Hoe Werkt een Media Gescheiden Magneetventiel

In een magneetventiel met gescheiden media komt de vloeistof niet in contact met de interne mechanische onderdelen, zoals de plunjer en de veer. Deze kleppen zijn bijzonder geschikt voor vervuilde of corrosieve vloeistoffen. Voordat we het ontwerp en de toepassing van deze kleppen bespreken, zullen we eerst de basisprincipes van het ontwerp van een magneetventiel uitleggen.

Een magneetventiel wordt elektromagnetisch bediend. De actuator is een solenoïde, een elektrische spoel met een beweegbare ferromagnetische kern in het midden. Deze kern wordt vaak plunjer genoemd. Een elektrische stroom door de spoel creëert een magnetisch veld dat een kracht uitoefent op de plunjer. Hierdoor wordt de plunjer naar het midden van de spoel getrokken. Als er stroom loopt, wordt de kern naar het midden getrokken. Zodra de stroom stopt, verdwijnt het magnetische veld en wordt de kern (meestal) door een veer naar beneden geduwd naar zijn uitgangspositie. Het bewegen van de plunjer door een elektrische stroom creëert een elektromechanisch systeem dat de basiscomponent is van alle magneetventielen.

Risico op corrosie en vervuiling

In de meeste magneetventielen staan de ferromagnetische plunjer en de retourveer in contact met het medium. Kleppen kunnen worden gekozen met veel verschillende behuizingsmaterialen om chemisch compatibel te zijn met de media, maar de plunjer moet altijd ferromagnetisch zijn. Het meest voorkomende plunjermateriaal is 430F roestvrij staal, dat een lagere chemische weerstand heeft in vergelijking met de gebruikelijke behuizingsmaterialen, zoals 304 of 316 roestvrij staal.

Bovendien zijn magneetventielen door het mechanisme van de actuator erg gevoelig voor vuil en werken ze alleen met schone vloeistoffen of gassen. Afsluiters kunnen media toelaten in dode ruimtes waar de ophoping van kleine deeltjes de beweging van de afsluiter kan verstoren, een risico op kruisbesmetting voor een volgende batch met zich meebrengt en slijtage aan de aandrijfonderdelen kan veroorzaken. Verontreinigingen in het medium zijn verantwoordelijk voor het grootste deel van de problemen met magneetventielen. Zorg ervoor dat de kleppen geïnstalleerd worden met het magneetventiel in een verticale positie met de spoel naar boven gericht om ophoping van vuil en vreemde deeltjes rond de plunjer te voorkomen. Als het magneetventiel onder een hoek is gemonteerd, wordt aanbevolen om maximaal 90° af te wijken van de verticale positie.

Voor de installatie is het altijd aan te raden om de leidingen kort door te spoelen om ze vrij te maken van deeltjes. Als er kans is op vervuiling, kan er stroomopwaarts van de klepinlaat een filter worden geïnstalleerd. Routinematig onderhoud kan dergelijke problemen voorkomen.

Als de media in het systeem echter van nature vervuild zijn, geladen zijn met fijne deeltjes, agressief, corrosief, temperatuurgevoelig of ultrazuiver zijn, wordt het aanbevolen om magneetventielen met scheiding van media te gebruiken. Merk op dat media gescheiden magneetventielen alleen licht verontreinigde media aankunnen en niet geschikt zijn voor alle met deeltjes beladen media. Voor zwaar vervuilde media of slurries zijn andere kleptypes beter geschikt. We zullen later meer uitleggen over de alternatieven.

Media-gescheiden magneetventielen

Media-gescheiden kleppen zijn ontworpen om kritische media te hanteren, zoals agressieve, met deeltjes beladen of zeer zuivere vloeistoffen of gassen. Daarom is het van belang dat de hydraulische en elektrische onderdelen van de klep worden gescheiden van het stromingstraject. Dit soort kleppen zijn zo ontworpen dat de media alleen in contact staan met de klepbehuizing, de afdichtingen en het isolatiemembraan. De actuator bevindt zich buiten de vloeistofruimte en is zo beschermt tegen corrosie of ophoping van deeltjes. Bijgevolg wordt ook het medium beschermd tegen verontreiniging en overmatige temperatuurschommelingen. Het isolatiemembraan en kleplichaam zijn gemaakt van resistent materiaal en de klep kan gemakkelijk worden gespoeld vanwege de kleine dode ruimte.

Types

Media gescheiden magneetventielen bestaan in veel verschillende groottes en ontwerpen. In het algemeen is de werking in twee categorieën te verdelen: direct gestuurd en indirect gestuurd. Het belangrijkste criterium om in gedachten te houden bij het kiezen van het juiste type klep is dat direct gestuurde kleppen werken vanaf nul bar drukverschil bij inlaat en uitlaat, terwijl indirect gestuurde magneetkleppen een minimaal drukverschil van ongeveer 0,5 bar tussen de poorten vereisen. Magneetventielen met indirecte bediening zijn ontworpen om grotere debieten te regelen met behulp van een relatief kleine elektromagneet. In de volgende hoofdstukken wordt het werkingsprincipe van veel gebruikte media gescheiden magneetventielen besproken.

