電磁脈沖閥差動氣道與噴吹性能的研究

朱德生，沈兆元，張敏忠

（上海尚泰環(huán)保配件有限公司，上海 201404）

電磁脈沖閥是脈沖噴吹袋式除塵器清灰氣源的發(fā)生裝置。自1957 年第一臺脈沖噴吹袋式除塵器問世以來，脈沖閥也經(jīng)歷了半個多世紀(jì)的發(fā)展，從最早只有直角6 分閥，到目前已有直角、淹沒、直通等七個系列四十多種規(guī)格。脈沖閥的各種規(guī)格除了能適應(yīng)不同噴吹口徑外，還可通過氣管與先導(dǎo)閥連接，組裝使用更為方便，但其噴吹性能并沒有得到顯著提高。由于脈沖清灰技術(shù)的廣泛應(yīng)用，對脈沖閥的噴吹性能提出更高的要求，峰值壓力和輸出壓力的上升速率是決定清灰效果的兩個關(guān)鍵指標(biāo)[1，2]。

高速電磁脈沖閥改進了內(nèi)部差動氣道，攻克了制約脈沖閥噴吹性能的關(guān)鍵技術(shù)，特別是提升了其輸出壓力的上升速率。

1 電磁脈沖閥的開啟與關(guān)閉

電磁脈沖閥由主膜片，副膜片，第一、第二節(jié)流孔，第一、第二排氣孔及電磁先導(dǎo)部分（銜鐵）組成，主膜片形成第一后氣室，副膜片形成第二后氣室（見圖1）。當(dāng)輸入氣源后，壓縮氣體通過第一節(jié)流孔和第二節(jié)流孔分別進入第一后氣室和第二后氣室。由于第一排氣孔、第二排氣孔被主膜片和副膜片封堵，第一后氣室的壓力使主膜片緊貼輸出口，使電磁脈沖閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

圖1 現(xiàn)有電磁脈沖閥的關(guān)閉和開啟狀態(tài)圖

當(dāng)電信號驅(qū)動電磁先導(dǎo)部分的銜鐵移動，第二排氣孔被打開，第二后氣室失壓使副膜片后移，第一排氣孔被打開。第一后氣室失壓使主膜片后移，壓縮氣體通過輸出口噴吹，電磁脈沖閥處于開啟狀態(tài)。

當(dāng)電信號消失、銜鐵復(fù)位，第二排氣孔被封閉，副膜片前移，第一排氣孔被封堵，第一后氣室的壓力使主膜片緊貼閥的輸出口，電磁脈沖閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

前、后氣室的壓力差決定膜片的活動位置，可使電磁脈沖閥開啟或關(guān)閉。因此，電磁脈沖閥也被稱為差動氣閥。

2 現(xiàn)有電磁脈沖閥存在的缺陷

脈沖清灰的原動力是電磁脈沖閥噴吹的壓縮氣體，電磁脈沖閥的噴吹性能對濾袋清灰效果有著直接影響。電磁脈沖閥噴吹時的峰值壓力和輸出壓力的上升速率是影響清灰效果的重要參數(shù)。因此，提高電磁脈沖閥的開啟和關(guān)閉速度是濾袋清灰的關(guān)鍵。

電磁脈沖閥是通過節(jié)流孔的充氣、排氣孔的排氣實現(xiàn)關(guān)閉和開啟。擴大節(jié)流孔徑提高后氣室充氣速度，使電磁脈沖閥迅速關(guān)閉；擴大排氣孔徑使后氣室迅速失壓，使電磁脈沖閥迅速開啟。但在排氣孔排氣時節(jié)流孔仍在充氣，氣體流向如圖1 中箭頭所示。節(jié)流孔持續(xù)向后氣室提供氣流，抵消了排氣孔排氣減壓的速度，造成脈沖閥膜片逐步后移或前后震蕩，使電磁脈沖閥逐步開啟，分氣箱壓力逐步降低。當(dāng)電磁脈沖閥全開時，分氣箱壓力已經(jīng)降低，其峰值壓力和輸出壓力的上升速率等指標(biāo)同步下降，影響了清灰效果。

3 高速電磁脈沖閥

針對上述缺陷，本團隊研發(fā)出一種高速差動控制氣流通道的高速電磁脈沖閥，其由主膜片，副膜片，第一節(jié)流通道，第二節(jié)流孔、第一、第二排氣孔及電磁先導(dǎo)部分（銜鐵）組成（見圖2）。

圖2 高速電磁脈沖閥的關(guān)閉和開啟狀態(tài)圖

當(dāng)電信號驅(qū)動電磁先導(dǎo)部分的銜鐵移動，第二排氣孔被打開，第二后氣室失壓使福膜片后移。第一排氣孔被打開，由于第一進氣通道靠近第一排氣孔，使壓縮氣體直接外排，第一后氣室已無壓力使主膜片后移，高速電磁脈沖閥迅速開啟。

