Как рассчитать соленоидный клапан (6 видео)

Конструкция электромагнитного привода (ЭМП) постоянного тока с втяжным якорем [4] показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Конструкция ЭМП постоянного тока с втяжным якорем.

ЭМП состоит из цилиндрического стального корпуса, в который помещается токопроводящая (обычно медная) обмотка, представляющая собой цилиндрический соленоид. С обоих сторон корпус закрывается стальными крышками. На одну из крышек устанавливается стальная вставка. В отверстие другой крышки вставляется стальной якорь. Между якорем и сердечником должен оставаться рабочий зазор. Величина рабочего зазора определяет максимальный ход якоря. При пропускании электрического тока через обмотку якорь создает тяговое усилие, стремясь втянуться внутрь обмотки. Для возврата якоря в исходное положение при отключении тока может использоваться пружина (на чертеже не показана).

2. Постановка задачи

Необходимо рассчитать зависимость максимального тягового усилия ЭМП от хода якоря. На рис. 2.1 показан чертеж ЭМП с обозначением размеров.

R0 — радиус вставки (якоря)
H0 — высота вставки
R1 — внутренний радиус соленоида
R2 — внешний радиус соленоида (внутренний радиус корпуса привода)
H — высота соленоида
l — фактор упаковки
j — плотность тока в обмотке
Rd — внешний радиус корпуса привода
Hd — высота корпуса привода
Z — рабочий зазор
X — перемещение якоря от начального положения
U — напряжение питания привода
I — величина тока в проводе обмотки
F — усилие, развиваемое якорем привода

3. Расчет допустимой плотности тока в обмотках

От плотности тока в обмотке зависит мощность тепловыделения и, соответственно, температура обмотки. Эта температура не должна превышать допустимой для данной марки провода. Расчет температуры внутри обмотки и, соответственно, допустимой плотности тока в обмотках можно произвести методом конечных элементов [2, 3, 5, 6] . Величина допустимой плотности тока в проводах обмоток зависит от конструкции ЭМП и для соленоидов с толщиной обмотки (R2 — R1) до 20 — 30 мм может достигать 5 . 8 А/мм 2 при длительной работе в воздушной среде температурой до 40 0 C.

Если фактор упаковки принять равным 0.6, то при плотности тока в обмоточном проводе 5 А/мм 2 плотность тока в самой обмотке составит 5 ∙ 0.6 = 3 А/мм 2 . При этом превышение температуры обмотки над температурой окружающей среды будет не более 60 0 C, а теплостойкость изоляции обмоточного провода должна быть примерно 100 0 C.

Если плотность тока в проводе обмотки достигает 7.5 А/мм 2 (плотность тока в обмоточном проводе 7.5 А/мм 2 , плотность тока в самой обмотке 4.5 А/мм 2 ), то превышение максимальной температуры обмотки над температурой окружающей среды при длительной работе будет не более 120 0 C. При намотке необходимо использовать провод с изоляцией соответствующей теплостойкости.

4. Расчет ма ксимального тягового усилия ЭМП

Расчет распределения магнитного поля и возникающих при этом усилий можно произвести методом конечных элементов [2, 3, 5, 6] . Распределение магнитного поля в ЭМП показано на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Распределение магнитного поля в ЭМП.

5. Расчет обмотки ЭМП

Обмотка ЭМП представляет собой цилиндрический соленоид. Его расчет может быть выполнен разными способами, например, с помощью программы Coil [1]. При заданных размерах соленоида и для заданного напряжения источника питания необходимо подобрать такой диаметр обмоточного медного провода, чтобы плотность тока в самом проводе была как можно ближе к полученному при расчете максимально допустимой плотности тока значению (например, 5 А/мм 2 ).

Читайте также: Т 150 коробка передач клапан

6. Примеры расчета

R0 = 5 мм
H0 = 5 мм
R1 = 6 мм
R2 = 15 мм
H = 40 мм
l = 0.6
j = 3 А/мм 2
Rd = 20 мм
Hd = 50 мм
U = 12 В

Зазор Z, мм	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
Ход X, мм	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Усилие F, Н	1.71	1.84	2.02	2.25	2.57	3.00	3.72	5.18	7.86	16.60

Рис. 6.1. Зависимость усилия, развиваемого ЭМП, от хода якоря.

