加氣機(jī)用防爆雙聯(lián)電磁閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)

孫麗麗

摘要：介紹了加氣機(jī)用電磁閥的性能和使用工況。分析了現(xiàn)在加氣機(jī)罐裝存在的缺陷。提出了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及采用焊接、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及增加過熱過載保護(hù)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(guān)鍵詞：電磁閥;關(guān)閉特性;優(yōu)化設(shè)計(jì);提前;過沖量

概述

液化石油氣鋼瓶灌裝是大多數(shù)貯灌（儲(chǔ)配）站的主要作業(yè)。在手工操作灌裝鋼瓶中，由于操作者關(guān)閉閥門反應(yīng)快慢與責(zé)任心強(qiáng)弱的不同。往往使鋼瓶灌裝量很難得到額定重量;在機(jī)械自動(dòng)灌裝中，由于灌裝機(jī)器設(shè)備的精度保持性、穩(wěn)定性和可靠性、定位定量裝的準(zhǔn)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(fèi)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(fèi)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(jī)預(yù)置罐裝的準(zhǔn)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(guān)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(zhǔn)確度，所以電磁閥的優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得十分重要了。

1.結(jié)構(gòu)特征

防爆雙聯(lián)電磁閥綜合了電磁閥，調(diào)節(jié)閥及流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。具有流量可調(diào)、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(diào)，控制精度高。多數(shù)的加氣機(jī)還采用單流量電磁閥來控制。但單流量電磁閥在預(yù)置罐裝量結(jié)束時(shí)，電磁閥應(yīng)馬上關(guān)閉，?而實(shí)際上，電磁閥在接受信號(hào)到完全關(guān)閉還有一個(gè)響應(yīng)時(shí)間。所以實(shí)際罐裝量就要比預(yù)置量超過0.1～0.5kg左右，雖然顯示板顯示10kg而實(shí)際罐裝重量卻在10.1kg～10.5kg左右，出現(xiàn)了很大的誤差。通常我們就把超過預(yù)置數(shù)的重量稱為過沖量，罐裝機(jī)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(dāng)流量小到一定程度時(shí)過沖量就可以忽略不計(jì)。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(shí)，電磁閥完全打開，當(dāng)加氣量剩到提前關(guān)閥量得數(shù)據(jù)時(shí)，電腦發(fā)出關(guān)閉大閥的信號(hào)，關(guān)閉大流量閥，小流量閥繼續(xù)加氣，到預(yù)置數(shù)值，電腦再指令關(guān)閉小流量閥的信號(hào)，從而大大減少了加氣機(jī)停轉(zhuǎn)前的過沖量，提高加氣機(jī)的準(zhǔn)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(chǎn)生點(diǎn)燃爆炸性混合物的電弧、火花或高溫部分澆封、使它不能點(diǎn)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(hù)元件，當(dāng)外界溫度過高或電流過大時(shí)，元件會(huì)自動(dòng)切斷電路，從而保護(hù)了線圈的使用安全，而當(dāng)過熱和過載故障解除后，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲自動(dòng)接通電路，具有使用方便的優(yōu)點(diǎn)，從而完成對(duì)電路的保護(hù)，無須人工更換。

2.工作原理

防爆雙聯(lián)電磁閥，由先導(dǎo)型主閥和直動(dòng)型副閥聯(lián)合組成。直動(dòng)型副閥主閥與副閥聯(lián)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(dǎo)閥、閥芯等組成（見圖1）。當(dāng)大小流量線圈斷電后，大小流量先導(dǎo)閥均關(guān)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(guān)閉主閥，液態(tài)氣不能流過閥體，當(dāng)大小流量線圈通電后，大小流量線圈均打開，由于液態(tài)氣不斷從大小流量先導(dǎo)閥下面的小孔流向電磁閥的出口，而且此時(shí)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(dǎo)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(dǎo)閥關(guān)閉，下腔液態(tài)氣不斷從膜片小孔向膜片上腔流入，導(dǎo)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(yùn)動(dòng)關(guān)閉主閥口，此時(shí)閥只有小流量液態(tài)氣流向出口直至預(yù)置罐裝結(jié)束。

3.優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1閥芯的優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的閥芯采用活塞式結(jié)構(gòu)雖性能可靠，壽命長。但對(duì)介質(zhì)的要求較高，我國液化石氣氣中含有蒸發(fā)殘余物和硫等雜質(zhì)。使閥門容易出現(xiàn)卡住誤動(dòng)作。現(xiàn)采用膜片式結(jié)構(gòu)，對(duì)介質(zhì)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(qū)，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(duì)原有密封材料傷害是比較大的，濃度越高，密封圈失效的時(shí)間越短，泄漏的危險(xiǎn)性越大。?一般用戶使用8個(gè)月左右均要更換密封件。有點(diǎn)甚至1個(gè)月就要更換。針對(duì)這種情況我們采用國內(nèi)二甲醚特種橡膠。還對(duì)膜片采用了夾層復(fù)合加強(qiáng)膜片結(jié)構(gòu)（見圖2），防止膜片在液化石油氣的較高壓力下容易出現(xiàn)撕裂、腐蝕、脫膠現(xiàn)象。同時(shí)還對(duì)膜片上的小孔進(jìn)行加強(qiáng)保護(hù)，嚴(yán)格控制關(guān)閉特性，一方面防止膜片反復(fù)曲?使孔徑變化。另一方面保證小孔大小的一致性和響應(yīng)時(shí)間的穩(wěn)定性。

