هل تعرف المعرفة الأساسية حول صمامات التحكم؟

صمامات التحكم، والمعروفة أيضًا باسم صمامات التنظيم، هي أجهزة تحكم تُستخدم في مجال التحكم في العمليات الصناعية الآلية. يمكنها الضبط تلقائيًا بناءً على إشارات التحكم من نظام الأتمتة لتغيير معلمات العملية مثل معدل التدفق والضغط ودرجة الحرارة ومستوى السائل.

تتكون صمامات التحكم من ثلاثة أجزاء رئيسية: جسم الصمام، والمشغل، والملحقات.

جسم الصمام هو الهيكل الأساسي لصمام التحكم، وهو مصمم مع التركيز على التحكم في التدفق. المشغل مسؤول عن تحريك قلب الصمام لتغيير مساحة التدفق، بينما توفر الملحقات وظائف وأداءً إضافيًا.

يمكن تصنيف صمامات التحكم بناءً على خصائص الشوط إلى أنواع خطية ودوارة، وبناءً على الوظيفة والخصائص إلى أنواع خطية، ونسبة متساوية، ومكافئة.

الأنواع الخطية: صمام المقعد المفرد، صمام المقعد المزدوج، صمام الكم، الصمام الزاوي، الصمام ثلاثي الاتجاهات، وصمام الغشاء؛
الأنواع الدوارة:صمام الفراشة، الصمام الكروي، الصمام الدوار اللامركزي، وصمام التحكم فائق الخفة كامل الوظائف.
التشغيل بالقيادة:الأنواع الهوائية والكهربائية والهيدروليكية؛
شكل التحكم:أنواع التنظيم، والإغلاق، والتنظيم والإغلاق؛
خصائص التدفق:خطي، نسبة متساوية، مكافئ، أو فتح سريع.

إنها مناسبة لمجموعة متنوعة من الوسائط، بما في ذلك الهواء والماء والبخار والوسائط المسببة للتآكل والطين والزيت.

الفتح بالهواء والإغلاق بالهواء، والعمل المباشر والعكسي
يشير الفتح بالهواء والإغلاق بالهواء لصمام التحكم إلى آلية الصمام بأكملها. مع زيادة ضغط الهواء على الغشاء، يفتح الصمام تدريجيًا للفتح بالهواء ويغلق للإغلاق بالهواء. عندما لا توجد إشارة، يكون صمام الفتح بالهواء مغلقًا، ويكون صمام الإغلاق بالهواء مفتوحًا بالكامل.

يشير العمل المباشر والعكسي لصمام التحكم إلى مشغل صمام التحكم الهوائي ذو الغشاء. عندما يتم إدخال الهواء في الجزء العلوي من الغشاء، يتحرك الجذع لأسفل، وهذا هو العمل المباشر. عندما يتم إدخال الهواء في الجزء السفلي، يتحرك الجذع لأعلى، وهذا هو العمل العكسي.

الفتح بالتدفق والإغلاق بالتدفق مرتبطان بالوسيط. عندما يتدفق الوسيط في اتجاه فتح الصمام، يسمى النوع المفتوح بالتدفق.

بالمقابل، عندما يتدفق نحو إغلاق الصمام، يسمى النوع المغلق بالتدفق.

أولاً: أشكال عمل المشغل
   (1) العمل المباشر والعكسي للمشغل الهوائي. عندما يزيد ضغط الهواء المدخل للمشغل الهوائي، يتحرك الجذع لأسفل، وهذا هو العمل المباشر؛ بالمقابل، عندما يزيد ضغط الهواء المدخل، يتحرك الجذع لأعلى، وهذا هو العمل العكسي (انظر الشكل 9-16).

   (2) التركيب المباشر والعكسي لآلية التنظيم. يحتوي قلب الصمام على شكلين: التركيب المباشر والعكسي. عندما يتحرك قلب الصمام لأسفل وتقل مساحة التدفق بين قلب الصمام والمقعد، يسمى صمام التركيب المباشر؛ بالمقابل، عندما تزداد مساحة التدفق مع تحرك قلب الصمام لأسفل، يسمى صمام التركيب العكسي. بالنسبة لصمامات التركيب المباشر ذات التوجيه المزدوج، طالما أن جذع الصمام متصل بالطرف السفلي لقلب الصمام، يصبح صمام تركيب عكسي. بالنسبة للصمامات ذات القطر الاسمي Dg < 25 مم، فهي عادةً ذات توجيه مفرد، لذلك تتوفر صمامات التركيب المباشر فقط.

