刘裕人

（中交上海航道局有限公司，上海 200136）

电磁阀在船舶辅助机械中的应用及对比分析

刘裕人

（中交上海航道局有限公司，上海 200136）

对电磁阀在液压装置、制冷及空调装置和锅炉系统中的应用进行了对比分析。基于选用电磁阀选用的安全性、可靠性、适用性、经济性原则，提出了选配电磁阀的注意事项。

电磁阀；辅助机械；选用；比较

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.084

1 引言

电磁阀在船舶设备中应用十分广泛。它既可用于水、空气和中性气体以及其他与电磁阀材质相适宜的气体、液体的开关控制（二通），又可作为安全联锁保护系统中不可缺少的一部分（三通、四通、五通）。电磁阀由电磁部件、阀体组成。在安全联锁保护系统中应用的电磁阀主要有二位三通、二位四通和二位五通，二位的含义为：对于电磁阀来说是带电或失电，对于所控制的阀来说就是打开或关闭。

二位三通电磁阀得电时，线圈励磁，电磁铁吸合，动铁芯上部带弹簧的密封块把排气口关闭，气流从进气口进入阀门，起到控制作用；失电时，电磁力消失，动铁芯在弹簧力作用下离开固定铁芯向下移动，将排气口打开，堵住进气口，阀门因失气而改变开关状态。二位四通和五通电磁阀的原理相同，只是四通有1个排气口，五通有2个排气口。当有电流通过线圈时，产生励磁作用，固定铁芯吸合动铁芯，动铁芯带动滑阀芯并压缩弹簧，改变了滑阀芯的位置，从而改变了流体的方向；当线圈失电时，依靠弹簧的弹力推动滑阀芯，顶回动铁芯，使流体按原来的方向流动。下面结合电磁阀在船舶辅机上的应用情况，对电磁阀进行介绍和对比分析。

2 电磁阀在船舶辅助机械中的应用

2.1 液压装置中的应用

在液压装置中，常用的电磁阀有电磁换向阀、比例先导压力阀、电液比例流量阀和先导比例调速阀，本文以最常见的电磁换向阀为例。电磁换向阀的工作不同主要借助于更换不同形式的阀芯，不同的阀芯对阀体沉割槽的遮盖情况不同，进而形成不同的控制功能。根据阀芯工作位置数目的多少，换向阀可以分为二位和三位。根据阀芯控制油路数的多少，则又可分为二通、三通、四通和五通等区别。在船舶液压系统中最为常用的是三位四通电磁换向阀。“三位四通”可从字面作如下理解：“三位”针对阀芯来讲，阀芯可实现三个位置的变换。“四通”针对其机能来讲，指其可实现四个油路口间不同方式的贯通。

2.2 制冷及空调系统的应用

在制冷装置中，贮液器(或冷凝器)与膨胀阀之间一般都装有电磁阀。在单机单库场合，电磁阀的线圈往往同压缩机的电动机线路串联。当压缩机启动运行，电磁阀随即开启；压缩机停止工作时，电磁阀马上关闭，以免大量冷剂液体在停机时进入蒸发器，以防止压缩机再次启动时发生液击现象。在一机多库或多机多库场合，电磁阀受温度继电器控制。当温度下降至调定下限时，电磁阀关闭，停止供应冷剂，让库温回升；当温度上升到调定上限时，电磁阀开启，供应冷剂降温。

2.3 锅炉系统的应用

以转杯式喷油器的锅炉系统为例，为轻油电磁阀控制轻油进入炉膛，重油电磁阀控制重油进入喷油器，锅炉需要燃烧轻油时，控制电磁阀在通电时能控制轻油进入转杯。该系统由冷炉点火和正常燃烧系统组成。重油和轻油系统两个系统由单向阀联系在一起。正常燃烧时，燃油从重油日用柜经滤器、流量计，被燃油泵送至燃油加热器加热。当主电磁阀断电关闭时，加热后的燃油返回到泵的进口。当燃油温度加热至符合要求时，主电磁阀即可通电，使燃油送至转杯式喷油器燃烧。当主燃烧器熄火前，点火供油电磁阀开启，点火燃烧器开始喷油，由炉内火焰点燃。这样可持续不断火，主燃烧器再次点火时，就靠点火燃烧器的火焰点燃。当主燃烧器点燃后，电磁阀关闭，点火燃烧器停止工作。只有在完全停炉后重新点火时采用电点火燃烧器点火，这时用柴油此燃烧器中的电磁阀都是直动式电磁阀，燃烧器的电磁阀是两位两通的。