3.2管座的優(yōu)化設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的加氣機(jī)用電磁閥大部分還是用加油機(jī)用電磁閥代替。由于加油機(jī)用閥壓力低（0.2MPa），工作頻率低，而加氣機(jī)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(shí)間后容易出現(xiàn)泄漏，移位。液化氣泄漏易發(fā)生爆炸危及人身安全。移位會(huì)影響閥門的響應(yīng)時(shí)間和動(dòng)作的可靠性。改用惰性氣體氬弧焊（見圖3）。有效防止介質(zhì)的外漏，提高了安全性和產(chǎn)品使用壽命。

3.3線圈的優(yōu)化設(shè)計(jì)

電磁線圈是目前電磁閥的核心部件，通過電磁線圈產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動(dòng)銜鐵做軸向運(yùn)動(dòng)，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(dāng)電磁線圈長時(shí)間通電工作時(shí)，由于線圈本身內(nèi)阻要消耗電能發(fā)熱，當(dāng)管道出故障時(shí)，導(dǎo)致線圈溫升逐漸升高，線圈在長時(shí)間過熱的情況下，有可能導(dǎo)致線圈絕緣逐漸老化，使線圈匝間產(chǎn)生短路燒壞。電磁線圈若不加防護(hù)很容易引起爆炸和造成嚴(yán)重的后果。一般澆封防爆產(chǎn)品內(nèi)部只采用可熔斷保險(xiǎn)絲。但這種結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)故障時(shí)，有切斷電源保護(hù)環(huán)境不會(huì)發(fā)生爆炸，但保險(xiǎn)絲燒毀，導(dǎo)致線圈報(bào)廢。要更換線圈，使用壽命短。給用戶造成維護(hù)麻煩和經(jīng)濟(jì)損失。

我公司生產(chǎn)的防爆雙聯(lián)電磁閥線圈采用了過熱過載保護(hù)元件。其優(yōu)點(diǎn)是：通過設(shè)置自恢復(fù)保險(xiǎn)絲在線圈過熱或者電流過高時(shí)，該元件會(huì)自動(dòng)切斷電路，從而保護(hù)了線圈的使用安全，而當(dāng)過熱和過載故障解除后，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲自動(dòng)接通電路，具有使用方便的優(yōu)點(diǎn)。從而完成對(duì)電路的保護(hù)，無須人工更換，使用壽命長。

自復(fù)保險(xiǎn)絲是由經(jīng)過特殊處理的聚合樹脂（Polymer）及分布在里面的導(dǎo)電粒子（Carbon?Black）組成。在正常操作下聚合樹脂緊密地將導(dǎo)電粒子束縛在結(jié)晶狀的結(jié)構(gòu)外，構(gòu)成鏈狀導(dǎo)電通路，此時(shí)的自復(fù)保險(xiǎn)絲為低阻狀態(tài)，線路上流經(jīng)自復(fù)保險(xiǎn)絲的電流所產(chǎn)生的熱能小，不會(huì)改變晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)線路發(fā)生短路或過載時(shí)，流經(jīng)自復(fù)保險(xiǎn)絲的大電流產(chǎn)生的熱量使聚合樹脂融化，體積迅速增長，形成高阻狀態(tài)，工作電流迅速減小，從而對(duì)電路進(jìn)行限制和保護(hù)。當(dāng)故障排除后，自復(fù)保險(xiǎn)絲重新冷卻結(jié)晶，體積收縮，導(dǎo)電粒子重新形成導(dǎo)電通路，自復(fù)保險(xiǎn)絲恢復(fù)為低阻狀態(tài)，從而完成對(duì)電路的保護(hù)，無須人工更換，使用壽命長。

4.結(jié)束語

改進(jìn)后的防爆雙聯(lián)電磁閥，由于管座不采用滾壓工藝而改用氬弧焊，使管座強(qiáng)度提高，不容易產(chǎn)生泄漏和移位等現(xiàn)象。閥芯膜片上小孔加強(qiáng)有效控制了閥門過沖量和響應(yīng)時(shí)間的穩(wěn)定性。線圈采用了過熱過載保護(hù)元件不僅延長線圈的使用壽命，而且還減少了經(jīng)濟(jì)損失。

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