先導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(fù)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(fù)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(fù)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(dǎo)式。
當(dāng)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(dǎo)閥呈開啟的位置，其原理同先導(dǎo)式電磁閥，主閥塞開啟，此時上線圈可以斷電。當(dāng)下線圈通電時動鐵芯向下，關(guān)閉先導(dǎo)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(dāng)A端接正極，B端接負(fù)極時，受磁鐵的影響，線圈的吸力向上，開啟閥門（先導(dǎo)閥亦可）。當(dāng)線圈的A端接負(fù)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(dǎo)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(dāng)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(dǎo)閥瓣均處于自由位置。電磁閥進(jìn)口初始通氣瞬間, 氣體進(jìn)入電磁閥后除作用于常開主閥瓣和先導(dǎo)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(dá)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(dá)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(shè)備產(chǎn)生影響, 因此需要對初始建壓過程進(jìn)行詳細(xì)分析。雙向電磁閥建壓過程除需要進(jìn)行作用力分析外, 還涉及到氣動力學(xué)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(dāng)接觸線的寬度很小, 且施加載荷后的接觸應(yīng)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(yīng), 配置以硫化橡膠作為襯墊的主閥瓣。
先導(dǎo)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(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系符合線克定律。假設(shè)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(shè)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(dāng)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(shè)為P1 ) 將小于常閉腔出口壓力(設(shè)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(shè)出口氣體流動達(dá)到音速, 根據(jù)氣體動力學(xué), 則有
