加氣機用防爆雙聯電磁閥的優化設計

孫麗麗

摘要：介紹了加氣機用電磁閥的性能和使用工況。分析了現在加氣機罐裝存在的缺陷。提出了結構的優化設計及采用焊接、結構加強及增加過熱過載保護元件等方法。解決了電磁閥使用壽命短和過沖量難以控制的問題。

關鍵詞：電磁閥;關閉特性;優化設計;提前;過沖量

概述

液化石油氣鋼瓶灌裝是大多數貯灌（儲配）站的主要作業。在手工操作灌裝鋼瓶中，由于操作者關閉閥門反應快慢與責任心強弱的不同。往往使鋼瓶灌裝量很難得到額定重量;在機械自動灌裝中，由于灌裝機器設備的精度保持性、穩定性和可靠性、定位定量裝的準確性、可靠性的不同等都直接影響到灌裝量。眾所周知，超量灌裝，在鋼瓶安全管理中是一大隱患，但短斤缺兩，又損害了消費者的利益。如何把握靠近額定量，盡可能做到不超額定量灌裝，又不損害消費者利益。在液化石油氣鋼瓶灌裝管理上，通過安裝電磁閥來提高加氣機預置罐裝的準確度，既可保證額定量，又可以滿足用戶的需求。由于電磁閥關閉特性存在一定的過沖量，而過沖量大小直接影響罐裝的準確度，所以電磁閥的優化設計就顯得十分重要了。

1.結構特征

防爆雙聯電磁閥綜合了電磁閥，調節閥及流量計的優點。具有流量可調、控制精度高、防爆、安全可靠、線圈無故障、免維修等特征。

1.1流量可調，控制精度高。多數的加氣機還采用單流量電磁閥來控制。但單流量電磁閥在預置罐裝量結束時，電磁閥應馬上關閉，?而實際上，電磁閥在接受信號到完全關閉還有一個響應時間。所以實際罐裝量就要比預置量超過0.1～0.5kg左右，雖然顯示板顯示10kg而實際罐裝重量卻在10.1kg～10.5kg左右，出現了很大的誤差。通常我們就把超過預置數的重量稱為過沖量，罐裝機的過沖量與罐裝完畢前的流量成正比，流量越大，過沖量就越大，當流量小到一定程度時過沖量就可以忽略不計。所以防爆雙流量電磁閥就是為了減少過沖量。它的原理是：在大流量時，電磁閥完全打開，當加氣量剩到提前關閥量得數據時，電腦發出關閉大閥的信號，關閉大流量閥，小流量閥繼續加氣，到預置數值，電腦再指令關閉小流量閥的信號，從而大大減少了加氣機停轉前的過沖量，提高加氣機的準確度。精度從原來的±0.5kg減少到±0.05kg。

1.2防爆、安全可靠。電氣部分，采用澆封型防爆，保證了使用安全。將可能產生點燃爆炸性混合物的電弧、火花或高溫部分澆封、使它不能點燃周圍的爆炸性氣體混合物。

1.3線圈無故障、壽命長。采用過熱過載保護元件，當外界溫度過高或電流過大時，元件會自動切斷電路，從而保護了線圈的使用安全，而當過熱和過載故障解除后，自恢復保險絲自動接通電路，具有使用方便的優點，從而完成對電路的保護，無須人工更換。

2.工作原理

防爆雙聯電磁閥，由先導型主閥和直動型副閥聯合組成。直動型副閥主閥與副閥聯合控制，互不干擾。

它主要由閥體、閥蓋、大小流量線圈、大小流量先導閥、閥芯等組成（見圖1）。當大小流量線圈斷電后，大小流量先導閥均關閉，膜片上腔的壓力與閥的入口壓力相等，閥在彈簧力的作用下，關閉主閥，液態氣不能流過閥體，當大小流量線圈通電后，大小流量線圈均打開，由于液態氣不斷從大小流量先導閥下面的小孔流向電磁閥的出口，而且此時電磁閥膜片上腔的液體也不斷從大閥孔流向電磁閥出口，導致膜片下腔的壓力高于上腔的壓力，從而克服彈簧力打開電磁閥主閥，大流量打開。大流量線圈斷電后，大流量先導閥關閉，下腔液態氣不斷從膜片小孔向膜片上腔流入，導致膜片上腔與膜片下腔壓力相等，膜片在彈簧力的作用下向下運動關閉主閥口，此時閥只有小流量液態氣流向出口直至預置罐裝結束。

