電磁閥在船舶輔助機械中的應用及對比分析

劉裕人

（中交上海航道局有限公司，上海 200136）

電磁閥在船舶輔助機械中的應用及對比分析

劉裕人

（中交上海航道局有限公司，上海 200136）

對電磁閥在液壓裝置、制冷及空調裝置和鍋爐系統中的應用進行了對比分析?；谶x用電磁閥選用的安全性、可靠性、適用性、經濟性原則，提出了選配電磁閥的注意事項。

電磁閥；輔助機械；選用；比較

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.084

1 引言

電磁閥在船舶設備中應用十分廣泛。它既可用于水、空氣和中性氣體以及其他與電磁閥材質相適宜的氣體、液體的開關控制（二通），又可作為安全聯鎖保護系統中不可缺少的一部分（三通、四通、五通）。電磁閥由電磁部件、閥體組成。在安全聯鎖保護系統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。

二位三通電磁閥得電時，線圈勵磁，電磁鐵吸合，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。二位四通和五通電磁閥的原理相同，只是四通有1個排氣口，五通有2個排氣口。當有電流通過線圈時，產生勵磁作用，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。下面結合電磁閥在船舶輔機上的應用情況，對電磁閥進行介紹和對比分析。

2 電磁閥在船舶輔助機械中的應用

2.1 液壓裝置中的應用

在液壓裝置中，常用的電磁閥有電磁換向閥、比例先導壓力閥、電液比例流量閥和先導比例調速閥，本文以最常見的電磁換向閥為例。電磁換向閥的工作不同主要借助于更換不同形式的閥芯，不同的閥芯對閥體沉割槽的遮蓋情況不同，進而形成不同的控制功能。根據閥芯工作位置數目的多少，換向閥可以分為二位和三位。根據閥芯控制油路數的多少，則又可分為二通、三通、四通和五通等區別。在船舶液壓系統中最為常用的是三位四通電磁換向閥?！叭凰耐ā笨蓮淖置孀魅缦吕斫猓骸叭弧贬槍﹂y芯來講，閥芯可實現三個位置的變換?！八耐ā贬槍ζ錂C能來講，指其可實現四個油路口間不同方式的貫通。

2.2 制冷及空調系統的應用

在制冷裝置中，貯液器(或冷凝器)與膨脹閥之間一般都裝有電磁閥。在單機單庫場合，電磁閥的線圈往往同壓縮機的電動機線路串聯。當壓縮機啟動運行，電磁閥隨即開啟；壓縮機停止工作時，電磁閥馬上關閉，以免大量冷劑液體在停機時進入蒸發器，以防止壓縮機再次啟動時發生液擊現象。在一機多庫或多機多庫場合，電磁閥受溫度繼電器控制。當溫度下降至調定下限時，電磁閥關閉，停止供應冷劑，讓庫溫回升；當溫度上升到調定上限時，電磁閥開啟，供應冷劑降溫。

2.3 鍋爐系統的應用

以轉杯式噴油器的鍋爐系統為例，為輕油電磁閥控制輕油進入爐膛，重油電磁閥控制重油進入噴油器，鍋爐需要燃燒輕油時，控制電磁閥在通電時能控制輕油進入轉杯。該系統由冷爐點火和正常燃燒系統組成。重油和輕油系統兩個系統由單向閥聯系在一起。正常燃燒時，燃油從重油日用柜經濾器、流量計，被燃油泵送至燃油加熱器加熱。當主電磁閥斷電關閉時，加熱后的燃油返回到泵的進口。當燃油溫度加熱至符合要求時，主電磁閥即可通電，使燃油送至轉杯式噴油器燃燒。當主燃燒器熄火前，點火供油電磁閥開啟，點火燃燒器開始噴油，由爐內火焰點燃。這樣可持續不斷火，主燃燒器再次點火時，就靠點火燃燒器的火焰點燃。當主燃燒器點燃后，電磁閥關閉，點火燃燒器停止工作。只有在完全停爐后重新點火時采用電點火燃燒器點火，這時用柴油此燃燒器中的電磁閥都是直動式電磁閥，燃燒器的電磁閥是兩位兩通的。

