Principi tecnici delle valvole

Le elettrovalvole vengono utilizzate ovunque sia necessario controllare automaticamente il flusso di un fluido. Il loro impiego è sempre più diffuso nei più svariati tipi di impianti e apparecchiature. La varietà di modelli disponibili consente di scegliere la valvola più adatta all'applicazione specifica.

GENERALE

Le elettrovalvole vengono utilizzate ovunque sia necessario controllare automaticamente il flusso di liquidi. Sono sempre più utilizzate nei più svariati tipi di impianti e apparecchiature. La varietà di modelli disponibili consente di selezionare la valvola più adatta all'applicazione specifica.

COSTRUZIONE

Le elettrovalvole sono unità di controllo che, quando vengono eccitate o diseccitate elettricamente, interrompono o consentono il flusso dei liquidi. L'attuatore ha la forma di un elettromagnete. Quando viene eccitato, si crea un campo magnetico che spinge un pistone o un'armatura girevole contro l'azione di una molla. Quando viene diseccitato, il pistone o l'armatura girevole viene riportato nella sua posizione originale dall'azione della molla.

FUNZIONAMENTO DELLA VALVOLA

A seconda della modalità di azionamento, si distingue tra valvole ad azione diretta, valvole pilotate internamente e valvole pilotate esternamente. Un'ulteriore caratteristica distintiva è il numero di collegamenti delle porte o il numero di percorsi di flusso ("vie").

VALVOLE A AZIONAMENTO DIRETTO

In una valvola solenoide ad azione diretta, la guarnizione della sede è fissata al nucleo del solenoide. In condizioni di diseccitazione, l'orifizio della sede è chiuso e si apre quando la valvola viene eccitata

VALVOLE A 2 VIE DIRETTA AZIONAMENTO

Le valvole a due vie sono valvole di intercettazione con una porta di ingresso e una porta di uscita (Fig. 1). In condizioni di diseccitazione, la molla del nucleo, assistita dalla pressione del fluido, mantiene la guarnizione della valvola sulla sede della valvola per interrompere il flusso. Quando eccitata, il nucleo e la guarnizione vengono tirati nella bobina del solenoide e la valvola si apre. La forza elettromagnetica è maggiore della forza combinata della molla e delle forze di pressione statica e dinamica dei liquidi.

Figura 1

VALVOLE A 3 VIE AD AZIONAMENTO DIRETTO

Le valvole a tre vie hanno tre collegamenti e due sedi valvola. Una tenuta della valvola rimane sempre aperta e l'altra chiusa in modalità diseccitata. Quando la bobina è eccitata, la modalità si inverte. La valvola a 3 vie mostrata nella Fig. 2 è progettata con un nucleo di tipo a pistone. È possibile ottenere vari tipi di funzionamento della valvola a seconda di come il fluido viene collegato alle porte di lavoro nella Fig. 2. La pressione del fluido si accumula sotto la sede della valvola. Con la bobina diseccitata, una molla conica mantiene la tenuta inferiore del nucleo saldamente contro la sede della valvola e interrompe il flusso del fluido. La porta A viene scaricata attraverso R. In caso la bobina venga eccitata, il nucleo viene tirato verso l'interno e la sede della valvola alla porta R viene sigillata dalla tenuta superiore del nucleo caricata a molla. Il fluido ora scorre da P ad A.

figura 2 A differenza delle versioni con nuclei a pistone, le valvole con armatura girevole hanno tutti i collegamenti delle porte nel corpo della valvola. Una membrana isolante assicura che il fluido non entri in contatto con la camera della bobina. Le valvole con armatura girevole possono essere utilizzate per ottenere qualsiasi funzionamento della valvola a 3 vie. Il principio di progettazione di base è illustrato nella Fig. 3. Le valvole con armatura girevole sono dotate di comando manuale come caratteristica standard.

figura 3

ELETTROVALVOLE A PILOTA INTERNO

Con le valvole ad azione diretta, le forze di pressione statica aumentano con l'aumentare del diametro dell'orifizio, il che significa che le forze magnetiche necessarie per superare le forze di pressione diventano corrispondentemente maggiori. Le valvole solenoidi pilotate internamente vengono pertanto utilizzate per commutare pressioni più elevate in combinazione con orifizi di dimensioni maggiori; in questo caso, la pressione differenziale del fluido svolge il lavoro principale nell'apertura e nella chiusura della valvola.

