1、電磁閥選型與控制電磁閥的關(guān)注熟悉、正確選用是熱工自動化 設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。文中介 紹了電磁閥的分類、流通能力的計(jì)算乃至其選型，并對電磁閥的控制提出一些個 人見解。電磁閥是電廠熱工自動化中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的設(shè)備之一。它可以用來控制一定 壓力下的某些工質(zhì)在管道中的自動通斷，成為特定的執(zhí)行器，如鍋爐的燃油快關(guān) 閥、汽輪機(jī)組調(diào)速保安系統(tǒng)油路上的電磁滑閥、給水泵組密封水管路的切換閥以 及采暖工程的熱水閥等。它還可以作為氣動、液動回路自動切換或順序控制的執(zhí) 行元件，它就成了該氣動、液動執(zhí)行器的電一一氣、電一一液執(zhí)行元件，這方面 的應(yīng)用更為普遍。如主廠房鍋爐的氣動安全門、汽輪機(jī)組氣動或液動的抽汽逆止 門等都是

2、由電磁閥控制通向操作裝置的氣路、液（水）路的通斷來完成其開關(guān)動作 的，輔助車間及其系統(tǒng)眾多氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動控制也離不開電磁閥這一設(shè)備。 再如，過去在鍋爐各段煙道壓力的常規(guī)檢測中也使用過電磁閥切換做到一臺表計(jì) 的多點(diǎn)測量?？梢?，電磁閥在電廠熱工測量、控制及保護(hù)聯(lián)鎖上都是一項(xiàng)基礎(chǔ)元 件設(shè)備，對電磁閥的關(guān)注熟悉、正確選用乃是熱工自動化設(shè)計(jì)的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。 基于此，本文著重討論電磁閥在選型與控制上的一些問題，有些見解僅是筆者一 家之言，期盼同仁指正。1電磁閥的結(jié)構(gòu)原理及其分類1電磁閥的結(jié)構(gòu)原理電磁閥的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，它由兩個基本功能單元組成，一是電磁線圈（電磁鐵） 和磁芯，另一是滑閥，即包含數(shù)個孔的閥

3、體。電磁線圈帶電或失電時，磁芯的運(yùn) 動導(dǎo)致工質(zhì)流體通過閥體或被切斷。上述用來在工藝管道中直接通斷的作為 特定執(zhí)行器的電磁閥，電磁線圈帶電 時，磁芯直接開啟常閉閥的孔或關(guān)閉常開閥的孔，閥門能從0（無壓差）至其最 大額定壓力間開啟或關(guān)閉。而上述用來在氣動、液動執(zhí)行器充當(dāng)執(zhí)行元件的電 磁閥，則要借助動力源（壓縮 空氣、有壓頭的水或油等液體）來操作電磁閥上的 先導(dǎo)孔和旁通孔。電磁線圈帶電時，磁芯開啟先導(dǎo)孔，通過閥的出口消除膜片或 活塞頂部的壓力，且將其推離主孔，閥門得以開啟。電磁線圈失電時，先導(dǎo)孔 關(guān)閉，動力源的壓頭通過旁通孑L作用于膜片或活塞頂部而產(chǎn) 生閥座力，閥門 得以關(guān)閉。這是因?yàn)槭苓@些執(zhí)行機(jī)構(gòu)

4、控制的工藝閥門一般口徑都較大，要求執(zhí) 行機(jī)構(gòu)接受動力源的壓頭也大（如DN150及以上的氣動隔膜閥、氣動蝶閥的操 作壓力0. 5MPa），則傳遞動力源的電磁閥的孑L尺寸及工質(zhì)流體壓力勢必 也要大，只有將 電磁線圈做大才足以開啟電磁閥來傳遞執(zhí)行 機(jī)構(gòu)所需的動力 源。為了解決這一矛盾，保持電磁線圈的小尺寸，就不再使用磁芯直接 啟閉閥 體孔的直接操作的（直動式）電磁閥，而改用磁芯啟閉先導(dǎo)孔的導(dǎo)向操作的（先導(dǎo) 式）電磁閥。1. 2電磁閥的分類電磁閥的分類無定式，隨分類方式不同而異，詳見下表。褫式.安力乍底里擊美核指兩嚓J 勇按動作廉理分類一按盈躊數(shù)分?jǐn)[1 渤式點(diǎn)蓬宛5成開信成堡捅3直劫衫#兩也雨壽宜史哉

