ソレノイドバルブ: 精密バルブコンポーネントファウンドリ

導入

ソレノイドバルブは、電磁力を使用して流体の通路の開閉を制御する電気機械的に作動したデバイスです。.

その重要性は、低電力の電気信号を高速に変換する能力にあります, 正確な, 流体の流れの反復制御, 多くの場合、ミリ秒で.

産業用自動化, 医療機器, HVAC システム, 自動車パワートレイン, ソレノイドバルブは、制御システムの「神経終末」です, PLCSからコマンドを実行します, ECU, または他のコントローラー.

1. ソレノイドバルブとは何ですか?

あ ソレノイドバルブ です 電気機械的に動作します バルブ 電磁コイルを使用します (ソレノイド) 機械的要素の動きを制御するために、つまりプランジャーまたはダイアフラム - これは、流体またはガスの流パスを開閉するか閉じます.

最も基本的な形式で, それは変換します 電気エネルギー の中へ 線形機械運動 水などのメディアの通過を調整する, 油, 空気, スチーム, 冷媒, または化学物質.

主な特徴:

• リモート & 自動操作: 手動の作動は必要ありません; コントローラーから電気信号を介して動作します, スイッチ, またはセンサー.
• 高速応答: 直接作用設計では、切り替え時間は5〜50ミリ秒ほどです.
• コンパクト & 信頼性のある: 多くの場合、同様のフロー制御タスクのための電動または空気圧アクチュエーターよりも小さくて軽い.
• 汎用性の高い構成: で利用可能 2-方法, 3-方法, または、単純なオン/オフコントロールまたは複雑な方向スイッチング用のマルチウェイデザイン.
• 幅広いメディアの互換性: 真鍮から構築できます, ステンレス鋼, エンジニアリングポリマー, 攻撃的な化学物質を扱うエラストマー, 高純度の液体, または高温蒸気.

彼らは統合しているからです 電気制御 バルブメカニズムと直接, ソレノイドバルブは広く使用されています 産業オートメーション, 自動車システム, 空調設備, プロセス産業, および医療機器, 精度と信頼性が不可欠な場合.

2. ソレノイドバルブはどのように機能しますか?

ソレノイドバルブは、原則に基づいて動作します 電磁誘導, コイルを通過する電流が、強磁性要素に作用する磁場を生成して線形運動を生成する.

この動きは、バルブを開閉します, 流体の流れの正確な制御を可能にします. 操作は3つの順次段階に分解できます:

エネルギー化 - 磁場生成

電流の場合 (交流または直流) ソレノイドコイルを通過する - 典型的には強磁性コアの周りに巻かれた銅線 - に応じて磁場を生成します アンペールの法則:

b ∝ n×i

どこ B 磁束密度です (テスラ), N コイルターンの数です, そして 私 アンペアでは電流です.

例えば, ある 12 v DCコイル 1,500 ターンは、生成するのに十分な強さの磁場を生成できます 8–12 n 線形力 - バルブシートに作用するリターンスプリングと流体圧の両方を克服するのに十分な.

作動 - プランジャーの変位

磁場はプランジャーを引っ張ります (アーマチュア) コイルコアに向かって, バルブシートから持ち上げます. このアクションはオリフィスを開きます, 液体が入口から出口に通過できるようにする.

プランジャー, 通常、低炭素鋼または柔らかい鉄で作られています, 最小化するように設計されています 磁気不本意, 効率的な力伝達を確保します.

典型的なプランジャーの加速率はそうです 10–15 m/s², その結果、迅速な作動時間が生じます 5–100ミリ秒, コイルの出力と流体圧力に応じて.

エネルギー脱型 - 閉じた位置に戻ります

電流がオフになったとき, 磁場はほぼ瞬時に崩壊します.

リターンスプリング、または一部のデザインで, 逆液圧 - プランジャーをバルブシートに戻します.

これにより、オリフィスが密閉され、流体の流れが止まります. シーリング面での漏れや摩耗を避けるために、再生プロセスは正確でなければなりません.