3.優化設計

3.1閥芯的優化設計

傳統的閥芯采用活塞式結構雖性能可靠，壽命長。但對介質的要求較高，我國液化石氣氣中含有蒸發殘余物和硫等雜質。使閥門容易出現卡住誤動作。現采用膜片式結構，對介質的純凈度要求稍低。由膜片是彈性元件屬易損件，其使用壽命低。再說東北地區，液化石油氣中還摻有二甲醚。由于二甲醚是一種化工原料，對原有密封材料傷害是比較大的，濃度越高，密封圈失效的時間越短，泄漏的危險性越大。?一般用戶使用8個月左右均要更換密封件。有點甚至1個月就要更換。針對這種情況我們采用國內二甲醚特種橡膠。還對膜片采用了夾層復合加強膜片結構（見圖2），防止膜片在液化石油氣的較高壓力下容易出現撕裂、腐蝕、脫膠現象。同時還對膜片上的小孔進行加強保護，嚴格控制關閉特性，一方面防止膜片反復曲?使孔徑變化。另一方面保證小孔大小的一致性和響應時間的穩定性。

3.2管座的優化設計

現有的加氣機用電磁閥大部分還是用加油機用電磁閥代替。由于加油機用閥壓力低（0.2MPa），工作頻率低，而加氣機用電磁閥的壓力高（1.6MPa）而且罐裝鋼瓶使用頻率高。原來管座部件采用滾壓工藝，在使用一段時間后容易出現泄漏，移位。液化氣泄漏易發生爆炸危及人身安全。移位會影響閥門的響應時間和動作的可靠性。改用惰性氣體氬弧焊（見圖3）。有效防止介質的外漏，提高了安全性和產品使用壽命。

3.3線圈的優化設計

電磁線圈是目前電磁閥的核心部件，通過電磁線圈產生的電磁力驅動銜鐵做軸向運動，從而控制電磁閥的啟閉。電磁閥要維持打開位置需要線圈在電磁力作用下，當電磁線圈長時間通電工作時，由于線圈本身內阻要消耗電能發熱，當管道出故障時，導致線圈溫升逐漸升高，線圈在長時間過熱的情況下，有可能導致線圈絕緣逐漸老化，使線圈匝間產生短路燒壞。電磁線圈若不加防護很容易引起爆炸和造成嚴重的后果。一般澆封防爆產品內部只采用可熔斷保險絲。但這種結構在出現故障時，有切斷電源保護環境不會發生爆炸，但保險絲燒毀，導致線圈報廢。要更換線圈，使用壽命短。給用戶造成維護麻煩和經濟損失。

我公司生產的防爆雙聯電磁閥線圈采用了過熱過載保護元件。其優點是：通過設置自恢復保險絲在線圈過熱或者電流過高時，該元件會自動切斷電路，從而保護了線圈的使用安全，而當過熱和過載故障解除后，自恢復保險絲自動接通電路，具有使用方便的優點。從而完成對電路的保護，無須人工更換，使用壽命長。

自復保險絲是由經過特殊處理的聚合樹脂（Polymer）及分布在里面的導電粒子（Carbon?Black）組成。在正常操作下聚合樹脂緊密地將導電粒子束縛在結晶狀的結構外，構成鏈狀導電通路，此時的自復保險絲為低阻狀態，線路上流經自復保險絲的電流所產生的熱能小，不會改變晶體結構。當線路發生短路或過載時，流經自復保險絲的大電流產生的熱量使聚合樹脂融化，體積迅速增長，形成高阻狀態，工作電流迅速減小，從而對電路進行限制和保護。當故障排除后，自復保險絲重新冷卻結晶，體積收縮，導電粒子重新形成導電通路，自復保險絲恢復為低阻狀態，從而完成對電路的保護，無須人工更換，使用壽命長。

4.結束語

改進后的防爆雙聯電磁閥，由于管座不采用滾壓工藝而改用氬弧焊，使管座強度提高，不容易產生泄漏和移位等現象。閥芯膜片上小孔加強有效控制了閥門過沖量和響應時間的穩定性。線圈采用了過熱過載保護元件不僅延長線圈的使用壽命，而且還減少了經濟損失。

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