5、土噎劫I式通常*X）f Dn 6 A i 290%： t適用E質(zhì)有袖、水、氣、蒸氣等o： R5（X25），絲七球最小壓差準(zhǔn)目使閥2 立判位褒窟京理費(fèi)通噫指球 用型滿儉四通促肴單、雙線霞乏劇 一壬劫式通常山】睛,環(huán)，.口連接，鼠,50（25hS=gc常升、常閉型;兩位三遍還有通先導(dǎo)式,有兩抻結(jié)構(gòu),電磁閥的膜骨活篁麒浮動我散念技式m后者葬起磁城圈、磁芟理械理曙 持百巖:前制蟀闋門的熟h反蕓動地保待開晶 前者應(yīng)朔更笏，所觸先導(dǎo)式酸閥多半 都有一個最小居至的婆求廠南位兩通:三插菱胡逋均有先導(dǎo)故兩位兩通先導(dǎo)式有常開、常閉型:兩位三通爆有源 用型闞位四通阪有凱雙繾圈之瑚 二L輿亮鐲定開啟以及半閉位置豹手動

6、操作桿,手柄鐲定操性可丘喧磁閥黃電藏失電宣ht 泉鎖備局，當(dāng)電磁閥萍電或帝密時傀磁閥將被切斷廊還宇關(guān)閉以其開,稅舍4ER剎死密頊懸關(guān)勒肉初始位置儒器動篷 2.碗灑篷通茂四誦閡有手劫燹尊或A而回復(fù)兩遇三通四通罷盜表光馨式土翳甑位懸分,兩通蕤有常開、常田型一 .1 二卒接口及兩個通珞2：宥簟游式、先導(dǎo)式至手動：M位式之分n志通有常若、常閉及通用型一，I町耍&小樓口理四個通路2；爵宜系成度尊式茂孚起冠位式之合。單昭裝電磁閥通路留移哪上蟹警圜辮墨法 電進(jìn)行抨早控電磁瓣通路闕颯胺雙電磁閥統(tǒng)圈分削解電避伉 薛者帶電濟(jì)連續(xù)*而活 者可短智或蓬續(xù)。二二* 按功霧類按春袤1程幡交流非防爆型防瓣型管遒Ill兩通三

7、通電盛閥蝴有常網(wǎng)虱前者失電，閥門關(guān)麗后者蜘電，釋放壓內(nèi)滯電提供壓力兩通、三通魁遇閥尊宵常開蜀U前者失電.闞口開眉1后者表電提供壓力，帶電降放租方1.具.育常升簸常閉毋巳或進(jìn)壓瓦i必置于任一波口X兩通也瞻騰設(shè)省通用型3.司-二型號電磁閥，澄期型的最大操作壓差輕小于常升或常陽型圈供恕5股有交流24/120/240V/480V,閔曲戒11MI國禮第知 直流 般有宣流快必門的/2的磯60Hz供電的交流電磁閥用于501&電L交流電圈斜嗎磁巍 電磁倒電磁我羸彼電 源功耗將布菁2,電磁蜂繆供電電壓液幼范虱變，直流均為帶的熬定電壓羊交流供由頁率波動范璞為 q籍蜃鬣黔的懿大操作匾最癟暖盥褰攵于惑簟夏豌檢竣耕嘩煎

8、遢嘎至丞 爵纓高鏟直演的小許的環(huán)境溫直.也是交流誑&高丁直流的：電磁闕的動作時閭曷交疏的 .蜜罰吁聲芾的-華，.：圭4.交流電點(diǎn)富安主瘟魏要求而直流電磁閥經(jīng)常要求電磁綬割站搏蓮匙位.置差別在于電氣部件中本安防爆腮采用防爆線圈一-外殼蛆件如低譴籍線圈（伉孔百落瓦） 毒散子式堆強(qiáng)城照、防爆外思電艇密封套以及外部接地連接掌能有效阻疆能疊群放至危 險環(huán)境及其電纜直櫻安裝在管道連接口上安裝在選配的單癮盤座模魄式轉(zhuǎn)曹己件上成組安裝荏選配的寨急管底鹿座模塊式裝配件.上實(shí)際上，上表并不能涵蓋所有電磁閥的種類。如兩通、三通直動式及單電控 兩位四通、五通（五個接口）電磁閥還有電脈沖控制的，電磁線圈非連續(xù)帶電，而

