王敏
(遼中縣遼河化工廠,遼寧遼中110200)
電磁閥在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛,在石油化學(xué)工業(yè)中尤為普遍。它既可用于水、空氣和中性氣體以及其它與電磁閥材質(zhì)相適宜的氣體、液體的開關(guān)控制(二通),又可作為安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中不可缺少的一部分(三通、四通、五通)。
電磁閥由電磁部件、閥體組成。電磁部件由固定鐵芯、動(dòng)鐵芯、線圈等部件組成;閥體部分由滑閥芯、滑閥套、彈簧底座等組成。當(dāng)線圈通電或斷電時(shí),磁芯的運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致流體通過閥體或被切斷,以達(dá)到開關(guān)或改變流體方向的目的。在安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)用的電磁閥主要有二位三通、二位四通和二位五通,二位的含義為:對(duì)于電磁閥來說是帶電或失電,對(duì)于所控制的閥來說就是打開或關(guān)閉。
二位三通電磁閥由閥體、閥罩、電磁組件、彈簧及密封結(jié)構(gòu)等部件組成,動(dòng)鐵芯底部的密封塊借助彈簧的壓力將閥體進(jìn)氣口關(guān)閉。得電時(shí),線圈勵(lì)磁,電磁鐵吸合,動(dòng)鐵芯上部帶彈簧的密封塊把排氣口關(guān)閉,氣流從進(jìn)氣口進(jìn)入閥門,起到控制作用;失電時(shí),電磁力消失,動(dòng)鐵芯在彈簧力作用下離開固定鐵芯向下移動(dòng),將排氣口打開,堵住進(jìn)氣口,閥門因失氣而改變開關(guān)狀態(tài)。
二位四通和五通電磁閥的原理相同,只是四通有1個(gè)排氣口,五通有2個(gè)排氣口。它們的工作原理:當(dāng)有電流通過線圈時(shí),產(chǎn)生勵(lì)磁作用,固定鐵芯吸合動(dòng)鐵芯,動(dòng)鐵芯帶動(dòng)滑閥芯并壓縮彈簧,改變了滑閥芯的位置,從而改變了流體的方向;當(dāng)線圈失電時(shí),依靠彈簧的彈力推動(dòng)滑閥芯,頂回動(dòng)鐵芯,使流體按原來的方向流動(dòng)。
下面結(jié)合藍(lán)星100kt/a有機(jī)硅單體工程的聯(lián)鎖控制系統(tǒng),介紹電磁閥在該項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。
在實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)用中,電磁閥有兩種供電形式:220VAC或24VDC。如果選用220VAC供電形式,因?yàn)楣╇婋妷焊?,傳輸電纜造成的電壓降不會(huì)影響到電磁閥能否正常工作,不必考慮電纜電阻損失的電壓,所以可以遠(yuǎn)距離傳輸。如果電磁閥的供電電壓為24VDC,就必須根據(jù)電磁閥的最低工作電壓來進(jìn)行電纜的最大允許長度計(jì)算。
如果24VDC供電電磁閥的最小工作電壓為20V,那么線路上的最大允許壓降為4V。假設(shè)所選電磁閥的額定功率為12W,采用二芯2.5mm2的聚氯乙烯絕緣護(hù)套控制電纜,從電纜樣本可以查到電纜的最大直流電阻為7.41Ω/km,由此可以計(jì)算出電纜的最大允許長度如下:
(1)電磁閥的工作電流
式中:I為電磁閥工作電流,A;
P為電磁閥額定功率,W;
V為電磁閥工作電壓,V。
(2)允許電纜長度的計(jì)算
式中:R為電纜電阻,Ω;
Ll為電纜單芯距離,km;
L2為電纜雙芯距離,m。
綜上所述,對(duì)于大功率且供電電壓為24VDC的電磁閥,為了保證電磁閥在不低于正常工作電壓(假設(shè)為20VDC)的條件下動(dòng)作,可以通過選用較粗線徑電纜(2.5mm2)來降低線路上的壓降,這樣信號(hào)允許的傳輸距離可以到達(dá)約500m。
為了避免因電源故障而導(dǎo)致電磁閥在聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)動(dòng)作失敗,通常電磁閥都為常閉型(NC),即正常時(shí)帶電,聯(lián)鎖動(dòng)作時(shí)失電:另外還有一種為通用型(可以連成常閉或常開的任意一種)。
