Электромагнитные клапаны серии КМ-В

Описание электромагнитных клапанов серии КМ-В

Назначение и отличие от аналогов

Назначение    

     Клапаны электромагнитные быстродействующие предназначены для автоматизации действующих и проектируемых теплоэнергетических объектов (РТС, КТС, ЦТП, ИТП и др.), а также для малых водогрейных котлов, на линиях подпитки систем отопления в составе теплового оборудования малоэтажного и коттеджного строительства, теплоснабжении вентиляционных установок и кондиционеров.

Отличие от аналогов

     В различных системах отопления, горячего и холодного водоснабжения, кондиционирования и вентиляции, а также на других теплоэнергетических объектах (РТС, КТС, ЦТП, ИТП и др.) широко используются электромагнитные клапаны для быстрого открывания или перекрытия потока жидкости.

     Как правило, эти клапаны имеют небольшие диаметры условного прохода и, соответственно, условные пропускные способности.

     Анализ работы существующих электромагнитных клапанов, как отечественных, так и зарубежных, показал, что ни один клапан не отвечает современным требованиям (по крайней мере по одному или двум показателям) и имеется ряд других недостатков, основными из которых являются:

     — большая потребляемая мощность и, как следствие, чрезмерный нагрев катушки, приводящий к выходу клапана из строя;

     — отсутствие сигнализации о состоянии клапана (открыто – закрыто), что делает невозможным их применение в автоматизированных системах;

     — зависимость срабатывания от минимального перепада давления;

     — наличие механических фиксаторов или защелок, что резко снижает их надежность;

     — отсутствие  фиксации затвора в открытом или закрытом состоянии;

     — наличие перепускных отверстий или каналов малого диаметра, подверженных засорению шламом или другими механическими примесями;

     — большая материалоемкость.

     Клапаны серии КМ-В лишены всех вышеперечисленных недостатков и в отличие от имеющихся отечественных клапанов, клапаны по габаритно-пристыковочным размерам соответствуют международным стандартам ISO.

     Отличительная особенность — наличие визуальной и дистанционной сигнализации об открытом состоянии клапана.

     Аналогичные зарубежные клапаны дороже клапанов серии КМ-В в 1,5 раза.

Типы клапанов

  Конструктивно клапаны серии КМ-В являются прямопроходными, односедельными, прямого действия с принудительным удержанием запорного органа.

  В отличие от имеющихся отечественных клапанов, клапаны серии КМ-В по габаритно-пристыковочным размерам соответствуют международным стандартам ISO 228/1.

  Клапан КМ-50В является фланцевым по ГОСТ 12820-80. Имеет разгрузочное устройство и рассчитан на давление до 1,6 МПа и температуру рабочей среды до 150 С. Клапаны DN=10, 15, 20 и 25 мм являются муфтовыми.

  Все клапаны серии КМ-В нормально-закрытого исполнения, соленоидного типа.

  Электропитание клапана осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В с допустимыми колебаниями: по верхнему пределу +10%, по нижнему пределу — 15%.

  Клапаны оснащены двумя магнитоуправляемыми герметизированными контактами, один из которых обеспечивает световую индикацию открытого состояния, другой предназначен для внешних цепей сигнализации.

Новизна

● Имеется визуальная и дистанционная сигнализации об открытом состоянии клапана.

● В закрытом состоянии клапаны не потребляют электроэнергии, в открытом —  не более 10 Вт в час.

● Клапаны практически не нагреваются (нагрев электромагнита при длительном открытом состоянии — не более 40⁰С), во включённом состоянии могут находиться долгое время при питании 220 В.

● Блок питания и управления (БПУ) встроен в клапан.

● Аналогичные отечественные клапаны потребляют в 6 раз больше электроэнергии при примерно одинаковой стоимости. Зарубежные — дороже клапанов серии КМ-В в 1,5 — 2 раз.

     Подробнее:

     При разработке особое внимание было уделено снижению потребляемой мощности и возможности использования клапанов в автоматизированных системах. В результате проведенных разработок на основе микропроцессора был создан электронный блок питания и управления, встроенный в клапан.

     Блок обеспечивает питание катушки электромагнита выпрямленным напряжением в двух режимах: пусковом и удержания. В пусковом режиме ток в катушке не превышает 5,3 А. Длительность этого режима не более 0,25 с.

     В режиме удержания напряжение и, соответственно, ток, протекающий через катушку, уменьшается более, чем в 10 раз. Таким образом, в открытом состоянии потребляемая мощность составляет не более 8 ВА. Аналогичные отечественные клапаны потребляют электроэнергии в 6 и более раз больше.

     Герметичность проточной части по классу «А» по отношению к внешней среде обеспечивается герметичной гильзой, что позволяет исключить сальниковый узел.