當(dāng)電信號消失，電磁先導(dǎo)部分的銜鐵復(fù)位。第二排氣孔被封閉，第二后氣室的壓力使副膜片前移，封堵第一排氣孔。第一后氣室的壓力可使主膜片緊貼在輸出口。高速電磁脈沖閥又處于關(guān)閉狀態(tài)。

由于高速電磁脈沖閥的差動氣道作了改變。當(dāng)排氣孔打開后，節(jié)流通道不再充氣，使閥迅速開啟。為了進一步提高閥的靈敏度，研制了快速響應(yīng)的電磁先導(dǎo)部分。同時為了減少運行中的故障，閥體內(nèi)設(shè)置壓縮氣體的凈化裝置，提高了高速電磁脈沖閥的清灰效果和工作效率。

4 噴吹性能對比測試

4.1 測試裝置及方法

本試驗使用電磁脈沖閥性能測試裝置。試驗平臺包括：噴吹機構(gòu)和數(shù)據(jù)采集分析控制臺。

其中，噴吹機構(gòu)由電磁脈沖閥試驗臺、空壓機、儲氣罐、分氣箱、噴吹管等裝置組成；數(shù)據(jù)采集分析試驗臺由數(shù)據(jù)采集板、各類傳感器以及電腦控制臺等組成。

試驗時，將被測試電磁脈沖閥安裝在電磁脈沖閥試驗臺上，在電腦控制臺上設(shè)定分氣箱壓力和電脈沖寬度，測試系統(tǒng)將在電磁脈沖閥噴吹時同步記錄和計算相關(guān)參數(shù)，并自動顯示噴吹曲線圖和數(shù)據(jù)表（見圖3）。

圖3 電磁脈沖閥測試曲線圖和數(shù)據(jù)表

4.2 測試數(shù)據(jù)

本次試驗選取了國內(nèi)外品牌的3 寸淹沒式電磁脈沖閥，測試的噴吹壓力為0.3MPa 和0.5MPa，脈沖寬度為50ms，為減小誤差，相同條件下重復(fù)試驗3 次，取其平均值（見表1、表2）。

表1 測試數(shù)據(jù)（測試壓0.3MPa、脈沖寬度50ms）

表2 測試數(shù)據(jù)（測試壓力0.5MPa、脈沖寬度50ms）

4.3 結(jié)果分析

由表1、表2 可知，高速脈沖閥與國內(nèi)外同規(guī)格電磁脈沖閥的性能對比情況如下：

輸出壓力上升速率一項中，在0.3MPa 噴吹壓力下，新型高速閥對比國內(nèi)外同規(guī)格電磁脈沖閥，性能提高了42%，最高可達552%；在0.5MPa 噴吹壓力下，新型高速閥對比國內(nèi)同規(guī)格電磁脈沖閥，性能至少提高81%；對比國外同規(guī)格電磁脈沖閥，性能至少提高166%，最高可達781%。

輸出峰值壓力一項中，在0.3MPa 噴吹壓力下，新型高速閥對比國內(nèi)同規(guī)格電磁脈沖閥，性能提高了2.68%，對比國內(nèi)外同規(guī)格電磁脈沖閥，性能提高了至少5.93%，最多達到了45.6%；在0.5MPa 噴吹壓力下，新型高速閥對比國內(nèi)同規(guī)格電磁脈沖閥，性能基本持平，對比國外同規(guī)格電磁脈沖閥，性能至少提高了3.4%，最多提高26.1%。

在輸出輸入壓力比、噴吹流量等數(shù)據(jù)對比中，新型高速閥也比現(xiàn)有國內(nèi)外同類產(chǎn)品有所提高。在輸出壓力上升速率和輸出峰值壓力兩項指標(biāo)上優(yōu)勢明顯。

采用高速電磁脈沖閥，可以降低濾袋清灰的壓力，減少清灰的時間，減少壓縮空氣的用量。由于其清灰能力的提高，除塵器的運行阻力下降，降低了主風(fēng)機的能耗，從而達到節(jié)能和低碳效果。

5 結(jié)語

本文介紹了新型高速低碳節(jié)能電磁脈沖閥，并將其結(jié)構(gòu)的改造和性能測試參數(shù)與國內(nèi)外同類產(chǎn)品進行了對比，得到如下結(jié)論：

（1）新型高速閥在與國內(nèi)外同類產(chǎn)品的對比中具有優(yōu)勢，特別是輸出壓力的上升速率一項，清灰效率提高40%。

（2）經(jīng)業(yè)內(nèi)專家評審，高速電磁脈沖閥的清灰技術(shù)已經(jīng)達到世界先進水平，并獲國家發(fā)明專利（發(fā)明專利號：ZL200211238265.6）。

（3）在替代同類產(chǎn)品時，新型高速閥可以實行“短促脈沖”清灰，節(jié)省壓縮空氣，減少能耗。