Van điện từ là gì - định nghĩa và phạm vi ngắn gọn

A van điện từ là một van được kích hoạt bằng cơ điện để điều khiển dòng chất lỏng (chất lỏng hoặc khí) bằng cách chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động cơ học. Nó được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa, HVAC, điều khiển quá trình, hệ thống khí nén và thủy lực. Bài viết này tập trung vào các nguyên tắc làm việc thực tế, hành vi ở cấp độ thành phần, tiêu chí lựa chọn, tính toán hiệu suất cũng như hướng dẫn khắc phục sự cố và cài đặt thực hành.

Các thành phần cốt lõi và chức năng của chúng

Hiểu các bộ phận bên trong sẽ làm rõ cách tín hiệu điện trở thành chuyển động của van. Các thành phần chính:

• Cuộn dây (nam châm điện): tạo ra từ thông khi được cấp điện. Cuộn dây điển hình được đánh giá theo điện áp và chu kỳ nhiệm vụ.
• Pit tông/Phần ứng: lõi sắt từ di chuyển dọc trục dưới lực từ của cuộn dây.
• Lò xo: ​​đưa pít tông về vị trí mặc định (thường đóng hoặc mở) khi cuộn dây bị ngắt điện.
• Chỗ ngồi / Lỗ: giao diện bịt kín chặn hoặc cho phép dòng chảy; hình học của nó xác định hệ số dòng chảy.
• Thân và cổng: dẫn chất lỏng xử lý và nối van với đường ống. Vật liệu khác nhau (đồng thau, thép không gỉ, nhựa).
• Vòng đệm và màng chắn: đảm bảo ngắt chặt chẽ và chống lại các vấn đề tương thích với phương tiện truyền thông.

Nguyên lý làm việc - van điện từ tác động trực tiếp

Van điện từ tác động trực tiếp hoạt động bằng cuộn dây kéo pít tông trực tiếp vào lò xo để mở (hoặc đóng) đường dẫn dòng chảy. Chúng đơn giản, nhanh chóng và có thể hoạt động ở áp suất chênh lệch bằng 0. Trình tự điển hình:

• Đầu vào điện: đặt điện áp DC hoặc AC quy định vào cuộn dây.
• Từ thông: cuộn dây tạo ra từ trường; dòng từ thông tập trung qua pít tông.
• Độ dịch chuyển của pit tông: lực từ thắng lực lò xo và lực chất lỏng; pít tông nhấc khỏi ghế.
• Dòng chảy được thiết lập: môi trường chảy qua lỗ cho đến khi cuộn dây bị ngắt điện và lò xo gắn lại pít tông.

Van tác động trực tiếp thích hợp cho các lỗ nhỏ, ứng dụng chu trình nhanh và bất cứ nơi nào không thể dựa vào áp suất đường ống để vận hành giai đoạn thí điểm.

Nguyên lý làm việc - van điện từ điều khiển bằng phi công (servo)

Vận hành thí điểm van điện từs chỉ sử dụng điện từ để điều khiển một lỗ thí điểm nhỏ; van chính sử dụng áp suất hệ thống (chênh áp) để đóng hoặc mở. Thiết kế này đạt được lưu lượng lớn hơn với cuộn dây nhỏ hơn nhưng yêu cầu chênh lệch áp suất tối thiểu để hoạt động.

Trình tự cho van vận hành thí điểm thường đóng:

• Ở trạng thái nghỉ: ống/màng chính được giữ kín bởi áp suất ngược dòng; lỗ thí điểm được bịt kín.
• Cuộn dây cung cấp năng lượng: mở lỗ thí điểm một chút, cho phép xả áp suất có kiểm soát từ phía trên màng ngăn hoặc ống chỉ.
• Giảm áp suất: sự mất cân bằng áp suất làm cho màng ngăn hoặc ống cuộn chính di chuyển, mở đường dẫn dòng chính với công suất dòng chảy đầy đủ.
• Cuộn dây ngắt điện: lỗ thí điểm đóng lại, áp suất cân bằng và áp suất lò xo hoặc đường ống sẽ đóng lại van chính.

Vận hành thí điểm valves are energy-efficient for large flow rates, but will not operate below their specified minimum differential pressure (ΔPmin).

Van tỷ lệ và van điện từ phụ - điều khiển liên tục

Tỷ lệ thuận van điện từs thay đổi độ mở liên tục khi dòng điện cuộn dây thay đổi; chúng kết hợp lò xo phản hồi, cảm biến vị trí hoặc điều khiển dòng điện/điện áp và thường bao gồm bộ khuếch đại tích hợp. Chúng được sử dụng khi cần điều khiển lưu lượng hoặc áp suất thay đổi thay vì bật/tắt đơn giản.

• Tín hiệu điều khiển (analog/PWM) điều chỉnh dòng điện cuộn dây.
• Vị trí và lưu lượng của pít tông thay đổi tỷ lệ thuận; phiên bản vòng kín sử dụng cảm biến vị trí để có độ chính xác cao hơn.
• Ứng dụng: định lượng chính xác, thiết bị phòng thí nghiệm, kiểm soát áp suất theo tỷ lệ trong hệ thống thủy lực.

Tính toán dòng chảy và các phương trình chính

Các nhà thiết kế cần một cách nhanh chóng để ước tính độ sụt áp và dòng chảy qua van. Hai tham số thường được sử dụng:

• Hệ số Kv/Cv: Kv (m³/h ở mức giảm 1 bar) hoặc Cv (gallon Mỹ mỗi phút ở mức giảm 1 psi) định lượng công suất van. Sử dụng Kv của nhà sản xuất để điều chỉnh kích thước van cho lưu lượng yêu cầu.
• Phương trình lỗ (chất lỏng không nén được): Q = A · C_d · sqrt(2·ΔP/ρ) , trong đó Q là lưu lượng, A là diện tích lỗ hiệu dụng, C_d là hệ số xả, ΔP là độ giảm áp suất và ρ là mật độ chất lỏng.

Đối với chất khí, áp dụng quan hệ dòng nén hoặc sử dụng bảng Cv/Kv tương đương do nhà sản xuất cung cấp và hiệu chỉnh độ nhớt và số Reynolds khi cần thiết. Luôn đảm bảo ΔP khả dụng cao hơn ΔPmin thí điểm đối với các van vận hành thí điểm.

Bảng so sánh: tác động trực tiếp, vận hành bằng phi công và tỷ lệ