2.4 通用系統中的應用

電磁閥在船舶各系統中應用很廣泛，可應用在冷卻水系統、壓載水系統、壓縮空氣系統、伙食冷庫等。在冷卻水系統中有三通電磁閥來控制缸套冷卻水進入造水機和冷卻的流量，作為三通電磁閥起到旁通的作用，當冷卻水超過三通閥設定溫度時會有冷卻水進入造水機和冷卻器，使冷卻水控制在設定的溫度范圍內。

在壓載水系統中可以遠程控制壓載管路中各閥的開啟和關閉，通過電磁閥的啟閉來使液壓油通過和鎖死液壓油，而在油用電磁閥中，閥的密封是要求的重點。

在壓縮空氣系統中壓縮機的卸荷電磁閥使壓縮機輕載啟動，并使經過冷卻器的空氣冷凝的水排出，在伙食冷庫中有壓縮機卸荷電磁閥以滿足冷庫的需求，現在有的用熱力電磁閥取代了熱力膨脹閥，更精確地控制冷劑的流量但是冷劑的腐蝕性不能忽略。

在主機氣動遙控系統中，通過電磁閥的啟閉來控制氣路的通與斷，來實現主機的啟動與停車，并實現主機的應急保護；在閥門遙控系統中，可在集控室操作液壓閥的開閉，是由電磁閥來控制的通過遠程來控制電磁閥的通斷。電磁閥在船舶通用系統中應用十分廣泛，在各系統會有符合工作條件和要求的電磁閥來完成系統的工作。

3 主要輔助機械中所用電磁閥的比較

3.1 電磁閥動作原理比較

液壓系統中，電磁換向閥是利用電磁鐵的吸合力，控制閥芯運動實現油路換向。電磁換向閥控制方便，應用廣泛，但由于液壓油通過閥芯時所產生的液動力使閥芯移動受阻礙，受到電磁吸合力的限制，電磁換向閥只能用于控制較小流量的回路。在電液換向閥中是利用較小的電磁換向閥作為導閥和較大的液動閥作為主閥，通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關閉件向上移動，閥門打開，這樣就可以通過較大的流量。

在制冷系統中，由于高溫庫和低溫庫之間的溫差比較大，而整個系統共用同一個制冷壓縮機，所以需要在每個庫的冷劑入口管路上安裝一個供液電磁閥。該電磁閥是由每個庫內的溫度繼電器來控制，當庫溫進入溫度繼電器的設定范圍時，供液電磁閥就會相應地改變閥的開度，調節進入蒸發器的制冷劑數量來維持庫溫的穩定。

鍋爐系統內，對燃油的控制主要是通過燃油電磁閥來實現的。燃油電磁閥的動作取決于鍋爐的風門和燃燒程序，電磁閥的動作時刻在燃燒程序里面設定，電磁閥的開度要與鍋爐的風門大小成比例。

3.2 電磁閥選用類型比較

在液壓系統內，我們主要使用它來提供動力。系統工作時，我們需要改變動力的方向和大小。為了達到換向的目的，就要求液壓電磁閥具有多位多通的結構，這樣才能保證液壓油在通過電磁閥后向不同的方向流動，從而改變執行機構的運動方向。為了改變動力的大小，我們需要調節液壓油的流量，調節方法包括有級調速和無級調速，這兩種方法實質上都是改變電磁閥內閥芯的位移。采用有級調速的電磁閥具有可靠性高、可調節的速度固定等特點。而無級調速的電磁閥調速平穩，在調節的范圍內能實現多個速度運行。此外，液壓系統對外界提供的動力一般比較大。為了維持系統工作壓力的穩定，在閥內液壓油的油壓較大時，液壓電磁閥仍然要具備良好的密封性能，防止液壓油在電磁閥內泄漏造成系統失壓。系統的液壓油干凈無雜質，不具有腐蝕性。因此對液壓電磁閥的材料要求不高，只要具有較強的耐高壓性即可。

