آیا دانش اولیه شیرهای کنترل را می دانید؟

شیرهای کنترلی که به عنوان شیرهای تنظیم کننده نیز شناخته می شوند، دستگاه های کنترلی هستند که در زمینه کنترل فرآیند اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند. آنها می توانند به طور خودکار بر اساس سیگنال های کنترل سیستم اتوماسیون تنظیم شوند تا پارامترهای فرآیند مانند سرعت جریان، فشار، دما و سطح مایع را تغییر دهند.

شیرهای کنترل از سه بخش اصلی تشکیل شده اند: بدنه سوپاپ، محرک و لوازم جانبی.

بدنه شیر ساختار اساسی شیر کنترل است که با تمرکز بر کنترل جریان طراحی شده است. محرک وظیفه حرکت هسته سوپاپ برای تغییر ناحیه جریان را بر عهده دارد ، در حالی که لوازم جانبی عملکردها و عملکرد اضافی را ارائه می دهند.

شیرهای کنترل را می توان بر اساس ویژگی های سکته مغزی به انواع خطی و چرخشی و بر اساس عملکرد و ویژگی ها به انواع خطی، درصد مساوی و سهموی طبقه بندی کرد.

انواع خطیشیر تک صندلی، شیر دو صندلی، شیر آستین، شیر زاویه، شیر سه طرفه و شیر دیافراگم.:
انواع روتاری:شیر پروانه ای، شیر توپی، شیر دوار خارج از مرکز و شیر کنترل فوق العاده سبک با امکانات کامل.
عملیات رانندگی:انواع پنوماتیک، الکتریکی و هیدرولیک؛
فرم کنترل:تنظیم، خاموش کردن و تنظیم انواع خاموش؛
ویژگی های جریان:خطی، درصد مساوی، سهموی یا سریع باز شدن.

آنها برای رسانه های مختلف از جمله هوا، آب، بخار، محیط های خورنده، گل و روغن مناسب هستند.

عملکرد مستقیم و معکوس هوا باز و بسته شدن هوا
هوا باز و هوا بسته شدن شیر کنترل به کل مکانیزم شیر اشاره دارد. با افزایش فشار هوا روی دیافراگم، دریچه به تدریج برای باز شدن هوا باز می شود و برای بسته شدن هوا بسته می شود. هنگامی که هیچ سیگنالی وجود ندارد، شیر هوا باز بسته می شود و شیر بسته شدن هوا کاملا باز است.

عملکرد مستقیم و معکوس شیر کنترل به محرک شیر کنترل دیافراگم پنوماتیک اشاره دارد. هنگامی که هوا به قسمت فوقانی دیافراگم وارد می شود، ساقه به سمت پایین حرکت می کند که یک عمل مستقیم است. هنگامی که هوا به قسمت پایین وارد می شود، ساقه به سمت بالا حرکت می کند که عمل معکوس است.

جریان باز و جریان بسته به محیط مربوط می شود. هنگامی که محیط در جهت باز شدن شیر جریان می یابد، به آن نوع جریان باز می گویند.

برعکس، هنگامی که به سمت بسته شدن شیر جریان می یابد، به آن نوع بسته جریان می گویند.

I. فرم های عمل محرک
(1) عملکرد مستقیم و معکوس محرک پنوماتیک. هنگامی که فشار هوای ورودی محرک پنوماتیک افزایش می یابد ، ساقه به سمت پایین حرکت می کند ، که یک عمل مستقیم است. برعکس، هنگامی که فشار هوای ورودی افزایش می یابد، ساقه به سمت بالا حرکت می کند که عمل معکوس است (شکل 9-16 را ببینید).

(2) نصب مستقیم و معکوس مکانیسم تنظیم. هسته سوپاپ دارای دو شکل نصب مستقیم و معکوس است. هنگامی که هسته سوپاپ به سمت پایین حرکت می کند و سطح جریان بین هسته سوپاپ و نشیمنگاه کاهش می یابد، به آن شیر نصب مستقیم می گویند. برعکس، هنگامی که با حرکت هسته سوپاپ به سمت پایین، سطح جریان افزایش می یابد، به آن شیر نصب معکوس می گویند. برای شیرهای نصب مستقیم دو هدایت، تا زمانی که میل سوپاپ به انتهای پایینی هسته سوپاپ متصل باشد، به یک شیر نصب معکوس تبدیل می شود. برای شیرهایی با قطر اسمی Dg < 25mm, they are generally single-guided, so only direct mounting valves are available.

