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1、电磁阀的结构与原理,何少君,内容简介,典型电磁阀,3,概述,电磁阀是利用电磁原理进行控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质流向、达到自动控制的目的。电磁阀由电磁线圈和磁芯组成，是包含一个或几个孔的阀体。当线圈通电或断电时，磁芯的移动将导致流体通过阀体被切断或导通，达到改变流体流向的目的。电磁阀由电磁部件和阀体组成。电磁部件：固定铁芯、动铁芯、线圈等部件组成阀体：滑阀芯、滑阀套、弹簧底座等组成。电磁线圈被直接安装在阀体上，阀体被封闭在密封管中，构成一个简洁、紧凑的组合。,概述,电磁阀按工作原理不同，大致可以分为三大类：直动式、分步直动式、先导式。直动式电磁阀：原理：通电时，电磁线圈产生电磁力
2、把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。分步直动式电磁阀：原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上,概述,推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点：在零压差或真空、高压时亦能可靠动作，但功率较大，要求必须水平安装。先导式电磁阀：原理：通电时，电磁力把先导孔打
3、开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。特点：流体压力范围上限较高，可任意安装（需定制）但必须满足流体压差条件。,概述,按照阀体气路结构可以分为2位2通，2位3通，2位4通，2位5通、3位4通等。电磁阀的工作状态数称为“位”，如通常所见的二位式电磁阀，即指阀芯有两个位置可控，对应气路开和关两种通断状态。电磁阀与管路的接口数称为“通”，常见的有2通、3通、4通、5通等。二通电磁阀与三通电磁阀结构上的区别，只是三通电磁阀有
4、排气口而前者没有。四通电磁阀和五通电磁阀功能一样，前者有一个排气口而后者有两个。二通电磁阀没 有排气口,只能起切断作用，使流体介质停止流通，所以可以直接应用在工艺系统中。而多通电磁阀则可用来改变介质流通方向。多应用在各类执行机构上。按电磁阀线圈的个数分为单电控和双电控。单线圈的称为单电控，双线圈的称为双电控，2位2通，2位3通一般都是单电控（单线圈），2位4通，2位5通可以是单电控（单线圈），也可以是双电控（双线圈）。,概述,按线圈工作电压不同分为 直流型DCV：DC24V；DC110V交流型ACV：AC110V；AC220V,概述,电磁阀在电厂中的应用 大致可以分为三类:作为全开全关二位式电
5、动执行器直接应用于工艺系统中,利用二位二通型电磁阀切断作用原理,常应用于小口径、低压力管道上，如喷水减温阀等。这类电磁阀在电厂中应用很少。作为气动阀门重要附件应用于各类气动执行机构上。作为各类换向阀应用于汽轮机电液控制系统或油站上，如AST电磁阀、OPC电磁阀、ETS遮断试验电磁阀等。,工作原理,二位三通电磁阀的工作原理 二位三通电磁阀通常与单作用气动执行机构配套使用,多采用单控(单线圈)形式。二位指阀芯在电磁阀得电和失电情况下处于不同的位置,分别控制不同的气通路;三通就是阀体有三个气路联结口,分别为ABC三个口。一般都是一进两出,通常情况下其中一个口(A)与气源连接,另一个口(B)与执行机构
