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摘要：介绍了加气机用电磁阀的性能和使用工况。分析了现在加气机罐装存在的缺陷。提出了结构的优化设计及采用焊接、结构加强及增加过热过载保护元件等方法。解决了电磁阀使用寿命短和过冲量难以控制的问题。
关键词：电磁阀;关闭特性;优化设计;提前;过冲量
概述
液化石油气钢瓶灌装是大多数贮灌（储配）站的主要作业。在手工操作灌装钢瓶中，由于操作者关闭阀门反应快慢与责任心强弱的不同。往往使钢瓶灌装量很难得到额定重量;在机械自动灌装中，由于灌装机器设备的精度保持性、稳定性和可靠性、定位定量装的准确性、可靠性的不同等都直接影响到灌装量。众所周知，超量灌装，在钢瓶安全管理中是一大隐患，但短斤缺两，又损害了消费者的利益。如何把握靠近额定量，尽可能做到不超额定量灌装，又不损害消费者利益。在液化石油气钢瓶灌装管理上，通过安装电磁阀来提高加气机预置罐装的准确度，既可保证额定量，又可以满足用户的需求。由于电磁阀关闭特性存在一定的过冲量，而过冲量大小直接影响罐装的准确度，所以电磁阀的优化设计就显得十分重要了。
1.结构特征
防爆双联电磁阀综合了电磁阀，调节阀及流量计的优点。具有流量可调、控制精度高、防爆、安全可靠、线圈无故障、免维修等特征。
1.1流量可调，控制精度高。多数的加气机还采用单流量电磁阀来控制。但单流量电磁阀在预置罐装量结束时，电磁阀应马上关闭， 而实际上，电磁阀在接受信号到完全关闭还有一个响应时间。所以实际罐装量就要比预置量超过0.1～0.5kg左右，虽然显示板显示10kg而实际罐装重量却在10.1kg～10.5kg左右，出现了很大的误差。通常我们就把超过预置数的重量称为过冲量，罐装机的过冲量与罐装完毕前的流量成正比，流量越大，过冲量就越大，当流量小到一定程度时过冲量就可以忽略不计。所以防爆双流量电磁阀就是为了减少过冲量。它的原理是：在大流量时，电磁阀完全打开，当加气量剩到提前关阀量得数据时，电脑发出关闭大阀的信号，关闭大流量阀，小流量阀继续加气，到预置数值，电脑再指令关闭小流量阀的信号，从而大大减少了加气机停转前的过冲量，提高加气机的准确度。精度从原来的±0.5kg减少到±0.05kg。
1.2防爆、安全可靠。电气部分，采用浇封型防爆，保证了使用安全。将可能产生点燃爆炸性混合物的电弧、火花或高温部分浇封、使它不能点燃周围的爆炸性气体混合物。
1.3线圈无故障、寿命长。采用过热过载保护元件，当外界温度过高或电流过大时，元件会自动切断电路，从而保护了线圈的使用安全，而当过热和过载故障解除后，自恢复保险丝自动接通电路，具有使用方便的优点，从而完成对电路的保护，无须人工更换。
2.工作原理
防爆双联电磁阀，由先导型主阀和直动型副阀联合组成。直动型副阀主阀与副阀联合控制，互不干扰。
它主要由阀体、阀盖、大小流量线圈、大小流量先导阀、阀芯等组成（见图1）。当大小流量线圈断电后，大小流量先导阀均关闭，膜片上腔的压力与阀的入口压力相等，阀在弹簧力的作用下，关闭主阀，液态气不能流过阀体，当大小流量线圈通电后，大小流量线圈均打开，由于液态气不断从大小流量先导阀下面的小孔流向电磁阀的出口，而且此时电磁阀膜片上腔的液体也不断从大阀孔流向电磁阀出口，导致膜片下腔的压力高于上腔的压力，从而克服弹簧力打开电磁阀主阀，大流量打开。大流量线圈断电后，大流量先导阀关闭，下腔液态气不断从膜片小孔向膜片上腔流入，导致膜片上腔与膜片下腔压力相等，膜片在弹簧力的作用下向下运动关闭主阀口，此时阀只有小流量液态气流向出口直至预置罐装结束。
3.优化设计
3.1阀芯的优化设计
