分析中國電磁閥技術的新發展

電磁閥作為自動化儀表的一種執行器，近年來用量急劇上升。本文分析了電磁閥的主要特點，并側重應用的角度對國內成熟技術的發展動態作簡要綜述，分別在精簡化、智能化、通用化、專用化方向作了考察，并略對影響電磁閥技術發展的社會因素作點探討。 　　一、電磁閥的主要特點 　　(1)外漏堵絕，內漏易控，使用安全。內外泄漏是危及安全的要素。其它自控閥通常將閥桿伸出，由電動、氣動、液動執行機構控制閥芯的轉動或移動。這都要解決長期動作閥桿動密封的外泄漏難題；唯有電磁閥是用電磁力作用于密封在隔磁套管內的鐵芯完成，不存在動密封，所以外漏易堵絕。電動閥力矩控制不易，容易產生內漏，甚至拉斷閥桿頭部；電磁閥的結構型式容易控制內泄漏，直至降為零。所以，電磁閥使用特別安全，尤其適用于腐蝕性、有毒或高低溫的介質。 　　(2)系統簡單，便接電腦，價格低謙。電磁閥本身結構簡單，價格也低，比起調節閥等其它種類執行器易于安裝維護。更顯著的是所組成的自控系統簡單得多，價格要低得多。由于電磁閥是開關信號控制，與工控計算機連接十分方便。在當今電腦普及，價格大幅下降的時代，電磁閥的優勢就更加明顯。 　　(3)動作快遞，功率微小，外形輕巧。電磁閥響應時間可以短至幾個毫秒，即使是先導式電磁閥也可以控制在幾十毫秒內。由于自成回路，比之其它自控閥反應更靈敏。設計得當的電磁閥線圈功率消耗很低，屬節能產品；還可做到只需觸發動作，自動保持閥位，平時一點也不耗電。電磁閥外形尺寸小，既節省空間，又輕巧美觀。 　　(4)調節精度受限，適用介質受限。電磁閥通常只有開關兩種狀態，閥芯只能處于兩個極限位置，不能連續調節，(力圖突破的新構思不少，但還都處于試驗試用階段)所以調節精度還受到一定限制。電磁閥對介質潔凈度有較高要求，含顆粒狀的介質不能適用，如屬雜質須先濾去。另外，粘稠狀介質不能適用，而且，特定的產品適用的介質粘度范圍相對較窄。 　　(5)型號多樣，用途廣泛。電磁閥雖有先天不足，優點仍十分突出，所以就設計成多種多樣的產品，滿足各種不同的需求，用途極為廣泛。電磁閥技術的進步也都是圍繞著如何克服先天不足，如何更好地發揮固有優勢而展開。 　　二、電磁閥技術的發展簡介更多電磁閥技術 　　2.1、精簡化方向的發展至精必至簡，唯有簡單的才能長久流傳。這也是科學家和工程師的永久追求。 　　(1)簡化控制回路以往的執行器大量采用氣動和電動的控制回路，這增加了系統的復雜性，而先導型電磁閥則在閥內形成利用工作介質自身的控制回路，結構甚為簡單。過去國內外電磁閥多項技術參數還受限制，現在國內電磁閥通徑已擴展至30Omm；介質溫度低至200℃，高至450℃；工作壓力從真空到25MPa。動作時間從十幾秒到幾毫秒。這些技術的新發展已完全可以取代原有體積龐大價格昂貴的兩位控制的快速切斷閥和氣動開關閥，電動開關閥，也能部分取代連續調節的氣動、電動調節閥。(怎樣才能更好地滿足調節精度要求，下文還要述及)。國外的紡織、輕工、城建等行業已大量改用電磁閥，而冶金、化工等行業則率先在輔助系統中使用越來越多的電磁閥。 　　國內自控專業技術人員已越來越多地關注電磁閥了。 　　(2)簡化管路系統自動控制閥工作時在管路上還須配用一些輔助閥門和管件。例如圖1所示的隔離旁路是典型的安裝方法，須配三個手動閥，其中手動閥1是旁路閥，手動備用。而手動閥2和3是隔離閥，保證自動控制閥5的在線維修。當然還得配兩只三通4和活接頭6。這種管路系統所占空間大，安裝又費時，還容易泄漏。ZDF系列多功能電磁閥巧妙地省去了這些外加的附件仍具有隔離旁路的功能，因而榮獲日內瓦國際新技術金質獎。自動控制閥的前面需加裝過濾器。多個自控閥聯合使用還常需安裝單向閥以防管道之間的干擾。