主要な動作変数

3. ソレノイドバルブの主なタイプ

ソレノイドバルブには、特定のアプリケーションに合わせて調整された多様なデザインがあります, 流体タイプ, 圧力, および制御要件.

主なタイプを理解することは、特定のシステムに適したバルブを選択するために不可欠です.

直接作用ソレノイドバルブ

• 手術: ソレノイドコイルはプランジャーを直接移動してバルブシートを開閉, 流体圧に依存せずに流れを制御します.

  

• 特徴: シンプルな構造, 速い応答時間 (〜5〜50ミリ秒), 低流量と低圧差に適しています (通常は最大 2 バー).
• アプリケーション: 医療機器の精密流体制御, 実験室の楽器, および小さな空気圧システム.

パイロット操作 (サーボ) ソレノイドバルブ

• 手術: ソレノイドは小さなパイロットオリフィスを作動させます, システムの流体圧力を使用して、より大きなメインバルブを開閉.
  この設計により、高流量と高圧システムの制御が可能になります (最大数百のバー).

  

• 特徴: 最小圧力差が必要です (通常0.2〜0.5バー), 直接作用バルブと比較して応答時間が遅い (通常、50〜100ミリ秒), 大規模なオリフィスにとって非常に効率的です.
• アプリケーション: 産業プロセス制御, HVAC システム, 水処理プラント, および油圧回路.

双方向ソレノイドバルブ

• 構成: 2つのポート - 1つの入口と1つのアウトレット. バルブは、フローを許可するか、完全にシャットダウンします.
• 典型的な用途: 給水ラインのオン/オフ液制制御, エアコンプレッサー, 空気圧アクチュエーター.

3方向ソレノイドバルブ

• 構成: 3つのポート - 通常、1つの一般的なポート, 通常は開いています (いいえ), そして、通常は閉じられました (ノースカロライナ州). バルブは、2つのアウトレット間のフローを切り替えるか、または入口からアウトレットに切り替えることができます.
• アプリケーション: 空気圧アクチュエーターの方向制御, 真空システム, および流体の混合または迂回アプリケーション.

四方および5方向ソレノイドバルブ

• 構成: 4つまたは5つのポート, 主に、二重作用性の空気圧または油圧シリンダーの制御に使用されます.
• 関数: それらは、シリンダーの動きを2つの方向に制御するために、圧力と排気ポートを交互にします.
• アプリケーション: 自動化機械, ロボット工学, 複雑な流体電源システム.

特殊ソレノイドバルブ

• 比例ソレノイドバルブ: 制御信号に応じてプランジャーの位置を調節することにより、可変フロー制御を提供します, 正確な流量調整を可能にします.
• ラッチングソレノイドバルブ: 磁気ラッチングを利用して、連続した電力なしでバルブの位置を維持する, エネルギー効率の向上.
• 爆発防止バルブと密閉されたバルブ: 危険な環境向けに設計されています, 揮発性または腐食性の液体による安全な動作を確保します.

4. ソレノイドバルブの主要なコンポーネントと材料

ソレノイドバルブは、電磁を組み合わせた精密デバイスです, 機械的, および流体制御要素.

各コンポーネントは、信頼できるパフォーマンスを確保するために設計されています, 耐久性, 意図した流体および動作環境との互換性.

コアコンポーネント

ソレノイドコイル

• 関数: 電気エネルギーをバルブプランジャーを作動させる磁場に変換します.
• 材料: 通常、高導電率と熱抵抗のためにエナメル質または樹脂で断熱された銅線または樹脂.
  一部のハイエンドコイルは、導電率と耐食性の改善のために銀メッキ銅を使用しています.
• デザイン機能: ターン数, ワイヤーゲージ, コイル抵抗は、動作電圧に最適化されています (一般的に12V, 24V DCまたは110V, 220vと).
  コイルハウジングは、環境保護のためにエポキシにカプセル化されることがよくあります.

プランジャー (アーマチュア)

• 関数: バルブシートを開閉するために磁場によって引っ張られた強磁性コア.
• 材料: 柔らかい鉄または低炭素鋼, 高磁性透過性と低ヒステリシス損失のために選択されます.
  通常、精密機械加工されており、時にはコーティングされています (例えば, クロムまたはニッケル付き) 摩耗と腐食を減らすため.