在制冷與空調系統中，電磁閥控制制冷劑的流通，一般安裝在冷凝器（或貯液器）與蒸發器之間，電磁閥要受到制冷劑的腐蝕影響，電磁閥要有很好的密封性，防止冷劑流過使過多的冷劑流入蒸發器，導致壓縮機啟動時壓縮機發生液擊，供液電磁需要的電壓與電流較小，電壓與電流的大小要匹配，供液電磁閥需要有耐腐蝕。

制冷系統的供液電磁閥的作用是調節進入蒸發器制冷劑的數量來維持各個庫溫的穩定。根據制冷劑的特性，供液電磁閥的材料要與所用的制冷劑不相容，并且要具有一定的抗氧化性和抗腐蝕性。由于制冷劑的蒸發溫度較低，所以制冷劑在通過供液電磁閥的時候壓差要小，電磁閥對制冷劑的摩擦生熱要少。

在鍋爐系統中，電磁閥控制燃油的流通與泄流，流過電磁閥的流量較小，流過電磁閥的介質是重油和輕柴油，燃油在流動中具有一定的壓力，燃油電磁閥要能承受一定壓力，具有較高額定壓力，較好密封性。燃油電磁閥閥口較大，防止閥被雜質卡住。鍋爐系統內所用的燃油含有較多雜質，電磁閥對雜質的敏感程度要低，此外電磁閥的材料要具有抗腐蝕性。燃油電磁閥還需具有較高可靠性，動作要靈敏。

3.3 用電特性

根據電磁鐵適用電源的不同，電磁閥又有交流、直流兩種。交流電磁閥代號為D，電壓一般為220V，也有380V或36V的；直流電磁閥代號為E，電壓一般為24V，也有110V或48V的。電源電壓的波動范圍一般為85%～105%。電壓過高，線圈容易發熱和燒壞；過低則又吸力不夠而難以保證正常工作。交流電磁閥價格較低；其啟動電流可大于正常吸持電流的4～10倍，因而吸力大，但吸合和釋放的時間短，換向沖擊較大；且當閥芯卡死或銜鐵不能正常吸合時，激勵線圈容易燒壞。此外，操作頻率不宜超過30次/min；壽命較短，吸合十萬次到百萬次就會損壞。直流電磁閥則不會因鐵芯不能吸合而燒壞，吸合動作約比前者要慢10倍，故工作可靠，換向平穩，壽命較長，吸合可達上千萬次以上，但需專用直流電源。

液壓系統工作時需要經常換向，即頻繁改變電流的方向。這就需要提供服務的電網耐沖擊性較好。為保證實際工作安全，液壓系統必須處于穩定狀態，這就要求電網給電磁閥提供的電壓/電流以及頻率要穩定，不能受外界的干擾而產生較大波動。在制冷和鍋爐系統內，電磁閥對電網的要求并不高，只要保持電網工作平穩可靠與電磁閥的電壓、功率匹配。

4 電磁閥的選用

4.1 選用原則

4.1.1 電磁閥選型遵循的原則

電磁閥選型應該依次遵循安全性、可靠性、適用性、經濟性四大原則：

1）安全性：腐蝕性介質宜選用塑料王電磁閥和全不銹鋼；強腐蝕的介質必須選用隔離膜片式；中性介質，也宜選用銅合金為閥殼材料的電磁閥；氨用閥則不能采用銅材；爆炸性環境必須選用相應防爆等級產品，露天安裝或粉塵多場合應選用防水，防塵品種；電磁閥公稱壓力應超過管內最高工作壓力。

2）適用性：根據介質特性（氣、液態或混合狀態）分別選用不同品種的電磁閥。

3）可靠性：工作制式可分為長期工作制、反復短時工作制和短時工作制3種。對于長時間閥門開通只有短時關閉的情況，宜選用常開電磁閥；當動作頻率要求高時，結構應優選直動式電磁閥，電源應優選交流。

