高溫電磁閥的改進設計及應用

孫麗麗

（浙江永久科技實業有限公司，浙江 瑞安 325200）

0 引言

高溫電磁閥廣泛應用于船舶重工、測試設備、加熱設備、液壓設備等領域，工作溫度在300℃以上的導熱系統中。加熱裝置、工業爐窯、高溫吹灰、干燥設備、鋼鐵廠、熱電廠、紡織印染、石油化工、化工設備、暖通空調、涂裝設備、制藥機械、電鍍涂裝等控制系統，如發電廠抽氣管道排水系統和蒸汽的排氣系統中[1]。在工業生產中,對蒸汽、導熱油等進行自動控制既是生產工藝的需要,更是節能之必需。多年來,蒸汽、導熱油等高溫電磁閥由于存在這樣那樣的質量問題，不僅造成了嚴重的經濟損失,還妨礙了生產的進行。故對閥門進行改進優化及如何應用和選型做分析，以滿足各生產線的需求。

1 設計

針對高溫電磁閥在自動控制系統中常常使用不久就出現咬住卡死、啟閉失靈等性能不穩定的現象。在現場發現：實際上在加熱循環系統時，為確保溫度的穩定，高溫電磁閥的運行頻率高，以使閥芯和閥體內腔孔壁摩擦較嚴重，有縱向傷痕、外圓尺寸減小的缺陷。由于頻繁的啟閉，導致出現泄漏現象。分析原因發現：以導熱油為熱載體，利用熱油循環泵強制液相循環，在閉路強制循環的系統中實際上閥的前后壓差幾乎為零。如選用先導式電磁閥，當閥前后壓差小于接近臨界壓差時，更會出現不正常的頻繁動作，加快閥芯磨損。針對不同的情況可有兩種結構選擇。對壓力高且具有一定壓差的生產線采用ZCG-1系列先導式電磁閥、一般情況均采用ZCG-2分步直動式電磁閥。從設計方面進行研究，設置迷宮槽，加強表面處理，增加補償結構等。

1）旋蓋和閥芯部件配合間隙配合。首先在設計過程中對閥體旋蓋和閥芯之間的配合進行充分的研究和論證之后，通過用戶實地試用來驗證設計的數據，確定最佳的配合間隙，以達到電磁閥在常溫和高溫下動作正常無誤，滿足電磁閥壽命要求[2]。

2）在閥芯外圓的中部增設迷宮密封結構[3]，見圖1，由于介質自通道流入槽腔后突然擴大，以及介質槽腔流出進入通道時突然縮小，使阻力急劇增大。一連串的大阻力迫使泄漏急劇下降。

3）對閥芯進行表面處理，提高表面硬度，使閥芯與旋蓋的配合面硬度不一樣。為使表面粗糙度達到鏡面要求并對閥芯的外表面進行精密磨削，從而保證了閥芯和閥體孔腔的配合精度，以減少閥芯在閥腔上下移動摩擦阻力，防止在高溫下頻繁工作而卡住，使閥門啟閉更加靈活。表面處理后可提高閥芯外圓的硬度、增強耐磨性和耐腐蝕性、延長閥門使用壽命。

4）旋蓋與閥體分離。即電磁閥的閥體與旋蓋分離，解決電磁閥的閥體在使用過程中長期磨損而需要更換，造成維修不便而且增加成本等問題，采用分離結構可實現快速維修[4]。延長了閥體的使用壽命，可以保證閥體長期不換的技術要求。

5）增加復位裝置。分步直動式電磁閥多數采用空程開啟，靠閥芯自重關閉閥門，這樣壓差前后為零，且在閥后壓力閉合的情況下，對關閥的相應時間有一定的影響，動鐵芯內閥桿上部加彈簧復位，可使動作更加可靠，見圖2。

6）增加補償結構。先導式電磁閥的閥芯外表面增設密封用溝槽，見圖3。在溝槽里安裝彈性環和彈性密封環。彈性密封環采用既耐高溫又耐磨的材料改性聚四氟乙稀制成，鑲嵌在閥芯溝槽里，利用彈性環的張力可以消除活塞間隙。因閥門在正常運行中閥芯總是在不斷地上下滑動，閥芯和閥體磨損之間間隙增大，利用彈性環和彈性密封環漲力的作用，可補償主閥的磨損，從而保證閥門長期使用不會產生故障。