9、用磁閃鎖控制。還如不同于兩個電磁線圈控制的“雙穩(wěn)先導(dǎo)式電磁閥，另一種“雙 穩(wěn)先導(dǎo)式電磁閥是由雙外部壓力源控制的（先導(dǎo)式要有壓力源，麗一種說得更確 切，是由電磁線圈及主壓力源控制），已無電氣部件一一電磁線圈。再如由兩個電磁先導(dǎo)閥、一個滑閥及其連接體組成的三位三通、三位五通電磁閥。這些或應(yīng) 用相對較少，或僅是一個滑閥，就不再列入分類表內(nèi)。電廠熱工自動化設(shè)計(jì)中，應(yīng)用最多的是 兩通直動式、先導(dǎo)式電磁閥及兩位三 通、四 通、五通（五個接口）先導(dǎo)式電磁閥。兩通直動式、先導(dǎo)式電磁閥可作為 工藝管道控制工質(zhì)通斷的截止機(jī)構(gòu)。兩位三通、四通、五通先導(dǎo)式電磁閥用得 更多的是空氣操作的、，即工質(zhì)流體為儀用壓縮空氣。三

10、通用于控制單作用氣 缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動調(diào) 節(jié)閥等；四通用于控制雙作用氣缸及 其他氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶有活塞式執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)閥等；五通用于控制雙作用氣 缸完成氣路自動切換，驅(qū)動某些閥門裝置，如一些汽包爐用氣 缸控制的爐底渣 斗排渣門等。3電磁閥的圖形符號下表列出常用的電磁閥的圖形符號，比較象形，借此也能看出它們之間的區(qū) 別，且對閱讀電磁閥廠商的選型樣本或指南有所幫助。2電磁閥的主要技術(shù)參數(shù)及其選型1電磁閥的主要技術(shù)參數(shù)電磁閥口徑，分管徑、通徑兩個不同概念。管徑專指電磁閥安裝方式為 管道連接式時的接管口徑，其實(shí)就是它的外部接口尺寸，通常都以公制螺紋或錐 螺紋(mm或英寸)表示，所以有的

11、樣本干脆稱為連接口尺寸。通徑則指電磁閥內(nèi) 部通路的口徑，有的樣本又稱為標(biāo)稱直徑，通常以一或英寸表示。后者更是我 們特別關(guān)注的主要技術(shù)參數(shù)之一，電磁閥的流通能力與它直接關(guān)聯(lián)。電磁閥的流通能力。電磁閥作為一種特殊的閥門，也有一個流通能力的 概念。流通能力過小，作為截止機(jī)構(gòu)的直動式電磁 閥難以滿足工藝上對控制流 量的要求，作為先導(dǎo)式電磁閥難以在規(guī)定的時間里打開或關(guān)上受控的閥門；流 通能力過大，電磁閥或其受 控閥門的動作不一定理想甚至出現(xiàn)險情，且 造成選 型設(shè)備上的浪費(fèi)。電磁閥流通能力的表達(dá)式與其他閥門，如調(diào)節(jié)閥的計(jì)算公式一樣，有上式中* Qs通過電磁閥H質(zhì)流體所需的流最；Ap:通過電磁海工；質(zhì)流體:

12、的壓降;法通過電磁冏工質(zhì)流體的密度Q我們之所以未將上述參數(shù)加以更細(xì)的限定以及列出它們的量綱單位，原因就 在于電磁閥的生產(chǎn)廠商對此并未規(guī)范統(tǒng)一，只能隨其所定選算。如流量Q通常 都應(yīng)指體積流量，極少數(shù)的（如ASC0的蒸汽電磁閥）選算時使用的卻是質(zhì)量流 量。而量綱單位各用各 的，甚至有些混亂。國產(chǎn)電磁閥已經(jīng)使用了國際單位制 （SI）的基本單位及其導(dǎo)出單位，而進(jìn)口電磁閥除了使用能以國際單位表示的 某 些通用單位（如英寸、磅、華氏度等）外，尚使用英美制一些常用單位（如巴、加 侖等），這在電磁閥的具體選算時再予介紹。從上式中，我們可以清楚地看到，電磁閥流通能力的定義即是其閥進(jìn)出口壓 降為1個壓力單位時所通

13、過的水量（Y為1個密度單位）。有些制造廠商又將電磁 閥流通能力稱作流量系數(shù)、流量因子等。根據(jù)工質(zhì)流體的流量及此時閥兩端壓 降，以及流體的比重計(jì)算出所需電磁閥 的流，通能力，便可從制造廠商的選型樣本中找出適當(dāng)通徑的電磁閥。（3）電磁閥的操作壓差。電磁閥壓差即是上式中的壓降A(chǔ)P，操作壓差則是 電磁閥能安全操作運(yùn)行的壓降A(chǔ)P，所以有的也稱作允許壓差。操作壓差的最大 值、最小值又分別稱為最大、最小操作壓差，電磁閥選型樣本上都有這一具體參 數(shù)值，或者把他們列為壓力范圍的起始和終結(jié)值。顯然，當(dāng)電磁閥入、出口壓力過大于其能承受的最大操作壓差時，電磁線圈 對閥體通路控制的安全性將不被保證。在出口壓力未知時，不

