Клапаны с электроприводом в системах автоматизации

Этой статьей мы начинаем цикл материалов, посвященных отдельным элементам систем автоматизации. В первой статье мы познакомимся с назначением, устройством и принципом действия электромагнитных клапанов с электроприводом.

Клапаны представляют собой устройства, которые регулируют: давление, температуру, направление потока жидкости или газа в трубопроводе.

Все клапаны можно разделить на нерегулируемые и регулируемые, в которых геометрические размеры рабочих окон или их число зависят не только от параметров потока жидкости, но и от воздействия извне. Можно выделить клапаны: переливные, редукционные, предохранительные, обратные и переключающие.

Регулируемый клапан — клапан, изменяющий расход жидкости (газа), который поступает в объект регулирования или отводится из него.

Регулируемый клапан представляет собой изменяемое гидравлическое сопротивление с переменной площадью проходного сечения от нуля (при посадке плунжера в седло) до максимума (при полностью открытом клапане) и с переменным коэффициентом местного сопротивления, ибо скорость потока меняется по величине и направлению. Наиболее часто регулируемый клапан сочленяется исполнительными механизмами и обычно составляет с ними конструктивно один общий узел.

Клапаны с электроприводом являются одним из самых востребованных типов трубопроводного оборудования. С их помощью можно перекрыть и отрегулировать характеристики движения потока жидкости или газа, устранить аварийную ситуацию. Они нашли широкое применение в коммунальном хозяйстве, газовой и нефтяной промышленности, в сельском хозяйстве.

К достоинствам этих устройств относятся: высокая скорость открытия потока или его перекрытия, надежность и долговечность в эксплуатации. Электропривод обеспечивает возможность проводить работы с клапанами дистанционно, с пульта управления.

Механизмы соответствуют высоким стандартам точного регулирования температуры горячей воды, для подачи ее в систему отопления. Материал, из которого изготовлен клапан, работающий с электроприводо, выдерживают большие перепады давлений. Электроприводы изготовлены с функцией безопасности.

Регулятор давления — клапан регулирующий, с электроприводом следит за давлением рабочей среды на участке трубопровода или в технологической системе. Такое устройство состоит из функционально зависимых частей: исполнительного механизма, распределяющее действие на регулирующую часть и регулирующий клапан, который действует на массу газа или жидкости.

Исполнительным механизмом такой системы является электрический привод. Главное назначение регулирующих механизмов – это управлять технологическими процессами на производстве. Устройство, позволяет, осуществляет непрерывный контроль характеристик рабочей среды (давления, расхода воды или газа, температуры…), а также предотвращает аварийные ситуации, мгновенно включая запирающее оборудование, защищает магистрали от гидравлических ударов, не допускает обратного прохода рабочих сред.

При монтаже регулировочного механизма необходимо проследить направление массы воды или газа по стрелкам, которые изображены на корпусе.

Трубопроводы, на которые устанавливают клапан регулировочный, должны быть ровно проложены и надежно зафиксированы, а также защищены от вибраций. Устройство может укрепляться как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, но привод всегда должен располагаться сверху. Обязательно надо оставлять пространство для демонтажа или монтажа привода.

Трехходовой клапан с электроприводом не осуществляет изменения направления движения массы жидкости, напор его постоянен, меняются только пропорции прохождения холодной и горячей воды. Конструкция устройства такова, что к нему подходят одновременно холодная и горячая жидкости, а на выходе получают смесь нужной температуры.

Достаточно простая конструкция детали представляет собой корпус, в котором расположены два входных и одно выходное отверстие. Регулирующим элементом служит или шток определенной конструкции, который может перемещаться в вертикальном направлении, или шар, вращающийся вокруг неподвижной оси. Рабочий элемент не перекрывает механизм полностью, а только направляет потоки газа или воды так, чтобы они смешивались.

Система привода, получая команды от датчиков, позволяет изменять температуру жидкости в автоматическом режиме. Наиболее точную регулировку получила трехходовая деталь с электрическим приводом, поэтому наиболее широко используется.

Электрический привод, которым комплектуется устройство, может быть соленоид или сервопривод. Соленоид – это катушка с сердечником, по которой идет электрический ток, т.е. электромагнит. Сервопривод – это устройство, в котором входной электрический сигнал управляет механическим перемещением с помощью компактного электродвигателя.