传统的阀芯采用活塞式结构虽性能可靠，寿命长。但对介质的要求较高，我国液化石气气中含有蒸发残余物和硫等杂质。使阀门容易出现卡住误动作。现采用膜片式结构，对介质的纯净度要求稍低。由膜片是弹性元件属易损件，其使用寿命低。再说东北地区，液化石油气中还掺有二甲醚。由于二甲醚是一种化工原料，对原有密封材料伤害是比较大的，浓度越高，密封圈失效的时间越短，泄漏的危险性越大。 一般用户使用8个月左右均要更换密封件。有点甚至1个月就要更换。针对这种情况我们采用国内二甲醚特种橡胶。还对膜片采用了夹层复合加强膜片结构（见图2），防止膜片在液化石油气的较高压力下容易出现撕裂、腐蚀、脱胶现象。同时还对膜片上的小孔进行加强保护，严格控制关闭特性，一方面防止膜片反复曲 使孔径变化。另一方面保证小孔大小的一致性和响应时间的稳定性。
3.2管座的优化设计
现有的加气机用电磁阀大部分还是用加油机用电磁阀代替。由于加油机用阀压力低（0.2MPa），工作频率低，而加气机用电磁阀的压力高（1.6MPa）而且罐装钢瓶使用频率高。原来管座部件采用滚压工艺，在使用一段时间后容易出现泄漏，移位。液化气泄漏易发生爆炸危及人身安全。移位会影响阀门的响应时间和动作的可靠性。改用惰性气体氩弧焊（见图3）。有效防止介质的外漏，提高了安全性和产品使用寿命。
3.3线圈的优化设计
电磁线圈是目前电磁阀的核心部件，通过电磁线圈产生的电磁力驱动衔铁做轴向运动，从而控制电磁阀的启闭。电磁阀要维持打开位置需要线圈在电磁力作用下，当电磁线圈长时间通电工作时，由于线圈本身内阻要消耗电能发热，当管道出故障时，导致线圈温升逐渐升高，线圈在长时间过热的情况下，有可能导致线圈绝缘逐渐老化，使线圈匝间产生短路烧坏。电磁线圈若不加防护很容易引起爆炸和造成严重的后果。一般浇封防爆产品内部只采用可熔断保险丝。但这种结构在出现故障时，有切断电源保护环境不会发生爆炸，但保险丝烧毁，导致线圈报废。要更换线圈，使用寿命短。给用户造成维护麻烦和经济损失。
我公司生产的防爆双联电磁阀线圈采用了过热过载保护元件。其优点是：通过设置自恢复保险丝在线圈过热或者电流过高时，该元件会自动切断电路，从而保护了线圈的使用安全，而当过热和过载故障解除后，自恢复保险丝自动接通电路，具有使用方便的优点。从而完成对电路的保护，无须人工更换，使用寿命长。
自复保险丝是由经过特殊处理的聚合树脂（Polymer）及分布在里面的导电粒子（Carbon Black）组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电通路，此时的自复保险丝为低阻状态，线路上流经自复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经自复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除后，自复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自复保险丝恢复为低阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换，使用寿命长。
4.结束语
改进后的防爆双联电磁阀，由于管座不采用滚压工艺而改用氩弧焊，使管座强度提高，不容易产生泄漏和移位等现象。阀芯膜片上小孔加强有效控制了阀门过冲量和响应时间的稳定性。线圈采用了过热过载保护元件不仅延长线圈的使用寿命，而且还减少了经济损失。
参考文献：
[1]陆培文，实用阀门设计手册[M]。北京：机械工业出版社，2002.
[2]王兴、蒋庆华，电动执行器[M]。北京：机械工业出版社 ，1982.
[3]GB3836.9-2006 爆炸性气体环境用电气设备 第9部分：浇封型“m”[S].
[4]GB3836.2-2010 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d” 保护的设备[S].
[5]刘后桂.密封技术[M].北京：湖南科学技术出版社，湖南：1983.
