كيف تتحكم في تدفق السوائل باستخدام صمام التحكم الكهربائي والمضخة؟

في العالم الديناميكي للتحكم في السوائل ، تعد صمامات ومضخات التحكم الكهربائية مكونات رئيسية ، حيث تنسق الحركة السلسة للسوائل والغازات في التطبيقات الصناعية المختلفة. تلعب علاقتهم التكافلية دورا محوريا في ضمان دقة وكفاءة وموثوقية أنظمة السوائل. دعنا نتعمق في عالم صمامات ومضخات التحكم الكهربائية ، ونكشف عن أعمالها وخصائصها وطرق تنسيق تصميمها.

I. خصائص ومبادئ عمل صمامات التحكم الكهربائية

تتكون صمامات التحكم الكهربائية بشكل أساسي من مشغل كهربائي وجسم صمام تحكم. من خلال تلقي إشارات من أنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية ، فإنها تدفع الصمام لتغيير منطقة المقطع العرضي بين قلب الصمام ومقعد الصمام ، والتحكم في التدفق ودرجة الحرارة والضغط ومعلمات العملية الأخرى لوسائط خطوط الأنابيب لتحقيق التحكم الآلي عن بعد. تعتبر خاصية النسبة المئوية المتساوية هي الأمثل ، مما يوفر الاستقرار وأداء التحكم الممتاز.

(1) الميزات الهيكلية:
1. يعتمد مكبر الصوت المؤازر ردود فعل سلبية ديناميكية عميقة لتحسين دقة التحكم الآلي.
2. يأتي المحرك الكهربائي بأشكال مختلفة ، ومناسب لإشارات 4-20mA DC أو 0-10mA DC.
3. نطاق كبير قابل للتعديل مع نسبة قابلة للتعديل متأصلة تبلغ 50 ، تتميز بخصائص تدفق خطية ومتساوية.
4. يمكن التحكم في صمامات التحكم الكهربائية الإلكترونية مباشرة بواسطة الإشارة الحالية دون الحاجة إلى مضخم مؤازر.
5. تم تصميم جسم الصمام بناء على مبادئ ميكانيكا الموائع ، ويتميز بقناة تدفق منخفضة المقاومة مع زيادة بنسبة 30٪ في معامل التدفق المقدر.

(2) تصنيف هياكل صمام التحكم الكهربائي:
تصنف صمامات التحكم الكهربائية عموما إلى هياكل ذات مقعد واحد ومزدوجة المقعد. صمامات التحكم الكهربائية أحادية المقعد مناسبة للتطبيقات ذات متطلبات التسرب الصارمة ، وفروق الضغط المنخفض قبل الصمام وبعده ، وظروف العمل مع بعض اللزوجة والوسائط الليفية. تتميز صمامات التحكم الكهربائية ذات المقاعد المزدوجة بمزايا القوة المنخفضة غير المتوازنة ، مما يسمح بفروق ضغط كبيرة وقدرات تدفق عالية ، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات ذات متطلبات التسرب الأقل صرامة.

(3) مبادئ عمل صمامات التحكم الكهربائية:
تتحكم صمامات التحكم الكهربائية تلقائيا في فتح الصمام بناء على إشارات من موضع التحكم ، مما يحقق تنظيم التدفق المتوسط والضغط ومستوى السائل. باستخدام إشارة التيار 4-20mA شائعة الاستخدام كمثال ، عندما يرسل نظام التحكم إشارة 4mA إلى صمام التحكم الكهربائي ، يكون الصمام في حالة مغلقة تماما. عند إرسال إشارة 20mA ، يكون الصمام في حالة الفتح الكامل. تتوافق قيم الإشارة المختلفة في نطاق 4-20mA مع درجات فتح الصمام المختلفة ، مما يسمح لنظام التحكم بتحقيق تنظيم دقيق بناء على معلمات العملية المحددة.

