия клапана с пилотным каналом исп. «НО» такой же, но в статичном положении клапан находится в открытом положении, а при подаче напряжения клапан закроется.

Рис. 3. Клапан пилотный исп. «НО» - нормально открытый

Для правильной работы мембранных и поршневых клапанов с пилотным каналом, исп. «НО» и «НЗ», необходим минимальный перепад давления – ΔP, разница давлений на входе и на выходе клапана. Подходит в большинстве случаев, для эксплуатации на системах централизованного водо- и теплоснабжения, системах ГВС, системах пневмоуправления и др. – везде, где присутствует давление в трубопроводе.

Принцип работы клапана электромагнитного прямого действия:

Рис. 4. Клапан прямого действия исп. «НЗ» - нормально закрытый

В клапане электромагнитном прямого действия, пилотный канал отсутствует. Мембрана в центре имеет жесткое металлическое кольцо и через пружину соединена с плунжером. При открытии клапана, плунжер поднимается вверх и снимает усилие с мембраны, которая моментально поднимается и открывает клапан. Для закрытия, подпружиненный плунжер опускается и с усилием прижимает мембрану, через кольцо к уплотнительной поверхности.

Для мембранных электромагнитных клапанов прямого действия, минимальный перепад давления на клапане не требуется, ΔPmin = 0 бар. Клапаны прямого действия, могут работать как в системах с давлением в трубопроводе, так и на сливных емкостях, накопительных ресиверах и в других схемах, где давление рабочей среды минимально или отсутствует.

Клапан электромагнитный соленоидный – это простая, функциональная и надежная трубопроводная арматура. Ресурс работы специальных электромагнитных катушек составляет до 1 миллиона включений. Время, необходимое для срабатывания мембранного магнитного клапана в среднем составляет от 30 до 500 миллисекунд, в зависимости от диаметра и исполнения. Клапаны электромагнитные можно применять как запорные устройства дистанционного управления, так и для безопасности, в качестве отсечных, переключающих или отключающих электроклапанов.