バルブ本体

• 関数: 内部コンポーネントを住んでおり、流動的な通路を提供します.
• 材料:

• • 真鍮: 水に共通, 空気, 腐食抵抗と機械加工により、光摂取量.
  • ステンレス鋼 (304, 316): 攻撃的または衛生的な液体の場合, 化学薬品, および食品グレードのアプリケーション.
  • プラスチック (PVC, PTFE): 低圧の軽量および腐食耐性, 非金属液システム.
  • アルミニウム: 重量感受性アプリケーションのために空気圧バルブで使用されます.

バルブシートとシール

• 関数: バルブが閉じたときに漏れを防ぐためにタイトなシャットオフを提供する.
• 材料:

• • エラストマー: NBR (ニトリル), EPDM (エチレン・プロピレン・ジエンモノマー), ファストン (蛍光炭素) 流体の互換性と温度範囲に基づいて選択されます.
  • PTFE (テフロン): 化学的不活性と低摩擦を提供します, 腐食性液に最適です.
  • 金属間の座席: エラストマーが劣化する高温または研磨液条件で使用.

春

• 関数: コイルが消えている場合、プランジャーをデフォルトの位置に戻します.
• 材料: ステンレス鋼またはスプリングスチール, 耐久性と疲労と腐食に対する抵抗のために選ばれました.

材料選択の考慮事項

• 流体の互換性: バルブ成分は腐食に抵抗する必要があります, 浸食, プロセス流体によって引き起こされる腫れ.
  例えば, ヴィトンシールは炭化水素に耐えます, ePDMは水と蒸気よりも好まれます.
• 動作温度: エラストマーとプラスチックは温度制限を定義しています。, 最大260°CのPTFE, 金属ははるかに高い温度に耐えることができます.
• 圧力評価: 材料強度は、最大許容動作圧力に影響します; ステンレス鋼のバルブは通常、プラスチック製のバルブよりも高い圧力を処理します.
• 電気要件: コイル断熱クラス (例えば, クラスf, H) さまざまな電圧とデューティサイクルの下で熱耐久性とサービス寿命を決定する.

5. 電気および油圧/空気圧の特性

ソレノイドバルブは、電気システムと流体システムの交差点で動作します. それらのパフォーマンスは、電気入力パラメーターと油圧または空気圧条件に大きく依存します.

電気的特性

電圧と電力評価

• 電圧: ソレノイドコイルは通常、12V DCなどの標準電圧で動作します, 24DCで, 110vと, または220V AC.
  一部の特殊なバルブは、最大480V ACまたは低電圧をサポートしています (5DCで) 制御回路用.
• 消費電力: 一般に、電力評価はからです 2 この中に 50 wバルブのサイズと機能に依存します.
  例えば, 小さな2/2ウェイバルブは、3〜5 wを消費する場合があります, 大きな工業用バルブは30〜50 wを引きます.
• デューティサイクル:

• • 継続的な義務 (編 100%): 過熱せずに長時間のエネルギー化のために設計されたバルブ, 産業用自動化で一般的です.
  • 断続的な義務 (編 <100%): コイルの過熱を避けるために、休息期間が必要です; 典型的なデューティサイクルは30％〜60％です.

• 現在の抽選: コイル抵抗と供給電圧に直接関連しています; 典型的なDCコイルは、公称電圧で0.2〜1.5 Aを描画する場合があります.

コイル抵抗とインダクタンス

• 抵抗はコイルワイヤゲージとターン数によって異なります, 通常は～の範囲です 5 ωまで 100 おお.
• インダクタンスは、バルブの応答時間と電磁干渉に影響します (EMI). 適切なコイル設計は、コントロールエレクトロニクスを保護するために誘導性のスパイクを最小限に抑えます.

応答時間

• ソレノイドバルブは通常、5〜100ミリ秒以内に開閉します.
• DCバルブは通常、応答時間が短くなります (5–20ミリ秒) ACバルブと比較して (20–100ミリ秒) 交互の電流の性質上.