14、妨將閥人口壓力， 即供給壓力視為最大壓差與電磁閥的最大操作壓差比較是最為安全可取的。最小 操作壓差是指閥門開啟或保持開啟所需的最小壓差。對兩通先導(dǎo)式電磁閥，最小 操作壓差即是（P）min；對三通、四通先導(dǎo)式電磁閥，最小操作壓差即是壓力口 及排壓口的壓差。從前述電磁閥分類中可知，直動式、懸掛式膜片或活塞結(jié)構(gòu)的 電磁閥是無需最小操作壓差的。我們來看一下需要最小壓差的電磁閥，在不滿足時的動作情況。對浮動式膜 片或活塞結(jié)構(gòu)的兩通先導(dǎo)閥，當(dāng)?shù)陀谧钚翰顣r，電磁閥將關(guān)閉；對同樣結(jié)構(gòu)的 三通、四通先導(dǎo)閥，當(dāng)?shù)陀谧钚翰顣r，電磁閥將不能在開啟或關(guān)閉間作轉(zhuǎn)換。 這就是工程設(shè)計(jì)時，煙道壓力測量的多點(diǎn)切換不能使用先

15、導(dǎo)閥而要選用直動閥的 緣故，也是三通、四通先導(dǎo)閥的進(jìn)壓（如供氣管）及排壓（如排氣管）接管處不能有 縮口等障礙而須是全通徑的緣故。至于流量控制器等選擇件只能安裝在電磁閥的 氣缸接口，而不能安裝在壓力口。（4）電磁閥的動作時間，指電磁閥開啟、關(guān)閉轉(zhuǎn)換的時間。它與電磁閥的操 作形式（如氣動還是液動等）、動作形式（如直動還是先導(dǎo)閥等）、結(jié)構(gòu)尺寸（如膜 片還是活塞結(jié)構(gòu)及其尺寸大?。?、供電種類（如直流還是交流）以及工質(zhì)流體壓 力、溫度等諸多因素有關(guān)。通常情況下，空氣操作，即氣動交流閥的時間：直動閥小口徑5-l0ms,大 口徑20- 40ms；先導(dǎo)閥小膜片1550ms，大膜片50- 75ms；先導(dǎo)閥小 活塞

16、75lOOms，大活塞100150ms。液體操作，即液動交流閥，小口徑 直動閥也維持在5lOms之間，但大口徑直動閥及各種先導(dǎo)閥則會比相對應(yīng)的 氣動電磁閥各增加50100%的動作時間。直流閥的動作時間又比相應(yīng)的交流 閥長50%。而雙電控的換向時間又要比單電控長100%及以上。不管怎么說，電磁閥的動作時間是瞄級的，完全能滿足熱工自動化對過程控 制的時間要求。至于有些電磁閥對切換(轉(zhuǎn)換)頻率的限制(單電控允許切換的頻 率要比雙電控高)，在自動控制上也不存在問題。電磁閥功率(功耗)。電磁閥選型樣本上都有功率(功耗)這項(xiàng)參數(shù)，這種 額定功率對交流、直流閥指的均是保持伏安值，即電磁閥保持開啟或關(guān)閉位置時

17、 要求電磁線圈帶電的功耗。對交流閥，還有一個起動伏安值，即電磁閥在開啟及 關(guān)閉間轉(zhuǎn)換時要求電磁線圈帶電的功耗，這在供電回路設(shè)計(jì)時應(yīng)予關(guān)注。電磁閥的允許泄漏量。電磁閥作為一種通斷工質(zhì)流體的閥門，也存在一 定的泄漏，不過這種泄漏并不象調(diào)節(jié)閥那么明顯，產(chǎn)生的負(fù)面影響也不明顯。電磁閥的工作制。一般地說，電磁閥應(yīng)能連續(xù)運(yùn)行，電磁線圈應(yīng)能連續(xù) 帶電而無過熱或事故危險。同時環(huán)境溫度將與電磁線圈溫升直接迭加，制造廠 商己作充分考慮，將與電磁線圈的溫度極限以及絕緣等級相適應(yīng)，做到100% 的工作制。電磁閥的環(huán)境要求。如電磁閥工作的環(huán)境溫度、相對濕度等，電磁閥的 外殼密封性有室內(nèi)(機(jī)柜內(nèi))、室外防水防塵等類型，防