(3) فرم های عمل محرک. محرک های پنوماتیک دو شکل دارند: هوا باز و هوا بسته. هنگامی که فشار سیگنال افزایش می یابد، دریچه باز می شود که به آن هوا باز می گویند. برعکس، هنگامی که فشار سیگنال افزایش می یابد، دریچه بسته می شود که به آن هوا بسته می شود. از آنجا که محرک دارای اقدامات مستقیم و معکوس است ، شیر کنترل (با هسته سوپاپ دو هدایت) نیز دارای اقدامات مستقیم و معکوس است ، بنابراین هوای باز یا بسته شدن هوا محرک پنوماتیک از این ترکیب تشکیل می شود ، همانطور که در شکل 9-16 نشان داده شده است.

برای شیرهای کنترل با قطر کوچک ، سیگنال خروجی معمولا با تغییر اقدامات مستقیم و معکوس محرک برای دستیابی به هوا باز یا بسته شدن هوا تغییر می کند. برای شیرهای کنترل با قطر بزرگ، معمولا با تغییر اقدامات مستقیم و معکوس شیر کنترل برای دستیابی به هوا باز یا بسته شدن هوا انجام می شود.

II. پوزیشنر
پوزیشنر همراه با محرک دیافراگم پنوماتیک استفاده می شود.

1) عملکرد مثبت موقعیت یاب سوپاپ: هنگامی که سیگنال ورودی افزایش می یابد، فشار خروجی به دیافراگم افزایش می یابد.

2) عملکرد معکوس موقعیت یاب سوپاپ: هنگامی که سیگنال ورودی افزایش می یابد، فشار خروجی به دیافراگم کاهش می یابد.

محرک ها و پوزیشنرهای عمل مثبت برای دستیابی به عملکرد محرک های عمل مثبت با هم کار می کنند.

محرک های عمل مثبت و موقعیت یاب های عملکرد معکوس برای دستیابی به عملکرد محرک های عمل معکوس با هم کار می کنند.

محرک های عمل معکوس و موقعیت یاب های عمل مثبت برای دستیابی به عملکرد محرک های عمل معکوس با هم کار می کنند.

محرک های عمل معکوس و موقعیت یاب های عملکرد معکوس برای دستیابی به عملکرد محرک های عمل مثبت با هم کار می کنند.

III. شیر کنترل FC (هوا باز یا خرابی بسته) یا FO (هوا بسته یا باز نشده)
انتخاب هوا باز و هوا بسته از منظر ایمنی فرآیند در نظر گرفته می شود. هنگامی که منبع هوا قطع می شود، آیا شیر در حالت بسته یا باز ایمن تر است. به عنوان مثال ، در کنترل احتراق کوره گرمایش ، شیر کنترل بر روی خط لوله گاز سوخت نصب می شود تا تأمین سوخت را بر اساس دمای کوره یا دمای ماده گرم شده در خروجی کوره گرمایش کنترل کند. در این زمان، انتخاب شیر هوا باز ایمن تر است.

شیر کنترل هوا باز به این معنی است که شیر در صورت عدم وجود هوا کاملا بسته است و شیر در صورت وجود هوا باز می شود. هنگامی که هیچ سیگنالی وجود ندارد، شیر بسته می شود و با وجود سیگنال ورودی، شیر باز می شود. علاوه بر این، هرچه سیگنال بزرگتر باشد، دهانه شیر بزرگتر است. هنگامی که سیگنال در حداکثر خود است، شیر کاملا باز است.