   (3) أشكال عمل المشغل. تحتوي المشغلات الهوائية على شكلين: الفتح بالهواء والإغلاق بالهواء. عندما يزيد ضغط الإشارة، يفتح الصمام، ويسمى الفتح بالهواء؛ بالمقابل، عندما يزيد ضغط الإشارة، يغلق الصمام، ويسمى الإغلاق بالهواء. نظرًا لأن المشغل له عمل مباشر وعكسي، فإن صمام التحكم (مع قلب صمام مزدوج التوجيه) له أيضًا عمل مباشر وعكسي، لذلك يتم تشكيل الفتح بالهواء أو الإغلاق بالهواء للمشغل الهوائي من خلال هذا المزيج، كما هو موضح في الشكل 9-16.

بالنسبة لصمامات التحكم ذات القطر الصغير، عادةً ما يتم تغيير إشارة الإخراج عن طريق تغيير العمل المباشر والعكسي للمشغل لتحقيق الفتح بالهواء أو الإغلاق بالهواء؛ بالنسبة لصمامات التحكم ذات القطر الكبير، عادةً ما يتم ذلك عن طريق تغيير العمل المباشر والعكسي لصمام التحكم لتحقيق الفتح بالهواء أو الإغلاق بالهواء.

ثانيًا: الموضع
   يُستخدم الموضع بالاقتران مع المشغل الهوائي ذو الغشاء.

   1) العمل الإيجابي لموضع الصمام: عندما تزيد إشارة الإدخال، يزيد ضغط الإخراج إلى الغشاء؛

   2) العمل العكسي لموضع الصمام: عندما تزيد إشارة الإدخال، يقل ضغط الإخراج إلى الغشاء؛

   تعمل المشغلات ذات العمل الإيجابي والمواضع معًا لتحقيق وظيفة المشغلات ذات العمل الإيجابي؛

   تعمل المشغلات ذات العمل الإيجابي والمواضع ذات العمل العكسي معًا لتحقيق وظيفة المشغلات ذات العمل العكسي؛

   تعمل المشغلات ذات العمل العكسي والمواضع ذات العمل الإيجابي معًا لتحقيق وظيفة المشغلات ذات العمل العكسي؛

   تعمل المشغلات ذات العمل العكسي والمواضع ذات العمل العكسي معًا لتحقيق وظيفة المشغلات ذات العمل الإيجابي؛

ثالثًا: صمام التحكم FC (الفتح بالهواء أو الإغلاق عند الفشل) أو FO (الإغلاق بالهواء أو الفتح عند الفشل)
   يتم اختيار الفتح بالهواء والإغلاق بالهواء من منظور سلامة العملية. عندما يتم قطع مصدر الهواء، هل يكون الصمام أكثر أمانًا في الوضع المغلق أم المفتوح؟ على سبيل المثال، في التحكم في الاحتراق لفرن التسخين، يتم تثبيت صمام التحكم على خط غاز الوقود للتحكم في إمداد الوقود بناءً على درجة حرارة الفرن أو درجة حرارة المادة المسخنة عند مخرج فرن التسخين. في هذا الوقت، يكون اختيار صمام الفتح بالهواء أكثر أمانًا.

   صمام التحكم المفتوح بالهواء يعني أن الصمام مغلق تمامًا عندما لا يوجد هواء، ويفتح الصمام عندما يوجد هواء. عندما لا توجد إشارة، يكون الصمام مغلقًا، ويفتح الصمام عندما توجد إشارة إدخال. علاوة على ذلك، كلما كانت الإشارة أكبر، كان فتح الصمام أكبر. عندما تكون الإشارة في أقصى حد لها، يكون الصمام مفتوحًا بالكامل.