2.4 通用系统中的应用

电磁阀在船舶各系统中应用很广泛，可应用在冷却水系统、压载水系统、压缩空气系统、伙食冷库等。在冷却水系统中有三通电磁阀来控制缸套冷却水进入造水机和冷却的流量，作为三通电磁阀起到旁通的作用，当冷却水超过三通阀设定温度时会有冷却水进入造水机和冷却器，使冷却水控制在设定的温度范围内。

在压载水系统中可以远程控制压载管路中各阀的开启和关闭，通过电磁阀的启闭来使液压油通过和锁死液压油，而在油用电磁阀中，阀的密封是要求的重点。

在压缩空气系统中压缩机的卸荷电磁阀使压缩机轻载启动，并使经过冷却器的空气冷凝的水排出，在伙食冷库中有压缩机卸荷电磁阀以满足冷库的需求，现在有的用热力电磁阀取代了热力膨胀阀，更精确地控制冷剂的流量但是冷剂的腐蚀性不能忽略。

在主机气动遥控系统中，通过电磁阀的启闭来控制气路的通与断，来实现主机的启动与停车，并实现主机的应急保护；在阀门遥控系统中，可在集控室操作液压阀的开闭，是由电磁阀来控制的通过远程来控制电磁阀的通断。电磁阀在船舶通用系统中应用十分广泛，在各系统会有符合工作条件和要求的电磁阀来完成系统的工作。

3 主要辅助机械中所用电磁阀的比较

3.1 电磁阀动作原理比较

液压系统中，电磁换向阀是利用电磁铁的吸合力，控制阀芯运动实现油路换向。电磁换向阀控制方便，应用广泛，但由于液压油通过阀芯时所产生的液动力使阀芯移动受阻碍，受到电磁吸合力的限制，电磁换向阀只能用于控制较小流量的回路。在电液换向阀中是利用较小的电磁换向阀作为导阀和较大的液动阀作为主阀，通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开，这样就可以通过较大的流量。

在制冷系统中，由于高温库和低温库之间的温差比较大，而整个系统共用同一个制冷压缩机，所以需要在每个库的冷剂入口管路上安装一个供液电磁阀。该电磁阀是由每个库内的温度继电器来控制，当库温进入温度继电器的设定范围时，供液电磁阀就会相应地改变阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂数量来维持库温的稳定。

锅炉系统内，对燃油的控制主要是通过燃油电磁阀来实现的。燃油电磁阀的动作取决于锅炉的风门和燃烧程序，电磁阀的动作时刻在燃烧程序里面设定，电磁阀的开度要与锅炉的风门大小成比例。

3.2 电磁阀选用类型比较

在液压系统内，我们主要使用它来提供动力。系统工作时，我们需要改变动力的方向和大小。为了达到换向的目的，就要求液压电磁阀具有多位多通的结构，这样才能保证液压油在通过电磁阀后向不同的方向流动，从而改变执行机构的运动方向。为了改变动力的大小，我们需要调节液压油的流量，调节方法包括有级调速和无级调速，这两种方法实质上都是改变电磁阀内阀芯的位移。采用有级调速的电磁阀具有可靠性高、可调节的速度固定等特点。而无级调速的电磁阀调速平稳，在调节的范围内能实现多个速度运行。此外，液压系统对外界提供的动力一般比较大。为了维持系统工作压力的稳定，在阀内液压油的油压较大时，液压电磁阀仍然要具备良好的密封性能，防止液压油在电磁阀内泄漏造成系统失压。系统的液压油干净无杂质，不具有腐蚀性。因此对液压电磁阀的材料要求不高，只要具有较强的耐高压性即可。

在制冷与空调系统中，电磁阀控制制冷剂的流通，一般安装在冷凝器（或贮液器）与蒸发器之间，电磁阀要受到制冷剂的腐蚀影响，电磁阀要有很好的密封性，防止冷剂流过使过多的冷剂流入蒸发器，导致压缩机启动时压缩机发生液击，供液电磁需要的电压与电流较小，电压与电流的大小要匹配，供液电磁阀需要有耐腐蚀。

