高溫電磁閥的改進(jìn)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

孫麗麗

（浙江永久科技實(shí)業(yè)有限公司，浙江 瑞安 325200）

0 引言

高溫電磁閥廣泛應(yīng)用于船舶重工、測試設(shè)備、加熱設(shè)備、液壓設(shè)備等領(lǐng)域，工作溫度在300℃以上的導(dǎo)熱系統(tǒng)中。加熱裝置、工業(yè)爐窯、高溫吹灰、干燥設(shè)備、鋼鐵廠、熱電廠、紡織印染、石油化工、化工設(shè)備、暖通空調(diào)、涂裝設(shè)備、制藥機(jī)械、電鍍涂裝等控制系統(tǒng)，如發(fā)電廠抽氣管道排水系統(tǒng)和蒸汽的排氣系統(tǒng)中[1]。在工業(yè)生產(chǎn)中,對蒸汽、導(dǎo)熱油等進(jìn)行自動(dòng)控制既是生產(chǎn)工藝的需要,更是節(jié)能之必需。多年來,蒸汽、導(dǎo)熱油等高溫電磁閥由于存在這樣那樣的質(zhì)量問題，不僅造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,還妨礙了生產(chǎn)的進(jìn)行。故對閥門進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化及如何應(yīng)用和選型做分析，以滿足各生產(chǎn)線的需求。

1 設(shè)計(jì)

針對高溫電磁閥在自動(dòng)控制系統(tǒng)中常常使用不久就出現(xiàn)咬住卡死、啟閉失靈等性能不穩(wěn)定的現(xiàn)象。在現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)：實(shí)際上在加熱循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，為確保溫度的穩(wěn)定，高溫電磁閥的運(yùn)行頻率高，以使閥芯和閥體內(nèi)腔孔壁摩擦較嚴(yán)重，有縱向傷痕、外圓尺寸減小的缺陷。由于頻繁的啟閉，導(dǎo)致出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。分析原因發(fā)現(xiàn)：以導(dǎo)熱油為熱載體，利用熱油循環(huán)泵強(qiáng)制液相循環(huán)，在閉路強(qiáng)制循環(huán)的系統(tǒng)中實(shí)際上閥的前后壓差幾乎為零。如選用先導(dǎo)式電磁閥，當(dāng)閥前后壓差小于接近臨界壓差時(shí)，更會出現(xiàn)不正常的頻繁動(dòng)作，加快閥芯磨損。針對不同的情況可有兩種結(jié)構(gòu)選擇。對壓力高且具有一定壓差的生產(chǎn)線采用ZCG-1系列先導(dǎo)式電磁閥、一般情況均采用ZCG-2分步直動(dòng)式電磁閥。從設(shè)計(jì)方面進(jìn)行研究，設(shè)置迷宮槽，加強(qiáng)表面處理，增加補(bǔ)償結(jié)構(gòu)等。

1）旋蓋和閥芯部件配合間隙配合。首先在設(shè)計(jì)過程中對閥體旋蓋和閥芯之間的配合進(jìn)行充分的研究和論證之后，通過用戶實(shí)地試用來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，確定最佳的配合間隙，以達(dá)到電磁閥在常溫和高溫下動(dòng)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(shè)迷宮密封結(jié)構(gòu)[3]，見圖1，由于介質(zhì)自通道流入槽腔后突然擴(kuò)大，以及介質(zhì)槽腔流出進(jìn)入通道時(shí)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(jìn)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(dá)到鏡面要求并對閥芯的外表面進(jìn)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(dòng)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(qiáng)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(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)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(shù)要求。

5）增加復(fù)位裝置。分步直動(dòng)式電磁閥多數(shù)采用空程開啟，靠閥芯自重關(guān)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(guān)閥的相應(yīng)時(shí)間有一定的影響，動(dòng)鐵芯內(nèi)閥桿上部加彈簧復(fù)位，可使動(dòng)作更加可靠，見圖2。

6）增加補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。先導(dǎo)式電磁閥的閥芯外表面增設(shè)密封用溝槽，見圖3。在溝槽里安裝彈性環(huán)和彈性密封環(huán)。彈性密封環(huán)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(huán)的張力可以消除活塞間隙。因閥門在正常運(yùn)行中閥芯總是在不斷地上下滑動(dòng)，閥芯和閥體磨損之間間隙增大，利用彈性環(huán)和彈性密封環(huán)漲力的作用，可補(bǔ)償主閥的磨損，從而保證閥門長期使用不會產(chǎn)生故障。