نوع هوا باز (هوا به باز) به این معنی است که وقتی فشار هوا روی دیافراگم افزایش می یابد، شیر در جهت افزایش باز شدن حرکت می کند و زمانی که به حد فشار هوای ورودی می رسد، شیر کاملا باز می شود. برعکس، هنگامی که فشار هوا کاهش می یابد، شیر

در جهت بسته شدن حرکت می کند و زمانی که هوای ورودی وجود ندارد، شیر کاملا بسته می شود. بنابراین، شیر نوع باز هوا گاهی اوقات بستن خرابی (FC) نامیده می شود.

نوع هوا بسته (هوا برای بستن) در جهت مخالف نوع هوا باز حرکت می کند. هنگامی که فشار هوا افزایش می یابد، شیر در جهت بسته شدن حرکت می کند. هنگامی که فشار هوا کاهش می یابد یا وجود ندارد، شیر در جهت باز شدن حرکت می کند یا کاملا باز می شود. بنابراین، گاهی اوقات به آن fail-open (FO) می گویند. در حین استفاده، موقعیت های خرابی رایج (FO، FC، FL) هستند، جایی که FO به این معنی است که شیر به دلیل خرابی منبع هوا باز یا بسته نمی شود.

برای موقعیت های خرابی شیر پنوماتیک، آنها عمدتا به چند حالت تقسیم می شوند:
1) تحت عمل به هم پیوسته دستگاه شیر پنوماتیک، موقعیت شیر باید شرایط زیر را داشته باشد:

FC-هنگامی که منبع هوا از بین می رود، شیر در حالت بسته قرار دارد.

FO-هنگامی که منبع هوا از بین می رود، دریچه در حالت باز قرار دارد.

FL-هنگامی که منبع هوا از بین می رود، شیر در موقعیت لحظه ای قرار می گیرد و باقی می ماند.

FLC-هنگامی که منبع هوا از بین می رود، شیر موقعیت خود را حفظ می کند اما تمایل به بسته شدن دارد و شیر در حالت بسته قرار می گیرد (گاز موجود در سیلندر تمام می شود).

FLO-هنگامی که منبع هوا از بین می رود، شیر موقعیت خود را حفظ می کند اما تمایل به باز شدن دارد و شیر در حالت باز قرار می گیرد (گاز موجود در سیلندر تمام می شود).

2) تحت عمل به هم پیوسته دستگاه شیر تنظیم کننده یا خاموش کننده ، موقعیت شیر باید شرایط زیر را داشته باشد:

FC-هنگامی که منبع هوا از بین می رود یا شیر برقی برق را از دست می دهد، شیر در حالت بسته قرار دارد.

FO-هنگامی که منبع هوا از بین می رود یا شیر برقی برق خود را از دست می دهد، شیر در حالت باز قرار دارد.

AFL/EFC-

1) هنگامی که منبع هوا از بین می رود و شیر برقی قدرت خود را از دست نمی دهد، دریچه موقعیت خود را حفظ می کند.

2) صرف نظر از اینکه منبع هوا از بین برود یا شیر برقی برق را از دست بدهد، شیر در حالت بسته قرار دارد.

AFL / EFO-

1) هنگامی که منبع هوا از بین می رود و شیر برقی قدرت خود را از دست نمی دهد، دریچه موقعیت خود را حفظ می کند.

2) صرف نظر از اینکه منبع هوا از بین برود یا شیر برقی برق را از دست بدهد، شیر در حالت باز قرار دارد.

شیرهای پنوماتیک از طریق سیگنال های خروجی، با سرعت باز و بسته شدن نسبتا سریع، عملکردهای قطع، اتصال و تنظیم سوپاپ را به دست می آورند. آنها اغلب برای خاموش شدن سریع دو موقعیتی استفاده می شوند و همچنین می توانند برای تنظیم جریان استفاده شوند. با تطبیق لوازم جانبی مختلف می توان به روش های مختلف کنترل دست یافت.

دریچه های کنترل باز هوا با افزایش فشار سیگنال، سطح جریان را افزایش می دهند. در حالی که دریچه های بسته هوا با افزایش فشار سیگنال، سطح جریان را کاهش می دهند.

انتخاب نوع شیر کنترل
انواع مختلفی از بدنه شیر کنترل وجود دارد که معمولا از جمله تک صندلی، دو صندلی مستقیم، زاویه، دیافراگم، جریان کوچک، سه طرفه، چرخشی خارج از مرکز، پروانه، آستین و توپ استفاده می شود.

