【学术前沿】浅议先导式电磁阀出现“反流”的一种解决方法

 

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概述●

先导式电磁阀因其结构简单、动作迅速、无外漏、造价低廉等特点被广泛应用于工农业过程控制系统的自动控制，实现接通管路介质和切断管路介质的功能。由于某些特殊情况，先导式电磁阀在实际应用中经常会出现反向压力大于正向压力的情形，特别是一条主管控制多个分支管路时，会出现因相邻先导式电磁阀开启，导致其他先导式电磁阀进口压力可能低于出口压力而出现的“反流”现象，致使电磁阀丧失截止隔离功能。

本文通过分析“反流”故障模式和发生原因，提出在保持先导式电磁阀现有工作参数不变的情况下，将电磁阀的先导阀和主阀之间介质通道中的节流元件改成微型单向阀的解决方案，以较低成本解决“反流”问题。

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出现“反流”故障模式●

在设计选型时，忽略先导式电磁阀开启和关闭均需要建立规定压差，方能保证可靠的启闭和密封。由于系统工况不确定等因素，系统有时会出现反向压力大于正向压力的状态，导致先导式电磁阀出现电磁阀出口端介质从电磁阀进口端倒流的现象，称之为“反流”。同时，用先导式电磁阀控制密闭容器时，因环境温度升高等原因，也会导致密闭容器内压力升高而出现先导式电磁阀的出口端压力大于进口端压力的“反流”现象。

某装备储油系统如图1所示，当支路电磁阀关闭时，储液罐压力升高，导致支路电磁阀进口端有液体流出，出现“反流”现象，影响到装备使用。下面仅从先导式电磁阀的结构原理入手，分析出现“反流”的根本原因和解决方案。

图1 某装备储油控制系统

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出现“反流”的原因分析●

分析先导式电磁阀出现的“反流”现象，从电磁阀的结构组成和工作原理入手进行分析，以便发现先导式电磁阀的原生缺陷，进而采取有效措施予以解决。

3.1 产品结构组成及工作原理

3.1.1 结构组成

先导式电磁阀有膜片式和活塞式之分，膜片式电磁阀的主阀关闭件-主阀瓣（主阀头）采用橡胶膜片（也有采用PTFE膜片或金属膜片等）结构，通过膜片的抬升和落座实现电磁阀的开启和关闭功能。这类电磁阀一般适应系统压力等级较低，大多应用在系统介质为1.0 MPa以内的自动化系统中。

活塞式电磁阀的主阀关闭件-主阀瓣采用活塞式结构，活塞下端密封副采用滚压或硫化弹性或非刚性材料，通过活塞的抬升和落座实现电磁阀的开启和关闭功能。这类电磁阀适应系统压力等级较高，一般耐介质压力可达1.6～10 MPa或者更高。这两种电磁阀的结构和工作原理基本相同，只是主阀部分略有区别。

（1）膜片式电磁阀

膜片式电磁阀主要由不可分离的阀门本体和电磁线圈组件两大部分组成，结构如图2所示。

1.电磁线圈组件 2.阀门本体  图2 膜片式电磁阀结构示意图

电磁线圈组件部分由外壳、电缆胶套、线圈组件、上导磁套、下导磁套、螺钉、铭牌等结构组成，如图3所示。

1.密封垫 2.下导磁套 3.线圈组件 4.外壳 5.电缆胶套 6.上导磁套 7.螺钉 图3 电磁线圈组件部分结构示意图

阀门本体（图4）由阀体、阀盖、膜片组件、复位弹簧、节流元件、先导阀部分等组成，先导阀部分又包括屏蔽套管、动铁芯组件、复位弹簧等结构。

1.阀体 2.阀体进口 3.先导阀介质进口通道 4.密封圈 5.堵头 6.弹簧 7.节流元件 8.阀盖 9.密封圈 10.先导阀阀座 11.屏蔽套管 12.先导阀动铁芯组 13.复位弹簧 14.静铁芯（与屏蔽套焊接） 15.先导阀介质出口通道 16.堵头 17.密封圈 18.阀体出口 19.膜片组件 20.复位弹簧 21.手动装置（根据顾客要求加装）

图4 阀门本体部分结构示意图

（2）活塞式电磁阀

活塞式电磁阀结构与膜片式电磁阀结构基本一致，也是由不可分离的阀门本体和电磁线圈组件两大部分组成，结构如图5所示。其中电磁线圈组件部分与膜片电磁阀线圈组件部分完全一致。

1.电磁线圈组件 2.阀门本体

图5 先导活塞式电磁阀结构示意图

阀门本体（图6）由阀体、阀盖、活塞组件、复位弹簧、节流元件、先导阀部分等组成，先导阀部分也包括屏蔽套管、动铁芯组件、复位弹簧等结构。

1.阀体 2.阀体进口 3.先导阀介质进口通道 4.节流元件 5.密封圈 6.阀盖 7.堵头 8.密封圈 9.先导阀阀座 10.屏蔽套管 11.先导阀动铁芯组 12.复位弹簧 13.静铁芯（与屏蔽套焊接） 14.螺纹孔 15.先导阀介质出口通道 16.堵头 17.密封圈 18.复位弹簧 19.活塞环 20.活塞组件 21.主阀座 22.阀体出口 23.手动装置（根据顾客要求加装）

图6 阀门本体部分结构示意图

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“反流”解决方案及可行性●

根据上述原因分析，为确保现有系统的可靠运行，只需在先导阀介质进口通道上增加单向控制元件，防止反向介质从先导阀介质进口通道中流向电磁阀进口端，即可解决先导式电磁阀的“反流”问题。

为了使现有系统在最简单、最经济、不大改的情况下，满足先导式电磁阀在较大的反向压差异常工况下不会出现“反流”问题，只需将现有的先导阀介质进口通道中“节流元件”更换成微压单向阀，即可解决上述问题。

将现有先导式电磁阀的先导阀介质进口通道中“节流元件”更换成一个微压单向阀（图7）。根据上述原因分析，当反向压力或反向压差高于活塞组件和先导阀动铁芯组的上端复位弹簧刚度时，反向介质会将活塞组件和先导阀动铁芯组向上推举，此时因先导阀介质进口通道中增加了单向阀，反向介质被隔断在活塞组件上腔并形成压力腔。由于活塞组件面积远大于主阀座口面积，反向压差会将活塞组件压实在阀座上，实现了电磁阀密封功能。同时当正向压力大于反向压力时，系统介质会轻松顶开单向阀阀头，正向介质通过先导阀介质进口通道进入主阀活塞组件上腔和先导阀腔室，不会影响先导式电磁阀的正常动作。

（a）

（b）

（a）原电磁阀节流元件 （b）更改后单向阀结构

图7 原节流元件和增加的单向阀结构

--------来源于《阀门公众号》