圖1 迷宮槽結(jié)構(gòu)Fig.1 The labyrinth sealing structure

圖2 復(fù)位結(jié)構(gòu)Fig.2 Reset structures

圖3 補(bǔ)償結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of compensation

2 生產(chǎn)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(shè)計(jì)方面考慮合理結(jié)構(gòu)和適宜材質(zhì)外，還要在制造工藝、檢驗(yàn)過程中對其重要性關(guān)鍵件實(shí)施生產(chǎn)過程控制。高溫高壓電磁閥的加工關(guān)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(guān)鍵件。其關(guān)鍵點(diǎn)是旋蓋內(nèi)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(guān)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(jìn)行篩選。對關(guān)鍵件還要采取工序能力分析[5]，落實(shí)人員、設(shè)備，定點(diǎn)、定期進(jìn)行檢查，采集數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，以確保零件的加工質(zhì)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(qiáng)度，防止疲勞開裂。焊后進(jìn)行耐壓強(qiáng)度試驗(yàn)和氣密性檢驗(yàn)，確保焊接質(zhì)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(dá)到規(guī)定要求，必須對閥座密封面和閥芯密封件進(jìn)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(dá)0.2μm以上[6]。

3 維護(hù)保養(yǎng)

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

1）安裝前，應(yīng)仔細(xì)閱讀本產(chǎn)品使用說明書，檢查所裝產(chǎn)品是否完全符合使用要求。建議使用單位派專人負(fù)責(zé)使用保養(yǎng)。

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(zhì)徹底清除。對于不清潔介質(zhì)，閥前要安裝過濾器。

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

4）為確保電磁閥正常投入使用，安裝后需通入介質(zhì)試動(dòng)作數(shù)次，方可正式使用。

5）工作時(shí)，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(dāng)需要最小工作壓差時(shí)，管路工作壓差也必須大于最小壓差，防止電磁閥動(dòng)作失靈。當(dāng)工作壓力超過公稱壓力或最大工作壓力時(shí)，系統(tǒng)要停止使用或降低工作壓力。

6）平時(shí)維護(hù)時(shí)應(yīng)定期清洗閥內(nèi)的污物。如旋蓋和閥塞的配合面間、靜鐵芯和動(dòng)鐵芯吸合面，注意不要損壞密封面。

7）高溫電磁閥介質(zhì)為導(dǎo)熱油時(shí)，當(dāng)從管路上卸下時(shí)，應(yīng)用CCL4將閥內(nèi)件清洗干凈并用壓縮空氣吹凈儲存。拆洗時(shí)各零件要按順序放好再恢復(fù)原狀裝好。

8）高溫電磁閥每次重新啟用時(shí)應(yīng)先將蒸汽冷凝水和氣體等排除干凈，再試動(dòng)作數(shù)次，待動(dòng)作正常后方可投入使用。當(dāng)導(dǎo)熱油用電磁閥長期停用時(shí)，前后手動(dòng)閥都應(yīng)關(guān)閉[7,8]。

4 結(jié)論

通過設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)等方面進(jìn)行研究分析和改進(jìn)。有效地解決了高溫電磁閥動(dòng)作不靈敏，出現(xiàn)卡死、關(guān)不住的現(xiàn)象。閥芯和導(dǎo)套間巧妙地設(shè)計(jì)和處理，提高了光滑效果，減少了磨損， 延長了使用壽命，適應(yīng)介質(zhì)溫度的變化和頻繁的工作。能使該閥在整個(gè)系統(tǒng)工作上有較高的可靠性、安全性。

[1]馮雷.導(dǎo)熱油技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例[J].潤滑油,2005,12(6).

[2]JB/T7352-2010工業(yè)過程控制系統(tǒng)用電磁閥[S].

[3]劉后桂.密封技術(shù)[M].長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社,1983.

[4]武學(xué)權(quán).特種閥門設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1978.

[5]張欣.最新閥門設(shè)計(jì)制造技術(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全書[M].合肥:安徽文化音像出版社,2000.

[6]王訓(xùn)鉅.閥門的使用與維修技術(shù)[M].武漢:湖北科學(xué)技術(shù)出版社,1985.

[7]王興,蔣慶華.電動(dòng)執(zhí)行器[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1983.

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