油圧および空気圧の特性

圧力評価

• ソレノイドバルブの典型的な動作圧力は、真空からの範囲です (0 バー) まで 40 液体用のバー, そして最大まで 10 空気圧システム用のバー.
• 高圧バルブは、上記の圧力に耐えることができます 100 油圧コントロールなどの特殊なアプリケーションのバー.

フロー容量 (cv)

• フロー係数 (cv) 液体を通過するバルブの容量を示します.
  ボリュームとして定義されます (米国ガロンで) 60°Fの水の水 1 psi圧力降下.
• 一般的なソレノイドバルブには、範囲のCV値があります 0.01 (マイクロ流体バルブ用) に 30 以上 (大きな工業用バルブ用).
  例えば, ¼インチバルブのCVは0.5〜1.5です, 2インチのバルブはCVを超える場合があります 10.

メディア温度範囲

• 材料に応じて, 典型的なソレノイドバルブは、–40°Cから +180°Cまでの流体温度を処理できます.
  高温設計は200°Cを超えています, 特殊なシールとコイル断熱材を利用します.

液体の粘度と媒体タイプへの応答

• 粘性液 (例えば, 油, グリース) より大きなオリフィスまたはより強いアクチュエーターを備えたバルブが必要です.
• ガスバルブは、多くの場合、ノイズと圧力の低下を減らすために特定のフローパスで設計されています.

6. 選択 & ソレノイドバルブのサイジングチェックリスト

アプリケーションに適したソレノイドバルブを選択することは、システムのパフォーマンスに影響を与える重要なステップです, 信頼性, そして長寿.

流体と媒体の特性を定義します

• 液体の種類: 水, 空気, 油, スチーム, ガス, または腐食性の化学物質.
• 流体の互換性: 材料とシールが液体化学と互換性があることを確認して、分解や漏れを防ぐ.
• 粘度: より高い粘度液には、より大きなオリフィスまたはより強いアクチュエーターを備えたバルブが必要です.
• 温度範囲: バルブ本体を確認します, シール材料, コイルの断熱性評価は動作温度に一致します.
• 固形物または微粒子の存在: 詰まりなく粒子状物質を処理するために、適切なろ過または設計のあるバルブを選択してください.

動作条件を決定します

• 動作圧力: 入口側と出口側の両方の最小および最大圧力.
• 差圧: バルブが克服しなければならない圧力差が開くために.
• 流量: 毎分リットルで必要な流量 (l/min) または1分あたりガロン (売上総利益率).
• サイクル周波数: デューティサイクルとコイルの冷却のニーズを評価するための1時間または1日あたりのバルブ作動の数.
• 応答時間: システムの応答性に必要なバルブ作動速度.

電気仕様

• 電圧と電流: 制御システムとの可用性と互換性を確保します (例えば, 12DCで, 24DCで, 110vと, 220vと).
• 消費電力: コイルのパワーをシステム機能とエネルギー効率の目標に合わせる.
• デューティサイクル: 作動頻度に基づいて、継続的または断続的なデューティコイルを選択します.
• エンクロージャー評価: ほこりと水侵入保護のIP評価を検討してください, 特に過酷な環境では.

機械的および物理的な考慮事項

• バルブタイプ: 直接作用から選択します, パイロット操作, または、圧力と流れの要件に基づく比例バルブ.
• ポートサイズと接続タイプ: パイプまたはチューブのサイズと接続方法を一致させます (ねじ切りされた, フランジュ, はんだ付け, クイックコネクト).
• 取り付け方向と空間の制約: インストールスペースと必要なバルブの向きを確認してください.
• 材料の選択: 耐食性に基づいています, 強さ, 規制遵守と.
• シールタイプ: 適切なシールを選択します (NBR, EPDM, ファストン, PTFE) メディアと温度用.

コンプライアンスと標準

• 認証: ULなどの業界標準へのコンプライアンスを確認します, ce, atex (爆発的な雰囲気の場合), Rohs, またはアプリケーションに関連する他の人.
• 安全要件: バルブが圧力のために安全プロトコルを満たしていることを確認してください, 漏れ, および電気断熱.
• 環境上の考慮事項: 屋外での使用のために評価されているバルブを検討してください, 化学曝露, または危険な環境.

