電磁閥在船舶輔助機(jī)械中的應(yīng)用及對(duì)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(jī)械中的應(yīng)用及對(duì)比分析

劉裕人

（中交上海航道局有限公司，上海 200136）

對(duì)電磁閥在液壓裝置、制冷及空調(diào)裝置和鍋爐系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了對(duì)比分析?；谶x用電磁閥選用的安全性、可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性原則，提出了選配電磁閥的注意事項(xiàng)。

電磁閥；輔助機(jī)械；選用；比較

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

1 引言

電磁閥在船舶設(shè)備中應(yīng)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(zhì)相適宜的氣體、液體的開關(guān)控制（二通），又可作為安全聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)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(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)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(duì)于電磁閥來說是帶電或失電，對(duì)于所控制的閥來說就是打開或關(guān)閉。

二位三通電磁閥得電時(shí)，線圈勵(lì)磁，電磁鐵吸合，動(dòng)鐵芯上部帶彈簧的密封塊把排氣口關(guān)閉，氣流從進(jìn)氣口進(jìn)入閥門，起到控制作用；失電時(shí)，電磁力消失，動(dòng)鐵芯在彈簧力作用下離開固定鐵芯向下移動(dòng)，將排氣口打開，堵住進(jìn)氣口，閥門因失氣而改變開關(guān)狀態(tài)。二位四通和五通電磁閥的原理相同，只是四通有1個(gè)排氣口，五通有2個(gè)排氣口。當(dāng)有電流通過線圈時(shí)，產(chǎn)生勵(lì)磁作用，固定鐵芯吸合動(dòng)鐵芯，動(dòng)鐵芯帶動(dòng)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(dāng)線圈失電時(shí)，依靠彈簧的彈力推動(dòng)滑閥芯，頂回動(dòng)鐵芯，使流體按原來的方向流動(dòng)。下面結(jié)合電磁閥在船舶輔機(jī)上的應(yīng)用情況，對(duì)電磁閥進(jìn)行介紹和對(duì)比分析。

2 電磁閥在船舶輔助機(jī)械中的應(yīng)用

2.1 液壓裝置中的應(yīng)用

在液壓裝置中，常用的電磁閥有電磁換向閥、比例先導(dǎo)壓力閥、電液比例流量閥和先導(dǎo)比例調(diào)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(duì)閥體沉割槽的遮蓋情況不同，進(jìn)而形成不同的控制功能。根據(jù)閥芯工作位置數(shù)目的多少，換向閥可以分為二位和三位。根據(jù)閥芯控制油路數(shù)的多少，則又可分為二通、三通、四通和五通等區(qū)別。在船舶液壓系統(tǒng)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?duì)閥芯來講，閥芯可實(shí)現(xiàn)三個(gè)位置的變換?！八耐ā贬槍?duì)其機(jī)能來講，指其可實(shí)現(xiàn)四個(gè)油路口間不同方式的貫通。

2.2 制冷及空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)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(jī)單庫場(chǎng)合，電磁閥的線圈往往同壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)線路串聯(lián)。當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，電磁閥隨即開啟；壓縮機(jī)停止工作時(shí)，電磁閥馬上關(guān)閉，以免大量冷劑液體在停機(jī)時(shí)進(jìn)入蒸發(fā)器，以防止壓縮機(jī)再次啟動(dòng)時(shí)發(fā)生液擊現(xiàn)象。在一機(jī)多庫或多機(jī)多庫場(chǎng)合，電磁閥受溫度繼電器控制。當(dāng)溫度下降至調(diào)定下限時(shí)，電磁閥關(guān)閉，停止供應(yīng)冷劑，讓庫溫回升；當(dāng)溫度上升到調(diào)定上限時(shí)，電磁閥開啟，供應(yīng)冷劑降溫。

2.3 鍋爐系統(tǒng)的應(yīng)用

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

2.4 通用系統(tǒng)中的應(yīng)用

電磁閥在船舶各系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛，可應(yīng)用在冷卻水系統(tǒng)、壓載水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、伙食冷庫等。在冷卻水系統(tǒng)中有三通電磁閥來控制缸套冷卻水進(jìn)入造水機(jī)和冷卻的流量，作為三通電磁閥起到旁通的作用，當(dāng)冷卻水超過三通閥設(shè)定溫度時(shí)會(huì)有冷卻水進(jìn)入造水機(jī)和冷卻器，使冷卻水控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。

在壓載水系統(tǒng)中可以遠(yuǎn)程控制壓載管路中各閥的開啟和關(guān)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(diǎn)。

在壓縮空氣系統(tǒng)中壓縮機(jī)的卸荷電磁閥使壓縮機(jī)輕載啟動(dòng)，并使經(jīng)過冷卻器的空氣冷凝的水排出，在伙食冷庫中有壓縮機(jī)卸荷電磁閥以滿足冷庫的需求，現(xiàn)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(jī)氣動(dòng)遙控系統(tǒng)中，通過電磁閥的啟閉來控制氣路的通與斷，來實(shí)現(xiàn)主機(jī)的啟動(dòng)與停車，并實(shí)現(xiàn)主機(jī)的應(yīng)急保護(hù)；在閥門遙控系統(tǒng)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(yuǎn)程來控制電磁閥的通斷。電磁閥在船舶通用系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，在各系統(tǒng)會(huì)有符合工作條件和要求的電磁閥來完成系統(tǒng)的工作。

