先导式PARKER派克电磁阀的初始建压过程分析与计算
发布时间：2024-10-23
先导式PARKER派克电磁阀的初始建压过程分析与计算
PARKER派克电磁阀是靠磁铁吸引力及电磁线圈产生的电磁吸引力之间的关系，使电磁阀保持在开阀或关阀的状态，线圈可瞬间通电。动铁芯依靠磁铁的磁力，保持在电磁阀开阀或关阀时的位置。
PARKER派克电磁阀有外形尺寸小、结构简单、耗电小节能等优点。近几年小口径磁锁电磁阀已应用在民用的煤气表和水表的自控装置中。
PARKER派克电磁阀一般是在两个线圈的中间放置磁铁（磁环），上线圈通电为开阀状态，下线圈通电为关阀状态。也有将磁铁（磁环）放在单线圈的骨架中间，开关电磁阀时只需转换供给电磁阀线圈引线上电压的正负极，并瞬间通电，即可使电磁阀开启或关闭并保持在该状态。
1—上线圈；2—磁铁；3—下线圈
PARKER派克电磁阀是将磁铁（磁环）套在非磁管的外面，单线圈放在磁铁上端，同样只转换线圈的引线正负极的电压，电磁阀便保持在开阀或关阀的状态。
1—线圈；2—磁铁；3—动铁芯
简单的一种是将磁铁（磁片）放在静铁芯上端紧靠线圈处，同样通过转换线圈的引线正负极的电压，并瞬间通电，电磁阀就能保持在开阀或关阀状态。
PARKER派克电磁阀结构的下部件大多为反冲式或先导式。
当上线圈通电时动铁芯向上，磁体的磁力将动铁芯保持住，先导阀呈开启的位置，其原理同先导式电磁阀，主阀塞开启，此时上线圈可以断电。当下线圈通电时动铁芯向下，关闭先导阀仍受磁体的磁力保持，下线圈可立即断电，电磁阀呈关阀的位置。
PARKER派克电磁阀的电源电压必须是直流，线圈引线为A、B两端，当A端接正极，B端接负极时，受磁铁的影响，线圈的吸力向上，开启阀门（先导阀亦可）。当线圈的A端接负极，B端接电源正极时，受磁铁的影响，线圈的吸力向下，关闭阀门（先导阀亦可），在开阀后或关阀后1s内线圈可断电，但电磁阀的位置（开阀或关阀）保持不变。
1、PARKER派克电磁阀的建压过程
当PARKER派克电磁阀不工作时, 常闭主阀瓣与常开主阀瓣以及先导阀瓣均处于自由位置。电磁阀进口初始通气瞬间, 气体进入电磁阀后除作用于常开主阀瓣和先导阀瓣外, 还有一路作用于常闭主阀瓣上,使常闭主阀瓣开启。但是由于气控压力很快会到达常闭控制腔内将常闭主阀瓣压紧, 故正常情况下常闭主阀瓣开启时间很短, 开度很小, 常闭腔内气体压力很低, 可以忽略其影响。但是, 如果由于某些原因使气体没有及时到达常闭控制腔, 那么常闭主阀瓣的开启时间加长, 开度增大, 常闭腔内会建立一定压力, 有可能对下游设备产生影响, 因此需要对初始建压过程进行详细分析。双向电磁阀建压过程除需要进行作用力分析外, 还涉及到气动力学中的相关知识。
2、PARKER派克电磁阀的建压压力和时间
(1) 正常情况
正常情况下, 常闭主阀瓣在通气瞬间略微开启后, 会在一个极短的时间内在常闭控制腔气体的作用下被压紧密封。电磁阀密封副采用刀口线接触密封(图2),刀口顶部是半径r=0.3～0.4mm的半圆面, 与减压阀瓣的下平面线接触。当接触线的宽度很小, 且施加载荷后的接触应力较大时, 接触线附近将变形为接触面。与这种金属阀座相对应, 配置以硫化橡胶作为衬垫的主阀瓣。
先导式双向电磁阀的密封副结构
密封副结构
由于PARKER派克电磁阀初始建压时, 接触变形是在弹性范围内, 故应力与应变关系符合线克定律。假设接触表面很光滑, 无微观不平度, 接触体间的压力垂直于接触面, 那么阀瓣接触面上的压力以椭圆形分布, 刀锋直径d 。于是, 接触面上的小挤压密封力是
挤压密封力
式中 Fj ———阀瓣的小挤压密封力, N
d ——阀座的刀锋直径, mm
b ——接触线宽度, mm
r ——刀锋的曲率半径( r = 0.3 ～ 0.4) ,mm
μ——衬垫材料的泊松系数
Ec ——衬垫材料的弹性模数, MPa
m ——衬垫材料的垫片系数
P ——工作压力(绝压) , MPa
考虑到接触面的贴平力和摩擦力等因素, 在小挤压密封力Fj 的基础上根据试验结果得出关闭力Fgm的经验公式
该关闭力等于常闭主阀瓣上下作用力之差。由于控制腔通道很短, 故可设常闭控制腔内压力与常闭腔出口压力相同, 均为P , 因此有
将A k 和PARKER派克电磁阀后可得P =0.136MPa (绝压) , 即表压为0.036MPa , 从理论上计算该压力很小, 如果考虑到主阀瓣开启还要克服摩擦力和开启时间等因素, 正常情况下常闭腔内压力会更小, 且建压时间极短, 可以忽略。
(2) 异常情况
当由于某些原因控制腔内没有及时建压, 则常闭控制腔压力(设为P1 ) 将小于常闭腔出口压力(设为P2) , 即P1Ak - P2Aq < Fgm 。由于常闭主阀瓣作用力小于密封力, 常闭主阀瓣不能立即关闭密封, 那么常闭腔出口压力便会大于01036MPa , 造成异常建压, 在极限情况下( P1 = 0MPa) , 常闭腔主阀瓣开启后, 出口通大气, 可近似视为等温流动状态, 设出口气体流动达到音速, 根据气体动力学, 则有