18、護(hù)等級分別可達(dá)IPI0、 IP65(67)，另有本安防爆型。2電磁閥通徑的選算從前述已知，電磁閥通徑的選算要解決的就是電磁閥流通能力的計(jì)算。我們 可以通過電磁閥制廠商在其選型樣本上設(shè)計(jì)資料所列的公式及圖表曲線，根據(jù)已 知的參數(shù)條件進(jìn)行，最終請制造廠商確認(rèn)。當(dāng)然也可以向制造廠商提出要求由其 幫助選型，如目前流量測量節(jié)流件差壓值的計(jì)算基本上都交由制造廠商完成。下面就結(jié)合具體制造廠商的設(shè)計(jì)資料作簡要介紹。(1)原Honeywell公司的Lucifer電磁閥對液體工質(zhì)，有流量因子KV=Q/(AP/y)1/2o式中參數(shù)物理量含義見前述，這里只列出它們的單位，括孤內(nèi)是與國際單位 制基本單位或?qū)С鰡挝坏膿Q算

19、，下同。Q： 1 / min(1L=103cms)；p： bar(1bar=1. 019716Kg / cm2)；Y： Kg / dm3(1Kg / dm3=1x10；Kg / dm3)；KV：1/min。對氣體(空氣)工質(zhì)，流量因子被定義為傳導(dǎo)c，有C=Q/PiKTWr空氣/丫 氣體。式中，Q： dm3 / s；Pl：電磁閥入口壓力，bar；KT：溫度校正系數(shù)，無量綱；Y：Kg/dm3；w：電磁閥出口壓力P2與人口壓力P1比值的函數(shù)，無量綱；C： dm3 / S-baroHoneywell公司在這里引入了 b=P2，/P這一臨界壓力比的概念，P2、P1 分別為流體由于其截面及方向發(fā)生快速變化

20、而產(chǎn)生阻塞流時的出、入口壓力。b 與閥體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)P2/P1b，w黃1， q=cpiktwy空氣/y氣體。如果這種氣體就是常溫下的空氣，則Q=CP1Ttw或 C=Q/P1Ktw。電磁閥能獲得理想節(jié)流孔的臨界壓力比理論值約為0. 528， 實(shí)際情況是在0. 25至0. 45之間。不言而喻，電磁閥運(yùn)行的就是在工質(zhì)流體 自由流動時的工況。Lucifer電磁閥的選算可不經(jīng)公式計(jì)算，而通過廠商提供的(液體、氣體)計(jì)算 圖表用已知參數(shù)值的連線的交叉點(diǎn)查得。對液體工質(zhì)，已知Q、AP及y查匕。在液體流量計(jì)算圖表上，Q與AP標(biāo) 尺已知值的連線延長后與輔助線相交一點(diǎn)，該點(diǎn)與y廠標(biāo)尺已知值的連線將與 KV標(biāo)尺

21、相交，此點(diǎn)的KV值即是最終結(jié)果。對氣體(空氣)工質(zhì)，已知Q、P、P2、t(C)及y查C。在氣體流量計(jì)算圖表 上，第一步先從w與P2/P1的函數(shù)曲線上查得w(w坐標(biāo)上的某點(diǎn))，第二步該 點(diǎn)w與t標(biāo)尺已知值連線與輔助線III相交一點(diǎn)，第三步該交點(diǎn)與y標(biāo)尺已知值 連線延長后與輔助線II相交一點(diǎn)，第四步P1與Q標(biāo)尺已知值的連線延長后與輔 助線I相交一點(diǎn)，第五步連接輔助線I、II上的這兩點(diǎn)將與這兩輔助線間的C標(biāo) 尺相交，此點(diǎn)的c即是最終結(jié)果。值得注意的是，這些圖表曲線都有一個 電磁閥臨界壓力比b的適用范圍， 換言之，僅在b是某一定值(如0. 4)，即某一閥體結(jié)構(gòu)時有效。同時，使用流 量計(jì)算圖表查得的最終結(jié)果：Kv(C)或Q值的誤差將達(dá)土 15%。(2) ASCO公司的Red-Hat II電磁閥對液體工質(zhì)，有流量系數(shù)Cv=Q / FgFsg。式中，Q： GPM，即gal / min(gal 即加侖，美制 lgal = 3785. 412cm3，英制 1gal=4546cm3)；Fg：壓力系數(shù)，與工質(zhì)入口壓力(psi)、閥門壓差(psi)有關(guān)(1psi=0. 0703