3 主要輔助機(jī)械中所用電磁閥的比較

3.1 電磁閥動(dòng)作原理比較

液壓系統(tǒng)中，電磁換向閥是利用電磁鐵的吸合力，控制閥芯運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)油路換向。電磁換向閥控制方便，應(yīng)用廣泛，但由于液壓油通過閥芯時(shí)所產(chǎn)生的液動(dòng)力使閥芯移動(dòng)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(dǎo)閥和較大的液動(dòng)閥作為主閥，通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門打開，這樣就可以通過較大的流量。

在制冷系統(tǒng)中，由于高溫庫和低溫庫之間的溫差比較大，而整個(gè)系統(tǒng)共用同一個(gè)制冷壓縮機(jī)，所以需要在每個(gè)庫的冷劑入口管路上安裝一個(gè)供液電磁閥。該電磁閥是由每個(gè)庫內(nèi)的溫度繼電器來控制，當(dāng)庫溫進(jìn)入溫度繼電器的設(shè)定范圍時(shí)，供液電磁閥就會(huì)相應(yīng)地改變閥的開度，調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑數(shù)量來維持庫溫的穩(wěn)定。

鍋爐系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)燃油的控制主要是通過燃油電磁閥來實(shí)現(xiàn)的。燃油電磁閥的動(dòng)作取決于鍋爐的風(fēng)門和燃燒程序，電磁閥的動(dòng)作時(shí)刻在燃燒程序里面設(shè)定，電磁閥的開度要與鍋爐的風(fēng)門大小成比例。

3.2 電磁閥選用類型比較

在液壓系統(tǒng)內(nèi)，我們主要使用它來提供動(dòng)力。系統(tǒng)工作時(shí)，我們需要改變動(dòng)力的方向和大小。為了達(dá)到換向的目的，就要求液壓電磁閥具有多位多通的結(jié)構(gòu)，這樣才能保證液壓油在通過電磁閥后向不同的方向流動(dòng)，從而改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向。為了改變動(dòng)力的大小，我們需要調(diào)節(jié)液壓油的流量，調(diào)節(jié)方法包括有級(jí)調(diào)速和無級(jí)調(diào)速，這兩種方法實(shí)質(zhì)上都是改變電磁閥內(nèi)閥芯的位移。采用有級(jí)調(diào)速的電磁閥具有可靠性高、可調(diào)節(jié)的速度固定等特點(diǎn)。而無級(jí)調(diào)速的電磁閥調(diào)速平穩(wěn)，在調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)能實(shí)現(xiàn)多個(gè)速度運(yùn)行。此外，液壓系統(tǒng)對(duì)外界提供的動(dòng)力一般比較大。為了維持系統(tǒng)工作壓力的穩(wěn)定，在閥內(nèi)液壓油的油壓較大時(shí)，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(nèi)泄漏造成系統(tǒng)失壓。系統(tǒng)的液壓油干凈無雜質(zhì)，不具有腐蝕性。因此對(duì)液壓電磁閥的材料要求不高，只要具有較強(qiáng)的耐高壓性即可。

在制冷與空調(diào)系統(tǒng)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(fā)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(fā)器，導(dǎo)致壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)壓縮機(jī)發(fā)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(tǒng)的供液電磁閥的作用是調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器制冷劑的數(shù)量來維持各個(gè)庫溫的穩(wěn)定。根據(jù)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(fā)溫度較低，所以制冷劑在通過供液電磁閥的時(shí)候壓差要小，電磁閥對(duì)制冷劑的摩擦生熱要少。

在鍋爐系統(tǒng)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(zhì)是重油和輕柴油，燃油在流動(dòng)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(zhì)卡住。鍋爐系統(tǒng)內(nèi)所用的燃油含有較多雜質(zhì)，電磁閥對(duì)雜質(zhì)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(dòng)作要靈敏。

3.3 用電特性

根據(jù)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(hào)為D，電壓一般為220V，也有380V或36V的；直流電磁閥代號(hào)為E，電壓一般為24V，也有110V或48V的。電源電壓的波動(dòng)范圍一般為85%～105%。電壓過高，線圈容易發(fā)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(jià)格較低；其啟動(dòng)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(shí)間短，換向沖擊較大；且當(dāng)閥芯卡死或銜鐵不能正常吸合時(shí)，激勵(lì)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(huì)損壞。直流電磁閥則不會(huì)因鐵芯不能吸合而燒壞，吸合動(dòng)作約比前者要慢10倍，故工作可靠，換向平穩(wěn)，壽命較長，吸合可達(dá)上千萬次以上，但需專用直流電源。

