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流量控制电磁阀的小流量特性分析

发布时间:2017-1-9 9:42:31  浏览:

流量控制电磁阀主要用于对各类气体、水、低黏度的油或其他化工类液体进行分装、分配和计量。流量控制电磁阀的种类很多,笔者论述的流量控制电磁阀,主要用于液体计量控制的2种流量电磁阀:双流量电磁阀和比例电磁阀。

双流量电磁阀和比例电磁阀

1、2种电磁阀工作原理

这2种电磁阀都是由线圈、阀体、膜片、膜片座、平衡弹簧、电磁先导阀构成(见图1)。其工作原理为:电磁先导阀通电,开启控制阀口,膜片上腔卸压,膜片下腔的液体以一定压力克服膜片座的自重和平衡弹簧力,打开主阀口上的膜片,控制阀的流人道与流出道连通,液体从进口流向出口;当电磁先导阀失电,先导阀内的动铁芯靠弹簧力关闭控制阀口,由于膜片上有一个使上下腔压强相同的平衡节流孔,且膜片上腔面的受压面积大于膜片下腔面的受压面积,加上膜片座的自重和平衡弹簧力,膜片迅速关闭主阀口,液体停止从阀体出口流出。

 

双流量电磁阀和比例电磁阀的工作原理基本相同,所不同的是:前者是由2个电磁先导阀及2套阀体、膜片、膜片座、平衡弹簧组成2种大小的流体通道。2只线圈的电压是一定的,用小流量通道控制阀的小流量输出,输出的大、小2种流量为定值,不可调。后者只有1个电磁先导阀及阀体、膜片、膜片座、平衡弹簧组成1个流体通道,电压的输人是变化的,通过改变输人电压的大小来控制流量的输出,实现流量的无级输出。

2、问题及分析

从理论上来讲,当采用无级输出时,输出流量应该随着电磁阀的电流值近似成正比增长,但是在实际工作中,输出的流量在小流量区域从0跳跃到某一数值,并且这个跳跃的数值随着流道孔径的增大而增大。该流量控制比例电磁阀,阀口孔径为归0~,流量阀数值由0瞬间变化到3L/min左右(见图2)。图2为同一结构的3只阀在同一测试台上使用相同的测试方法得到的3条输出曲线。虽然阀的结构相同,测试方法也相同,但由于阀是由多个零件组装而成的,存在着机械加工误差以及装配时的装配误差等。因此,同一批阀输出特性会存在一定的分散性。


因为这一突变的存在,使比例电磁阀在小流量区域内按比例配制溶液时,配比精度不够,甚至无法配制所需溶液。形成小流量区域流量突变的原因有很多,现主要从阀体结构分析其产生原因。

主阀口的结构如图3所示。

 电磁阀主阀口的结构

由式(1)可知,流体的流量与阀嘴两端的压差、流量系数、流体的密度、阀体的流道孔径、喷嘴与挡板间的距离等因素有关。当流体介质和进口压力确定后,小区域内的流量取决于阀体流道孔径和喷嘴与挡板之间的距离,而流道的内孔直径取决于阀体所需的最大流量。当最大流量一定时,流道的最小孔径也为定值,当孔径小于最小孔径时,流量将达不到设计要求。同时,流体表面张力、线圈的电磁力与弹簧力之间的相互作用力以及膜片上、下腔之间的压差所形成的推力共同决定了喷嘴与挡板之间的距离。当控制阀的流量、进出口压力及流体介质等参数确定后,相关的电磁力、弹簧力等参数也相应确定。通过改变膜片平小孔与先导阀小孔的比例,改变膜片上、下腔之间的压差,这能够在一定范围内改善小流量区域的性能,但是效果不理想。

电磁阀流道几何结构

3、解决办法

通过改变小流量区域的流道几何结构,来改变比例电磁阀小流量区域的流量性能。

该结构的特点在于阀芯与阀体的通道中间设有专用的小斜面,控制阀在打开的起始阶段,流量随着小斜面(小斜面的角度和高度可根据需要设计,本产品小斜面的角度为13.20,高度为0.6mm)的增大份的增大)而增大,解决了在打开流量阀的瞬间流量由O跳跃到一定小流量的问题,有效地改善了控制阀在小流量区域的性能,提高流量阀的比例配制精度与计量精度。其工作过程为:当线圈的电流很小时,膜片在压差的作用下带动阀芯向上移动,当阀芯的下端移动到阀体内孔中小锥面处的最下端位置时,根据式(2),控制阀的流量主要由阀芯的圆柱面与阀体内孔的间隙、阀体内孔的小斜面与圆柱面所形成的小锥体的缝隙所决定。由于间隙和斜面缝隙高度可以作得很小,所以启动流量也可以作得很小,而且小锥体的体积随着阀芯的上升而缓慢增大,所以流量也随之慢慢增大。结构改进后,控制阀输出流量效果很好,见图5。

控制阀输出流量效果

4结束语

合理设计电磁泵芯与电磁泵体之间的间隙和斜面的锥度,可以得到最小的启动流量和良好的小流量区域内流量输出曲线。

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