К материалам, из которых изготавливают — это оборудование относятся чугун, сталь и латунь. Стальные и чугунные устройства устанавливаются в магистрали с большим проходом воды или газа. Из латуни изготавливаются детали небольших размеров.

Трехходовые приспособления востребованная продукция, так как аналогов, которые могли бы их заменить, просто не существует. Обеспечить поддержание температуры рабочей среды на должном уровне может только это оборудование. Отлично отработана технология исполнения трехходовых механизмов. Номенклатура этой продукции такова, что изделие удовлетворит любые запросы.

Сложное техническое устройство и цену имеет немалую, но зато обеспечивает надежность и долговечность во время эксплуатации.

Клапан запорный с электроприводом – это запирающая арматура, изготовленная в виде задвижки. Элемент, запирающий потоки воды или газа, движется параллельно оси этого потока. Применяются такие устройства для полного перекрытия сечения потока. Таким запирающим элементом является золотник, который может находиться, только в положениях «открыто» или «закрыто» во все время эксплуатации.

Изготавливают также и запорное — регулирующее оборудование, которое имеет дополнительную функцию, регулирования расхода потока проходящей жидкости.

До 1982 года клапаны такого типа назывались вентилями, но Госты отменили это наименование.

Широко распространены данные устройства в качестве запирающей арматуры из-за надежной герметизации золотником и конструкционной простоте исполнения. Их используют для газообразных и жидких сред с широким интервалом рабочих характеристик: температуры от -200 о C до +600 о C; давления от 0,7 Па до 250 МПа.

Устанавливается оборудование такого типа на магистралях с небольшим диаметром, иначе нужны будут большие усилия или усложненная конструкция, для правильной установки затвора в корпус. Новая модификация запирающего приспособления, который имеет червячный механизм, помещенный в корпус с крышкой, электрический привод, фланцы входной и выходной, неподвижное уплотненное седло и подвижный затвор.

Механизм указателя расположения затвора представляет собой корпус с подвижной втулкой, на которую нанесена внутренняя резьба. Стопор вращения и шкала, расположенная снаружи, указывают, в каком положении находится затвор. Механизм указателя расположения затвора укреплен на валу червяка.

Один оборот червяка соответствует перемещению указателя на 1 мм. Результатом явилось увеличение точности измерения положения затвора. Кроме того, такая конструкция клапана позволила уменьшить усилие на то, чтобы передвигать затвор.

Если на каком-то участке используется, запирающий механизм, то для управления им применяют многооборотные электрические приводы. Клапан запорный с электроприводом осуществляет закрытие и открытие системы трубопроводов, при этом изменяя давление в системе, меняют направление потока жидкости в трубопроводе.

Достоинства клапана запорного с электроприводом:

• возможность медленного закрытия или открытия трубопровода, в результате чего снижается сила «гидравлического» удара;
• простая конструкция позволяет упростить обслуживание оборудования;
• широкий интервал рабочих температур и давлений;
• небольшие габариты устройств.

Элемент имеет большую мощность и высокую надежность в эксплуатации. Прибор относится к энергосберегающему оборудованию, так как имеет возможность переключаться на две степени мощности, что и позволяет, экономить электроэнергию.

Клапан электромагнитный (соленоидный) для воды: что это и в чем принцип работы такого устройства

Электромагнитные клапана для воды являются приборами, при помощи которых можно дистанционно перекрыть или же открыть поток воды, газа и любой другой среды, находящейся в трубопроводе. Эти устройства называют электромагнитными, потому что для своей работы они используют электромагнитную катушку (соленоид). Видов таких устройств несколько и каждый имеет свои характеристики и отличия в принципах работы.

Электромагнитный клапан — это тип запорной арматуры, устанавливаемый на различных трубопроводах, в том числе бытовых

Основные элементы электромагнитного клапана и принцип действия

Клапан электромагнитный для воды и других сред включает в себя такие составляющие:

• корпус;
• крышка;
• мембрана и уплотнение;
• плунжер;
• шток;
• электрическая катушка.