液壓系統(tǒng)工作時(shí)需要經(jīng)常換向，即頻繁改變電流的方向。這就需要提供服務(wù)的電網(wǎng)耐沖擊性較好。為保證實(shí)際工作安全，液壓系統(tǒng)必須處于穩(wěn)定狀態(tài)，這就要求電網(wǎng)給電磁閥提供的電壓/電流以及頻率要穩(wěn)定，不能受外界的干擾而產(chǎn)生較大波動(dòng)。在制冷和鍋爐系統(tǒng)內(nèi)，電磁閥對(duì)電網(wǎng)的要求并不高，只要保持電網(wǎng)工作平穩(wěn)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(yīng)該依次遵循安全性、可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性四大原則：

1）安全性：腐蝕性介質(zhì)宜選用塑料王電磁閥和全不銹鋼；強(qiáng)腐蝕的介質(zhì)必須選用隔離膜片式；中性介質(zhì)，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(huán)境必須選用相應(yīng)防爆等級(jí)產(chǎn)品，露天安裝或粉塵多場(chǎng)合應(yīng)選用防水，防塵品種；電磁閥公稱壓力應(yīng)超過管內(nèi)最高工作壓力。

2）適用性：根據(jù)介質(zhì)特性（氣、液態(tài)或混合狀態(tài)）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(fù)短時(shí)工作制和短時(shí)工作制3種。對(duì)于長時(shí)間閥門開通只有短時(shí)關(guān)閉的情況，宜選用常開電磁閥；當(dāng)動(dòng)作頻率要求高時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)優(yōu)選直動(dòng)式電磁閥，電源應(yīng)優(yōu)選交流。

4）經(jīng)濟(jì)性：即在安全、適用、可靠的基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)性不單是產(chǎn)品的售價(jià)，更要優(yōu)先考慮其功能和質(zhì)量以及安裝維修及其他附件所需費(fèi)用。

4.1.2 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行選擇

根據(jù)6個(gè)方面的現(xiàn)場(chǎng)工況（即管道參數(shù)、流體參數(shù)、壓力參數(shù)、電氣參數(shù)、動(dòng)作方式和特殊要求進(jìn)行選擇）：

1）根據(jù)管道參數(shù)選擇電磁閥的通徑規(guī)格(即DN)、接口方式，按照現(xiàn)場(chǎng)管道內(nèi)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(jù)用戶需要自由選擇。

2）根據(jù)流體參數(shù)選擇電磁閥。對(duì)于腐蝕性流體宜選用耐腐蝕電磁閥和全不銹鋼；對(duì)食用超凈流體宜選用食品級(jí)不銹鋼材質(zhì)電磁閥。

3）根據(jù)壓力參數(shù)選擇電磁閥的品種。根據(jù)管道公稱壓力來定；工作壓力低則必須選用直動(dòng)或分步直動(dòng)式原理；最低工作壓差在0.04MPa以上時(shí)直動(dòng)式、分步直動(dòng)式、先導(dǎo)式均可選用。

4）電氣選擇：電壓規(guī)格應(yīng)盡量優(yōu)先選用AC220V、DC24較為方便。

5）根據(jù)持續(xù)工作時(shí)間長短來選擇：常閉、常開、或可持續(xù)通電。當(dāng)電磁閥需長時(shí)間開啟且持續(xù)時(shí)間多于關(guān)閉時(shí)間應(yīng)選用常開型；反之則選常閉型；有些用于安全保護(hù)的工況，如爐、窯火焰監(jiān)測(cè)，應(yīng)選可長期通電型。

6）根據(jù)環(huán)境要求選擇輔助功能，如防爆、止回、手動(dòng)、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(shù)決定，液壓閥的基本參數(shù)與液壓元件的種類有關(guān)，不同的液壓元件，具有不同的性能參數(shù)，其共性的參數(shù)與壓力和流量有關(guān)。選擇液壓閥時(shí)要弄清液壓控制元件的應(yīng)用場(chǎng)合及性能要求，合理選擇液壓閥的中位機(jī)能和品種；所選擇的液壓電磁閥與液壓系統(tǒng)的動(dòng)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(guān)系匹配。

在制冷和空調(diào)系統(tǒng)中有供液電磁閥，現(xiàn)在船舶上一般為一機(jī)多庫或多機(jī)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(jìn)入蒸發(fā)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(yīng)垂直安裝在水平的管道上，介質(zhì)流動(dòng)方向與電磁閥外殼方向一致，閥應(yīng)在震動(dòng)較小的地方，電源電壓應(yīng)與電磁閥銘牌上規(guī)定的使用電壓相等，使用壓力應(yīng)小于閥的工作壓力。

在鍋爐系統(tǒng)中，電磁閥控制燃油進(jìn)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(yīng)與銘牌上的一致。

5 結(jié)論

電磁閥在船舶輔機(jī)（液壓裝置、制冷及空調(diào)系統(tǒng)和船舶鍋爐）中有廣泛應(yīng)用，但在各系統(tǒng)中電磁閥的特性要符合系統(tǒng)的要求，不同的系統(tǒng)中有不同的工作環(huán)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(zhì)等又有所不同。選用電磁閥時(shí)，要遵循安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)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(shè)備管理研究，（電子信箱）liuyuren@cccc-sdc.com。