电磁脉冲阀差动气道与喷吹性能的研究

朱德生，沈兆元，张敏忠

（上海尚泰环保配件有限公司，上海 201404）

电磁脉冲阀是脉冲喷吹袋式除尘器清灰气源的发生装置。自1957 年第一台脉冲喷吹袋式除尘器问世以来，脉冲阀也经历了半个多世纪的发展，从最早只有直角6 分阀，到目前已有直角、淹没、直通等七个系列四十多种规格。脉冲阀的各种规格除了能适应不同喷吹口径外，还可通过气管与先导阀连接，组装使用更为方便，但其喷吹性能并没有得到显著提高。由于脉冲清灰技术的广泛应用，对脉冲阀的喷吹性能提出更高的要求，峰值压力和输出压力的上升速率是决定清灰效果的两个关键指标[1，2]。

高速电磁脉冲阀改进了内部差动气道，攻克了制约脉冲阀喷吹性能的关键技术，特别是提升了其输出压力的上升速率。

1 电磁脉冲阀的开启与关闭

电磁脉冲阀由主膜片，副膜片，第一、第二节流孔，第一、第二排气孔及电磁先导部分（衔铁）组成，主膜片形成第一后气室，副膜片形成第二后气室（见图1）。当输入气源后，压缩气体通过第一节流孔和第二节流孔分别进入第一后气室和第二后气室。由于第一排气孔、第二排气孔被主膜片和副膜片封堵，第一后气室的压力使主膜片紧贴输出口，使电磁脉冲阀处于关闭状态。

图1 现有电磁脉冲阀的关闭和开启状态图

当电信号驱动电磁先导部分的衔铁移动，第二排气孔被打开，第二后气室失压使副膜片后移，第一排气孔被打开。第一后气室失压使主膜片后移，压缩气体通过输出口喷吹，电磁脉冲阀处于开启状态。

当电信号消失、衔铁复位，第二排气孔被封闭，副膜片前移，第一排气孔被封堵，第一后气室的压力使主膜片紧贴阀的输出口，电磁脉冲阀处于关闭状态。

前、后气室的压力差决定膜片的活动位置，可使电磁脉冲阀开启或关闭。因此，电磁脉冲阀也被称为差动气阀。

2 现有电磁脉冲阀存在的缺陷

脉冲清灰的原动力是电磁脉冲阀喷吹的压缩气体，电磁脉冲阀的喷吹性能对滤袋清灰效果有着直接影响。电磁脉冲阀喷吹时的峰值压力和输出压力的上升速率是影响清灰效果的重要参数。因此，提高电磁脉冲阀的开启和关闭速度是滤袋清灰的关键。

电磁脉冲阀是通过节流孔的充气、排气孔的排气实现关闭和开启。扩大节流孔径提高后气室充气速度，使电磁脉冲阀迅速关闭；扩大排气孔径使后气室迅速失压，使电磁脉冲阀迅速开启。但在排气孔排气时节流孔仍在充气，气体流向如图1 中箭头所示。节流孔持续向后气室提供气流，抵消了排气孔排气减压的速度，造成脉冲阀膜片逐步后移或前后震荡，使电磁脉冲阀逐步开启，分气箱压力逐步降低。当电磁脉冲阀全开时，分气箱压力已经降低，其峰值压力和输出压力的上升速率等指标同步下降，影响了清灰效果。

3 高速电磁脉冲阀

针对上述缺陷，本团队研发出一种高速差动控制气流通道的高速电磁脉冲阀，其由主膜片，副膜片，第一节流通道，第二节流孔、第一、第二排气孔及电磁先导部分（衔铁）组成（见图2）。

图2 高速电磁脉冲阀的关闭和开启状态图

当电信号驱动电磁先导部分的衔铁移动，第二排气孔被打开，第二后气室失压使福膜片后移。第一排气孔被打开，由于第一进气通道靠近第一排气孔，使压缩气体直接外排，第一后气室已无压力使主膜片后移，高速电磁脉冲阀迅速开启。