在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)根據(jù)工藝過程的安全保護(hù)需要,確定哪種形式能夠滿足最安全的條件選用NC(常閉)或通用。下面以該項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)中電磁閥的應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說明。
圖1應(yīng)用在單作用氣開式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)關(guān)閉及單作用氣關(guān)式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)打開的場(chǎng)合。聯(lián)鎖過程:正常狀態(tài)下,電磁閥得電,進(jìn)氣口1打開,排氣口2關(guān)閉,氣路1、3接通,切斷閥正常供氣,氣開式切斷閥打開,氣關(guān)式切斷閥則為關(guān)閉;聯(lián)鎖狀態(tài)下,電磁閥失電,進(jìn)氣口1關(guān)閉,排氣口2打開,氣路2,3接通,切斷閥供氣中斷,執(zhí)行機(jī)構(gòu)的彈簧復(fù)位,氣開式切斷閥關(guān)閉,氣關(guān)式切斷閥則為打開。
圖1二位三通常閉型電磁閥的應(yīng)用
圖2應(yīng)用在單作用氣開式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)打開及單作用氣關(guān)式切斷閥聯(lián)鎖時(shí)關(guān)閉的場(chǎng)合。聯(lián)鎖過程:正常狀態(tài)下,電磁閥得電,進(jìn)氣口1關(guān)閉,排氣口2打開,氣路2、3接通,切斷閥不被供氣,氣開式切斷閥關(guān)閉,氣關(guān)式切斷閥則為打開;聯(lián)鎖狀態(tài)下,電磁閥失電,電磁閥進(jìn)氣口1打開,排氣口2關(guān)閉,氣路1、3接通,切斷閥供氣,氣開式切斷閥打開,氣關(guān)式切斷閥則為關(guān)閉。
圖2 二位三通通用型電磁閥的應(yīng)用
由于通用型可以連成常開或常閉的任意一種,而且價(jià)格差別不大,所以為了方便起見,可以將上述兩種應(yīng)用中的電磁閥均選為通用型。
如圖3所示為二位五通單線圈電磁閥應(yīng)用在切斷閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)為雙作用氣缸式的場(chǎng)合。
圖3 二位五能單線電磁閥的應(yīng)用
如果聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)需要關(guān)閉切斷閥,則在正常操作時(shí)儀表空氣走向?yàn)?-4,切斷閥B氣缸進(jìn)氣,A氣缸排氣,然后再經(jīng)電磁閥2m3端口放空;當(dāng)聯(lián)鎖發(fā)生時(shí),儀表空氣走向?yàn)?-2,切斷閥A氣缸進(jìn)氣,B氣缸排氣,然后再經(jīng)電磁閥4-5端口放空,切斷閥達(dá)到關(guān)閉的目的。
如果聯(lián)鎖發(fā)生時(shí)需要打開切斷閥,則在正常操作時(shí)儀表空氣走向?yàn)?-2,切斷閥A氣缸進(jìn)氣,B氣缸排氣,然后再經(jīng)電磁閥4-5端口放空;聯(lián)鎖發(fā)生時(shí),儀表空氣走向?yàn)?-4,切斷閥B氣缸進(jìn)氣,A氣缸排氣,然后再經(jīng)電磁閥2-3端口放空,切斷閥達(dá)到打開的目的。
如圖4所示為二位五通雙線圈電磁閥應(yīng)用在切斷閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)為雙作用氣缸式的場(chǎng)合。
通常可以根據(jù)聯(lián)鎖要求通過切斷閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)A、B氣缸的進(jìn)氣、排氣達(dá)到閥門的通斷,但是在一些工藝要求電源故障保持閥位EFL(Electrical Failure Last)的場(chǎng)合,可以選用雙線圈電磁閥來實(shí)現(xiàn)在電源故障情況下閥位的保持。此類電磁閥磁芯的運(yùn)轉(zhuǎn)所導(dǎo)致閥門的通斷分別由兩個(gè)線圈來完成,故稱為雙線圈。