Direct gestuurd kantelhefboomventiel

Om dit voorbeeld uit te leggen, wordt het Bürkert type 0131 als referentie genomen. Deze tuimelklep werkt volgens de wet van de hefboom. Een hefboom draait op een vast scharnier en kan worden gebruikt om een grote kracht uit te oefenen over een kleine afstand aan de ene kant door slechts een kleine kracht uit te oefenen over een grotere afstand aan de andere kant. Bij een direct werkende magneetklep is de plunjer aan de bovenkant loodrecht op de hefboom aangesloten (Afbeelding 2) en bevindt de afdichtcilinder zich aan de onderkant van de hefboom. De door de horizontale beweging van de plunjer opgewekte ingangskracht wordt via de hefboom naar de afdichtcilinder op de klepzittingen overgebracht. Deze eigenschap kan dus direct grote diameters in een klep schakelen.

Aangezien de hefboom door een scheidingsmembraan loopt, is de actuator gescheiden van het vloeistoflichaam. De mediascheiding maakt deze klep bijzonder geschikt voor gebruik in kritieke zure en alkalische oplossingen of in media die deeltjes bevatten. Vanwege de grote diameters wordt deze klep vaak gebruikt als ledigings- en mengklep. Deze klep kan werken als 2/2-weg of 3/2-weg.

Direct werkend magneetventiel met klap-anker

Bij dit type klep is de plunjer het armatuur dat op één punt draait, door een flexibel scheidingsmembraan gaat en aan de andere kant van het membraan het klephuis binnengaat. Wanneer de solenoïde wordt bekrachtigd, wordt het draaibare armatuur (de plunjer) in de solenoïde getrokken en draait het tegen de kracht van een retourveer in. Net als bij de tuimelklep wordt de afsluitcilinder daarom tegen de klepzitting gedrukt (bij normaal open kleppen) om de doorstroming te stoppen. Zonder stroom draait het gedraaide armatuur terug door de kracht van de retourveer waardoor de afdichtcilinder van de klepzitting weg beweegt zodat er medium kan stromen.

Een 3/2-weg magneetventiel met gedraaide armatuur is afgebeeld in figuur 3. In uitgeschakelde toestand wordt de afsluitcilinder door veerkracht tegen de klepzitting 1 gedrukt. In ingeschakelde toestand draait de elektromagneet het kernanker tegen de kracht van de veer in en wordt de afdichtcilinder tegen de klepzitting 2 gedrukt.

Het gebruik van een isolerend membraam, maakt het mogelijk om deze kleppen te gebruiken voor de regeling van corrosieve, verontreinigde en agressieve vloeistoffen alsmede voor vacuüm.

Indirect werkende (servo bediende) magneetventielen

Het openen van grote openingen met de direct werkende methode zou enorme en dure spoelen vereisen. Servogestuurde kleppen gebruiken het drukverschil van het medium over de kleppoorten om te openen en te sluiten. Het werkingsprincipe van een servogestuurd magneetventiel worden hier verder besproken.

In een servogestuurde klep met servogestuurde besturing is de servogestuurde klep een direct werkende servogestuurde klep, terwijl de afdichting van de hoofdklep een groter flexibel membraan of een zuiger is.

Het belangrijkste toepassingsgebied voor deze klep is het betrouwbaar schakelen van licht verontreinigde en agressieve gassen en vloeistoffen voor grotere diameters. Bij dit type klep is er weinig gevaar voor verstopping, omdat de actuator en de mediaruimte worden gescheiden door een membraan.

Andere kleptypes

Voor verontreinigde of agressieve vloeistoffen worden ook andere kleppen gebruikt, zoals knijpventielen (engels: pinch valves), kogelkranen of vlinderkleppen:

Knijpventielen dit soort knijpkleppen worden rond procesleidingen geplaatst en knijpen de buis samen ter afsluiting. Knijpventielen worden vaak gebruikt in medische instrumenten, klinische of chemische analyseapparatuur en een breed scala aan laboratoriumapparatuur. Knijpventielen zijn kleppen met volledige doorlaat (volledige poort) die drukverlies minimaliseren wanneer ze volledig open zijn.

Kogelkranen gebruiken een holle doorboorde draaibare kogel. Wanneer het kogelgat in lijn is met de vloeistofstroming, is de klep volledig open en wanneer hij 90 graden wordt gedraaid, is de klep volledig gesloten. Kogelkranen zijn duurzaam, eenvoudig te bedienen en kunnen werken bij hoge drukken en temperaturen.

Vlinderkleppen dit type klep gebruikt een schijf die een kwartslag draait om te schakelen tussen open en gesloten toestanden. Vlinderkleppen hebben meestal lagere kosten en een lager gewicht in vergelijking met kogelkranen. Omdat de schijf altijd in de stroom aanwezig is, zelfs als deze volledig open is, veroorzaken ze altijd een drukval in het systeem.

Selectiecriteria

Het belangrijkste selectiecriterium voor media gescheiden magneetventielen, na bepaling van de vereiste minimale differentiële druk aan de poorten, de KV-waarde en de klepopening, is de keuze van het constructiemateriaal, namelijk de behuizing en het afdichtingsmateriaal. Alle materialen hebben specifieke eigenschappen die ze geschikt maken voor verschillende toepassingen. Het is belangrijk om het juiste materiaal voor uw media te kiezen.