При питании ЭМП от источника напряжением 12 вольт обмотку следует намотать медным проводом диаметром (без изоляции) 0.27 мм. Если фактор упаковки равен 0.6, то число витков будет равно 3770, сопротивление — 73 Ом, индуктивность — 92 мГн. Потребляемый ток от источника с выходным напряжением 12 В составит 0.17 А, рассеиваемая мощность около 2 Вт.

R0 = 5 мм
H0 = 5 мм
R1 = 6 мм
R2 = 13 мм
H = 36 мм
l = 0.6
j = 3 А/мм 2 или 4.5 А/мм 2
Rd = 15 мм
Hd = 40 мм
U = 24 В

Зазор Z, мм	5	4	3	2	1
Ход X, мм	0	1	2	3	4
Усилие F, Н для плотности тока 3 А/мм 2	1.44	1.79	2.47	4.10	10.23
Усилие F, Н для плотности тока 4.5 А/мм 2	3.16	3.88	5.27	8.38	17.22

Рис. 6.2. Зависимость усилия, развиваемого ЭМП, от хода якоря.

При питании ЭМП от источника напряжением 24 вольта при допустимой плотности тока в обмотке 3 А/мм 2 обмотку следует намотать медным проводом диаметром (без изоляции) 0.16 мм. Если фактор упаковки равен 0.6, то число витков будет равно 7520, сопротивление — 373 Ом, индуктивность — 345 мГн. Потребляемый ток от источника с выходным напряжением 24 В составит 0.064 А, рассеиваемая мощность около 1.5 Вт.

При питании ЭМП от источника напряжением 24 вольта при допустимой плотности тока в обмотке 4.5 А/мм 2 обмотку следует намотать медным проводом диаметром (без изоляции) 0.24 мм. Если фактор упаковки равен 0.6, то число витков будет равно 3340, сопротивление — 74 Ом, индуктивность — 68 мГн. Потребляемый ток от источника с выходным напряжением 24 В составит 0.33 А, рассеиваемая мощность около 8 Вт.

Если есть запас по развиваемому усилию, то можно соответственно уменьшить напряжение питания, при этом облегчится тепловой режим работы обмотки привода.

По вопросам расчета конкретных конструкций ЭМП обращайтесь к автору (см. раздел Контактная информация ).

Coil: Программа для расчета параметров и магнитного поля цилиндрического соленоида
Бреббия К. и др. Методы граничных элементов: Пер. с англ. / Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. — М.: Мир, 1987. — 524 с., ил.
Громадка II Т., Лей Ч. Комплексный метод граничных элементов в инженерных задачах: Пер. с англ. — М.: Мир, 1990. — 303 с., ил.
Казаков Л. А. Электромагнитные устройства РЭА: Справочник. — М.: Радио и связь, 1991. — 352 с.: ил.
Норри Д., Фриз Ж. Введение в метод конечных элементов: Пер. с англ. — М.: Мир, 1981. — 304 с., ил.
Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров-электриков: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986. — 229 с., ил.

Привод — устройство, имеющее рабочий орган, способный к механическому перемещению при наличии противодействующей силы.
Фактор упаковки (коэффициент заполнения) — отношение объема проводника к объему обмотки; при равномерной намотке равен отношению суммарной площади проводников в поперечном сечении обмотки (без учета изоляции) к площади поперечного сечения обмотки.
Цилиндрический соленоид — соленоид в виде цилиндра с центральным цилиндрическим отверстием (если таковое имеется).
Электромагнитный привод — привод на основе электромагнита.

Читайте также: Нагнетательный клапан тнвд лукас

Содержание

Расчёт и Подбор Регулирующего клапана
Методика расчёта регулирующего клапана
Расчёт пропускной способности Регулирующего клапана
Подбор расходной характеристики регулирующего клапана
Подбор привода регулирующего клапана
Расчёт регулирующего клапана на возможность возникновения кавитации
Расчёт регулирующего клапана на возникновение шума
🎬 Видео

Видео:Как рассчитать и изготовить электромагнит любой мощности. Все об электромагнитах. [Просвещение]Скачать

Расчёт и Подбор Регулирующего клапана

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список регулирующих клапанов соответствующих заданным исходным данным.