     При длительной эксплуатации электромагнитных клапанов имеет место налипание механических примесей (окалины, окислов железа и других магнитопроводящих частиц) на узлы и детали, находящиеся в зоне рассеяния магнитных полей.

     С целью исключения этого явления в клапане КМ-50В введен оригинальный узел, изолирующий подвижный якорь электромагнита от рабочей жидкости, что намного увеличивает долговечность и надежность клапана.

     Клапан длительное время может находиться в открытом состоянии при питании 220 В практически не нагреваясь (температура наружных поверхностей электромагнита стабилизируется в пределах 40±5°С).

     Конструкция  клапана защищена Патентом РФ № 2047800.

Технические характеристики

1. Диаметр условного прохода DN — 10, 15, 20, 25 и50 мм.

2. Основной конструкционный материал:

    ● корпуса и деталей — нержавеющая или углеродистая  сталь, чугун СЧ-20 (DN-50)     

    ● уплотнителей —фторопласт Ф4, паронит.

3. Параметры надёжности:

    ● средняя наработка на отказ — 5 000 циклов «открыто-закрыто»;

    ● средний ресурс — 80 000 циклов.

4. Температура рабочей среды:

    ● до +70⁰С — для DN — 10, 15, 20 и 25 мм;

    ● до +150 ⁰С — для DN — 50 мм.

5. Рабочее давление:

    ● до 1,0 МПа (10 кг/см²) —  для DN — 10, 15, 20 и 25 мм;

    ● до 1,6 МПа (16 кг/см²) — для DN—50 мм.

6. Допустимая величина относительной протечки в положении «закрыто»-не более 0,003 дм³/мин.

7. Время открытия или закрытия —  не более 1 сек.

8. Питание—однофазная сеть переменного тока U = 220 В, 50 Гц.

9. Потребляемая мощность —  не более 10 Вт (70ВА) .

10. Установочное положение на трубопроводе — любое, кроме положения приводом вниз.

11. Пусковой ток —  не более 5,3 А.

12. Степень защиты — IP 54.

Принцип действия

     Клапаны представляют собой запорные быстродействующие устройства прямопроходной конструкции на жидкие среды.

     Клапан состоит из корпуса (проточной части) 1, блока питания 6 и электромагнита 7. (см. Рис.)

     Сердечник электромагнита 4 соединённый с затвором 2 перемещается в герметичной гильзе.

     Затвор 2 прижат к седлу корпуса пружиной 5, усилие которого обеспечивает герметичное перекрытие.

   При включении клапана, т.е. при подаче напряжения, сердечник втягивается в катушку, преодолевая усилие пружины и давление среды, открывает затвор.

     При снятии напряжения под действием усилия пружины клапан закрывается.

     Клапан КМ-50В оснащён поршнем и малым разгрузочным клапаном.

     Электропитание катушки осуществляется от блока, расположенного в приводе клапана.

     Главная особенность: после срабатывания на открытие ток через катушку уменьшается более чем в 10 раз и остаётся постоянным при работе в режиме удержания.

 Разрез клапана серии «КМ-В»

 1—корпус (проточная часть)   2—затвор  

3—шток   4—сердечник электромагнита

5—пружина   6— блок питания   7—электромагнит

Технические характеристики электроники, встроенной в электромагнитные клапаны

Данная электроника встраивается в электромагнитные клапаны серий «КМ-В», «КМ-ВС», «КЭП-Г» и «КУМ-Г»

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КЛАПАНОМ

1.1. Устройство управления представляет собой транзисторно-микроконтроллерное устройство, выполненное на базе микроконтроллера ATtiny13.

1.2. При подаче напряжения на клапан транзистор полностью открывается, происходит форсированный пуск клапана в течение заданного времени, устанавливаемого для каждого типа клапана. Далее включается режим фазово-импульсного регулирования для удержания клапана, при этом потребляемый от сети ток не превышает 0,3 А.

1.3. При отключении сетевого напряжения клапан переходит в исходное положение.

1.4. Габаритные размеры стандартной платы 70х45 мм. Имеется плата с размерами 51х45 мм для малогабаритных клапанов с DN до16 мм.

2. ПЛАТА БЕСПЕРЕБОЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ КЛАПАНОМ

2.1. Плата предназначена для установки в клапаны, применяющиеся во внутренних газопроводах, в газоиспользующих установках, где недопустимо изменение состояния клапана при перебое в электропитании в соответствии с «Правилами безопасности систем газораспределения и газопотребления » ПБ 12-529-03, утвержденными Госгортехнадзором РФ 18.03.03.