パフォーマンスとテスト

• フロー係数 (cv): 必要なフローと圧力降下に基づいて計算します; それに応じてバルブサイズを選択します.
• 応答時間: バルブ速度がアプリケーションのニーズに合っていることを確認します.
• 漏れクラス: 最大許容内部および外部漏れ率を定義します.
• 運用テスト: インストール前に実際の動作条件下でバルブ機能を確認してください.

7. ソレノイドバルブの典型的なアプリケーション

ソレノイドバルブは、迅速な対応のために膨大な産業にわたって重要な制御コンポーネントとして機能します, 信頼性, および正確な流体制御.

産業用自動化と製造

• プロセスラインの流体制御: 空気の流れを調整します, 水, 油, 自動生産システムの化学物質.
• 空気圧および油圧作動: 機械の動きのためのシリンダーおよびモーターへの空気または油圧式供給の制御.
• 包装機器: 液体分配の正確なタイミングと制御, 充填, およびシーリング操作.
• 冷却および潤滑システム: 機械加工センターと潤滑回路でのクーラントフローの自動制御.

空調設備 (加熱, 換気, とエアコン)

• 冷えた水と蒸気制御: 建物の気候を調節するために、加熱および冷却コイルのためのバルブの変調.
• 冷蔵システム: 冷却効率を最適化するためにコンプレッサーと蒸発器の冷媒の流れを制御する.
• 空気取り扱いユニット: 自動ダンパーと気流管理.

自動車と輸送

• 燃料噴射システム: 内燃機関における燃料送達の正確な制御.
• 排出制御: 真空および排気ガスの再循環システムの管理.
• トランスミッションシステム: 自動送信における油圧圧力の調節.

水と廃水管理

• 灌漑システム: 農業と造園における水分布の自動制御.
• 水処理プラント: 化学物質の投与およびろ過流路の管理.
• 下水と排水: 治療ユニットへのスラッジと廃水流の制御.

医療および実験装置

• 分析機器: クロマトグラフィーおよび分光法のガスと液体の調節.
• 呼吸器: 換気装置と麻酔機の空気と酸素の流れを制御する.
• 医療水分供給: 静脈内流体と透析機の正確な制御.

飲食業界

• 充填と分配: 液体の正確な投与, ガス, パッケージングラインの粉末.
• 場所の掃除 (CIP) システム: 衛生を確保するための洗浄液の自動制御.
• 炭酸化と香味料: 飲料生産におけるCO2と添加物の管理.

エネルギーと発電

• 燃料ガス制御: タービンと発電機の天然ガスまたは水素供給の調節.
• 冷却システム: 発電所の自動クーラントフロー制御.
• 安全シャットダウン: 危険な状態を防ぐための緊急バルブ作動.

8. 利点と制限

ソレノイドバルブの利点

• ミリ秒応答.
• コンパクトサイズとシンプルな配線.
• 外部アクチュエータは必要ありません.
• ロングサイクルライフ (10M+).

ソレノイドバルブの制限

• コイルの熱生成.
• デブリの感受性.
• パイロットバルブにはΔpminが必要です.

9. 他のバルブとの比較

ソレノイドバルブは、流体の流れを制御するために使用される多くのバルブタイプの1つです, それぞれが異なる動作原則を備えています, 利点, と制限.

ソレノイドバルブが他のバルブとどのように比較されるかを理解する - ボールバルブなど, グローブバルブ, 蝶のバルブ, ダイアフラムバルブ - Helpsエンジニアは、特定のアプリケーションに最適なバルブを選択します.

キー比較のディメンション

作動速度と制御精度

ソレノイドバルブは迅速な切り替えに優れています (ミリ秒), それらを速い応答時間を必要とする自動システムに最適にする.

対照的に, ボール, 蝶, そして、グローブバルブは通常、動作します (秒), インスタント応答がそれほど重要ではないオン/オフまたはスロットリングアプリケーションに適しています.