6、连接,还有一个(C)直接与大气相连。两位三通电磁阀分为常闭型和常开型两种，常闭型指线圈没通电时气路是断的(进气口和出口断开)，即A和B断开，B和C 通;常开型指线圈没通电时气路是通的(进气口和出口通):A和B 通，B和C 断。常闭型两位三通电磁阀线圈通电后，气路接通，线圈一旦断电，气路就会断开。常开型两位三通电磁阀动作过程刚好相反。,工作原理,二位三通直动型电磁阀 如图所示为二位三通常闭直动型电磁阀结构剖面图,当线圈通电时,静铁芯产生电磁力,阀芯受电磁力作用向上移动,密封塞抬起,使1-2接通,同时2-3断开.电磁阀处于进气状态,控制气缸动作.当电磁阀断电时,阀芯靠弹簧力的作用恢复原位,即1-2
7、断开,2-3通,电磁阀处于排气状态.1.进气口 2.出气口 3.排气口,工作原理,两位五通电磁阀的工作原理 两位五通电磁阀通常与双作用气动执行机构配套应用，阀体有五个气路联结口，其中一个与气源衔接，两个与执行机构双作用气缸衔接，两个为排气口。双作用气动执行机构就是指气缸活塞两边都需要气源压力来推动活塞，当活塞一侧有压力，而另一侧没有压力，活塞会向压力低的一侧运动，气缸会产生一个方向的推力；当活塞有气源压力的一侧压力消失，没有压力的那一侧加入气源压力，活塞往回运动，气缸则产生往回推力。如此反复切换活塞两端的气源压力，气缸就产生了往复运动。双作用气缸是没有常态的，所以，在没有任何压缩空气的情况下，
8、他的位置也是不确定的。,工作原理,单作用气缸就是在活塞一端加上了弹簧，当没有压缩空气的情况下，活塞只受到一侧的弹簧力，所以他保持在一个位置上面。当活塞的另一端接入压缩空气，压缩空气的压力克服了弹簧力后，活塞向有弹簧的方向运动，气缸产生动作。弹簧被压缩。当气源压力消失的时候，活塞受到弹簧的张力，产生运动，恢复到原始状态。反复控制活塞一端的通气和失气，这样就完成了气缸的往复运动了。要注意的是无论活塞那一端受到压力，没有压力的那一端必须接通大气，这样可以活塞在运动的时候可以将腔室里的气体排出。,工作原理,单作用气缸一般由两位三通电磁阀控制的，但两位五通也可以控制，只要将其中一个出气口堵上就可以了。而
9、双作用气缸是由两位五通电磁阀控制的。两位五通电磁阀有单控和双控之分，单控即只有一个线圈，双控有二个线圈：习惯称为正作用线圈和反作用线圈（正反只是相对而言）。无论是单控还是双控，阀体的结构和动作原理区别不大。但双线圈电磁阀相比于单线圈电磁阀的优点是线圈不需要长时间带电，发个短脉冲信号就行，有利于延长电磁阀使用寿命。,工作原理,两位五通单控电磁阀正常状态下（电磁线圈没有得电），阀体内的阀芯受到阀体一端安装的弹簧力的作用，靠在先导头那一侧。气路保持原有状态，不做切换。当电磁线圈得电后，产生磁力，将先导头中压在先导孔上的小圆柱体吸起，先导孔打开。这个时候电磁阀进气口的气源压力通过先导孔进入到阀芯的另一
10、端的腔室里。这个时候电磁阀两端各受到一鼓力：弹簧力和气源压力，电磁阀在设计过程中就要求，弹簧小于气源压力，这个时候阀芯向弹簧方向移动，弹簧受到外力挤压。阀体内因为阀芯的位置产生了变化，所以气路也产生了变化。,工作原理,两位五通双电控电磁阀工作原理：给正动作线圈通电，则正动作气路接通(正动作出气孔有气)，即使正动作线圈断电后正动作气路仍然是接通的，将会一直保持到给反动作线圈通电为止。给反动作线圈通电，则反动作气路接通(反动作出气孔有气)，即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的，将会一直保持到给正动作线圈通电为止。这相当于“闭锁”。基于两位五通双电控电磁阀的这种特征，在设计控制回路的时候，可
