Выбор между шаровым краном и электромагнитным клапаном зависит от конкретной задачи: шаровой кран подходит для пропускания потока с низким сопротивлением и обеспечения надежной изоляции, особенно когда он остается в одном положении в течение нескольких часов. Электромагнитный клапан подходит для компактного и быстрого электрического переключения совместимой жидкости в пределах номинального рабочего диапазона.
| Коэффициент отбора | Шаровой кран | Электромагнитный клапан |
|---|---|---|
| Рабочий механизм | Скучающий шар поворачивается на 90 градусов. | Электромагнитная катушка приводит в движение внутренний механизм — напрямую или через управляющий механизм. |
| Активация | Ручное, электрическое, пневматическое или гидравлическое. | Электрические; в некоторых конструкциях также используется давление жидкости. |
| Скорость переключения | Зависит от привода; у электрических моделей это часто занимает несколько секунд или больше. | Расписание работы многих заведений часто меняется; уточняйте время открытия и закрытия отдельно. |
| Пропускная способность | Конструкции с полным проходом обеспечивают относительно беспрепятственный путь потока. | Пропускная способность зависит от диаметра сопла и внутренних каналов; сравните Cv и Kv. |
| Работа при низком давлении | Для вращения шарика не требуется давление в магистрали. | Модели прямого действия и модели с заданным нулевым перепадом давления могут работать без перепада давления. |
| Удерживающая способность | Некоторые электрические приводы потребляют мало энергии на удержание или не потребляют её вовсе; у других же имеется нагрузка в режиме ожидания. | Обычные катушки требуют питания в включенном состоянии; конструкции с фиксацией используют импульсы. |
| Положение при потере мощности | Это зависит от привода и его схемы возврата в исходное положение при отказе. | Это зависит от того, является ли клапан нормально закрытым, нормально открытым или самоудерживающимся. |
| Чувствительность к посторонним предметам | Конструкции с полным проходом могут подходить для некоторых загрязнённых жидкостей, однако седла и полости остаются уязвимыми. | Небольшие проходные каналы и уплотнительные поверхности могут быть чувствительны к загрязнению. |
Шаровой кран с электроприводом и шаровой кран с пневматическим приводом могут вести себя совершенно по-разному, даже если у них один и тот же корпус. Привод определяет, как движется кран, и влияет на то, что произойдет в случае сбоя питания.
Для обычного управления подачей жидкости по принципу «вкл./выкл.» воспользуйтесь приведенными ниже примерами, чтобы сузить круг вариантов, а затем ознакомьтесь с техническими характеристиками клапана и привода. Приведенные расчеты и сценарии применения носят иллюстративный характер и не являются результатами полевых испытаний.
Как работают шаровые краны и электромагнитные клапаны
Шаровой кран регулирует расход за счет вращения шара с отверстием; электромагнитный клапан использует электромагнитный механизм. Привод и внутренняя конструкция определяют скорость перемещения каждого клапана, объем пропускаемой жидкости и условия эксплуатации, которым он может выдерживать.
Шаровые краны: поворот на четверть оборота
Шаровой кран открывается, когда отверстие в его шарике совпадает с трубой, и закрывается, когда шарик поворачивается на 90 градусов. Усилие поворота создается с помощью рукоятки или привода.
Чаще всего встречаются две конфигурации внутреннего диаметра:
- Полный порт: Диаметр отверстия примерно соответствует внутреннему диаметру подсоединяемой трубы, что позволяет снизить потери давления. Руководство компании ZECO по шаровые краны с полным проходом объясняет эту конфигурацию отверстия.
- Уменьшенный порт: Отверстие имеет меньший диаметр, что позволяет снизить стоимость и размеры изделия, одновременно увеличивая степень ограничения потока.
Обе конфигурации приводят к некоторой потере давления. Проверьте указанный в технических характеристиках коэффициент пропускной способности, чтобы убедиться, что клапан способен пропускать необходимый вам расход; одного размера присоединения для этого недостаточно.
Ан электрический шаровой кран использует электродвигатель, тогда как пневматический привод работает на сжатом воздухе. Их скорость, пределы нагрузки и поведение при сбое питания могут существенно различаться.