关键词：电磁阀;关闭特性;优化设计;提前;过冲量
概述
液化石油气钢瓶灌装是大多数贮灌（储配）站的主要作业。在手工操作灌装钢瓶中，由于操作者关闭阀门反应快慢与责任心强弱的不同。往往使钢瓶灌装量很难得到额定重量;在机械自动灌装中，由于灌装机器设备的精度保持性、稳定性和可靠性、定位定量装的准确性、可靠性的不同等都直接影响到灌装量。众所周知，超量灌装，在钢瓶安全管理中是一大隐患，但短斤缺两，又损害了消费者的利益。如何把握靠近额定量，尽可能做到不超额定量灌装，又不损害消费者利益。在液化石油气钢瓶灌装管理上，通过安装电磁阀来提高加气机预置罐装的准确度，既可保证额定量，又可以满足用户的需求。由于电磁阀关闭特性存在一定的过冲量，而过冲量大小直接影响罐装的准确度，所以电磁阀的优化设计就显得十分重要了。
1.结构特征
防爆双联电磁阀综合了电磁阀，调节阀及流量计的优点。具有流量可调、控制精度高、防爆、安全可靠、线圈无故障、免维修等特征。
1.1流量可调，控制精度高。多数的加气机还采用单流量电磁阀来控制。但单流量电磁阀在预置罐装量结束时，电磁阀应马上关闭， 而实际上，电磁阀在接受信号到完全关闭还有一个响应时间。所以实际罐装量就要比预置量超过0.1～0.5kg左右，虽然显示板显示10kg而实际罐装重量却在10.1kg～10.5kg左右，出现了很大的误差。通常我们就把超过预置数的重量称为过冲量，罐装机的过冲量与罐装完毕前的流量成正比，流量越大，过冲量就越大，当流量小到一定程度时过冲量就可以忽略不计。所以防爆双流量电磁阀就是为了减少过冲量。它的原理是：在大流量时，电磁阀完全打开，当加气量剩到提前关阀量得数据时，电脑发出关闭大阀的信号，关闭大流量阀，小流量阀继续加气，到预置数值，电脑再指令关闭小流量阀的信号，从而大大减少了加气机停转前的过冲量，提高加气机的准确度。精度从原来的±0.5kg减少到±0.05kg。
1.2防爆、安全可靠。电气部分，采用浇封型防爆，保证了使用安全。将可能产生点燃爆炸性混合物的电弧、火花或高温部分浇封、使它不能点燃周围的爆炸性气体混合物。
1.3线圈无故障、寿命长。采用过热过载保护元件，当外界温度过高或电流过大时，元件会自动切断电路，从而保护了线圈的使用安全，而当过热和过载故障解除后，自恢复保险丝自动接通电路，具有使用方便的优点，从而完成对电路的保护，无须人工更换。
2.工作原理
防爆双联电磁阀，由先导型主阀和直动型副阀联合组成。直动型副阀主阀与副阀联合控制，互不干扰。
它主要由阀体、阀盖、大小流量线圈、大小流量先导阀、阀芯等组成（见图1）。当大小流量线圈断电后，大小流量先导阀均关闭，膜片上腔的压力与阀的入口压力相等，阀在弹簧力的作用下，关闭主阀，液态气不能流过阀体，当大小流量线圈通电后，大小流量线圈均打开，由于液态气不断从大小流量先导阀下面的小孔流向电磁阀的出口，而且此时电磁阀膜片上腔的液体也不断从大阀孔流向电磁阀出口，导致膜片下腔的压力高于上腔的压力，从而克服弹簧力打开电磁阀主阀，大流量打开。大流量线圈断电后，大流量先导阀关闭，下腔液态气不断从膜片小孔向膜片上腔流入，导致膜片上腔与膜片下腔压力相等，膜片在弹簧力的作用下向下运动关闭主阀口，此时阀只有小流量液态气流向出口直至预置罐装结束。
3.优化设计
3.1阀芯的优化设计
