高温电磁阀的改进设计及应用

2015-12-11孙丽丽

仪器仪表用户 2015年1期

孙丽丽

（浙江永久科技实业有限公司，浙江瑞安 325200）

0 引言

高温电磁阀广泛应用于船舶重工、测试设备、加热设备、液压设备等领域，工作温度在300℃以上的导热系统中。加热装置、工业炉窑、高温吹灰、干燥设备、钢铁厂、热电厂、纺织印染、石油化工、化工设备、暖通空调、涂装设备、制药机械、电镀涂装等控制系统，如发电厂抽气管道排水系统和蒸汽的排气系统中[1]。在工业生产中,对蒸汽、导热油等进行自动控制既是生产工艺的需要,更是节能之必需。多年来,蒸汽、导热油等高温电磁阀由于存在这样那样的质量问题，不仅造成了严重的经济损失,还妨碍了生产的进行。故对阀门进行改进优化及如何应用和选型做分析，以满足各生产线的需求。

1 设计

针对高温电磁阀在自动控制系统中常常使用不久就出现咬住卡死、启闭失灵等性能不稳定的现象。在现场发现：实际上在加热循环系统时，为确保温度的稳定，高温电磁阀的运行频率高，以使阀芯和阀体内腔孔壁摩擦较严重，有纵向伤痕、外圆尺寸减小的缺陷。由于频繁的启闭，导致出现泄漏现象。分析原因发现：以导热油为热载体，利用热油循环泵强制液相循环，在闭路强制循环的系统中实际上阀的前后压差几乎为零。如选用先导式电磁阀，当阀前后压差小于接近临界压差时，更会出现不正常的频繁动作，加快阀芯磨损。针对不同的情况可有两种结构选择。对压力高且具有一定压差的生产线采用ZCG-1系列先导式电磁阀、一般情况均采用ZCG-2分步直动式电磁阀。从设计方面进行研究，设置迷宫槽，加强表面处理，增加补偿结构等。

1）旋盖和阀芯部件配合间隙配合。首先在设计过程中对阀体旋盖和阀芯之间的配合进行充分的研究和论证之后，通过用户实地试用来验证设计的数据，确定最佳的配合间隙，以达到电磁阀在常温和高温下动作正常无误，满足电磁阀寿命要求[2]。

2）在阀芯外圆的中部增设迷宫密封结构[3]，见图1，由于介质自通道流入槽腔后突然扩大，以及介质槽腔流出进入通道时突然缩小，使阻力急剧增大。一连串的大阻力迫使泄漏急剧下降。

3）对阀芯进行表面处理，提高表面硬度，使阀芯与旋盖的配合面硬度不一样。为使表面粗糙度达到镜面要求并对阀芯的外表面进行精密磨削，从而保证了阀芯和阀体孔腔的配合精度，以减少阀芯在阀腔上下移动摩擦阻力，防止在高温下频繁工作而卡住，使阀门启闭更加灵活。表面处理后可提高阀芯外圆的硬度、增强耐磨性和耐腐蚀性、延长阀门使用寿命。

4）旋盖与阀体分离。即电磁阀的阀体与旋盖分离，解决电磁阀的阀体在使用过程中长期磨损而需要更换，造成维修不便而且增加成本等问题，采用分离结构可实现快速维修[4]。延长了阀体的使用寿命，可以保证阀体长期不换的技术要求。

5）增加复位装置。分步直动式电磁阀多数采用空程开启，靠阀芯自重关闭阀门，这样压差前后为零，且在阀后压力闭合的情况下，对关阀的相应时间有一定的影响，动铁芯内阀杆上部加弹簧复位，可使动作更加可靠，见图2。

6）增加补偿结构。先导式电磁阀的阀芯外表面增设密封用沟槽，见图3。在沟槽里安装弹性环和弹性密封环。弹性密封环采用既耐高温又耐磨的材料改性聚四氟乙稀制成，镶嵌在阀芯沟槽里，利用弹性环的张力可以消除活塞间隙。因阀门在正常运行中阀芯总是在不断地上下滑动，阀芯和阀体磨损之间间隙增大，利用弹性环和弹性密封环涨力的作用，可补偿主阀的磨损，从而保证阀门长期使用不会产生故障。

图1 迷宫槽结构Fig.1 The labyrinth sealing structure

图2 复位结构Fig.2 Reset structures

图3 补偿结构Fig.3 Structure of compensation

2 生产过程控制

解决高温高压电磁阀可靠性和维修性问题，除了在设计方面考虑合理结构和适宜材质外，还要在制造工艺、检验过程中对其重要性关键件实施生产过程控制。高温高压电磁阀的加工关键过程和特殊过程包括表面处理、焊接及精加工等方面。

1）旋盖、阀塞及阀体的精加工，是电磁阀的关键件。其关键点是旋盖内孔、阀塞外圆尺寸及密封面粗糙度。阀塞的表面处理被定为关键工艺过程。由于阀塞表面硬度高，尺寸精度高，易变形，因此有必要对阀塞表面处理进行筛选。对关键件还要采取工序能力分析[5]，落实人员、设备，定点、定期进行检查，采集数据统计分析，以确保零件的加工质量。

2）电磁阀的焊接部位有阀盖与隔磁管、隔磁管与定铁芯的焊接，将原来的自熔焊改为填丝焊接，增加焊接强度，防止疲劳开裂。焊后进行耐压强度试验和气密性检验，确保焊接质量。

3）高温电磁阀的密封件一般都采用硬密封，为保证密封性能达到规定要求，必须对阀座密封面和阀芯密封件进行研磨。阀塞、阀座密封面采用配对研磨工艺，更能使密封面的粗糙度值达0.2μm以上[6]。