Электромагнитные клапаны: прямое или поддавное управление
Электромагнитный клапан использует магнитное поле для перемещения плунжера или другого внутреннего элемента. В конструкции прямого действия это перемещение непосредственно приводит в действие пропускное отверстие; в конструкции с пилотным управлением оно управляет небольшим каналом, который способствует перемещению основного уплотнительного элемента.
Компания Bürkert различает электромагнитные клапаны прямого действия и клапаны с сервоусилением в зависимости от способа использования магнитной силы и давления жидкости. Для правильной работы многим клапанам с пилотным управлением требуется минимальный перепад давления между входом и выходом.
Клапан может подходить по размеру к трубе и иметь нужное напряжение, но при этом не открываться должным образом в резервуаре с самотечным питанием. Решить эту проблему поможет клапан прямого действия или клапан с нулевым перепадом давления, подобранный в соответствии с техническими требованиями, при условии, что он обладает достаточной пропускной способностью.
Сравните технические характеристики, влияющие на работу вашей системы
Начните с пропускной способности, перепада давления, времени срабатывания, энергопотребления и положения при отказе. Эти технические характеристики позволяют определить, подходит ли конкретный клапан для данной задачи. Утверждения о том, что одна серия клапанов всегда быстрее, мощнее или надежнее, не учитывают слишком много факторов.
Расход и перепад давления
Шариковый кран с полным проходом часто подходит для применений, где приоритетными задачами являются поддержание расхода и ограничение перепада давления. Для любого из этих типов кранов следует использовать Cv или Kv для сравнения фактической пропускной способности.
Эти коэффициенты характеризуют объем жидкости, который клапан может пропустить в определенных условиях. Эти величины не являются взаимозаменяемыми, поэтому следует соблюдать единообразие единиц измерения.
Рассмотрим упрощенный пример водотока без кавитации:
Падение давления в psi ≈ (расход в галлонах США в минуту ÷ Cv)².
Предположим, что вашей системе требуется 10 галлонов в минуту:
- Клапан с коэффициентом Cv = 5 создает перепад давления примерно 4 psi.
- Клапан с коэффициентом Cv = 10 вызывает падение давления примерно на 1 psi.
Эти расчётные значения иллюстрируют разницу; они не являются рейтингами конкретного изделия. Два клапана с одинаковыми трубными соединениями могут иметь совершенно разную пропускную способность.
Используйте методику расчета размеров, рекомендованную производителем, с учетом конкретной рабочей среды и условий эксплуатации. Калькулятор Cv компании Swagelok учитывает такие параметры, как рабочая среда, давление на входе и выходе, а также температура. Для работы с газами, вязкими жидкостями и в условиях кавитации требуется более сложный подход, чем в приведенном выше примере с водой.
Рабочее давление и минимальный перепад давления
Уточните как номинальное давление, так и требуемый перепад давления на клапане. Клапан может быть рассчитан на максимальное входное давление, но все равно не сработает, если разница между входным и выходным давлением слишком мала.
Рассмотрим резервуар, который постепенно опорожняется. Электромагнитный клапан с пилотным управлением может нормально работать, пока резервуар полон, но затем его работа становится нестабильной, когда перепад давления опускается ниже установленного минимального значения.
Моторизованному шаровому клапану этот перепад давления для поворота не требуется. Тем не менее, ему по-прежнему необходим достаточный крутящий момент привода, чтобы преодолеть фактическое давление, трение в седле и условия технологического процесса.
Обе серии включают в себя специализированные изделия, предназначенные для работы под высоким давлением, поэтому шаровой кран не обязательно будет иметь более высокие номинальные параметры. Сравните точные номинальные значения давления и температуры, допустимый перепад давления, а также ограничения по направлению потока.
Скорость переключения и гидравлический удар
Многие электромагнитные клапаны подходят для быстрого переключения, тогда как время хода электрических шаровых кранов может значительно варьироваться. Самый быстрый вариант целесообразен только в том случае, если это допускают условия вашего технологического процесса и конфигурация трубопроводов.
Например, в техническом паспорте привода шарового крана LR24A-SR компании Belimo указано время хода 90 секунд для перемещения на 90 градусов. Этот привод нельзя использовать в процессе, где требуется полный ход за несколько секунд.
В трубопроводе для жидкости резкие изменения расхода могут привести к гидравлический удар, что приводит к скачку давления, создающему нагрузку на трубопроводы и компоненты. К этому может привести быстро закрывающийся электромагнитный клапан. То же самое может произойти при быстром срабатывании ручного или пневматического шарового клапана.