制冷系统的供液电磁阀的作用是调节进入蒸发器制冷剂的数量来维持各个库温的稳定。根据制冷剂的特性，供液电磁阀的材料要与所用的制冷剂不相容，并且要具有一定的抗氧化性和抗腐蚀性。由于制冷剂的蒸发温度较低，所以制冷剂在通过供液电磁阀的时候压差要小，电磁阀对制冷剂的摩擦生热要少。

在锅炉系统中，电磁阀控制燃油的流通与泄流，流过电磁阀的流量较小，流过电磁阀的介质是重油和轻柴油，燃油在流动中具有一定的压力，燃油电磁阀要能承受一定压力，具有较高额定压力，较好密封性。燃油电磁阀阀口较大，防止阀被杂质卡住。锅炉系统内所用的燃油含有较多杂质，电磁阀对杂质的敏感程度要低，此外电磁阀的材料要具有抗腐蚀性。燃油电磁阀还需具有较高可靠性，动作要灵敏。

3.3 用电特性

根据电磁铁适用电源的不同，电磁阀又有交流、直流两种。交流电磁阀代号为D，电压一般为220V，也有380V或36V的；直流电磁阀代号为E，电压一般为24V，也有110V或48V的。电源电压的波动范围一般为85%～105%。电压过高，线圈容易发热和烧坏；过低则又吸力不够而难以保证正常工作。交流电磁阀价格较低；其启动电流可大于正常吸持电流的4～10倍，因而吸力大，但吸合和释放的时间短，换向冲击较大；且当阀芯卡死或衔铁不能正常吸合时，激励线圈容易烧坏。此外，操作频率不宜超过30次/min；寿命较短，吸合十万次到百万次就会损坏。直流电磁阀则不会因铁芯不能吸合而烧坏，吸合动作约比前者要慢10倍，故工作可靠，换向平稳，寿命较长，吸合可达上千万次以上，但需专用直流电源。

液压系统工作时需要经常换向，即频繁改变电流的方向。这就需要提供服务的电网耐冲击性较好。为保证实际工作安全，液压系统必须处于稳定状态，这就要求电网给电磁阀提供的电压/电流以及频率要稳定，不能受外界的干扰而产生较大波动。在制冷和锅炉系统内，电磁阀对电网的要求并不高，只要保持电网工作平稳可靠与电磁阀的电压、功率匹配。

4 电磁阀的选用

4.1 选用原则

4.1.1 电磁阀选型遵循的原则

电磁阀选型应该依次遵循安全性、可靠性、适用性、经济性四大原则：

1）安全性：腐蚀性介质宜选用塑料王电磁阀和全不锈钢；强腐蚀的介质必须选用隔离膜片式；中性介质，也宜选用铜合金为阀壳材料的电磁阀；氨用阀则不能采用铜材；爆炸性环境必须选用相应防爆等级产品，露天安装或粉尘多场合应选用防水，防尘品种；电磁阀公称压力应超过管内最高工作压力。

2）适用性：根据介质特性（气、液态或混合状态）分别选用不同品种的电磁阀。

3）可靠性：工作制式可分为长期工作制、反复短时工作制和短时工作制3种。对于长时间阀门开通只有短时关闭的情况，宜选用常开电磁阀；当动作频率要求高时，结构应优选直动式电磁阀，电源应优选交流。

4）经济性：即在安全、适用、可靠的基础上的经济。经济性不单是产品的售价，更要优先考虑其功能和质量以及安装维修及其他附件所需费用。

4.1.2 根据现场工况进行选择

根据6个方面的现场工况（即管道参数、流体参数、压力参数、电气参数、动作方式和特殊要求进行选择）：

1）根据管道参数选择电磁阀的通径规格(即DN)、接口方式，按照现场管道内径尺寸或流量要求来确定通径（DN)尺寸、接口方式，一般>DN50要选择法兰接口，≤DN50则可根据用户需要自由选择。