Корпус устройств, как правило, изготавливается из латуни, нержавеющей стали (для улучшения антикоррозийных качеств) и чугуна. Огромной популярностью пользуются пластиковые электромагнитные клапаны для воды.

Для изготовления плунжеров и штоков используются материалы, которые обладают магнитными свойствами. Электромагнитные катушки выпускаются в специальном защитном корпусе, который обладает высокими показателями герметичности. Обмотка для катушек состоит в основном из медной проволоки или эмалированного провода. Работа таких устройств осуществляется путём подачи напряжения на катушку.

Мембраны изделий производятся из полимерных материалов, которые обладают высокими показателями эластичности.

К таким материалам относятся:

• мембраны EPDM, NBR, FKM.
• уплотнения PTFE или TEFLON.

Клапаны изготавливаются из разных материалов, корпус может быть пластиковым, латунным или чугунным

Термические свойства мембран и уплотнений сведены в таблицу № 1.
Таблица 1

Название	Материал	Температура (min), °С	Температура (max), °С
EPDM	Этилен-пропиленовые каучуки	–40	+140
NBR	Нитрил-бутадиеновые каучуки	–30	+100
FKM	Фторкаучук	–30	+150
PTFE	Политетрафторэтилен	–50	+200
TEFLON	Политетрафторэтилен	–50	+250

Принцип работы электромагнитного клапана для воды

Если возникла необходимость в перекрытии подачи транспортируемой среды, то с управляющего аппарата на электромагнитную катушку подаётся импульс. В результате этого сигнала середник прибора опускается или поднимается (это зависит от разновидности изделия) и перекрывает воду. После того, как напряжение исчезнет, середник возвращается обратно и движение среды возобновляется.

Важно! Клапаны применяются в разных средах, которые обладают индивидуальными показателями давления и температур. Выбор модели должен соответствовать характеристикам среды, иначе устройство не прослужит долго.

Область применения

Электромагнитный клапан является достаточно полезным устройством и применяется в различных сферах. В основном область применения определяют, ориентируясь на материал, из которого изготовлен вентиль. Такие изделия используются в стиральных машинках, канализационных системах, в поливочных конструкциях, для контроля гидравлических систем, в отопительных системах и т. д.

Электромагнитный клапан можно установить на водопроводную или отопительную магистраль в своем доме

Помимо этого, соленоидные модели используют для контроля и регуляции транспортировки разнообразных агрессивных сред на производствах. Производственные устройства могут иметь огромный диаметр. Категорически запрещается применять изделия из латуни в агрессивных средах, таких как: кислота, дизельное топливо.

Преимущества электромагнитных клапанов для воды

Основное преимущество электромагнитного клапана на воду заключается в том, что его использование позволяет осуществлять быструю регуляцию транспортируемой среды в системе водоснабжения или любой другой. Для того, чтобы изделие выполнило свою функцию, достаточно 2–3 секунд. Благодаря этому, соленоидная модель является незаменимым устройством в системах водоснабжения квартир и частных домов. Она позволит управлять температурой в системе за счёт регуляции подачи воды.

Электромагнитное изделие позволяет равномерно распределить температуру в системе и это предотвращает её загрязнение. Это влияет на продление срока службы всей отопительной конструкции. Благодаря этим характеристикам, соленоидные модели занимают лидирующие позиции на рынке запорной арматуры.

Из-за отсутствия в конструкции механических деталей, которые быстро изнашиваются и выходят из строя, соленоидное устройство считается более надёжным. Оно может быть установлено в системах с разными показателями давления, потому что этот параметр не влияет на его работу.

Соленоидный клапан способен стабильно работать в системах с разным давлением

Виды и характеристики электромагнитных клапанов

Электромагнитный клапан (его виды) можно разделить на две основные категории, которые отличаются по принципу работы механизма включения и выключения:

• прямого действия.
• пилотного действия.

Помимо этого, они делятся на несколько основных видов, которые обладают функциональными особенностями. Устройства могут быть:

• нормально закрытыми (открытыми). В случае, если отсутствует подача напряжения на катушку, она будет постоянно располагаться в закрытом положении. При поступлении напряжения она открывает устройство. Нормально открытый клапан действует наоборот — без напряжения он не препятствует движению среды;
• бистабильными. При поступлении напряжения происходит переключение рабочих положений.