   النوع المفتوح بالهواء (Air to Open) يعني أنه عندما يزيد ضغط الهواء على الغشاء، يتحرك الصمام في اتجاه زيادة الفتح، وعندما يصل إلى حد ضغط الهواء المدخل، يكون الصمام مفتوحًا بالكامل. بالمقابل، عندما يقل ضغط الهواء، يتحرك الصمام

 يتحرك في اتجاه الإغلاق، وعند عدم وجود هواء دخل، يكون الصمام مغلقًا تمامًا. لذلك، يُطلق أحيانًا على الصمام من النوع المفتوح بالهواء اسم الإغلاق عند الفشل (FC).

   النوع المغلق بالهواء (Air to Close) يتحرك في الاتجاه المعاكس للنوع المفتوح بالهواء. عندما يزداد ضغط الهواء، يتحرك الصمام في اتجاه الإغلاق؛ وعندما ينخفض ضغط الهواء أو ينعدم، يتحرك الصمام في اتجاه الفتح أو يفتح بالكامل. لذلك، يُطلق عليه أحيانًا اسم الفتح عند الفشل (FO). أثناء الاستخدام، تكون أوضاع الفشل الشائعة (FO، FC، FL)، حيث يعني FO أن الصمام يفشل في الفتح/الإغلاق بسبب انقطاع مصدر الهواء.

بالنسبة لأوضاع فشل الصمام الهوائي، تنقسم بشكل رئيسي إلى عدة حالات:
1) تحت تأثير التشابك لجهاز الصمام الهوائي، يجب أن يكون وضع الصمام على النحو التالي:

   FC - عند فقدان مصدر الهواء، يكون الصمام في الوضع المغلق؛

   FO - عند فقدان مصدر الهواء، يكون الصمام في الوضع المفتوح؛

   FL - عند فقدان مصدر الهواء، يبقى الصمام في وضعه اللحظي ويستمر؛

   FLC - عند فقدان مصدر الهواء، يحتفظ الصمام بموضعه ولكن يميل إلى الإغلاق، ويكون الصمام في الوضع المغلق (يتم تفريغ الغاز في الأسطوانة)؛

   FLO - عند فقدان مصدر الهواء، يحتفظ الصمام بموضعه ولكن يميل إلى الفتح، ويكون الصمام في الوضع المفتوح (يتم تفريغ الغاز في الأسطوانة).

2) تحت تأثير التشابك لجهاز صمام التنظيم أو الإغلاق، يجب أن يكون وضع الصمام على النحو التالي:

   FC - عند فقدان مصدر الهواء أو انقطاع التيار عن الصمام الكهرومغناطيسي، يكون الصمام في الوضع المغلق؛

   FO - عند فقدان مصدر الهواء أو انقطاع التيار عن الصمام الكهرومغناطيسي، يكون الصمام في الوضع المفتوح؛

   AFL/EFC -

   1) عند فقدان مصدر الهواء وعدم انقطاع التيار عن الصمام الكهرومغناطيسي، يحتفظ الصمام بموضعه؛

   2) بغض النظر عن فقدان مصدر الهواء أو انقطاع التيار عن الصمام الكهرومغناطيسي، يكون الصمام في الوضع المغلق؛

   AFL/EFO -

   1) عند فقدان مصدر الهواء وعدم انقطاع التيار عن الصمام الكهرومغناطيسي، يحتفظ الصمام بموضعه؛

   2) بغض النظر عن فقدان مصدر الهواء أو انقطاع التيار عن الصمام الكهرومغناطيسي، يكون الصمام في الوضع المفتوح.

تحقق الصمامات الهوائية وظائف قطع الصمام والتوصيل والتنظيم من خلال إشارات الإخراج، مع سرعات فتح وإغلاق سريعة نسبيًا. غالبًا ما تستخدم للإغلاق السريع ثنائي المواضع ويمكن استخدامها أيضًا لتنظيم التدفق. من خلال مطابقة الملحقات المختلفة، يمكن تحقيق طرق تحكم متنوعة.

صمامات التحكم المفتوحة بالهواء تزيد مساحة التدفق مع زيادة ضغط الإشارة؛ بينما صمامات التحكم المغلقة بالهواء تقلل مساحة التدفق مع زيادة ضغط الإشارة.