圖1 迷宮槽結構Fig.1 The labyrinth sealing structure

圖2 復位結構Fig.2 Reset structures

圖3 補償結構Fig.3 Structure of compensation

2 生產過程控制

解決高溫高壓電磁閥可靠性和維修性問題，除了在設計方面考慮合理結構和適宜材質外，還要在制造工藝、檢驗過程中對其重要性關鍵件實施生產過程控制。高溫高壓電磁閥的加工關鍵過程和特殊過程包括表面處理、焊接及精加工等方面。

1）旋蓋、閥塞及閥體的精加工，是電磁閥的關鍵件。其關鍵點是旋蓋內孔、閥塞外圓尺寸及密封面粗糙度。閥塞的表面處理被定為關鍵工藝過程。由于閥塞表面硬度高，尺寸精度高，易變形，因此有必要對閥塞表面處理進行篩選。對關鍵件還要采取工序能力分析[5]，落實人員、設備，定點、定期進行檢查，采集數據統計分析，以確保零件的加工質量。

2）電磁閥的焊接部位有閥蓋與隔磁管、隔磁管與定鐵芯的焊接，將原來的自熔焊改為填絲焊接，增加焊接強度，防止疲勞開裂。焊后進行耐壓強度試驗和氣密性檢驗，確保焊接質量。

3）高溫電磁閥的密封件一般都采用硬密封，為保證密封性能達到規定要求，必須對閥座密封面和閥芯密封件進行研磨。閥塞、閥座密封面采用配對研磨工藝，更能使密封面的粗糙度值達0.2μm以上[6]。

3 維護保養

在使用高溫蒸汽電磁閥產品的時候，還需要注意電磁閥的安裝問題和工作環境條件：溫度、壓力等。正常使用期間的維護保養對保證蒸汽電磁閥產品的正常工作也很重要。

1）安裝前，應仔細閱讀本產品使用說明書，檢查所裝產品是否完全符合使用要求。建議使用單位派專人負責使用保養。

2）安裝前必須將管道及附件充分沖洗，為的是把管道中金屬削末、殘留生料帶、銹垢等雜質徹底清除。對于不清潔介質，閥前要安裝過濾器。

3）安裝時要防止蒸汽冷凝水、雜質等沉積在閥內，注意不能將閥安裝于管道最低處，以免影響動作。

4）為確保電磁閥正常投入使用，安裝后需通入介質試動作數次，方可正式使用。

5）工作時，要注意閥門前后工作壓力，最大工作壓力不能超過公稱壓力，當需要最小工作壓差時，管路工作壓差也必須大于最小壓差，防止電磁閥動作失靈。當工作壓力超過公稱壓力或最大工作壓力時，系統要停止使用或降低工作壓力。

6）平時維護時應定期清洗閥內的污物。如旋蓋和閥塞的配合面間、靜鐵芯和動鐵芯吸合面，注意不要損壞密封面。

7）高溫電磁閥介質為導熱油時，當從管路上卸下時，應用CCL4將閥內件清洗干凈并用壓縮空氣吹凈儲存。拆洗時各零件要按順序放好再恢復原狀裝好。

8）高溫電磁閥每次重新啟用時應先將蒸汽冷凝水和氣體等排除干凈，再試動作數次，待動作正常后方可投入使用。當導熱油用電磁閥長期停用時，前后手動閥都應關閉[7,8]。

4 結論

通過設計、制造、維護等方面進行研究分析和改進。有效地解決了高溫電磁閥動作不靈敏，出現卡死、關不住的現象。閥芯和導套間巧妙地設計和處理，提高了光滑效果，減少了磨損， 延長了使用壽命，適應介質溫度的變化和頻繁的工作。能使該閥在整個系統工作上有較高的可靠性、安全性。

[1]馮雷.導熱油技術及其應用實例[J].潤滑油,2005,12(6).

[2]JB/T7352-2010工業過程控制系統用電磁閥[S].

[3]劉后桂.密封技術[M].長沙:湖南科學技術出版社,1983.

[4]武學權.特種閥門設計[M].北京:機械工業出版社,1978.

[5]張欣.最新閥門設計制造技術與產品質量檢測標準規范全書[M].合肥:安徽文化音像出版社,2000.

[6]王訓鉅.閥門的使用與維修技術[M].武漢:湖北科學技術出版社,1985.

[7]王興,蔣慶華.電動執行器[M].北京:機械工業出版社,1983.

[8]蔣慶華,李飛.電磁閥的安裝、使用、維護及故障處理[J].自動化儀表,1996,17(2).