VALVOLE A 2 VIE PILOTATE INTERIORMENTE

Le valvole solenoidi pilotate internamente sono dotate di una valvola solenoide pilota a 2 o 3 vie. Una membrana o un pistone garantisce la tenuta della sede della valvola principale. Il funzionamento di tale valvola è illustrato nella Fig. 4. In caso la valvola pilota sia chiusa, la pressione del fluido si accumula su entrambi i lati della membrana tramite un orifizio di spurgo. Finché esiste una differenza di pressione tra le porte di ingresso e di uscita, è disponibile una forza di chiusura grazie alla maggiore area effettiva sulla parte superiore del diaframma. In caso la valvola pilota sia aperta, la pressione viene scaricata dalla parte superiore del diaframma. La maggiore forza di pressione netta effettiva dal basso solleva ora il diaframma e apre la valvola. In generale, le valvole pilotate internamente richiedono un differenziale di pressione minimo per garantire un'apertura e una chiusura soddisfacenti. Omega offre anche valvole pilotate internamente, progettate con un nucleo e un diaframma accoppiati che funzionano a differenziale di pressione zero (Fig. 5).

figura 4

ELETTROVALVOLE MULTIVIA A PILOTA INTERNO

Le valvole solenoidi a 4 vie pilotate internamente sono utilizzate principalmente in applicazioni idrauliche e pneumatiche per azionare cilindri a doppio effetto. Queste valvole hanno quattro collegamenti: un ingresso di pressione P, due collegamenti per cilindri A e B e una connessione di scarico R. Una valvola a otturatore 4/2 vie pilotata internamente è mostrata nella Fig. 6. In condizioni di diseccitazione, la valvola pilota si apre alla connessione dall'ingresso di pressione al canale pilota. Entrambi i otturatori nella valvola principale sono ora pressurizzati e commutano. Ora la porta di collegamento P è collegata ad A, e B può scaricare tramite un secondo limitatore attraverso R.

figura 5

VALVOLE A COMANDO ESTERNO

In questi tipi di valvole viene utilizzato un fluido pilota indipendente per azionare la valvola. La figura 7 mostra una valvola a sede angolare azionata da pistone con molla di chiusura. In condizioni di assenza di pressione, la sede della valvola è chiusa. Una valvola solenoide a 3 vie, che può essere montata sull'attuatore, controlla il fluido pilota indipendente. In caso la valvola solenoide sia eccitata, il pistone viene sollevato contro l'azione della molla e la valvola si apre. È possibile ottenere una versione della valvola normalmente aperta se la molla è posizionata sul lato opposto del pistone dell'attuatore. In questi casi, il fluido pilota indipendente è collegato alla parte superiore dell'attuatore. Le versioni a doppio effetto controllate da valvole a 4/2 vie non contengono alcuna molla.

figura 6

MATERIALI

Tutti i materiali utilizzati nella costruzione delle valvole sono accuratamente selezionati in base ai diversi tipi di applicazioni. Il materiale del corpo, il materiale di tenuta e il materiale del solenoide sono scelti per ottimizzare l'affidabilità funzionale, la compatibilità dei fluidi, la durata e il costo.

MATERIALI DEL CORPO

I corpi delle valvole per fluidi neutri sono realizzati in ottone e bronzo. Per i fluidi ad alta temperatura, ad esempio il vapore, è disponibile l'acciaio resistente alla corrosione. Inoltre, il materiale poliammidico viene utilizzato per motivi economici in varie valvole in plastica.

MATERIALI DEL SOLENOIDE

Tutte le parti dell'attuatore solenoide che entrano in contatto con il fluido sono realizzate in acciaio austenitico resistente alla corrosione. In questo modo si garantisce la resistenza all'attacco corrosivo da parte di fluidi neutri o leggermente aggressivi.

MATERIALI DELLE GUARNIZIONI

Le particolari condizioni meccaniche, termiche e chimiche di un'applicazione influiscono sulla scelta del materiale delle guarnizioni. Il materiale standard per fluidi neutri a temperature fino a 194 °F è normalmente FKM. Per temperature più elevate si utilizzano EPDM e PTFE. Il materiale PTFE è universalmente resistente a praticamente tutti i fluidi di interesse tecnico.

PRESSIONI NOMINALI - CAMPO DI PRESSIONE

Tutti i valori di pressione indicati in questa sezione rappresentano pressioni manometriche. Le pressioni nominali sono espresse in PSI. Le valvole funzionano in modo affidabile entro i campi di pressione indicati. I nostri valori si applicano per un campo compreso tra il 15% di sottotensione e il 10% di sovratensione. Se le valvole a 3/2 vie vengono utilizzate in un funzionamento diverso, l'intervallo di pressione consentito cambia. Ulteriori dettagli sono contenuti nelle nostre schede tecniche.

In caso di funzionamento sottovuoto, è necessario assicurarsi che il vuoto sia sul lato di uscita (A o B), mentre la pressione più alta, ovvero la pressione atmosferica, è collegata alla porta di ingresso P.

VALORI DI PORTATA

La portata attraverso una valvola è determinata dalla natura del progetto e dal tipo di flusso. La dimensione della valvola richiesta per una particolare applicazione è generalmente stabilita dal valore Cv. Questo valore è calcolato per unità e condizioni standardizzate, ovvero portata in GPM e utilizzando acqua a una temperatura compresa tra 40 °F e 86 °F con una caduta di pressione di 1 PSI. Sono indicati i valori Cv per ciascuna valvola. Un sistema standardizzato di valori di portata viene utilizzato anche per la pneumatica. In questo caso il flusso d'aria in SCFM a monte e una caduta di pressione di 15 PSI a una temperatura di 68°F.