圖4 二位五通雙線圈電磁閥的應(yīng)用
如圖4所示,當(dāng)電磁閥線圈S1接收聯(lián)鎖信號(hào)1時(shí)儀表空氣走向?yàn)?-4,切斷閥B氣缸進(jìn)氣,A、B氣缸排氣,然后再經(jīng)電磁閥2-3端口放空,切斷閥達(dá)到打開的目的,如果此時(shí)發(fā)生電源故障,只要電磁閥線圈S2未收到聯(lián)鎖信號(hào)2,切斷閥依然保持打開位置,直到S2接收到聯(lián)鎖信號(hào)2時(shí),儀表空氣走向?yàn)?-2,切斷閥A氣缸進(jìn)氣,B氣缸排氣,然后再經(jīng)電磁閥4-5端口放空,切斷閥達(dá)到關(guān)閉的目的。
總而言之,雙線圈電磁閥可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)電源故障時(shí)切斷閥不會(huì)因?yàn)槭щ姸鴦?dòng)作,仍然保持在電源故障前的位置,在實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)用中,單線圈或雙線圈電磁閥的選用必須根據(jù)工藝流程的需要,滿足聯(lián)鎖要求。
圖5中2臺(tái)電磁閥分別接收同一個(gè)工藝參數(shù)(壓力)的不同值(高和低)引起的聯(lián)鎖信號(hào)。控制閥在正常狀態(tài)下為打開狀態(tài),電磁閥S1、S2都處于得電狀態(tài),電磁閥S1進(jìn)氣口1關(guān)閉,排氣口2打開,氣路2、3接通,電磁閥S2進(jìn)氣口1打開,排氣口2關(guān)閉,氣路1、3接通,控制閥不被供氣,氣關(guān)式控制閥打開;當(dāng)電磁閥S1接收到聯(lián)鎖信號(hào)1(壓力低聯(lián)鎖)時(shí),電磁閥S1失電,此時(shí)由于聯(lián)鎖信號(hào)2(壓力高聯(lián)鎖)不發(fā)生,電磁閥S2仍處于得電狀態(tài),電磁閥S2的進(jìn)氣口1打開,排氣口2關(guān)閉,氣路1、3接通,電磁閥S2仍然為進(jìn)氣口1打開,旁通口2關(guān)閉,氣路1,3接通,即電磁閥S1、S2的1-3均為通路,控制閥由電氣閥門定位器調(diào)節(jié);當(dāng)電磁閥S2接收到聯(lián)鎖信號(hào)2(壓力高聯(lián)鎖)時(shí),電磁閥S2失電,此時(shí)由于聯(lián)鎖信號(hào)1(壓力低聯(lián)鎖)不發(fā)生,電磁閥S1處于得電狀態(tài),電磁閥S1的進(jìn)氣VI 1關(guān)閉,排氣口2打開,氣路2、3接通,電磁閥S2的進(jìn)氣口1關(guān)閉,排氣口2打開,氣路2、3接通,氣關(guān)式控制閥關(guān)閉。
圖5 雙電磁閥的應(yīng)用
在應(yīng)用電磁閥的過程中,電磁閥的故障將直接影響到切斷閥或控制閥的動(dòng)作,常見的故障為電磁閥發(fā)生拒動(dòng)現(xiàn)象,遇到此類問題時(shí),應(yīng)從以下幾方面排查。
①電磁閥接線頭松動(dòng)或線頭脫落,電磁閥不得電,應(yīng)緊固線頭。
②電磁閥線圈燒壞,可拆下電磁閥的接線,用萬用表測(cè)量,如果開路,則電磁閥燒壞;可能因線圈受潮引起絕緣不好而漏磁,造成線圈內(nèi)電流過大而燒毀,因此要防止雨水進(jìn)入電磁閥。此外,彈簧過硬、反作用力過大、線圈匝數(shù)太少、吸力不夠也可使得線圈燒毀。
③電磁閥卡住。電磁閥的滑閥套與閥芯的配合間隙很?。ㄐ∮?μm),一般都是單件裝配,當(dāng)有機(jī)械雜質(zhì)帶人或潤滑油太少時(shí),很容易卡住??捎娩摻z從頭部小孔插入,使其彈回。根本的解決方法是將電磁閥拆下,取出閥芯及閥芯套進(jìn)行清洗,使得閥芯在閥套內(nèi)動(dòng)作靈活。
此外在選用電磁閥時(shí)還應(yīng)考慮溫度、壓力、防爆區(qū)域劃分等。
總之在設(shè)計(jì)選用電磁閥時(shí)一方面應(yīng)根據(jù)工藝的實(shí)際聯(lián)鎖保護(hù)需要,另一方面還需從電磁閥的可靠性及經(jīng)濟(jì)性考慮。經(jīng)濟(jì)性必須建立在安全、適用、可靠的基礎(chǔ)上,經(jīng)濟(jì)性不單是考慮產(chǎn)品的售價(jià),更要優(yōu)先考慮其功能和質(zhì)量以及安裝維修等費(fèi)用,是產(chǎn)品的性能價(jià)格比。