Elettrovalvole

Un'elettrovalvola idraulica è una valvola azionata elettricamente per avviare, arrestare o regolare il flusso di fluido in un sistema idraulico. È composta da un corpo valvola

collegato a un meccanismo con bobina elettrica, o solenoide, in grado di aprire, chiudere o controllare il flusso. Il sistema di controllo produce questa variazione in base al comando ricevuto.

Un'elettrovalvola combina due principali unità funzionali:

1. Un solenoide, o elettromagnete, con il relativo nucleo.

2. Un corpo valvola contenente una o più porte o orifizi.

L'elettrovalvola è normalmente aperta e consente all'uscita del posizionatore di entrare nella camera del diaframma. In caso di perdita di alimentazione elettrica, chiude la porta verso il posizionatore e scarica la pressione dalla camera del diaframma della valvola di controllo.

Quando le elettrovalvole vengono installate nelle alimentazioni d'aria controllata delle valvole pneumatiche per bloccare la pressione del diaframma, la fonte afferma che la configurazione in caso di guasto elettrico dovrebbe includere un ritardo temporale e un reset manuale, in modo che brevi interruzioni di alimentazione non provochino azionamenti indesiderati.

Introduzione agli attuatori

Elettrovalvola

Un'elettrovalvola è una valvola elettromeccanica che apre o chiude quando l'alimentazione elettrica viene applicata o rimossa. Le elettrovalvole vengono utilizzate con attuatori pneumatici e idraulici. Il pannello di controllo mostrato nella figura sopra utilizza una sola elettrovalvola.

Quando è richiesto un livello di sicurezza superiore, per esempio una funzione di arresto di emergenza, sul pannello possono essere impiegate due o tre elettrovalvole. La figura seguente ne illustra il funzionamento; la vista a destra mostra la condizione con alimentazione applicata.

La bobina viene energizzata e crea un campo magnetico intorno all'otturatore, mostrato in blu nell'illustrazione della fonte. La forza magnetica lo tira verso l'alto e apre la valvola, come indicato in figura.

Quando l'alimentazione viene rimossa, il campo magnetico collassa, l'otturatore scende e la valvola si chiude.

Valvole di controllo

Elettrovalvola

Un'elettrovalvola è essenzialmente una valvola azionata da un attuatore interno composto da bobina elettrica e otturatore. Un segnale elettrico apre o chiude la valvola e il meccanismo ritorna alla posizione iniziale, normalmente tramite una molla, quando il segnale viene rimosso.

Le elettrovalvole sono prodotte normalmente aperte o normalmente chiuse, in riferimento alla posizione della valvola quando il solenoide non è energizzato.

Elettrovalvola DC o AC

La fonte afferma che i solenoidi DC sono spesso preferiti perché non presentano lo stesso picco iniziale di corrente di spunto delle bobine AC, riducendo il rischio di surriscaldamento o danno alla bobina, soprattutto quando la valvola commuta frequentemente o il cursore si blocca accidentalmente.

Tuttavia, quando è richiesta una risposta più rapida o si utilizzano controlli elettrici a relè, possono essere preferiti solenoidi AC. La fonte indica tempi di risposta di circa 8-15 microsecondi per AC e 30-40 microsecondi per DC.

Esistono differenze operative significative tra valvole con bobine DC e AC. Secondo la fonte, le bobine DC hanno risposta più lenta e sono limitate a pressioni inferiori, mentre quelle AC rispondono più rapidamente e possono inizialmente gestire pressioni maggiori.

Vedere la figura sopra. Questa risposta più rapida può consentire cicli più veloci quando necessario. Le perdite elettriche aumentano però con la frequenza AC; ad esempio, la fonte afferma che le perdite di un solenoide a 60 Hz sono maggiori rispetto alla stessa bobina alimentata a 50 Hz.

Effetto della molla di ritorno

Con una valvola a due vie normalmente chiusa, sia la forza della molla sia la pressione del fluido in ingresso agiscono per chiudere la valvola. La molla di ritorno può quindi essere relativamente debole e in alcuni progetti può essere completamente omessa. Quest'ultima soluzione richiede che la valvola sia installata con il solenoide verticale,

in modo che la gravità, insieme alla pressione del fluido, fornisca l'azione di ritorno come mostrato nella figura seguente.

Con una valvola a due vie normalmente aperta, la molla, assistita dalla pressione del fluido, mantiene la valvola aperta. La forza del solenoide deve essere sufficiente a superare sia la forza della molla sia la pressione in ingresso per chiudere la valvola.

Le valvole a tre vie richiedono molle superiore e inferiore. La molla inferiore preme la valvola sulla sede, che viene aperta dalla pressione d'ingresso. La molla superiore agisce nella direzione mostrata nelle posizioni B e C della figura sopra. La fonte riassume la combinazione richiesta delle forze come segue:

Tipo di valvola — Molla superiore — Molla inferiore

Tre vie normalmente chiusa — forte — debole

Tre vie normalmente aperta — debole — forte

Valvola miscelatrice — media — media

Valvola deviatrice — forte — debole

Valvole pilotate

L'azionamento diretto tramite solenoide è generalmente limitato alle valvole di dimensioni minori. Solenoidi più grandi in grado di azionare direttamente valvole grandi consumano più potenza elettrica e producono una quantità considerevole di calore.

Una valvola pilotata è spesso una soluzione più interessante. Un piccolo solenoide aziona una valvola pilota che, a sua volta, ammette la pressione di ingresso nella parte appropriata della valvola per aprire la valvola principale.

L'alimentazione pilota può essere interna, usando la pressione di linea della valvola stessa, oppure esterna, usando una fonte pilota separata.