ATTUATORE SOLENOIDE

Una caratteristica comune a tutte le elettrovalvole Omega è il sistema solenoide incapsulato in resina epossidica. Con questo sistema, l'intero circuito magnetico - bobina, connessioni, giogo e tubo guida del nucleo - è incorporato in un'unica unità compatta. Ciò si traduce in un'elevata forza magnetica contenuta in uno spazio minimo, garantendo un isolamento elettrico di prima classe e una protezione contro le vibrazioni, nonché contro gli effetti corrosivi esterni.

BOBINE

Le bobine Omega sono disponibili in tutte le tensioni di alimentazione CA e CC comunemente utilizzate. Il basso consumo energetico, in particolare con i sistemi a solenoide più piccoli, consente il controllo tramite circuiti a stato solido.

figura 7 La forza magnetica disponibile aumenta con la diminuzione del traferro tra il nucleo e il dado di fissaggio, indipendentemente dal fatto che si tratti di corrente alternata o continua. Un sistema a solenoide CA ha una forza magnetica disponibile maggiore a una corsa maggiore rispetto a un sistema a solenoide CC comparabile. I grafici caratteristici della corsa rispetto alla forza, indicati nella Fig. 8, illustrano questa relazione.

Il consumo di corrente di un solenoide CA è determinato dall'induttanza. Con l'aumentare della corsa, la resistenza induttiva diminuisce e provoca un aumento del consumo di corrente. Ciò significa che nell'istante di diseccitazione, la corrente raggiunge il suo valore massimo. La situazione opposta si applica a un solenoide CC, dove il consumo di corrente è una funzione solo della resistenza degli avvolgimenti. Un confronto temporale delle caratteristiche di eccitazione dei solenoidi CA e CC è mostrato nella Fig. 9. Al momento dell'eccitazione, cioè quando il traferro è al massimo, le elettrovalvole assorbono correnti molto più elevate rispetto a quando il nucleo è completamente retratto, cioè il traferro è chiuso. Ciò si traduce in una potenza elevata e in un aumento dell'intervallo di pressione. Nei sistemi CC, dopo l'accensione della corrente, il flusso aumenta relativamente lentamente fino al raggiungimento di una corrente di mantenimento costante. Queste valvole sono quindi in grado di controllare solo pressioni inferiori rispetto alle valvole CA con le stesse dimensioni dell'orifizio. Pressioni più elevate possono essere ottenute solo riducendo le dimensioni dell'orifizio e, di conseguenza, la capacità di flusso.

EFFETTI TERMICI

In caso di eccitazione della bobina solenoide, si genera sempre una certa quantità di calore. La versione standard delle valvole solenoidi presenta aumenti di temperatura relativamente bassi. Sono progettate per raggiungere un aumento massimo di temperatura di 144 °F in condizioni di funzionamento continuo (100%) e con una sovratensione del 10%. Inoltre, è generalmente consentita una temperatura ambiente massima di 130 °F. Le temperature massime consentite del fluido dipendono dai particolari materiali di tenuta e del corpo specificati. Questi dati sono riportati nelle schede tecniche.

DEFINIZIONI DI TEMPO (VDE0580) TEMPI DI RISPOSTA

I volumi ridotti e le forze magnetiche relativamente elevate delle elettrovalvole consentono di ottenere tempi di risposta rapidi. Per applicazioni speciali sono disponibili valvole con tempi di risposta diversi. Il tempo di risposta è definito come il tempo che intercorre tra l'applicazione del segnale di commutazione e il completamento dell'apertura o della chiusura meccanica.

PERIODO DI ATTIVAZIONE

Il periodo di attivazione è definito come il tempo che intercorre tra l'attivazione e la disattivazione della corrente del solenoide.

PERIODO DI CICLO

Il tempo totale dei periodi di eccitazione e diseccitazione costituisce il periodo di ciclo. Periodo di ciclo preferito: 2, 5, 10 o 30 minuti.

CICLO DI FUNZIONAMENTO RELATIVO

Il ciclo di lavoro relativo (%) è il rapporto percentuale tra il periodo di alimentazione e il periodo di ciclo totale. Il funzionamento continuo (ciclo di lavoro al 100%) è definito come funzionamento continuo fino al raggiungimento della temperatura di equilibrio.

FUNZIONAMENTO DELLA VALVOLA

La codifica per il funzionamento della valvola è sempre costituita da una lettera maiuscola. Il riepilogo a sinistra descrive in dettaglio i codici dei vari funzionamenti della valvola e indica i simboli standard appropriati per i circuiti

VISCOSITÀ

I dati tecnici sono validi per viscosità fino al valore indicato. Sono ammesse viscosità più elevate, ma in questi casi l'intervallo di tolleranza della tensione è ridotto e i tempi di risposta sono più lunghi.

INTERVALLO DI TEMPERATURA

I limiti di temperatura per il fluido sono sempre specificati. Tuttavia, vari fattori, ad esempio le condizioni ambientali, i cicli, la velocità, la tolleranza di tensione, i dettagli di installazione, ecc., possono influenzare le prestazioni termiche. I valori qui indicati devono quindi essere utilizzati solo come guida generale. Nei casi in cui sia previsto il funzionamento a temperature estreme, è necessario consultare il reparto tecnico di Omega.

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