電磁閥的工作原理及其在化工裝置中的應用

張 磊，付 英

（河南煤業(yè)化工集團中原大化公司，河南濮陽 457004）

1 電磁閥的工作原理

電磁閥由電磁部件、閥體組成。電磁部件由固定鐵芯、動鐵芯、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。當線圈通電或斷電時，磁芯的運轉將導致流體通過閥體或被切斷，以達到開關或改變流體方向的目的。在安全聯(lián)鎖保護系統(tǒng)中應用的電磁閥，主要有二位三通、二位四通和二位五通，二位的含義為：對于電磁閥來說是帶電或失電，對于所控制的閥來說就是打開或關閉。

1.1 二位三通電磁閥的組成與動作過程

二位三通電磁閥由閥體、閥罩、電磁組件、彈簧及密封結構等部件組成，動鐵芯底部的密封塊借助彈簧的壓力將閥體進氣口關閉。得電時，線圈勵磁、電磁閥吸合，動鐵芯上部帶彈簧的密封塊把排氣口關閉，氣流從進氣口進入閥門，起到控制作用；失電時，電磁力消失，動鐵芯在彈簧力作用下離開固定鐵芯向下移動，將排氣口打開，堵住進氣口，閥門因失氣而改變開關狀態(tài)。

1.2 二位四通和五通電磁閥的動作過程

二位四通和五通電磁閥的原理相同，只是四通有一個排氣口，五通有兩個排氣口。它們的工作原理是：當有電流通過線圈時，產(chǎn)生勵磁作用，固定鐵芯吸合動鐵芯，動鐵芯帶動滑閥芯并壓縮彈簧，改變了滑閥芯的位置，從而改變了流體的方向；當線圈失電時，依靠彈簧的彈力推動滑閥芯，頂回動鐵芯，使流體按原來的方向流動。

2 電磁閥功耗及允許傳輸距離

在實際的設計應用中，電磁閥有兩種供電形式：220VAC或24VDC。如果選用220VAC供電形式，因為供電電壓高，傳輸電纜造成的壓降不會影響到電磁閥的正常工作，不必考慮電纜電阻損失的電壓，所以可以遠距離傳輸。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行電纜的最大允許長度計算。

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。假設所選電磁閥的額定功率為12W，采用二芯φ2.5mm ×2的聚氯乙烯絕緣護套控制電纜，從電纜樣本參數(shù)可知，其最大直流電阻為7.14Ω／km，由此可以計算出電纜的最大允許長度，具體如下。

（1）電磁閥的工作電流

式中，I——電磁閥工作電流，A；

P——電磁閥額定功率，W；

V——電磁閥工作電壓，V。

（2）允許電纜長度的計算

式中，R——電纜電阻，Ω；

L1——電纜單芯距離，km；

L2——電纜雙芯距離，m。

綜上所述，對于大功率且供電電壓為24V DC的電磁閥，為了保證電磁閥在不低于正常工作電壓（假設為20VDC）的條件下出力，可以通過選用較粗線徑電纜（φ2.5mm）來降低線路上的壓降，這樣，訊號允許傳輸距離可以達到500m左右。

（2）船存海圖必須均有效，過期海圖還沒有領到新版時必須收妥，必須用馬克筆注明“海圖已作廢”，過期海圖必須與有效海圖分開存放， 在存放作廢海圖處必須注明“作廢海圖”，已經(jīng)作廢的海圖不能再登記在海圖清單上，海圖如有破損或折痕嚴重都要向公司申請換新。

3 電磁閥的聯(lián)鎖控制

為了避免因電源故障而導致電磁閥在聯(lián)鎖動作時失效，通常采用的電磁閥都為常閉型（NC），即正常時帶電，聯(lián)鎖動作時失電；另外，還有一種為通用型（可以連成常閉或常開的任意一種）。

在實際應用中，應根據(jù)工藝過程的安全保護需要，確定哪種形式能夠滿足最安全的條件［選用NC（常閉型）或通用型］。下面以工程設計中電磁閥的應用實例進行說明。

3.1 應用在單作用氣開式切斷閥聯(lián)鎖時關閉及單作用氣關切斷閥聯(lián)鎖時打開的場合（如圖1）

聯(lián)鎖過程：正常狀態(tài)下，電磁閥得電，進氣口1打開，排氣口2關閉，氣路1－3接通，切斷閥正常供氣，氣開式切斷閥為打開，氣關式切斷閥則為關閉；聯(lián)鎖狀態(tài)下，進氣口1關閉，排氣口2打開，氣路2－3接通，切斷閥供氣中斷，執(zhí)行機械的彈簧復位，氣開式切斷閥此時為關閉，氣關式切斷閥則為打開。

圖1 二位三通常閉型電磁閥的應用

3.2 應用在單作用氣開式切斷閥聯(lián)鎖時打開及單作用氣關式切斷閥聯(lián)鎖時關閉的場合（如圖2）

聯(lián)鎖過程：正常狀態(tài)下，電磁閥得電，進氣口1關閉，排氣口2打開，氣路2－3接通，切斷閥不供氣，氣開式切斷閥為關閉，氣關式切斷閥則為打開；聯(lián)鎖狀態(tài)下，電磁閥失電，電磁閥進氣口1打開，排氣口2關閉，氣路1－3接通，切斷閥供氣，氣開式切斷閥為打開，氣關式切斷閥則為關閉。