传统的阀芯采用活塞式结构虽性能可靠，寿命长。但对介质的要求较高，我国液化石气气中含有蒸发残余物和硫等杂质。使阀门容易出现卡住误动作。现采用膜片式结构，对介质的纯净度要求稍低。由膜片是弹性元件属易损件，其使用寿命低。再说东北地区，液化石油气中还掺有二甲醚。由于二甲醚是一种化工原料，对原有密封材料伤害是比较大的，浓度越高，密封圈失效的时间越短，泄漏的危险性越大。 一般用户使用8个月左右均要更换密封件。有点甚至1个月就要更换。针对这种情况我们采用国内二甲醚特种橡胶。还对膜片采用了夹层复合加强膜片结构（见图2），防止膜片在液化石油气的较高压力下容易出现撕裂、腐蚀、脱胶现象。同时还对膜片上的小孔进行加强保护，严格控制关闭特性，一方面防止膜片反复曲 使孔径变化。另一方面保证小孔大小的一致性和响应时间的稳定性。
3.2管座的优化设计
现有的加气机用电磁阀大部分还是用加油机用电磁阀代替。由于加油机用阀压力低（0.2MPa），工作频率低，而加气机用电磁阀的压力高（1.6MPa）而且罐装钢瓶使用频率高。原来管座部件采用滚压工艺，在使用一段时间后容易出现泄漏，移位。液化气泄漏易发生爆炸危及人身安全。移位会影响阀门的响应时间和动作的可靠性。改用惰性气体氩弧焊（见图3）。有效防止介质的外漏，提高了安全性和产品使用寿命。
3.3线圈的优化设计
电磁线圈是目前电磁阀的核心部件，通过电磁线圈产生的电磁力驱动衔铁做轴向运动，从而控制电磁阀的启闭。电磁阀要维持打开位置需要线圈在电磁力作用下，当电磁线圈长时间通电工作时，由于线圈本身内阻要消耗电能发热，当管道出故障时，导致线圈温升逐渐升高，线圈在长时间过热的情况下，有可能导致线圈绝缘逐渐老化，使线圈匝间产生短路烧坏。电磁线圈若不加防护很容易引起爆炸和造成严重的后果。一般浇封防爆产品内部只采用可熔断保险丝。但这种结构在出现故障时，有切断电源保护环境不会发生爆炸，但保险丝烧毁，导致线圈报废。要更换线圈，使用寿命短。给用户造成维护麻烦和经济损失。
我公司生产的防爆双联电磁阀线圈采用了过热过载保护元件。其优点是：通过设置自恢复保险丝在线圈过热或者电流过高时，该元件会自动切断电路，从而保护了线圈的使用安全，而当过热和过载故障解除后，自恢复保险丝自动接通电路，具有使用方便的优点。从而完成对电路的保护，无须人工更换，使用寿命长。
自复保险丝是由经过特殊处理的聚合树脂（Polymer）及分布在里面的导电粒子（Carbon Black）组成。在正常操作下聚合树脂紧密地将导电粒子束缚在结晶状的结构外，构成链状导电通路，此时的自复保险丝为低阻状态，线路上流经自复保险丝的电流所产生的热能小，不会改变晶体结构。当线路发生短路或过载时，流经自复保险丝的大电流产生的热量使聚合树脂融化，体积迅速增长，形成高阻状态，工作电流迅速减小，从而对电路进行限制和保护。当故障排除后，自复保险丝重新冷却结晶，体积收缩，导电粒子重新形成导电通路，自复保险丝恢复为低阻状态，从而完成对电路的保护，无须人工更换，使用寿命长。
4.结束语
改进后的防爆双联电磁阀，由于管座不采用滚压工艺而改用氩弧焊，使管座强度提高，不容易产生泄漏和移位等现象。阀芯膜片上小孔加强有效控制了阀门过冲量和响应时间的稳定性。线圈采用了过热过载保护元件不仅延长线圈的使用寿命，而且还减少了经济损失。
参考文献：
[1]陆培文，实用阀门设计手册[M]。北京：机械工业出版社，2002.
[2]王兴、蒋庆华，电动执行器[M]。北京：机械工业出版社 ，1982.
[3]GB3836.9-2006 爆炸性气体环境用电气设备 第9部分：浇封型“m”[S].
[4]GB3836.2-2010 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d” 保护的设备[S].
[5]刘后桂.密封技术[M].北京：湖南科学技术出版社，湖南：1983.