Давление перед регулирующим клапаном

Максимальная температура воды в месте установки

Температурный график Т1 — Т2

Перепад давлений на регулируемом участке

Это может быть перепад поддерживаемый регулятором давления, а при его отсутствии, перепад на вводе тепловой сети или напор насоса в рабочей точке

Потери давления на регулируемом участке, при расчётном расходе, без учёта потерь на клапане

Допустимые потери давления на регулирующем клапане

Видео:Соленоидный клапан и всё что нужно знать | Что такое соленоидный клапан и его принцип работыСкачать

Методика расчёта регулирующего клапана

Двухходовые регулирующие клапаны в инженерных системах имеют массу применений, самым распространённым из них стало использование в комплекте с контроллером и датчиками температуры, в качестве регулятора теплопотребления систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Независимо от поставленной задачи, расчёт регулирующего клапана сводится к определению его пропускной способности, при которой на заданном расходе будет дросселирован заданный избыток напора. Кроме соответствия по пропускной способности, подобранный регулирующий клапан должен быть проверен на возможность возникновения кавитации и шумообразование из-за высокой скорости течения воды через него.

Регулирующий клапан необходим, прежде всего, — для регулирования, поэтому подбираться он должен таким образом, чтобы максимально приблизить зависимость регулируемой величины от хода штока к линейной, при этом следует учесть важность таких параметров как расходная характеристика клапана и авторитет регулирующего клапана.

Видео:Соленоидные электромагнитные клапаны. Принцип работы, виды.Скачать

Расчёт пропускной способности Регулирующего клапана

Зависимость потерь напора от расхода через регулирующий клапан называется пропускной способностью — Kvs.

Kvs — пропускная способность численно равная расходу в м³/ч, через полностью открытый регулирующий клапан, при котором потери напора на нём равны 1бар.

Kv – то же, при частичном открытии затвора клапана.

Зная, что при изменении расхода в «n» раз потери напора на клапане изменяются в «n²» раз не сложно определить требуемый Kv регулирующего клапана подставив в уравнение расчётный расход и избыток напора.

Некоторые производители рекомендуют выбирать регулирующий клапан с ближайшим большим значением Kvs от полученного значения Kv. Такой подход выбора позволяет с большей точностью регулировать расходы ниже заданного при расчёте, но не даёт возможности увеличить расход выше заданного значения, которое довольно часто приходится превышать. Мы не критикуем вышеописанный метод, но рекомендуем подбирать двухходовой регулирующий клапан таким образом, чтобы требуемое значение пропускной способности находилось в диапазоне от 50 до 80% хода штока. Регулирующий клапан, рассчитанный таким образом, сможет с достаточной точностью как уменьшить расход относительно заданного, так и несколько увеличить его.

Выше приведенный алгоритм расчёта выводит список регулирующих клапанов, для которых требуемое значение Kv попадает в диапазон хода штока от 50 до 80%.

В результатах подбора приведен процент открытия затвора регулирующего клапана, при котором дросселируется заданный избыток напора на заданном расходе. Приведенные значения процента открытия учитывают кривизну расходной характеристики регулирующего клапана и её искажение за счёт отклонения авторитета от 1.

Видео:Принцип работы электромагнитного нормально открытого клапанаСкачать

Подбор расходной характеристики регулирующего клапана

Расходная характеристика регулирующего клапана отображает зависимость изменения относительного расхода через клапан от изменения относительного хода штока регулирующего клапана при постоянном перепаде давления на нём.

Регулирующие клапаны с линейной расходной характеристикой рекомендуется применять для регулирования процессов в которых изменение регулируемой величины линейно зависит от расхода, они могут применяться в качестве исполнительных клапанов регуляторов расхода и для регулирования температуры смеси в с тепловых пунктах систем отопления с зависимым присоединением к тепловой сети.