The Рекомендации Университета Флориды по вопросам гидравлического удара в ирригационных системах объясняет, как резкие изменения расхода приводят к возникновению волн давления. В нем рекомендуется выбирать трубы, способные выдерживать рабочее давление с учетом ожидаемого гидравлического удара и температурных воздействий.
Более медленное закрытие может помочь, но общее время хода привода не дает точного представления о том, как изменяется расход вблизи положения полного закрытия. В руководстве компании Bürkert по борьбе с гидравлическим ударом также описаны конструкции электромагнитных клапанов, в которых для снижения этой проблемы используется плавное закрытие мембраны.
В случае установки, чувствительной к гидравлическим ударам, необходимо комплексно проанализировать особенности закрытия клапанов, скорость потока, длину трубопровода и меры по предотвращению гидравлических ударов.
Потребляемая мощность и время удержания
Обычные электромагнитные клапаны, как правило, требуют постоянного электропитания в включенном состоянии. Некоторые шаровые краны с электроприводом перестают потреблять энергию после достижения заданного положения, хотя системы управления, нагреватели или другие компоненты могут по-прежнему потреблять электроэнергию.
В руководстве компании Hunter по соленоидам с фиксацией в положении «DC» поясняется, что контроллер, работающий от батареи, посылает короткий импульс для приведения соленоида в действие. Таким образом, конструкция с фиксацией в положении не подчиняется обычному правилу непрерывного питания катушки.
В указанном выше приводе Belimo указано энергопотребление в режиме покоя на уровне 0,4 Вт, которое необходимо учитывать при расчете энергопотребления, даже если двигатель не вращается.
Гипотетическая катушка мощностью 8 Вт, работающая непрерывно в течение 24-часового суток, потребляет:
8 × 24 ÷ 1 000 = 0,192 кВт·ч в день.
Умножьте эту величину на фактическое количество рабочих дней и тариф на электроэнергию. Затем при сравнении альтернативных вариантов учитывайте энергию, затрачиваемую на включение-выключение оборудования, и нагрузку в режиме ожидания. В случае пневматических систем учитывайте затраты на подачу сжатого воздуха.
Положение при потере питания и работа в режиме обеспечения безопасности
Укажите, должен ли поток остановиться, продолжиться или остаться без изменений при сбое питания. Само по себе название клапана не гарантирует такого поведения.
Обычный нормально закрытый электромагнитный клапан предназначен для закрытия при отключении питания; нормально открытый вариант — для открытия. Оба варианта должны работать в пределах установленных условий эксплуатации, а загрязнение или механические неисправности могут помешать выполнению предусмотренного действия.
Соленоид с фиксацией положения может оставаться в последнем состоянии. Стандартный электрический привод также может оставаться в том же положении при отключении питания.
Если шаровой кран должен переместиться в заданное положение при отказе, необходимо выбрать соответствующий привод с пружинным возвратом или привод с накопленной энергией. Проверьте поведение всей сборки в случае сбоя электропитания, потери управляющего сигнала и потери сжатого воздуха (если применимо).
При аварийном отключении необходимо проверить наличие требуемых разрешений и работоспособность системы. Сам по себе термин “нормально закрытый” не является сертификатом безопасности.
Подберите клапан с учетом типа рабочей среды и плана технического обслуживания
Химическая совместимость, загрязнение, температура и доступность для технического обслуживания могут оказывать более сильное влияние на срок службы, чем выбор между шаровым и соленоидным механизмами. Проверьте все компоненты, контактирующие с рабочей средой, включая седла, уплотнения, мембраны и внутренние металлические детали.
Наличие корпуса из нержавеющей стали не означает, что клапан автоматически подходит для всех химических веществ. Материалы EPDM, NBR, FKM и PTFE имеют разные предельные значения, а их совместимость может меняться в зависимости от концентрации и температуры.
Обзор компании ZECO по материалы седла шарового крана является полезной отправной точкой для сравнения вариантов с мягким седлом. Сверьте выбранный класс с номинальными значениями давления и температуры для всего клапана, а также с химическим составом используемой жидкости.