11、以发脉冲指令让电磁阀线圈短时间动作就可以了，这样可以保护电磁阀线圈不容易烧坏。但注意不能让电磁阀两个线圈同时得电。,工作原理,两位五通电磁阀一般都有手动按钮（见下图）,可手动(或用小螺丝刀)操作,其作用等同于电磁阀得/失电。通过手动按钮强制压迫电磁阀动铁芯,改变气流通路。但要注意的是手动按钮动作后要复位（一般是“0”位置）。否则电磁阀不能正常工作。,工作原理,手动切换按钮电磁阀 DTS再生酸碱系统电磁阀箱,切换按钮,工作原理,二位五通电磁阀(单控)如图所示为二位五通单控(单线圈)直动型电磁阀结构剖面图,其中1.进气口;2、4出气口；3、5排气口。2、4出气口分别与个执行机构活塞气缸连接，通过控
12、制2、4分别进气来控制活塞移动，进而控制阀门开关。断电时,12进气,45排气；当线圈通电时，铁芯产生电磁力,使先导阀动作，压缩空气通过气路进入阀先导活塞使活塞启动，在活塞中间，密封圆面 1.进气口 2,4出气口 3,5排气口打开通道，14进气,23排气当断电时，先导阀在弹簧作用下复位，恢复到原先状态。,工作原理,二位五通电磁阀(双控)如图所示为二位五通双控(双线圈)直动型电磁阀结构剖面图,其中1.进气口;2、4出气口；3、5排气口。2、4出气口分别与个执行机构活塞气缸连接，通过控制2、4分别进气来控制活塞移动，进而控制阀门开关。上图:左线圈失电,右线圈得电时,14进气,23排气；当左线圈得电,
13、右线圈失电时(下图),12进气,45排气.通过双线圈电磁阀控制不同的进气路来达到控制阀门的开关.,OPC电磁阀、AST电磁阀,OPC电磁阀 OPC是 Overspeed Protection Controller超速保护缩写；OPC电磁阀即超速保护电磁阀。用来汽轮机超速时关闭主蒸汽调节汽阀和再热蒸汽调节汽阀。是机组超速保护功能的执行者。OPC油管路连接了高调门、中调门的油路，但与主汽门和中主门油路不连接。机组正常运行时，OPC电磁阀关闭，切断OPC总管的泄油通道，使高/中压调节汽阀油动机活塞的下腔室能建立油压，控制作用正常。常规火电厂中当汽轮机转速升到额定转速103%时,超速保护功能启动,OP
14、C电磁阀动作,电磁阀打开后即关闭，此过程中，因油压短时泄掉，调门关下后再开启，减少进汽量，降低汽机转速使转速下降，避免转速继续升高而引起AST电磁阀动作。OPC电磁阀动作不会跳机、不会关闭高压主汽门和中压主汽门。,OPC电磁阀、AST电磁阀,AST电磁阀 AST 是Auto Stop Trip自动停机保护缩写；AST电磁阀即自动停机电磁阀，或叫危急遮断电磁阀。机组正常运行时，AST电磁阀带电，将高压油泄油通道关闭，高压油压力作用于导阀活塞，关闭主阀；使控制油压得以建立，汽阀处于正常工作状态。而当ETS接收到跳机信号后，AST电磁阀动作，失电打开一级阀，则高压油通过泄油通道泄掉，进入无压力回油。
15、危急遮断油导通泄掉，快速卸载阀因油压下降将油动机腔室内控制油泄去，从而关闭汽轮机所有进汽阀，紧急停机。,汽轮机危急跳闸系统,ETS系统 ETS即汽轮机危急跳闸系统（Emergency Trip System）简称。在常规火电厂中，它接收来自汽轮发电机组TSI系统、锅炉FSSS、DEH系统及其它设备的停机信号，触发AST电磁阀动作，关闭全部汽轮机蒸汽进汽阀门，紧急跳闸汽轮机。是汽轮机设备最重要的保护系统之一。引起ETS动作的参数有：1.超速跳闸 2.真空低跳闸 3.润滑油压低跳闸 4.EH油压低跳闸 5.轴向位移大跳闸 6.排汽温度高跳闸 7.汽机振动大跳闸 8.相对膨胀大跳闸 9.轴承金属温度