اختيار نوع صمام التحكم
هناك أنواع عديدة من أجسام صمامات التحكم، والأنواع الشائعة الاستخدام تشمل المقعد المفرد المستقيم، والمقعد المزدوج المستقيم، والزاوية، والغشائي، والتدفق الصغير، والثلاثي، والدوار اللامركزي، والفراشة، والغطاء، والكرة.

عند الاختيار المحدد، يمكن مراعاة الاعتبارات التالية:

(1) شكل وهيكل قلب الصمام
ضع في الاعتبار بشكل أساسي عوامل مثل خصائص التدفق المحددة والقوى غير المتوازنة.

(2) مقاومة التآكل
عندما يكون الوسط السائل معلقًا يحتوي على جزيئات كاشطة عالية التركيز، يجب أن تكون المادة الداخلية للصمام صلبة.

(3) مقاومة التآكل
نظرًا للطبيعة المسببة للتآكل للوسط، يُفضل اختيار صمام بهيكل بسيط.

(4) درجة حرارة وضغط الوسط
عندما تكون درجة حرارة وضغط الوسط مرتفعين ويتقلبان بشكل كبير، يجب اختيار مادة قلب الصمام والمقعد مع الحد الأدنى من تغيرات درجة الحرارة والضغط.

(5) منع التبخير والتجويف
التبخير والتجويف يحدثان فقط في الوسائط السائلة. في عمليات الإنتاج الفعلية، يمكن أن يسبب التبخير والتجويف اهتزازًا وضوضاء، ويقصران من عمر الصمام، لذلك عند اختيار الصمام، من الضروري منع الصمام من توليد التبخير والتجويف.

اختيار مشغل صمام التحكم
لضمان التشغيل الطبيعي لصمام التحكم، يجب أن يولد المشغل المختار قوة إخراج كافية لضمان إحكام عالٍ وفتح الصمام.

بالنسبة للمشغلات الهوائية مزدوجة الفعل، والمشغلات الهيدروليكية والكهربائية، لا توجد عادةً نوابض إعادة ضبط. حجم القوة لا يرتبط باتجاه تشغيلها. لذلك، فإن مفتاح اختيار المشغل يكمن في تحديد أقصى قوة إخراج وعزم دوران المحرك. بالنسبة للمشغلات الهوائية أحادية الفعل، ترتبط قوة الإخراج بفتح الصمام، والقوة التي تظهر على صمام التحكم ستؤثر أيضًا على خصائص الحركة، لذلك يُطلب إنشاء توازن قوى ضمن نطاق الفتح الكامل لصمام التحكم.

تحديد نوع المشغل
بعد تحديد قوة إخراج المشغل، حدد المشغل المناسب وفقًا لمتطلبات بيئة العملية. عندما تكون هناك متطلبات مقاومة للانفجار في الموقع، يجب استخدام مشغلات هوائية. من منظور توفير الطاقة، يجب استخدام المشغلات الكهربائية قدر الإمكان. إذا كانت هناك حاجة إلى دقة تحكم عالية، يمكن اختيار مشغلات هيدروليكية، مثل التحكم في سرعة الآلات الشفافة في محطات الطاقة، والتحكم في درجة حرارة المفاعلات الحفازة في المصافي، وما إلى ذلك.

اختيار وضع عمل صمام التحكم
وضع عمل صمام التحكم ينطبق فقط عند اختيار مشغل هوائي. يتكون وضع العمل من خلال الجمع بين الإجراءات الإيجابية والعكسية للمشغل والصمام. هناك أربعة أشكال مركبة، وهي إيجابي-إيجابي (نوع مغلق بالهواء)، إيجابي-عكسي (نوع مفتوح بالهواء)، عكسي-إيجابي (نوع مفتوح بالهواء)، وعكسي-عكسي (نوع مغلق بالهواء)، والتي تشكل نوعين من أوضاع عمل صمام التحكم، مفتوح بالهواء ومغلق بالهواء.

عند اختيار وضع عمل صمام التحكم، ضع في الاعتبار بشكل أساسي من ثلاثة جوانب:
أ) سلامة إنتاج العملية؛
ب) خصائص الوسط؛
ج) ضمان جودة المنتج، مع الحد الأدنى من الخسائر الاقتصادية.