套筒式高溫高壓電磁閥研制

2009-11-21 李楊海軍駐沈陽地區艦船配套軍事代表室

1、概述

　　目前國內高溫高壓電磁閥存在著維修不便,維修困難,維修時間長及可靠性有待提高等問題。隨著我國科技的發展,對高溫高壓介質控制提出了更高的要求,因此聯合真空技術網研制了套筒式高溫高壓電磁閥。

2、套筒式高溫高壓電磁閥的技術參數

　　公稱通徑　320mm
　　公稱壓力　20MPa
　　工作介質　飽和水、飽和蒸汽
　　工作溫度　400℃
　　工作電壓　DC220V
　　線圈功率　< 500W
　　絕緣耐熱等級　H級
　　線圈工作制　短時
　　閥座泄漏量　< 0.1D ml/h
　　外泄漏量　無泄漏
　　絕緣電阻　> 50MΩ
　　絕緣強度　2 000V不擊穿
　　無故障啟閉次數　≮2 000次

3、套筒式高溫高壓電磁閥的工作原理

　　套筒式高溫高壓電磁閥由閥體、活塞組件、套筒、中法蘭、導向體、閥套組件等零部件組成(圖1)。當電磁閥線圈通電時,線圈產生電磁力,動鐵心拉動閥桿帶動閥頭組件打開先導閥,活塞上腔的高壓介質快速泄壓,在壓差的作用下,活塞迅速浮起。工作介質通過電磁閥,同時信號反饋電磁閥開閥。當電磁閥線圈斷電時,電磁力消失,在彈簧作用下,先導閥關閉,在介質壓差的作用下,活塞向下運動關閉閥門,阻斷工作介質通過本電磁閥,同時信號反饋電磁閥關閉。

套筒式高溫高壓電磁閥

1. 電連接器　2. 電磁線圈　3. 動鐵芯　4. 散熱套　5. 閥桿　6. 導向體　7. 彈簧　8. 小閥　9. 活塞　10. 套筒　11. 閥體

圖1　套筒式高溫高壓電磁閥

4、套筒式高溫高壓電磁閥的結構設計

4.1、套筒與閥體

　　套筒與閥體采用分離式,以實現電磁閥的閥體與閥座分離,旨在解決高溫高壓電磁閥在使用過程中因閥座損壞而無法更換等問題。該結構需要解決兩個問題,一是套筒與閥體之間的密封(下密封)及電磁閥中法蘭的密封(上密封)能在高低溫交變過程中不泄漏的問題,二是確定套筒與閥體之間的間隙既保證套筒與閥體的對中定位,又保證套筒與閥體能在高低溫交變過程中不粘死并可靠取出。通過各種驗證性試驗,上、下密封均采用柔性石墨墊,其效果好,經濟適用。對于間隙問題,根據所選材料的膨脹系數,先經過設計計算,再通過試驗確定最佳的間隙尺寸。

4.2、組合式閥瓣

　　組合式閥瓣主要包括套筒、活塞、閥頭、活塞環及螺紋套等零件。各零件裝配后成為一體,在電磁閥密封副到壽命期或故障損壞時,能夠實現快速更換。各零件之間用螺紋、掛鉤、撐脹等結構形式,確保裝配后各零件成為一體。

4.3、密封副

　　套筒式高溫高壓電磁閥采用一種純剛性帶補償性的密封副結構。這種密封副首先將閥座抬高,并加工成規則的幾何外形,克服了由于閥體受熱變形而引起閥座變形的缺點。其次是將活塞底部挖空,使之在剛性的基礎上帶有一定的補償性,這樣即使在閥座受熱不均的情況下引起微量變形,與之配合的活塞密封面也會隨之變形,從而保證密封。

4.4、閥位信號顯示

　　套筒式電磁閥閥位信號采用“無源信號反饋技術”,通過干簧管吸收磁性而接通電路,實現信號反饋。這種技術具有體積小,反應準確,無需電源可提供信號,并且采購和安裝容易,成本低廉,便于大批量生產。

4.5、電磁驅動機構

　　電磁線采用QY-2聚酰亞胺圓銅漆包線,引接線選用AFBG高溫導線,其他絕緣材料的絕緣等級均為H級,電磁頭部分各零件采用螺紋連接,各連接處均有高防護材料組成的密封結構。接線選用密封電連接器,外殼及導磁板選用軟磁合金1JN,上蓋選用2A12等。套筒式電磁閥零部件選材的正確保證了絕緣等級及防護性能。

5、性能特點

　　套筒式高溫高壓電磁閥在產品結構和使用性能等方面有許多特點。

①組合式閥瓣

　　將閥腔內7個零件以不同的方式連在一起,形成組合式閥瓣結構,使得在更換或維修時能快速拆裝。

②套筒與閥體分離

　　由于套筒的加入,該電磁閥比普通電磁閥多了一道密封。這道密封既要保證在高溫、高壓及冷熱交變條件下實現密封,又要保證在同一個壓力源下實現中法蘭及套筒與閥體之間兩道密封,同時還要保證在壓力源失去后的自然狀態下,實現快拆快裝。

③剛性帶補償密封副

　　套筒式電磁閥在高溫飽合蒸汽工況下,在大壓差和小壓差情況下泄漏量均小于0.1D/h。