هنگام انتخاب های خاص، می توان ملاحظات زیر را در نظر گرفت:

(1) شکل و ساختار هسته سوپاپ
عمدتا عواملی مانند ویژگی های جریان انتخاب شده و نیروهای نامتعادل را در نظر بگیرید.

(2) مقاومت در برابر سایش
هنگامی که محیط سیال یک سوسپانسیون حاوی ذرات ساینده با غلظت بالا است، مواد داخلی شیر باید سخت باشد.

(3) مقاومت در برابر خوردگی
با توجه به ماهیت خورنده محیط، ترجیح داده می شود دریچه ای با ساختار ساده انتخاب کنید.

(4) دما و فشار متوسط
هنگامی که دما و فشار متوسط زیاد است و به طور قابل توجهی نوسان می کند، مواد هسته و نشیمنگاه شیر باید با حداقل تغییرات دما و فشار انتخاب شود.

(5) از چشمک زدن و کاویتاسیون جلوگیری کنید
چشمک زدن و کاویتاسیون فقط در محیط مایع رخ می دهد. در فرآیندهای تولید واقعی، چشمک زن و کاویتاسیون می تواند باعث لرزش و سر و صدا شود، عمر مفید شیر را کوتاه کند، بنابراین هنگام انتخاب شیر، لازم است از ایجاد چشمک زن و کاویتاسیون شیر جلوگیری شود.

انتخاب محرک شیر کنترل
برای اطمینان از عملکرد طبیعی شیر کنترل، محرک انتخاب شده باید نیروی خروجی کافی برای اطمینان از آب بندی بالا و باز شدن شیر تولید کند.

برای محرک های پنوماتیک، هیدرولیک و الکتریکی دو اثره، به طور کلی هیچ فنر تنظیم مجدد وجود ندارد. بزرگی نیرو ارتباطی با جهت عملیاتی آن ندارد. بنابراین، کلید انتخاب محرک در تعیین حداکثر نیروی خروجی و گشتاور موتور نهفته است. برای محرک های پنوماتیک تک اثره ، نیروی خروجی مربوط به باز شدن شیر است و نیرویی که روی شیر کنترل ظاهر می شود نیز بر ویژگی های حرکت تأثیر می گذارد ، بنابراین لازم است تعادل نیرو در کل محدوده باز شدن شیر کنترل ایجاد شود.

تعیین نوع محرک
پس از تعیین نیروی خروجی محرک، محرک مربوطه را با توجه به الزامات محیط فرآیند انتخاب کنید. هنگامی که الزامات ضد انفجار در محل وجود دارد ، باید از محرک های پنوماتیک استفاده شود. از منظر صرفه جویی در انرژی، باید تا حد امکان از محرک های الکتریکی استفاده کرد. در صورت نیاز به دقت کنترل بالا، می توان محرک های هیدرولیکی مانند کنترل سرعت ماشین های شفاف در نیروگاه ها، کنترل دمای راکتورهای کاتالیزوری در پالایشگاه ها و غیره را انتخاب کرد.

انتخاب حالت عملکرد شیر کنترل
حالت عملکرد شیر کنترل فقط هنگام انتخاب محرک پنوماتیک قابل استفاده است. حالت عمل از ترکیب اقدامات مثبت و معکوس محرک و شیر تشکیل می شود. چهار شکل ترکیبی مثبت مثبت (نوع هوا-بسته)، مثبت-معکوس (نوع هوا-باز)، مثبت معکوس (نوع هوا-باز) و معکوس-معکوس (نوع هوا-بسته) وجود دارد که دو نوع حالت عمل شیر کنترل، هوا-باز و هوا-بسته را تشکیل می دهند.

هنگام انتخاب حالت عملکرد شیر کنترل، عمدتا از سه جنبه در نظر بگیرید:
الف) ایمنی تولید فرآیند؛
ب) ویژگی های محیط؛
ج) اطمینان از کیفیت محصول، با حداقل ضرر اقتصادی.