W sterowaniu mediami ciekłymi i gazowymi w dzisiejszych instalacjach przemysłowych najczęściej stosowane są dwa rodzaje zaworów: zawory elektromagnetyczne i elektrozawory pneumatyczne. Sama liczba różnych modeli zaworów obu typów, przeznaczonych do różnorodnych zastosowań, sprawia, że wybór pomiędzy zaworem elektromagnetycznym a zaworem uruchamianym pneumatycznie nie jest już oczywisty.
W niniejszym artykule omówiono cechy konstrukcyjne obu typów zaworów oraz wpływ tych cech na dobór i działanie zaworu. Opisane zjawiska i wyciągnięte wnioski dotyczą praktycznie wszystkich zaworów, niezależnie od modelu czy producenta, ponieważ przyczyny tych zjawisk są skoncentrowane w samej zasadzie działania rozpatrywanych typów zaworów.
Konstrukcja zaworów elektromagnetycznych bezpośredniego działania
Elektrozawory pneumatyczne i ich cewka osadzona jest na trzpieniu (pręcie), wewnątrz którego znajduje się rdzeń dociskany przez sprężynę do gniazda zaworu. Gdy do cewki przyłożone jest napięcie, wewnątrz cewki, a w konsekwencji wewnątrz rury rdzeniowej, wytwarzane jest pole elektromagnetyczne, które powoduje uniesienie się rdzenia, otwierając przepływ płynu przez gniazdo zaworu.
Zawory tego typu są więc sterowane polem elektromagnetycznym wytwarzanym przez cewkę. Sama cewka jest często określana jako cewka, stąd nazwa zaworu „solenoid” lub „elektromagnetyczny”. Ponieważ pole elektromagnetyczne cewki działa bezpośrednio na rdzeń, który zamyka otwór zaworu, zawory elektromagnetyczne tego typu są nazywane zaworami bezpośredniego działania.
Trudności w projektowaniu zaworów elektromagnetycznych bezpośredniego działania stają się oczywiste, gdy rozmiar cewki jest zwiększany, aby umożliwić większe natężenie przepływu. Wynika to z dramatycznego wzrostu siły wciągania cewki, która jest potrzebna do podniesienia rdzenia i otwarcia zaworu.
Konstrukcja zaworów elektromagnetycznych pośredniego działania
W celu zmniejszenia zużycia energii przez zawory elektromagnetyczne o dużej średnicy oraz w celu obsługi wyższych ciśnień, opracowano konstrukcję pośredniego zaworu elektromagnetycznego.
W tych zaworach elektromagnetycznych główny obszar przepływu jest zamknięty przez membranę, która jest dociskana do gniazda. Otwarcie zaworu następuje poprzez uniesienie membrany, które jest spowodowane redystrybucją ciśnienia czynnika roboczego w obszarach nad i pod membraną.
W stanie początkowym cewka zaworu nie jest wzbudzona. Ciecz wpływająca do zaworu elektromagnetycznego przez mały otwór obejściowy w membranie dostaje się do obszaru nad membraną. Powierzchnia membrany, z którą oddziałuje płyn, jest większa w obszarze nad membraną niż w obszarze pod membraną. Gdy ciśnienia nad i pod membraną są równe, powstaje siła, która dociska membranę do gniazda zaworu.