16、高跳闸,危急遮断控制块,超速保护和危急遮断是组装在一起的，统称为危急遮断控制块（见下图），安装在汽轮机前轴承箱的右侧，主要由控制块壳体、2个OPC电磁阀（常闭）、4个AST电磁阀（常开）和止回阀组成，它们均组装控制块上。采用控制块组合体优点能提高整体可靠性，正常情况下，AST电磁阀是常带电结构。OPC电磁阀不带电。两个OPC电磁阀构成并联回路，冗余配置，防止电磁阀拒动,危急遮断控制块,OPC电磁阀,AST电磁阀,压力开关,危急遮断控制块,4个AST电磁阀接成串并联布置，电磁阀1与电磁阀3并联组成的通道1与电磁阀2与电磁阀4并联组成的通道2串联，当一个通道中的任一只电磁阀打开都将使该通道跳闸；但
17、不能使汽轮机进汽阀关闭，只有当两个通道都跳闸时，才能使汽轮机进汽阀关闭，起到跳闸作用。一方面每一个通道可以分开在汽轮机运行时做在线试验，校验电磁阀、压力开关、保护回路等。另一方面大大提高其可靠性，可有效地防止“误动”和“拒动”。见下图,危急遮断控制块,OPC电磁阀结构图,OPC电磁阀内部结构图如左图所示：线圈滑芯中间有弹簧，在正常情况下，OPC电 磁阀线圈不带电，在弹簧 作用力下阀芯被下压，调 门动力油和回油不通，当 转速 大于3090rpm时，OPC电磁阀线圈带电，线 圈杆内锥形铁芯克服弹簧 力被吸上来，调门动力油 和回油 相通，调门关闭。国华宁海电厂#2机OPC电磁阀,AST电磁阀结构图,
18、AST电磁阀线圈结构如下：线圈杆中间的六角铁芯在 AST线圈带电后顶住下方 的阀芯，带动阀芯向下动 作，隔断EH动力油和回油；当AST电磁阀线圈失电后，六角铁芯无作用力，阀芯 靠油压向上动作，导致 EH 动力油和回油相通，泄油。国华宁海电厂#2机AST电磁阀,AST电磁阀动作模式,AST阀动作1,(20-2)AST,(20-1)AST,(20-3)AST,(20-4)AST,安全油,（631）ASP,（632）ASP,AST电磁阀动作模式,AST阀动作2,(20-2)AST,(20-1)AST,(20-3)AST,(20-4)AST,安全油,（631）ASP,（632）ASP,AST电磁阀动作
19、模式,AST阀动作3,(20-2)AST,(20-1)AST,(20-3)AST,(20-4)AST,安全油,（631）ASP,（632）ASP,AST电磁阀动作模式,AST阀动作4,(20-2)AST,(20-1)AST,(20-3)AST,(20-4)AST,安全油,（631）ASP,（632）ASP,ETS遮断试验电磁阀,ETS遮断试验共有3个试验块：EH油试验块，润滑油试验块和真空试验块。每个块的原理均相同。试验块组件安装在汽机机头前轴承座，由一个钢制试验块、两个压力表、两个截止阀、两个电磁阀组成，与安装在机头端子箱中的压力开关相连接。其一侧通过节流孔与系统供油管道相连，而另一侧与泄油
20、管道相连，采用双通道对称结构，当其中某个通道电磁阀动作泄油时，另一通道不受影响，系统仍具备保护功能。利用这一功能可以在线校验压力开关动作值、电磁阀是否损坏、校验保护回路是否正确等。见下图。,ETS遮断试验块,ETS遮断试验块（低真空，低EH油压，低润滑油压）局部放大图,电磁阀常见故障及处理,电磁阀常见故障及排除：1、电磁阀接线头松动或线头脱落，电磁阀不得电，可紧固线头。2、电磁阀线圈烧坏，可拆下电磁阀的接线，用万用表测量，如果开路，则电磁阀线圈烧坏。原因有线圈受潮，引起绝缘不好而漏磁，造成线圈内电流过大而烧毁，因此要防止雨水进入电磁阀。此外，弹簧过硬，反作用力过大，线圈匝数太少，吸力不够也可使