圖2 二位三通通用型電磁閥的應用

3.3 二位五通單線圈電磁閥應用在切斷閥執(zhí)行機構為雙作用氣缸式的場合（如圖3）

圖3 二位五通單線圈電磁閥的應用

如果聯(lián)鎖時需要關閉切斷閥，則在正常操作時儀表空氣走向為1－4，切斷閥B氣缸進氣，A氣缸排氣，然后再經(jīng)電磁閥2－3端口放空；當發(fā)生聯(lián)鎖時，儀表空氣走向為1－2，切斷閥A氣缸進氣，B氣缸排氣，然后再經(jīng)電磁閥4－5端口放空。

如果聯(lián)鎖時需要打開切斷閥，則在正常操作時儀表空氣走向為1－2，切斷閥A氣缸進氣，B氣缸排氣，然后再經(jīng)電磁閥4－5端口放空；發(fā)生聯(lián)鎖時，儀表空氣走向為1－4，切斷閥B氣缸進氣，A氣缸排氣，然后再經(jīng)電磁閥2－3端口放氣。

3.4 二位五通雙線圈電磁閥應用在切斷閥執(zhí)行機構為雙作用氣缸式的場合（如圖4）

通常，可以根據(jù)聯(lián)鎖要求通過切斷閥執(zhí)行機構A、B氣缸的進氣、排氣達到閥門的通斷，但是在一些工藝要求電源故障時保持閥位EFL（Electrical Failure）的場合，可選用雙線圈電磁閥來實現(xiàn)在電源故障情況下閥位的保持。此類電磁閥磁芯的運轉所導致閥門的通斷分別由兩個線圈來完成，故稱為雙線圈。

聯(lián)鎖過程：當電磁閥線圈S1接收聯(lián)鎖信號1時，儀表空氣走向為1－4，切斷閥B氣缸進氣，A氣缸排氣，然后再經(jīng)電磁閥2－3端口放空，切斷閥達到打開的目的。如果此時發(fā)生電源故障，只要電磁閥線圈S1未收到聯(lián)鎖信號2時，切斷閥依然保持打開位置，直到S2接收到聯(lián)鎖信號2時，儀表空氣走向為1－2，切斷閥A氣缸進氣，B氣缸排氣，然后再經(jīng)電磁閥4－5端口放空，切斷閥達到關閉的目的。

圖4 二位五通雙線圈電磁閥的應用

總而言之，雙線圈電磁閥可以實現(xiàn)當電源故障時切斷閥不會因為失電而動作，仍然保持在電源故障前的位置。在實際的設計應用中，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，及滿足聯(lián)鎖的需要。

4 在控制閥參與聯(lián)鎖時的應用

圖5中兩臺電磁閥分別接收同一個工藝參數(shù)（壓力）的不同值（高和低）引起的聯(lián)鎖信號。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進氣口1關閉，排氣口2打開，氣路2－3接通；電磁閥S2進氣口1打開，排氣口2關閉，氣路1－3接通，控制閥不供氣，氣關式控制閥打開。當電磁閥S1接收到聯(lián)鎖信號1（壓力低聯(lián)鎖）時，電磁閥S1失電，此時由于聯(lián)鎖信號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S1的進氣口1打開，排氣口2關閉，氣路1－3接通；電磁閥S2仍然為進氣口1打開，旁通口2關閉，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節(jié)。當電磁閥接收到聯(lián)鎖信號2（壓力高聯(lián)鎖）時，電磁閥S2失電，此時由于聯(lián)鎖信號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的進氣口1關閉，排氣口2打開，氣路2－3接通，電磁閥S2的進氣口1關閉，排氣口2打開，氣路2－3接通，氣關式控制閥關閉。

圖5 雙電磁閥的應用

5 電磁閥應用時的注意事項

故障將直接影響到切斷閥或控制閥的動作。常見的故障為電磁閥發(fā)生拒動現(xiàn)象，遇到此類問題，應從以下幾方面排查。

（1）電磁閥接線頭松動或線頭脫落，電磁閥不得電。應緊固線頭。

（2）電磁閥線圈燒壞。可拆下電磁閥的接線，用萬用表電阻檔測量，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，造成線圈內電流過大而燒毀。因此，要防止雨水進入電磁閥。此外，彈簧過硬，反作用力過大；線圈匝數(shù)太少，吸力不夠也會導致線圈燒毀。

（3）電磁閥卡住。電磁閥的滑閥套與閥芯的配合間隙很小（小于8μm），一般都是單件裝配，當有機械雜質帶入或潤滑油太少時，很容易卡住。可用鋼絲從頭部小孔插入，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行清洗，使閥芯在閥套內動作靈活。

此外，選用電磁閥時還應考慮溫度、壓力、防爆區(qū)域劃分等。

總之，在設計選用電磁閥時，一方面應根據(jù)工作的實際聯(lián)鎖保護需要，另一方面還應從電磁閥的可靠性及經(jīng)濟性考慮。而經(jīng)濟性必須建立在安全、適用、可靠的基礎上，經(jīng)濟性不單是產(chǎn)品的售價，更要優(yōu)先考慮其功能和質量以及安裝維修等費用，簡言之是產(chǎn)品的性能價格比。