[发明专利]一种化工领域管道流体控制直动式电磁阀设计方法

说明书

本发明公开了一种直动式电磁阀的设计方法，该直动式电磁阀主要由阀体、弹簧、电磁线圈、动铁芯和定铁芯组成；包括以下步骤：确定电磁阀的电压、开关闭时间、外径的基本尺寸；计算电磁阀关闭时所需弹簧弹力；根据弹簧弹力设计弹簧，并对弹簧进行功能验证；计算电磁阀开启时所需电磁力；根据电磁力构建电磁阀的磁路结构并进行磁力验证。本发明适用范围广，通用性强，可以针对不同使用情况下对电磁阀响应速度需求和实际使用场所提供的电压来设计性能更加稳定的电磁阀，能够有效避免电磁阀长时间工作时引起线圈发热，造成电磁线圈烧毁以及因电磁力较大，长时间使用造成阀体密封性降低，减少设备故障率以及降低电磁阀的功耗，从而保障电磁阀的安全运行。

技术领域

本发明涉及一种直动式电磁阀设计方法，尤其涉及一种考虑电磁阀弹簧弹力和电磁力的直动式电磁阀设计方法。

背景技术

电磁阀是用电磁力来控制工业设备的自动化基础元件，在化工装置系统中起着极其重要的作用。化工生产需要针对不同回路进行精确控制来产生可控的化学反应，从而能够高效生产需要的产品，对各回路精确控制的目的是控制化工生产中的重要变量：压力、流量、液位和温度等，每个重要回路都有相应的指示仪表和报警装置来确保控制变量在工作范围内。而电磁阀是工艺流程中最常用的变量调节元件。电磁阀接受控制信号调节管路内物质的运动按设定的方式控制过程反应，因此电磁阀对化工生产有着至关重要的作用。

随着科学技术的飞速发展，化工生产对过程控制系统可靠性的要求越来越高，当前使用的电磁阀在工作状况下会出现如下问题：长时间通电会引起线圈发热，容易造成电磁线圈烧毁从而缩短电磁阀寿命的问题；电磁阀开启时由于电磁力较大，长时间使用会降低电磁阀的密封性；电磁阀开启、关闭过程的时间不能根据工业相应的实际需求而灵活设计。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种适用范围广且通用性强的直动式电磁阀设计方法。

技术方案：本发明所述的化工领域管道流体控制直动式电磁阀由阀体(3)、弹簧(5)、电磁线圈(1)、动铁芯(2)和定铁芯(4)组成；其设计方法包括以下步骤：

(1)根据电磁阀使用的场所确定其工作参数；

(2)计算电磁阀关闭时的弹簧弹力；

(3)根据弹簧弹力设计弹簧，并对弹簧进行功能验证，判断弹簧的弹力性能是否满足要求，否则对弹簧的结构参数进行重新设计；

(4)计算电磁阀开启时所需的电磁力；

(5)根据电磁阀稳定工作状态下所需的电磁力设计电磁阀的磁路结构参数，构建磁路结构并进行磁力验证，直至磁路结构符合要求，否则对磁路结构进行重新设计。

所述步骤(1)中电磁阀的工作参数包括额定电压、弹簧支撑圈数n、动铁芯质量m、工作行程x₁、开启时间t₁和关闭时间t₂。

步骤(2)中的弹簧弹力按下式计算：

其中，F_T1为弹簧压缩量为x₁时弹簧弹力；F_T2为预设的弹簧预紧力；m为动铁芯质量；v为动铁芯运动速度；t为电磁阀关闭时间；x₁为动铁芯位移；x₂为弹簧加载预紧力时的弹簧压缩量；g为重力加速度。

步骤(3)包括如下步骤：

按下式计算电磁阀关闭过程中所受最大弹力：

F_T＝-k(x₁+x₂)

式中k为弹簧劲度系数。

弹簧的劲度系数主要与弹簧的材料、弹簧丝直径、有效圈数、弹簧中径，其表达式如下：