Читайте также: Регулировка клапанов 1fz fe

Регулирующие клапаны с логарифмической (равнопроцентной) расходной характеристикой рекомендуется применять в системах изменение регулируемой величины в которых нелинейно зависит от расхода и в системах с низким авторитетом регулирующего клапана. Регуляторы с равнопроцентной расходной характеристикой отлично подходят для регулирования теплоотдачи теплообменников независимых систем отопления и систем горячего водоснабжения со скоростными теплообменными аппаратами. При авторитете регулирующего клапана 0,1 — 0,3 логарифмическая характеристика искажается на столько, что регулирование происходит практически по линейному закону (линейная характеристика).

Основной задачей подбора регулирующего клапана, является создание линейной зависимости между регулирующим воздействием и изменением регулируемой величины, поэтому при выборе расходной характеристики следует учитывать её искажение за счёт отличия авторитета клапана от единицы.

Видео:ЧТО ТАКОЕ КЛАПАН ФАЗОРЕГУЛЯТОРА. КАК ОН ВЛИЯЕТ НА Х/Х И КАК ПРОВЕРИТЬ? ОШИБКА DF080 | #ВидеолекцияСкачать

Подбор привода регулирующего клапана

Электропривод подбирается под ранее выбранный регулирующий клапан. Электрические приводы рекомендуется выбирать из списка совместимых устройств, указанных в характеристиках клапана.

Узлы стыковки привода и клапана должны быть совместимы.
Ход штока электропривода должен быть не менее хода штока клапана.
В зависимости от инерционности регулируемой системы следует применять приводы с различной скоростью действия.
От усилия закрытия привода зависит максимальный перепад давления на клапане при котором привод сможет его закрыть.
Напряжение питания и управляющий сигнал привода должны соответствовать напряжению питания и управляющему сигналу контроллера.

Видео:Проверка и ремонт электомагнитного клапана.Скачать

Расчёт регулирующего клапана на возможность возникновения кавитации

Кавитация – образование пузырьков пара в потоке воды проявляющееся при снижении давления в нём ниже давления насыщения водяного пара. Уравнением Бернулли описан эффект увеличения скорости потока и снижения давления в нём, возникающий при сужении проходного сечения. Проходное сечение между затвором и седлом регулирующего клапана является тем самым сужением, давление в котором может опуститься до давления насыщения, и местом наиболее вероятного образования кавитации. Пузырьки пара нестабильны, они резко появляются и также резко схлопываются, это приводит к выеданию частиц метала из затвора клапана, что неизбежно станет причиной его преждевременного износа. Кроме износа кавитация приводит к повышению шума при работе клапана.

Основные факторы, влияющие на возникновение кавитации:

Температура воды – чем она выше, тем большие вероятность возникновения кавитации.
Давление воды – перед регулирующим клапаном, чем оно выше, тем меньше вероятность возникновения кавитации.
Допустимые потери давления – чем они выше, тем выше вероятность возникновения кавитации. Здесь следует отметить, что в положении затвора близком к закрытию дросселируемое давление на клапане стремиться к располагаемому давлению на регулируемом участке.
Кавитационная характеристика регулирующего клапана – определяется особенностями дросселирующего элемента клапана. Коэффициент кавитации различен для различных типов регулирующих клапанов и должен указываться в их технических характеристиках, но так, как большинство производителей не указывают данную величину, в алгоритм расчёта заложен диапазон наиболее вероятных коэффициентов кавитации.

В результате проверки на кавитацию может быть выдан следующий результат:

«Нет» — кавитации точно не будет.
«Возможна» – на клапанах некоторых конструкций возникновение кавитации возможно, рекомендуется изменить один из вышеописанных факторов влияния.
«Есть» – кавитация точно будет, измените один из факторов влияющих на возникновение кавитации.

Видео:Как рассчитать регулирующий клапан?Скачать

Расчёт регулирующего клапана на возникновение шума

Высокая скорость потока во входном патрубке регулирующего клапана может стать причиной высокого уровня шума. Для большинства помещений в которых устанавливаются регулирующие клапаны допустимый уровень шума составляет 35-40 dB(A) который соответствует скорости во входном патрубке клапана примерно 3м/c. Поэтому, при подборе регулирующего клапана рекомендуется не превышать выше указанной скорости.