Загрязнённая вода создаёт иную проблему. Небольшие пилотные каналы соленоида могут забиваться, а частицы, попавшие на уплотнительную поверхность, могут привести к утечке. Подходящий фильтр-сетчатка может помочь, но он сам по себе вызывает падение давления и требует очистки.
Шариковые краны с полным проходом могут работать с некоторыми жидкостями, содержащими частицы, однако абразивные твердые частицы могут повредить седла, а в полостях корпуса может скапливаться материал. Для них по-прежнему требуется план технического обслуживания, даже если в описании продукта они называются “самоочищающимися”.”
Для шламов, вязких жидкостей или гигиенической обработки следует заказать конструкцию, специально предназначенную для этих целей. Клапан общего назначения может оказаться неподходящим независимо от его механизма действия.
Перед покупкой я бы проверил, обеспечен ли доступ для технического обслуживания. Необходимо оставить достаточно места для обслуживания змеевика, привода, уплотнений и расположенного рядом сетчатого фильтра, чтобы не пришлось демонтировать большой участок трубопровода.
Выберите режим работы вашей системы
Компактный соленоидный клапан часто подходит для частого переключения чистой жидкости, тогда как шаровой клапан с полным проходом и приводным механизмом — для отсечки с минимальной потерей давления. Выбор может зависеть от того, как долго клапан остается открытым и как часто он срабатывает.
Небольшой прибор, который часто переключается
Электромагнитный клапан — это разумный выбор в тех случаях, когда для оборудования требуется быстрое и многократное включение/выключение подачи чистого воздуха или совместимой жидкости. Уточните время отклика, номинальную частоту циклов, режим работы катушки и допустимый перепад давления.
Предположим, что оборудованию требуются короткие импульсы подачи воздуха. Компактный направляющий электромагнитный клапан может обеспечить соблюдение требований к синхронизации и направлять или выпускать воздух в соответствии с потребностями.
При дозировании жидкости одно лишь быстрое переключение не гарантирует точность дозы. На подаваемый объем также влияют колебания давления, расход, а также задержки при открытии и закрытии.
Водопровод, который остается открытым в течение нескольких часов
Моторизованный шаровой кран с полным проходом стоит рассмотреть в тех случаях, когда водопроводная линия остается открытой в течение длительного времени и потеря давления имеет значение. При необходимости укажите сертификацию для питьевой воды, подходящий класс защиты корпуса и желаемое положение при отключении питания.
Чтобы получить информацию об услугах по снабжению питьевой водой в США, ознакомьтесь с Требования Агентства по охране окружающей среды США (EPA) к безсвинцовым сантехническим системам а также сертификацию изделия. Для труб, фитингов и арматуры, на которые распространяется данное требование, термин “бессвинцовый” означает средневзвешенное содержание свинца не более 0,25% на всех поверхностях, контактирующих с жидкостью. Это требование не зависит от номинального давления клапана; оно не применяется в том же смысле к исключенным из-под действия данного требования изделиям, используемым исключительно для систем, не предназначенных для питьевой воды.
Для систем орошения также стоит обратить внимание на специально разработанные электромагнитные мембранные клапаны. Они могут быть оснащены совместимыми системами управления и обеспечивать необходимую пропускную способность, а модели с фиксацией положения подходят для некоторых установок, работающих от батарей.
Проверьте также интерфейс управления. Выход контроллера орошения может не обеспечивать непосредственное управление моторизованным приводом, даже если их номинальные напряжения кажутся схожими.
Процесс, при котором поток перенаправляется каждые 10 секунд
При частом переключении перед выбором той или иной серии клапанов необходимо проверить схему подключения, поведение при переходе и режим работы привода. Само по себе трёхходовое соединение не даёт представления о том, как изменяется поток между выходами.
Если команда меняется каждые 10 секунд, узел выполняет 360 переходов в час. Привод, на одно движение которого уходит несколько секунд, может провести значительную часть этого часа в рабочем режиме.
Проверьте, не перекрывает ли клапан на короткое время оба выхода или не соединяет ли их во время хода. Это имеет значение, если насос не допускает перекрытия нагнетания или если два потока должны оставаться разделенными.
Этим требованиям может соответствовать подходящий электромагнитный клапан или пневматический шаровой клапан в сборе. Также подойдет электропривод, если его скорость, номинальное количество циклов и пределы нагрузки соответствуют условиям эксплуатации.