4）經濟性：即在安全、適用、可靠的基礎上的經濟。經濟性不單是產品的售價，更要優先考慮其功能和質量以及安裝維修及其他附件所需費用。

4.1.2 根據現場工況進行選擇

根據6個方面的現場工況（即管道參數、流體參數、壓力參數、電氣參數、動作方式和特殊要求進行選擇）：

1）根據管道參數選擇電磁閥的通徑規格(即DN)、接口方式，按照現場管道內徑尺寸或流量要求來確定通徑（DN)尺寸、接口方式，一般>DN50要選擇法蘭接口，≤DN50則可根據用戶需要自由選擇。

2）根據流體參數選擇電磁閥。對于腐蝕性流體宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼；對食用超凈流體宜選用食品級不銹鋼材質電磁閥。

3）根據壓力參數選擇電磁閥的品種。根據管道公稱壓力來定；工作壓力低則必須選用直動或分步直動式原理；最低工作壓差在0.04MPa以上時直動式、分步直動式、先導式均可選用。

4）電氣選擇：電壓規格應盡量優先選用AC220V、DC24較為方便。

5）根據持續工作時間長短來選擇：常閉、常開、或可持續通電。當電磁閥需長時間開啟且持續時間多于關閉時間應選用常開型；反之則選常閉型；有些用于安全保護的工況，如爐、窯火焰監測，應選可長期通電型。

6）根據環境要求選擇輔助功能，如防爆、止回、手動、防水霧、水淋等。

4.2 功能及特性要求

在液壓裝置中，液壓閥的工作能力由閥的性能參數決定，液壓閥的基本參數與液壓元件的種類有關，不同的液壓元件，具有不同的性能參數，其共性的參數與壓力和流量有關。選擇液壓閥時要弄清液壓控制元件的應用場合及性能要求，合理選擇液壓閥的中位機能和品種；所選擇的液壓電磁閥與液壓系統的動力元件配套，還要使液壓電磁閥的額定電壓與交直流的大小關系匹配。

在制冷和空調系統中有供液電磁閥，現在船舶上一般為一機多庫或多機多庫，由電磁閥控制供液電磁閥的啟閉，供液電磁閥控制制冷劑進入蒸發器來控制冷庫的溫度，制冷劑流過電磁閥的流量較小，需用額定流量較小的閥，電磁閥要抗腐蝕，防止電磁閥芯受到腐蝕，供液電磁閥要有良好的密封性。電磁閥應垂直安裝在水平的管道上，介質流動方向與電磁閥外殼方向一致，閥應在震動較小的地方，電源電壓應與電磁閥銘牌上規定的使用電壓相等，使用壓力應小于閥的工作壓力。

在鍋爐系統中，電磁閥控制燃油進入鍋爐及燃油的泄漏。電磁閥的流量較大，燃油的粘度較高需要電磁閥有較大的閥口，燃油噴射到爐膛中需要有一定的壓力這就需要燃油電磁閥有較大的額定工作壓力。需要使電磁閥的額定壓力大于工作壓力。電磁閥的選用的電壓和電流應與銘牌上的一致。

5 結論

電磁閥在船舶輔機（液壓裝置、制冷及空調系統和船舶鍋爐）中有廣泛應用，但在各系統中電磁閥的特性要符合系統的要求，不同的系統中有不同的工作環境和工作條件的要求，使電磁閥的密封性、用電特性及電磁閥的材質等又有所不同。選用電磁閥時，要遵循安全性、可靠性、經濟性、適用性四大原則。

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Application and Comparison of Magnetic Value in Marine Auxiliary Machinery

LIUYu-ren
（CCCCShanghaiDredgingCo.Ltd.,Shanghai200136，China）

Applicationsofmagneticvalve in the hydraulic equipment, refrigeration>air-conditioningsystemand boiler systemare compared and analysised.Precautionsareproposedaccordingtothesafety,reliability,suitability,principleofeconomy,whenweselectthemagneticvalue.

electromagneticvalve;auxiliarymachinery;selection;comparison

TP214

B

1007-9467（2016）07-0131-03

2016-7-1

劉裕人（1969～），男，湖南衡陽人，工程師，從事船舶設備管理研究，（電子信箱）liuyuren@cccc-sdc.com。