現在，單向電磁閥、組合電磁閥和帶過濾的電磁閥都已在簡化管路方面發揮了作用。 　　(3)簡化閥門結構和工藝電磁閥屬于原理和結構都簡單的自動控制閥，但還要進一步簡化。家電行業洗衣機、電冰箱所配的電磁閥，其零部件的結構和工藝都適合于大批量生產。普通電磁閥線圈部件已采用塑料封裝，減少引出線斷裂的故障，同時易實現防水、防爆等防護要求。閥體、閥蓋等部件都已采用精密鑄造，鍛造等工藝，工程塑料電磁閥也已批量上市。國內防爆電磁閥已不只是隔爆型，還有澆封型、本安型。高壓和高溫的電磁閥也出現了簡化了結構和工藝。 　　2.2、智能化方向上的發展這主要是指電磁閥如何與智能儀表更好配合，去提高系統的控制精度和可靠性。一般認為位式調節難以達到很高精度，然而在好多場合采用恰當的方式卻可以達到所需的相當高精度，而大大節省了成本更多電磁閥技術 　　(1)雙聯組合電磁閥。這是一種不同大小的電磁閥組合在一起。大量使用的加油機對油的計量精度高達0.02%，都采用雙聯電磁閥。大閥開啟，使得加油在較短的時間內接近完成；然后大閥關閉，由小閥補充保證流量精度。此項技術國外已應用多年，產品由世界著名的電磁閥專業公司ASCOHoneywell等公司制造。現在本公司生產雙聯電磁閥已達到進口產品的指標，還有獨特的性能。順便指出國內油庫大流量的計量還在引進或仿造國外的結構較復雜、性能欠穩定的多段關閉閥，這種產品并非世界著名的專業公司所制，因為市場需求量沒達到足以引以他們的興趣。實際上我們的油庫采用國內生產的大流量的雙聯組合閥，效果會好得多。雙聯組合閥還常用來控制溫度、壓力、液位等參數。大閥保證基礎量，小閥提供補償量。在參數相對穩定的系統中，這種位式控制能達相當高精度。好些參數變化較大的系統，變化的速率仍受一定制約，例如溫度控制系統，仍受熱慣性的影響。所以運用得當的雙聯組合閥在滿足控制要求的前提下相對于調節閥能大幅降低成本。 　　(2)三位電磁閥與數字閥三位電磁閥的閥芯有三個工作位置，平時不通電，處于微啟狀態，閥門提供初始流量；給一種電信號，電磁閥全開，提供大流量；給另種電信號，閥門關閥。 　　閥門還帶有手動裝置，使得長期關閥時也不需耗電。三位電磁閥可視為一種結構更為緊湊的雙聯電磁閥，它很方便地實現三位調節，得到了很多應用。ZDF多功能電磁閥進一步的思路是n個大小成一定比例的電磁閥組成2n種流量，類似于數字電路稱這種組合閥為數字閥。實際上兩個大小不同的雙聯閥或三位閥就可產生24=16或32=9種流量，已經能達非常高的精度。從原理上說，它與工控計算機配套具有優勢，但由于應用領域還沒有提出大量的需求，這項技術尚處于試驗階段。 　　(3)自保持型電磁閥自保持型電磁閥就是只需瞬間通電即完成閥門開關動作，閥芯位置不需電來保持。它的優點在于節約能源尤其是用電池作電源的場合，而且可不考慮溫升，從而線圈壽命長，在高低溫、防爆等場合有較高安全性。常見的有機械式保持和永磁體保持，又分雙線圈和單線圈，以單線圈磁保持結構最為簡單。它是以改變直流電源極性改變對應閥門開關的兩種狀態。這種電磁閥單獨安裝線圈外部接線需加轉換開關，而與智能儀表配套則十分方便。IC卡預收費煤氣表和水表所配的電磁閥是儀表成敗的關鍵之一，其中的自保持技術又是電磁閥的成敗的重要因素，國內的自保持電磁已日趨成熟，本公司已為多家智能表廠提供配套。 　　2.3、通用化方向上的發展電磁閥應用十分廣泛，而使用時情況卻千差萬別，增強通用性能降低制造、購銷、存貯、安裝、維護的成本，近年來這方面邁出了大步。 　　(1)響應時間可調給出電信號到閥芯動作完成的時間稱為響應時間。不同場合希望開關速度不同，有四種組合：快開快關用于快速反應系統；快開慢關用于防止水錘；慢開快關用于緩啟急斷；慢開慢關一一用于平穩過渡。ZDF多功能電磁閥可方使地調整于任一狀態，應用十分靈活。 　　