21、得线圈烧毁。紧急处理时，可将线圈上的手动按钮由正常工作时的“0”位打到“1”位，让阀门打开。另外电磁阀在长带电工作模式下也是引起线圈烧坏的重要原因，对单线圈电磁阀，它接受的是长脉冲指令，即得电动作失电复位（或反之），此类电磁阀必须能长期带电，另外在设计控制逻辑时，可尽量使它处于不常带电的工作方式，以此保护电磁阀线圈；对于双线圈电磁阀，应设计成短脉冲指令，电磁阀只在指令脉冲的瞬间得电，其余时间都处于失电状态，这样，可大大延长电磁阀的使用寿命。,电磁阀常见故障及处理,3、电磁阀卡住。电磁阀的滑阀套与阀芯的配合间隙很小(小于0.008mm)，一般都是单件装配，当有机械杂质带入或润滑油太少时，很容易卡
22、住。处理方法可用钢丝从头部小孔捅入，使其弹回。根本的解决方法是要将电磁阀拆下，取出阀芯及阀芯套，用CCI4清洗，使得阀芯在阀套内动作灵活。拆卸时应注意各部件的装配顺序及外部接线位置，以便重新装配及接线正确，还要检查油雾器喷油孔是否堵塞，润滑油是否足够。4、漏气。漏气会造成空气压力不足，使得强制阀的启闭困难，原因是密封垫片损坏或滑阀磨损而造成几个空腔窜气。在处理切换系统的电磁阀故障时，应选择适当的时机，等该电磁阀处于失电时进行处理，若在一个切换间隙内处理不完，可将切换系统暂停，从容处理。,电磁阀常见故障及处理,5、阀芯问题。故障现象1：在电磁阀所通介质压力正常的情况下，按下电磁阀红色的手动按钮，
23、电磁阀都没有任何反应（压力介质没有出现通断的变化），说明阀芯一定是坏的。处理方法：检查介质是否存在问题，如压缩空气内是否有很多积水（有时候油水分离器起的作用不是很大，特别是当管路设计不良时通到电磁阀的压缩空气会有很多积水）、所通液体介质是否有很多杂质。然后清除电磁阀及管路中的积水或杂质。如果再不行，请维修（如果你有时间有耐心而且有必要的话_）或更换阀芯，或者干脆把整个电磁阀全部换掉。故障现象2：经过检查，线圈是原配线圈而且线圈通电时磁性正常，但电磁阀依然不动作（这时电磁阀手动按钮的功能有可能是正常的），说明阀芯是坏的。处理方法：请维修或更换阀芯，或者干脆把整个电磁阀全部换掉。,电磁阀常见故障及
24、处理,6、电磁阀通电后不工作 检查电源接线是否不良重新接线和接插件的连接 检查电源电压是否正常；是否在工作范围-调致正常位置范围 线圈短路更换线圈 有杂质使电磁阀的主阀芯和动铁芯卡死进行清洗,如有密封损坏应更换密封并安装过滤器 7、电磁阀不能关闭 有杂质进入电磁阀阀芯或动铁芯进行清洗 弹簧寿命已到或变形更换 节流孔平衡孔堵塞及时清洗 工作频率太高或寿命已到改选产品或更新产品,电磁阀常见故障及处理,8、插头/插座有问题。故障现象：如果电磁阀是有插头/插座的那种，有可能出现插座的金属簧片问题（笔者就碰到过）、插头上接线的问题（比如将电源线接到接地线上去了）等原因无法将电源送到线圈中。最好养成一个习惯：插头插在插座上之后把固定螺丝拧上，线圈上在阀芯杆之后把固定螺母拧上。如果电磁阀线圈的插头配备有发光二极管电源指示灯，那么采用DC电源驱动电磁阀时即行就要接对，否则指示灯不会亮。另外，不要将不同电压等级的带发光二级管电源指示的电源插头调换使用，这样会导致发光二极管被烧毁/电源（换用低电压等级的插头）出现短路或发光二极管发光很微弱（换用高电压等级的插头）。,电磁阀故障事例,电磁阀故障事例,电磁阀故障事例,电磁阀故障事例,电磁阀故障事例,电磁阀故障事例,电磁阀故障事例,电磁阀故障事例,电磁阀故障事例,谢谢大家,