II. شروط وخصائص المضخات الكهربائية وتطبيقاتها

تلعب المضخات الكهربائية ، التي تعمل بالكهرباء ، دورا مهما في مختلف الصناعات. وهي تتكون من جسم المضخة ، وأنبوب الرفع ، وقاعدة المضخة ، والمحرك الغاطس (بما في ذلك الكابلات) ، وجهاز حماية البدء. جسم المضخة هو جزء العمل من المضخة الغاطسة ، ويتكون من أنبوب مدخل ، وغلاف توجيه ، وصمام فحص ، وعمود مضخة ، ودافعة. يمكن تثبيت الدفاعات على العمود بطريقتين.

يتم تثبيت المكره داخل غلاف المضخة ويتم تثبيته بإحكام على عمود المضخة. يتم تشغيل عمود المضخة مباشرة بواسطة المحرك. في وسط غلاف المضخة ، يوجد أنبوب شفط سائل. يدخل السائل المضخة من خلال صمام الفحص وأنبوب الشفط. يتم توصيل مخرج تصريف السائل على غلاف المضخة بأنبوب التفريغ.

قبل بدء تشغيل المضخة ، يتم ملء غلاف المضخة بالسائل المراد نقله. بعد البدء ، يتم دفع المكره للدوران بسرعة عالية بواسطة العمود ، ويجب أن يدور السائل بين الشفرات أيضا مع المكره. تحت تأثير قوة الطرد المركزي ، يتم طرح السائل من مركز المكره إلى الحافة الخارجية ، واكتساب الطاقة وترك المكره بسرعة عالية لدخول غلاف المضخة الحلزونية. في الغلاف الحلزوني ، يتباطأ السائل بسبب التوسيع التدريجي للممر ، ويتم تحويل جزء من الطاقة الحركية إلى طاقة ضغط ثابتة. أخيرا ، يتدفق إلى أنبوب التفريغ بضغط أعلى ويتم إرساله إلى الموقع المطلوب. عندما يتدفق السائل من المركز إلى الحافة الخارجية للمكره ، يتم تشكيل فراغ معين في وسط المكره. نظرا لأن الضغط فوق مستوى السائل في خزان التخزين أكبر من الضغط عند مدخل المضخة ، يتم ضغط السائل باستمرار في المكره. طالما أن المكره يستمر في الدوران ، سيتم امتصاص السائل وتفريغه باستمرار.

(1) شروط الاستخدام:
1. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة 20 درجة مئوية.
2. يجب ألا يتجاوز الجزء الكتلي للجزيئات الصلبة في السائل 0.01٪.
3. يجب أن تكون قيمة الرقم الهيدروجيني للسائل بين 6.5 و 8.5.
4. يجب ألا يتجاوز محتوى أيون الكلوريد 400 ملليغرام لكل لتر.
5. يجب تجنب التبديل المتكرر بين حالات "التشغيل" و "الإيقاف" للمضخة الكهربائية.

(2) التطبيقات:
في إنتاج الصناعات الكيميائية والبترولية ، تكون المواد الخام والمنتجات شبه المصنعة والمنتجات النهائية في الغالب سائلة. تتضمن عملية إنتاج تحويل المواد الخام إلى منتجات نصف منتهية وتامة الصنع عمليات معقدة. تلعب المضخات الكهربائية دورا في نقل السوائل وتوفير الضغط والتدفق للتفاعلات الكيميائية في هذه العمليات. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام المضخات الكهربائية لتنظيم درجة الحرارة في العديد من المنشآت.

في صناعات التعدين والمعادن ، تعد المضخات الكهربائية أيضا أكثر المعدات استخداما. تحتاج المناجم إلى مضخات للصرف ، وتستخدم المضخات لإمدادات المياه في عمليات مثل تضميد الخام والصهر والدرفلة.