(2)擴展介質適用范固。電磁閥與其它自控閥不同在于介質粘度適用范圍較窄，所以空氣、水、蒸汽、油等介質對于先導型電磁閥其結構參數是不同的；一般地說是不能通用的。而ZDF多功能電磁閥只用一顆小螺釘，卻做到了氣、水、油的通用，而且還使油的粘度適用范圍大大加寬，深受歡迎。 　　(3)開度可調與于動兼窯電磁閥在使用時常常還希望它兼具手動功能，作為停電或故障時備用。更多電磁閥技術一般手動裝置只能手動開閥或手動關閥，二者齊備的稱完全手動。手動裝置還能對閥門開度進行預置，一般手動只能對閥的最大或最小開度進行預置，而完全手動能分別對最大或最小開度進行預置。ZDF多功能電磁閥屬完全手動類。其它型號電磁閥根據需要可帶簡單的一般手動裝置。 　　2.4、專用化方向上的發展近年來電磁閥的銷量已超過了調節閥，主要是各種專用電磁閥的需求量劇增。下面按介質類別分別予以介紹： 　　(1)燃氣電磁閥由于我國燃料結構的調整，氣體燃料的比重不斷上升，燃氣電磁閥需求也不斷增長。燃氣有天然氣、工業煤氣、城市煤氣、液化石油氣等好多種，所含雜質及腐蝕情況各異，對閥的要求也不一樣。而且，壓力等級差別很大，壓縮天燃氣高達21～25Mpa，而燃氣具壓力又低至2Kpa。我國都分別已有成熟產品。本公司的CE系列燃氣電磁閥已出口歐盟。值得一提的是雙燃料機動車在我國隨環保法規的健全而不斷推廣，12個城市已改裝了數萬輛汽車，現在還多是選用成套進口的燃供裝置，其中的電磁閥也隨著配套進口。實際上這些電磁閥也并非國外電磁閥專業公司生產，性能測試結果并不全部符合我國燃氣行業有關技術標準。本公司已經有了更可靠更價廉的專用電磁閥，正在逐步取代進口電磁閥。 　　(2)蒸范電磁閥蒸汽電磁閥首先要解決耐高溫的難題，其密封材料，導電和導磁材料都要特別選擇。蒸汽管道的銹蝕比較厲害，須認真對待。更重要的是在工廠下班后蒸汽管道里有很多冷凝水，電磁閥需要在氣態和液態流體通過時都能可靠動作，其出廠檢驗有多道嚴格程序。 　　本公司的ZQDF-3型電磁閥，92年被列為國家級新產品，久經用戶考驗，近年又推出了精巧型CC系列蒸汽電磁閥。 　　(3)水用電磁閥水用電磁閥總被認為是最簡單的，實則水就分為自來水、工業純水、工業廢水、灌溉水、海水等多種類別，其腐蝕性能，潔凈程度各異，應分別選用不同的電磁閥。 　　自來水閥雖然最普通，但用途不同對閥門的性能要求卻不一樣。例如，消防用電磁閥，動作可靠性至關重要，萬一失靈后果不堪設想。即使普通手動閥門長期不啟閉，也很難快速打開。近年高層建筑如雨后春筍，我國消防電磁閥技術也隨之成熟。又如，自來水廠需將電磁閥用于倒虹吸管路，這種電磁閥但要在壓力狀態，還要在真空狀態下可靠工作，絕不能有內漏，而且在水的潔凈度不高的狀況下，仍應動作靈活。本公司這種水廠專用電磁閥已在全國數百家水廠得到應用。被中國水協列為唯一推薦的電磁閥。另外噴灌電磁閥也隨我國農業和園林業的發展而逐步得到應用。 　　(4)油用電磁閥油品種類繁多，密封件技術是關鍵之一。耐油橡膠只是類別名稱，不同的油甚至同種油所含雜質不同就需選不同的耐油橡膠。例如，能耐有鉛汽油就不一定耐無鉛汽油。近年來隨專用電磁閥銷量的增多，專用耐油橡膠的壽命也不斷提高。油品的粘度差異很大，須選用不同結構的電磁閥。高粘度的油還常在高溫的狀態下流通，所以電磁閥還隨之要解決耐高溫的問題。對于燃油還需滿足防爆要求。近年來本公司陸續推出汽油、柴油、重油等各種專用電磁閥，得到了廣泛應用。 　　(5)空調用電磁閥空調分制熱和制冷。制冷劑近年發生明顯變化，氨和氟里昂逐步減少，而溴化鋰等新型制冷劑在逐步增多，相關的密封、腐蝕、壽命等問題都要求認真地選材，合理的設計和先進的工藝。