当电信号消失，电磁先导部分的衔铁复位。第二排气孔被封闭，第二后气室的压力使副膜片前移，封堵第一排气孔。第一后气室的压力可使主膜片紧贴在输出口。高速电磁脉冲阀又处于关闭状态。

由于高速电磁脉冲阀的差动气道作了改变。当排气孔打开后，节流通道不再充气，使阀迅速开启。为了进一步提高阀的灵敏度，研制了快速响应的电磁先导部分。同时为了减少运行中的故障，阀体内设置压缩气体的净化装置，提高了高速电磁脉冲阀的清灰效果和工作效率。

4 喷吹性能对比测试

4.1 测试装置及方法

本试验使用电磁脉冲阀性能测试装置。试验平台包括：喷吹机构和数据采集分析控制台。

其中，喷吹机构由电磁脉冲阀试验台、空压机、储气罐、分气箱、喷吹管等装置组成；数据采集分析试验台由数据采集板、各类传感器以及电脑控制台等组成。

试验时，将被测试电磁脉冲阀安装在电磁脉冲阀试验台上，在电脑控制台上设定分气箱压力和电脉冲宽度，测试系统将在电磁脉冲阀喷吹时同步记录和计算相关参数，并自动显示喷吹曲线图和数据表（见图3）。

图3 电磁脉冲阀测试曲线图和数据表

4.2 测试数据

本次试验选取了国内外品牌的3 寸淹没式电磁脉冲阀，测试的喷吹压力为0.3MPa 和0.5MPa，脉冲宽度为50ms，为减小误差，相同条件下重复试验3 次，取其平均值（见表1、表2）。

表1 测试数据（测试压0.3MPa、脉冲宽度50ms）

表2 测试数据（测试压力0.5MPa、脉冲宽度50ms）

4.3 结果分析

由表1、表2 可知，高速脉冲阀与国内外同规格电磁脉冲阀的性能对比情况如下：

输出压力上升速率一项中，在0.3MPa 喷吹压力下，新型高速阀对比国内外同规格电磁脉冲阀，性能提高了42%，最高可达552%；在0.5MPa 喷吹压力下，新型高速阀对比国内同规格电磁脉冲阀，性能至少提高81%；对比国外同规格电磁脉冲阀，性能至少提高166%，最高可达781%。

输出峰值压力一项中，在0.3MPa 喷吹压力下，新型高速阀对比国内同规格电磁脉冲阀，性能提高了2.68%，对比国内外同规格电磁脉冲阀，性能提高了至少5.93%，最多达到了45.6%；在0.5MPa 喷吹压力下，新型高速阀对比国内同规格电磁脉冲阀，性能基本持平，对比国外同规格电磁脉冲阀，性能至少提高了3.4%，最多提高26.1%。

在输出输入压力比、喷吹流量等数据对比中，新型高速阀也比现有国内外同类产品有所提高。在输出压力上升速率和输出峰值压力两项指标上优势明显。

采用高速电磁脉冲阀，可以降低滤袋清灰的压力，减少清灰的时间，减少压缩空气的用量。由于其清灰能力的提高，除尘器的运行阻力下降，降低了主风机的能耗，从而达到节能和低碳效果。

5 结语

本文介绍了新型高速低碳节能电磁脉冲阀，并将其结构的改造和性能测试参数与国内外同类产品进行了对比，得到如下结论：

（1）新型高速阀在与国内外同类产品的对比中具有优势，特别是输出压力的上升速率一项，清灰效率提高40%。

（2）经业内专家评审，高速电磁脉冲阀的清灰技术已经达到世界先进水平，并获国家发明专利（发明专利号：ZL200211238265.6）。

（3）在替代同类产品时，新型高速阀可以实行“短促脉冲”清灰，节省压缩空气，减少能耗。