Что нужно предоставить поставщику перед размещением заказа
Предоставьте поставщику условия эксплуатации и требуемые характеристики управления, чтобы он мог подобрать клапан и привод. Укажите следующие сведения, а также размер трубы и напряжение:
- Определите, о какой жидкости или газе идет речь, их концентрацию и вязкость, а также возможные примеси.
- Укажите предельные значения температуры жидкости и окружающей среды.
- Укажите минимальное и максимальное давление на входе, давление на выходе, а также ожидаемые переходные процессы.
- Укажите требуемую пропускную способность и допустимый перепад давления.
- Определите режим включения/выключения, переключения или модулирующего управления, а также требуемое время открытия и закрытия.
- Укажите количество переходов в час, время работы и длительность удержания.
- Укажите требуемое положение после отключения питания, сигнала или подачи сжатого воздуха.
- Проверьте соединения, направление потока, ориентацию, напряжение, интерфейс управления и пространство для обслуживания.
- Определите применимые требования к питьевой воде, газу, зонам повышенной опасности, контакту с пищевыми продуктами или иные требования к сертификации.
После того как вы подберете подходящие варианты, сравните стоимость установки. Учтите расходы на прокладку кабелей, системы управления, фильтрацию, подачу воздуха, энергопотребление, запасные части и трудозатраты на техническое обслуживание. Более дешевый клапан может обойтись дороже в эксплуатации и обслуживании, если он плохо подходит для конкретных условий работы.
Часто задаваемые вопросы о выборе клапанов
В некоторых системах один тип клапана можно заменить другим, однако заменяющий клапан должен соответствовать тем же требованиям к расходу, давлению, управлению и отказоустойчивости. Срок службы и возможность регулирования расхода также зависят от конкретной конструкции.
Может ли электромагнитный клапан заменить шаровой клапан?
Да, если он соответствует требуемой пропускной способности, диапазону давления, совместимости с рабочей средой, функции управления и поведению при отказе. Одного лишь соответствия размера резьбы недостаточно.
Также следует учитывать необходимость изоляции для проведения технического обслуживания. Клапан с электрическим приводом может не обеспечивать ручную изоляцию с возможностью блокировки, требуемую вашими процедурами.
Какой клапан служит дольше?
Ни одна из серий клапанов не обладает универсальным преимуществом в плане срока службы. На этот показатель влияют такие факторы, как загрязнение, температура, давление, частота переключений, условия монтажа и техническое обслуживание.
Запросите информацию о ресурсе в сопоставимых условиях. В случае автоматизированного шарового крана следует оценивать привод и корпус крана в комплексе; любой из этих элементов может ограничить срок службы узла.
Могут ли эти клапаны регулировать расход?
Специализированные модели могут регулировать расход, однако обычные модели с режимом «вкл./выкл.» не следует считать пригодными для непрерывного регулирования расхода. A Шаровой кран с V-образным проходом с соответствующим модулирующим приводом или пропорциональным электромагнитным клапаном может подойти для этой задачи.
Убедитесь в возможности регулирования, предельных значениях перепада давления и требуемом диапазоне расхода. Простое оставление стандартного шарового крана частично открытым не делает его регулирующим клапаном, подобранным по размеру.
Могут ли шаровой кран и электромагнитный клапан работать вместе?
Да. Электромагнитный клапан может направлять сжатый воздух к пневматическому приводу, который приводит в действие шаровой кран.
Данная конструкция сочетает в себе электрическое управление и пневматический привод. Для всего узла по-прежнему требуется согласованный подбор размеров, соответствующее качество сжатого воздуха и заданное положение при отказе.
Выберите условия эксплуатации
Если вам требуется компактное и быстродействующее переключение совместимой жидкости, выберите электромагнитный клапан; если же приоритетными требованиями являются пропускная способность, герметичность и длительное удержание положения, остановите свой выбор на шаровом клапане с приводом. Затем сверьте фактические технические характеристики изделия с требованиями вашей системы.
Прежде чем сравнивать цены, я бы записал требуемый расход, доступный перепад давления, частоту переключения и желаемое положение при сбое. Используя эти требования, отсейте неподходящие узлы, а затем убедитесь, что оставшиеся варианты можно установить в имеющемся пространстве.
При проведении окончательного сравнения держите эту спецификацию под рукой рядом с техническими паспортами продукции.