2.2. При подготовке клапана к работе необходимо подвести напряжение питающей сети ~220В (+10-15%), которое должно быть подключено постоянно, независимо от того, должен клапан быть открыт или закрыт, и рассчитано на пусковой ток 7А в течение 1с, а также управляющее напряжение ~220В от блока бесперебойного питания (ББП). Требований к стабильности и форме напряжения, поступающего с ББП, не предъявляется. Максимальная мощность, потребляемая клапаном от этой цепи, не более 20 Вт.

2.3. Для открытия клапана необходимо при наличии  питающей электросети подать напряжение управления. Происходит форсированный пуск клапана в течение 1 с, после чего плата управления переводит клапан в режим удержания, при котором ток, потребляемый от сети, не превышает 0,3А. От цепи управления потребляется ток не более 30мА.

2.4. Если напряжение питающей сети пропадает при открытом клапане, происходит переход на резервное питание катушки клапана от цепи управляющего напряжения, при этом по этой цепи потребляемая мощность составляет 20ВА. Клапан остается открытым до отключения управляющего напряжения. Длительность работы клапана в этом режиме не ограничивается.

2.5. Для закрытия клапана необходимо снять напряжение управления. Клапан закрывается не зависимо от наличия или отсутствия напряжения питающей электросети.  При закрытом клапане потребление от питающей сети составляет не более 10мА, потребление от ББП отсутствует.

2.6. Габаритные размеры платы бесперебойного управления 87х70х25 мм.

3. КОМПЛЕКТ КЛАПАНОВ С БЕСПЕРЕБОЙНЫМ ПИТАНИЕМ

3.1. Комплект предназначен для оборудования горелок и других объектов, где недопустимо изменений состояния клапанов при перебоях в электропитании, как кратковременных, так и длительных, на которые распространяются «Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления» ПБ 12-259-03, утвержденные Госгортехнадзором РФ 18.03.03.

3.2. Комплект является устройством с двойным электропитанием:

• питание от силовой электросети используется для форсированного пуска клапанов (потребление от сети около 1,5кВА в течение не более 1 с только при пуске каждого клапана. При номинальном (длительном) режиме потребление отсутствует);

• для удержания клапанов используется напряжение от внешнего блока бесперебойного питания (ББП). Потребление при включенном состоянии 4-х клапанов не более 70ВА. Требования к стабильности и форме напряжения на выходе ББП не предъявляются. Допускается подключение нескольких комплектов, а также других а также других потребителей, к выходу одного ББП в пределах его нагрузочной способности.

3.3. Комплект состоит из блока питания и четырех клапанов КЭП и КУМ в любом сочетании из выпускаемого ряда. В блоке размещены 4 легкосъемных печатных модуля, каждый из которых обеспечивает работу одного клапана. Блок располагается в стойке (шкафу) управления и соединяется с каждым из клапанов 4-мя проводами (2-катушка и 2-сигнализация). Такая компоновка позволяет повысить надежность клапанов и выйти на более высокий уровень эксплуатации, обслуживания и ремонта.

3.4. Габаритные размеры блока 250х210х120 мм, масса-1,3 кг.

3.5. В начале работы комплекта (при подаче питания) автоматически производится проверка отсутствия характерных дефектов:

а) замыкания на землю в цепях клапанов;

б) короткого замыкания в цепях катушки каждого клапана;

в) обрыва цепи катушки каждого клапана;

г) обрыва цепи сигнализации каждого клапана.

Если имеет место дефект, включается соответствующая световая сигнализация. При наличии дефекта по п. а) блокируется работа всего комплекта, в остальных случаях блокируется работа соответствующего клапана.

3.6. Включение каждого клапана производится замыканием цепи напряжением 24В и током 10мА на общий минусовой провод. Общий провод может быть заземлен или соединен с общим проводом системы управления.

3.7. Сигнализация состояния каждого клапана, соответствующего его включению, производится замыканием изолированной цепи, имеющей параметры:

• коммутируемое напряжение переменного или постоянного тока не более 250В;

• максимальный ток нагрузки 100мА

3.8. Возможна поставка комплекта, дополнительно оснащенного интерфейсом RS-485

В этом случае управление комплектом осуществляется в различных вариантах:

• как описано выше;

• с контролем состояний клапанов и описанных неисправностей через интерфейс;

• полное управление одним или несколькими комплектами, подключенными к одному интерфейсу.

3.8. Протокол обмена соответствует стандарту MODBUS, режим RTU.

3.9. В соответствии со стандартом, блок является подчиненным устройством и содержит:

• четыре регистра ввода, каждый из которых содержит информацию о текущем состоянии одного из четырех клапанов, подключенных к блоку;

• четыре регистра хранения, каждый из которых используется для управления одним из клапанов;

• один регистр хранения, используемый для введения в блок настроек (скорости обмена и адреса блока).

3.10. Содержания регистров могут быть считаны с применением стандартной функции 0х03. Запись в каждый из регистров может быть произведена с применением стандартной функции 0х06.