值得一提的是空調主要靠調節風量來控制溫濕度，閥門流量的連續調節并不完全必要。現在無閥的空調系統也在用，但出現凝露滴水等毛病而受譴責。因此結構簡單，價格低廉的電磁閥是最住選擇。因受國外傳統的影響，結構復雜、力矩較難控制的電動閥國內仍在大量選用。97年毛主席紀念堂維修工程中保存遺體這樣高精度的空調系統選用了本公司的空調電磁閥取得滿意效果。中共中央辦公廳紀念堂管理局局長不久前還親自將榮譽證書送到本公司，實際上該表彰的更應是工程設計人員的勇氣和智慧。 　　三、與電磁閥技術發展相關的社會進步以往的科技論文只能單純談技術，涉及社會管理易為笑柄。 　　如今科技發展依賴并推動社會進步已成共識。筆者同時從事科技發明和經營管理，談點相關內容認為很有必要。更多電磁閥技術電磁閥是與企業安全生產直接相關的重要工業產品，我國曾因電磁閥的質量低劣，發生鍋爐爆炸、消防失靈等嚴重事故。原機械部早已將電磁閥列為發證才許可生產和銷售的產品。國內持證的企業才十家左右。與國外專業大公司相比，技術經濟實力都存在明顯差距。改革開放以后，民營科技企業崛起，擁有在美、日、歐批準的專利，產品已逐步進入發達國家市場，經濟實力也在不斷增強已超過國外同行的中小企業。但無證生產企業多達數十家，假冒偽劣害得不少設計人員誤認為中國的電磁閥質量還不過關。近年來行業的進步產生了如下可喜變化。 　　(1)崇洋媚外的心態仍還嚴重，民族自信心在不斷提高。 　　80年代引進成套設備帶進了不少電磁閥，90年代國外著名公司紛紛在中國設立辦事處，選用進口電磁閥一度曾成為自控工程的時尚。 　　設計人員明知價格、交貨期和售后服務等方面進口產品明顯處于劣勢，但最終還選它。有的當然必要，有的卻選臺灣、南韓、意大利等一些小公司的普通產品。電磁閥決不同于航天飛機，畢竟只是一個小產品，在自己的這塊市場上中國人完全有能力占優。近年來衛星發射基地，大亞灣核電站、上海寶鋼維修工程中本公司的電磁閥先后中標，反映出我們民族自信心在不斷提高。隨著本公司產品出口歐洲，法國科技質量監督評價委員會也將本公司及產品列為向歐盟推薦的企業和產品。(2)不正當競爭萬分嚴重，法制觀念也在不斷加盟。當今電磁閥行業不正當競爭萬分嚴重，無證生產、無證銷售，假冒專利，假冒商標，假冒廠名，虛假廣告，虛假產品隨處可見，消費者深受其害。曾有不能動作的電磁閥因()商標而要求本公司調換。一看其連接法蘭為2＂而實際通徑不足3Omm，就知是假冒的偽劣產品。現在設計人員都在圖樣上注明持證生產單位，采購人員也懂得該與有證單位和其特許經銷商直接聯系。近年來隨著IS09000質量體系認證在我國逐步推行，大家逐步自覺地選擇已認證的企業。這一切都說明法制觀念在不斷加強。 　　(3)電磁閥選型較復雜，技術管理人員更加敬業。 　　電磁閥從沒列入自控專業的教科書，很多人以為選型很簡單，富有經驗的設計人員才知道這個小玩意須認真對待。電磁閥就其結構和原理分類就有數十種，再考慮各種技術參數，交叉組合多達上萬種。設計和采購人員逐步學會了在眼花繚亂中正確選擇，除搜集和研究樣本資料之外，還直接與制造企業磋商，大宗或重要的都親自考察生產廠的經濟技術實力和技術保證能力，深入他們原先的用戶，實地了解產品的使用情況。現在每個人都得經濟核算，但這決不是簡單的報價對比。除了安全、適用、耐久、美觀等性能影響價格之外，還與整個自控系統，管路系統的性能和成本有關，這已成了一門綜合的學問。本公司設有技術服務部，非常重視銷前的咨詢、造型及管路系統設計等服務。設計、采購和管理人員高度負責認真選擇，他們的敬業精神促進和推動電磁閥技術的不斷發展。中國的電磁閥在學習借鑒外國先進技術，在自身不斷發明創造中發展。它的發展促使人們不斷更新觀念。同時，也只有社會法制更加健全，全民素質更加提高，電磁閥技術才能更快更好地發展。