2）根据流体参数选择电磁阀。对于腐蚀性流体宜选用耐腐蚀电磁阀和全不锈钢；对食用超净流体宜选用食品级不锈钢材质电磁阀。

3）根据压力参数选择电磁阀的品种。根据管道公称压力来定；工作压力低则必须选用直动或分步直动式原理；最低工作压差在0.04MPa以上时直动式、分步直动式、先导式均可选用。

4）电气选择：电压规格应尽量优先选用AC220V、DC24较为方便。

5）根据持续工作时间长短来选择：常闭、常开、或可持续通电。当电磁阀需长时间开启且持续时间多于关闭时间应选用常开型；反之则选常闭型；有些用于安全保护的工况，如炉、窑火焰监测，应选可长期通电型。

6）根据环境要求选择辅助功能，如防爆、止回、手动、防水雾、水淋等。

4.2 功能及特性要求

在液压装置中，液压阀的工作能力由阀的性能参数决定，液压阀的基本参数与液压元件的种类有关，不同的液压元件，具有不同的性能参数，其共性的参数与压力和流量有关。选择液压阀时要弄清液压控制元件的应用场合及性能要求，合理选择液压阀的中位机能和品种；所选择的液压电磁阀与液压系统的动力元件配套，还要使液压电磁阀的额定电压与交直流的大小关系匹配。

在制冷和空调系统中有供液电磁阀，现在船舶上一般为一机多库或多机多库，由电磁阀控制供液电磁阀的启闭，供液电磁阀控制制冷剂进入蒸发器来控制冷库的温度，制冷剂流过电磁阀的流量较小，需用额定流量较小的阀，电磁阀要抗腐蚀，防止电磁阀芯受到腐蚀，供液电磁阀要有良好的密封性。电磁阀应垂直安装在水平的管道上，介质流动方向与电磁阀外壳方向一致，阀应在震动较小的地方，电源电压应与电磁阀铭牌上规定的使用电压相等，使用压力应小于阀的工作压力。

在锅炉系统中，电磁阀控制燃油进入锅炉及燃油的泄漏。电磁阀的流量较大，燃油的粘度较高需要电磁阀有较大的阀口，燃油喷射到炉膛中需要有一定的压力这就需要燃油电磁阀有较大的额定工作压力。需要使电磁阀的额定压力大于工作压力。电磁阀的选用的电压和电流应与铭牌上的一致。

5 结论

电磁阀在船舶辅机（液压装置、制冷及空调系统和船舶锅炉）中有广泛应用，但在各系统中电磁阀的特性要符合系统的要求，不同的系统中有不同的工作环境和工作条件的要求，使电磁阀的密封性、用电特性及电磁阀的材质等又有所不同。选用电磁阀时，要遵循安全性、可靠性、经济性、适用性四大原则。

【1】蔡伟，郑贤林，张志利，黄先祥.液压电磁阀故障机理分析与瞬态特性仿真[J].仪器仪表学报,2011（12）：2726-2733.

【2】刘艳芳，毛鸣翀，徐向阳，梁健.液压电磁阀多物理场耦合热力学分析[J].机械工程学报，2014（2）：139-145.

【3】林抒毅，许志红.交流电磁阀三维温度特性仿真分析[J].中国电机工程学报，2012（36）：156-164+10.

【4】戴佳，黄敏超，余勇，朱恒伟，马加庆.电磁阀动态响应特性仿真研究[J].火箭推进，2007（1）：40-48.

【5】叶奇昉，严诗杰，陈江平，陈芝久.气动先导式电磁阀的自激振动[J].机械工程学报，2010（1）：115-121.

Application and Comparison of Magnetic Value in Marine Auxiliary Machinery

LIUYu-ren
（CCCCShanghaiDredgingCo.Ltd.,Shanghai200136，China）

Applicationsofmagneticvalve in the hydraulic equipment, refrigeration>air-conditioningsystemand boiler systemare compared and analysised.Precautionsareproposedaccordingtothesafety,reliability,suitability,principleofeconomy,whenweselectthemagneticvalue.

electromagneticvalve;auxiliarymachinery;selection;comparison

TP214

B

1007-9467（2016）07-0131-03

2016-7-1

刘裕人（1969～），男，湖南衡阳人，工程师，从事船舶设备管理研究，（电子信箱）liuyuren@cccc-sdc.com。