По виду катушек устройства подразделяют на:

• постоянного тока — катушка у таких устройств отличается небольшой силой электромагнитного поля.
• переменного тока — сила электромагнитного поля такой катушки достаточно велика.

Полезная информация! Существует специальный тип устройств, которые называются отсечные. Отсечные модели выполняют функцию моментального отключения трубопровода или закупорки одной из труб при аварийной ситуации.

Помимо этого, агрегат, в зависимости от характера функционирования, делят на:

Двухходовой клапан имеет два патрубка — входной и выходной

Одноходовые имеют один патрубок и не совмещают в себе разные потоки жидкости. Двухходовые имеют два патрубка (входной и выходной). Принцип действия одноходового и двухходового устройств основан на функционировании конуса или шара, применяемого для закрытия.

Трёхходовые электромагнитные клапаны для воды – имеют три патрубка и осуществляют функционирование путём смешения потоков жидкости. Также трёхходовые электромагнитные клапаны могут осуществлять контроль и регуляцию температур за счёт смешения потоков воды. Кроме того, бывают взрывозащищенные модели, которые применяются во взрывоопасных средах. Такие клапаны изготавливаются из прочных, огнеупорных материалов. Бывают также вакуумные клапаны.

Электромагнитные катушки

Электромагнитная или индукционная катушка осуществляет преобразование электроэнергии в поступательное движение. Чаще всего встречаются катушки с медной обмоткой на цилиндре. Цилиндр включает в себя магнитный плунжер. При подаче импульса на катушку возникает магнитное поле. В результате действия магнитного поля середник втягивается в катушку.

Несколько советов по правильному выбору устройства

Существует несколько важных параметров, на которые стоит обратить внимание при выборе соленоидного клапана. Одним из основных показателей является размер входного и выходного отверстия. Ассортимент электромагнитных изделий очень широк. Они могут иметь отличительные черты в конструкции. Но, как правило, это не влияет на рабочие характеристики. Очень популярными являются однодюймовые соленоидные устройства, которые имеют свой пропускной показатель — до 40 л/мин.

Важную роль играет размер выходного отверстия клапана, от него зависит пропускная способность устройства

Важно! Перед тем как приобрести клапан, рекомендуется обратить внимание на механический регулятор, который встроен в устройство. Он может обладать разным количеством режимов. Чем их больше, тем более точно будет осуществляться контроль в системе.

Если вам необходим клапан с как можно большей пропускной способностью, то можно приобрести устройство серии SVR. Нормально закрытый клапан этой серии обладает показателями пропуска жидкости до 100 л/мин. Цены на разные клапаны отличаются и определяются по их качественным характеристикам.

Установка электромагнитного клапана для воды своими руками

По типу соединения с трубопроводом бывают:

• фланцевые клапаны;
• резьбовые клапаны.

При установке и использовании электромагнитных клапанов нужно помнить о таких важных моментах:

1. Перед началом установки своими руками соленоидного устройства для воды, рекомендуется провести подготовительные работы. В них входит зачистка труб и их разметка.
2. Место для монтажа клапана должно быть на видном месте, чтобы к нему был свободный доступ. Компактные размеры соленоидных клапанов упрощают эту задачу.
3. Категорически возбраняется производить установку устройства, если электромагнитная катушка будет выполнять функции рычага.
4. Монтаж и демонтаж устройства проводят в обесточенном состоянии.
5. Желательно, чтобы система водоснабжения была оснащена грязевым фильтром. Это предотвратит забивку изделия инородными частицами.
6. Электромагнитный клапан не должен подвергаться нагрузкам от веса труб.
7. На поверхности клапана имеются специальные стрелки, которые указывают направление движения среды. Установка производится по ним.
8. Если монтаж производится на открытой местности, то следует защитить устройство специальными изоляционными материалами.
9. Для уплотнителя соединения клапана и трубы рекомендуют использовать ФУМ-ленту.
10. Подключение устройства к электросети производится с помощью кабеля. Он должен быть гибким и меть сечение жил не менее 1 мм.

Запорную и регулирующую арматуру следует выбирать и устанавливать согласно произведенным заранее расчетам. Применять тот или иной вид клапана нужно в зависимости от типа трубопровода и транспортируемой по нему среды.