サイズと圧力の評価

ソレノイドバルブは通常、パイプの直径が小さいものです (最大50 mm) 中程度の圧力 (最大10 MPa), ボールとバタフライのバルブは、はるかに大きなサイズとより高い圧力に対応していますが, 重工業におけるパイプライン分離を含む.

フロー制御とスロットリング

グローブバルブは、優れたフローレギュレーションとスロットリング機能を提供します, 一方、ソレノイドバルブは主にオン/オフ制御用に設計されています.

座席の損傷の可能性があるため、ボールバルブはスロットリングにはお勧めしません, バタフライバルブは、圧力降下が最小限の中程度のフロー制御を提供します.

メンテナンスと耐久性

ソレノイドバルブには、時折検査が必要な電気部品が含まれています, 特にコイルの完全性とシールウェア.

ボールとバタフライのバルブは堅牢で、可動部品が少なくなります, 頻繁なメンテナンスが必要です.

コストに関する考慮事項

ソレノイドバルブは、小規模から中型のサイズで費用対効果の高い自動化を提供しますが、コイルと制御回路のために、より大きなスケールでより高価になる可能性があります.

バタフライバルブは通常、大きな直径の初期コストが低くなります, グローブバルブは複雑な内部部品のためにコストがかかりますが.

10. 高度なトピックとトレンド

• 比例ソレノイドバルブ: 可変電流を介して流量を変調します (0–10Vまたは4〜20mA), 正確な制御を有効にします (例えば, HVACシステムでは、冷媒の流れを調整します).
• ラッチングソレノイドバルブ: 永続的な磁石を使用して、連続した電力なしで位置を保持します, エネルギー消費を減らす 90% (バッテリー駆動のデバイスに最適です).
• スマートバルブ: 埋め込みセンサー (流れ, プレッシャー, 温度) 予測メンテナンスのためのIoT接続.
  例: スマートバルブは、aに演算子を警告することができます 15% 圧力降下, 詰まったフィルターを示します.
• 小型化: マイクロバルブ (オリフィス <1 mm) ラボオンチップデバイス用, 力で <1Wおよび応答 <5 MS.

11. 結論

ソレノイドバルブは、自動流体制御に不可欠なコンポーネントです, 速く提供します, 正確な, 信頼できる操作.

電気信号を流体の流れ制御に迅速に翻訳する能力は、安全性と高性能のシステムに不可欠です.

スマートセンサーなどの継続的な進歩があります, 比例制御, エネルギー効率の高いデザイン, ソレノイドバルブは、自動化と持続可能性の進化するニーズに適応し続けます.

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よくある質問

ソレノイドバルブを蒸気に使用できますか?

はい - しかし、それは高温および蒸気互換のシールに指定する必要があります (金属シートまたは高テンプエラストマー).

直接操作ソレノイドバルブとパイロット操作の違いは何ですか?

直接作用バルブコイル力を使用して、メインシーリング要素を直接移動し、ゼロΔpで動作します;

パイロット操作バルブコイルを使用して、システム圧力を活用してメインバルブを動作させ、通常は最小圧力差が必要なパイロットポートを制御します.

VVTをテストするにはどうすればよいですか (可変バルブタイミング) ソレノイド?

視覚的に検査します; コイル抵抗を測定します; 動作条件下で電力と地面を確認します;

OBDスキャンツールを使用してアクチュエータを指揮し、エンジン応答を観察します; 利用可能な場合, オシロスコープを使用して、PWMドライブ信号を確認します.

ソレノイドバルブの原因となるもの?

メディアの汚染物質, 腐食, 不十分な潤滑, または、堆積物が形成されることを可能にする長いアイドル期間は、固執する可能性があります.

ソレノイドバルブは高温液を処理できます?

はい, 耐熱性材料. 例えば, PTFEシールを備えたステンレス鋼バルブは最大200°Cで動作します; セラミックシールバルブは、工業用炉で500°C+を処理します.

ACとDCソレノイドバルブの違いは何ですか?

ACバルブ (110V, 220V) より強い初期力を生成しますが、ハムするかもしれません; DCバルブ (12V, 24V) 静かです, よりエネルギー効率, 低電力アプリケーションの方が適しています.