Perché una valvola pilotata funzioni correttamente, deve esistere una certa pressione differenziale sulla valvola principale. Con questa differenza disponibile, la valvola può controllare pressioni di linea più elevate con un ingresso elettrico relativamente basso. La pressione nominale della valvola principale è coordinata con quella della valvola pilota

perché entrambe sono esposte alla stessa pressione di linea. Le valvole pilotate hanno generalmente tempi di risposta più lenti rispetto alle elettrovalvole ad azione diretta, anche se molti modelli permettono di regolare la risposta.

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Valvola semibilanciata

Un'altra categoria generale di elettrovalvola viene descritta dalla fonte come valvola semibilanciata. È una valvola a doppia sede con due otturatori montati su uno stelo comune. L'otturatore inferiore è leggermente più piccolo di quello superiore. La pressione di linea agisce sotto l'otturatore inferiore

e sopra quello superiore, creando una forza differenziale che aiuta a mantenerli sulle sedi, con l'assistenza di una molla quando necessaria. Il solenoide deve quindi vincere solo la forza dovuta allo squilibrio di pressione, oltre alla forza della molla se presente, per aprire la valvola.

 

Valvole idrauliche ad azionamento elettrico

Una configurazione di progetto preferita per una valvola idraulica ad azionamento elettrico consiste nell'utilizzare la forza del solenoide per l'azione di "spinta" e la molla per il movimento di ritorno o "trazione". Il solenoide deve essere abbastanza potente da superare inerzia e attrito oltre alle forze della molla e idrauliche.

Le forze idrauliche possono variare notevolmente e non essere completamente prevedibili, quindi è necessario un ampio margine di progetto nella scelta di solenoide e molle.

Un solenoide può essere di tipo "secco" o "bagnato". In generale, un solenoide bagnato può essere più piccolo a parità di funzione perché gli attriti statico e dinamico sono inferiori. I modelli bagnati hanno inoltre il vantaggio che tutte le parti mobili sono racchiuse e lubrificate

e la tenuta dinamica tra solenoide e corpo valvola può essere eliminata. Questi sono descritti anche come modelli senza premistoppa.

Le elettrovalvole ad azione diretta sono generalmente limitate a portate di circa 45 L/min nell'intervallo descritto dalla fonte, incluse dimensioni nominali intorno a 1/8 e 1/4 di pollice. Molte possono essere commutate direttamente da sistemi di controllo a stato solido. Le potenze tipiche delle bobine citate sono 24 V DC e circa 20-65 W, a seconda del sistema.

Elettrovalvola senza premistoppa

Disponendo l'armatura del solenoide in modo che funzioni all'interno di un tubo sigillato circondato dalla bobina elettrica, è possibile eliminare i premistoppa. Ciò semplifica la costruzione ed elimina un potenziale punto di perdita. Il principio è ampiamente applicato alle valvole più piccole.

Una configurazione tipica è mostrata nella figura seguente. Le valvole senza premistoppa possono essere installate in varie posizioni e sopportare carichi d'urto considerevoli. Il tempo di risposta è descritto come molto breve:

la fonte indica circa 5 microsecondi in AC e 10-15 microsecondi in DC, con frequenze di diverse centinaia di cicli al minuto considerate possibili.

Questo principio è ampiamente applicato alle valvole più piccole. Un tipo tipico è mostrato nella Figura 16.36 della fonte. Le valvole senza premistoppa possono essere installate in diverse posizioni e sopportare carichi d'urto considerevoli. Il tempo di risposta è descritto come molto breve:

circa 5 microsecondi in AC e 10-15 microsecondi in DC, con diverse centinaia di cicli al minuto considerate possibili.

Caratteristiche delle elettrovalvole

Quando le elettrovalvole vengono utilizzate nelle linee di processo, il corpo valvola deve rispettare la specifica applicabile delle tubazioni di strumentazione. La fonte afferma che la costruzione standard in bronzo del produttore è normalmente adatta al servizio aria.

Le dimensioni delle connessioni del corpo valvola devono essere 1/8, 1/4 e 3/8 di pollice, oppure come indicato nella relativa scheda tecnica.

Le bobine dei solenoidi devono essere stampate e incapsulate e utilizzare isolamento continuo di Classe E o F alla tensione e frequenza nominali specificate.

Il solenoide può funzionare con alimentazione DC o AC. Le caratteristiche standard indicate dalla fonte comprendono 24 V AC o DC e 110 V AC a 50 Hz, o altri valori indicati nella scheda tecnica.

Salvo diversa indicazione nella scheda, la bobina deve azionare la valvola con variazioni di tensione di circa ±10%.

Sono disponibili diversi materiali per il corpo valvola. I materiali delle sedi devono essere scelti in base al servizio. La fonte elenca Buna-N, dischi in acciaio inox, Viton, PTFE e altri; la scelta deve seguire i requisiti indicati nella scheda tecnica.

Secondo la fonte, le parti esterne della costruzione dell'elettrovalvola che entrano in contatto con il fluido di processo devono essere in acciaio inox.

Valvole a solenoide a tre e quattro vie ad azione diretta, senza tenute e che non richiedono una pressione minima di esercizio, possono essere montate sulle valvole di controllo. Sono disponibili elettrovalvole miniaturizzate e standard con involucri per uso generale che proteggono da spruzzi indiretti e polvere

oppure con involucri antideflagranti e resistenti alle intemperie/impermeabili. L'involucro richiesto deve essere specificato dall'utente nella relativa scheda tecnica.

L'involucro deve essere adatto alla classificazione dell'area specificata nella scheda tecnica.