先导式电磁隔膜阀的设计

　　介绍了一种新型先导式电磁隔膜阀的结构设计，提出了解决易泄漏、易堵塞、停电打不开等问题的设计思路，论述了影响电磁阀响应时间的关键部件的设计计算方法。

　　1、概述

　　电磁阀在我国工业自动控制方面应用较广，在国外的节水灌溉领域都应用电磁阀对管路供水进行智能控制。由于农业灌溉用水量比较大，电磁阀一般都选用先导式电磁阀。目前市场上的先导式电磁阀连接先导孔和阀门进口需要其他管路，因此结构复杂，漏点多。另外，先导式电磁阀不能在停电的情况下打开，在特定的场合会给用户带来一定的损失或不便。而且先导式电磁阀只有全开和全关两种状态，不能调节阀门的流量。根据实际工况条件，设计了一种先导式电磁隔膜阀。

　　2、结构特点

　　先导式电磁隔膜阀由阀体、阀盖、阀芯(带隔膜) 、弹簧、电磁阀、排气嘴和过滤网等组成(图1) ，阀芯包括隔膜、阀杆、密封垫和流量控制件等。排气嘴与电磁阀安装在阀盖上，阀杆上安装有手轮和不锈钢针，过滤网安装在阀杆的下端。阀门的密封副由阀芯上的密封垫与阀座组成，阀门的上下腔之间由隔膜隔断密封。电磁阀作为辅阀，其密封副由电极和嵌在上盖的电磁阀座组成。阀杆通道、阀盖通道和阀体上的排水口组成一个先导通道。

图1 先导式电磁隔膜阀

　　2.1、隔膜

　　在阀门的上下腔之间用隔膜进行密封。由于水的粘度低，易泄漏，若靠主阀芯与阀套的间隙密封很难保证密封性能，而在阀芯上加密封圈则会使阀芯的摩擦阻尼过大，阀的动态性能难以达到要求。将隔膜与阀芯装夹在一起，可有效的隔离阀芯之间的上腔与下腔，而且不影响阀门的性能。另外将隔膜作为上下腔之间的密封件，可将作用在隔膜两面的压力差信号放大，提高阀门对微小压差的敏感性，提高阀门的响应速度和稳压精度。真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为利用隔膜上下的压差来打开阀门，防止在背压的情况下，阀后的水倒流引起管网的水交叉污染。

　　2.2、弹簧

　　选用钢制螺旋压缩塔形弹簧控制阀门的开关。塔形弹簧对隔膜传递的压力具有较好的灵敏度和弹性系数，弹簧的压缩量变化率随着压力的增加而减少，小载荷时刚性较低，随着载荷的增加，刚性增加。塔形弹簧体积小，吸收冲击的能力高，特别适用于空间受限制而又承受较大载荷的场合，具有较好的缓冲控制功能。

　　2.3、阀杆

　　与先导孔连接的通道设计在阀杆上，放弃在阀体外安装连接管路的结构形式，结构紧凑、漏点少。在阀杆上端加装手轮，可以通过手轮来调节流量的大小。在阀杆下端安装过滤网，防止杂质进入堵塞先导孔引起阀门失效。

　　2.4、阀盖

　　在阀盖上安装排气嘴(手动开关) ，在停电的情况下，打开排气嘴，从隔膜上方泄压，阀门打开。

　　2.5、关闭时间

　　电磁阀断电后，阀门会在数秒种内关闭，不会因为关闭不及时造成施药过多等不良的后果。

　　3、工作原理

　　先导式电磁隔膜阀是常闭阀。当管路中没有水时，在弹簧力的作用下，阀门处于关闭状态。在电磁阀的电源没接通时，当阀门的进口进水，在水压的作用下，阀芯密封垫与阀座脱离，此时，阀门出口排水。同时，由于阀杆上的通道，隔膜上方也有水压，隔膜上下的压力是一样的，此时在弹簧力的作用下，隔膜下移，阀门关闭，阀门出口水流停止(图2a) 。当电磁阀的电源接通时，在电磁力的作下，电极上移，先导孔打开，阀盖上部的水通过排水口流出，此时隔膜上部的压力下降，隔膜上移，阀门打开，阀门正常供水(图2b) 。

图2 先导式电磁隔膜阀工作原理

　　当再次切断电源时，电极下移，先导孔关闭，隔膜上方的压力又与进水压力相同，阀门关闭。当打开排气嘴时，一部分水就从排气嘴流出，隔膜上方压力降低，隔膜上移，阀门打开。

　　阀杆中间有一根不锈钢针，阀杆底部嵌有不锈钢的流量控制件，可以让水流缓慢的流到隔膜上部，避免阀门开启和关闭的幅度过大，造成阀门的作用周期变短。阀杆上安装有手轮，控制阀门的开度，从而控制阀门的流量。阀杆的下端安装有过滤网，适用于施肥和施药等粉剂溶液的工况。过滤网可以防止杂质堵塞先导孔而导致阀门开闭失效。先导式电磁隔膜阀与输水管路的连接(图3) 简单方便。

图3 先导式电磁隔膜阀安装图

　　5、结语

　　先导电磁隔膜阀由电磁阀作为辅阀控制主阀的开闭，能够实现阀门远程自动控制的目的，其能耗低，反应灵敏，结构紧凑，安装简单，质量轻，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为通过阀门的流量可以手动调节，在水质较差的情况下能够正常使用，在背压的情况下能够防止阀后水倒流，在停电的情况下可以通过手动方式打开。先导电磁隔膜阀应用于农业、水利和公共环境等多个领域，实现了用水的自动控制，不仅节约了人工，还可以合理地对水资源进行调配，避免造成水资源的浪费。随着智能节水灌溉项目的推进和经济水平的进一步提高，先导电磁隔膜阀将得到越来越多的应用。