في صناعة الطاقة ، تتطلب محطات الطاقة النووية مضخات رئيسية ومضخات ثانوية ومضخات ثلاثية ومحطات طاقة حرارية تتطلب عددا كبيرا من مضخات مياه تغذية الغلايات ومضخات المكثفات ومضخات النقل المختلطة للنفط والغاز ومضخات المياه المتداولة ومضخات ملاط الرماد.

في البناء الدفاعي ، هناك حاجة إلى مضخات لأغراض مختلفة ، مثل ضبط اللوحات والدفات للطائرات ، وتدوير أبراج السفن الحربية والدبابات ، والتحكم في طفو الغواصات. قد تتعامل المضخات مع السوائل عالية الضغط والمشعة ، وبعضها يتطلب تشغيلا بدون تسرب.

باختصار ، سواء كانت الطائرات أو الصواريخ أو الدبابات أو الغواصات أو الحفر أو التعدين أو القطارات أو السفن أو الحياة اليومية ، هناك حاجة إلى مضخات كهربائية في كل مكان وتعمل في كل مكان. هذا هو السبب في تصنيف المضخات على أنها آلات عامة ، تمثل فئة منتجات رئيسية في الصناعة الميكانيكية.

III. تنسيق تصميم صمامات التحكم الكهربائية والمضخات

تشير خصائص التدفق المتأصلة في صمامات التحكم إلى كيفية تغير منطقة التدفق الفعالة للصمام مع الفتحة. توفر الأنواع المختلفة ، مثل الفتح السريع ، والخطي ، والنسبة المئوية المتساوية ، والقطع المكافئ ، استجابات تحكم مختلفة. في الهندسة ، الثلاثة الأولى هي الأكثر شيوعا ، واختيار الصمام المناسب أمر بالغ الأهمية للتحكم المستقر.

(1) الميزات والتطبيقات:
1. ميزة الفتح السريع: الاستجابة السريعة لفتح الصمام مطلوبة في المواقف التي تتطلب تغييرات سريعة ضمن نطاق فتح صغير.
2. الخصائص الخطية: تغيير التدفق المستمر مع الفتح ضمن نطاق الفتح 0-100٪ ، مناسب لحلقات التحكم مع كسب النظام لعدة ، مثل التحكم في مستوى السائل. الفتح النسبي المفضل عند التدفق الطبيعي هو 50٪ -60٪.
3. خصائص النسبة المئوية المتساوية: يزداد معدل التدفق الصغير مع الفتح في فتحة صغيرة ، ولكن مع زيادة فتحة الصمام ، يزداد معدل التغيير بسرعة. تستخدم بشكل رئيسي في مناسبات الضغط والتدفق والتحكم في درجة الحرارة. الفتح النسبي المفضل عند التدفق الطبيعي هو 70٪ -80٪.

(2) دور صمامات التحكم في دوائر المضخة:
تشتمل دائرة المضخة النموذجية على صمام تحكم رئيسي في التدفق ، وصمام تحكم في درجة حرارة الفرع أو التدفق ، وصمام تحكم الحد الأدنى لخط العودة.

يقوم صمام التحكم في تدفق الدائرة الرئيسي بضبط قدرة معالجة المضخة وفقا لظروف العمل المختلفة. تأخذ الحسابات في الاعتبار ظروف التشغيل العادية وظروف التشغيل القصوى وظروف وقوف السيارات للمضخة.

يلبي صمام التحكم في درجة حرارة الفرع أو التدفق متطلبات المستخدم النهائية واحتياجات العملية عن طريق ضبط معدل تدفق صمام التنظيم المثبت في كل فرع.

يتم تثبيت الحد الأدنى من صمام التحكم في خط الإرجاع على الحد الأدنى لخط العودة للمضخة ويحمي المضخة أو يفي بمتطلبات التدفق العكسي عندما يصل معدل تدفق المضخة إلى الحد الأدنى لقيمة مجموعة تدفق العودة.

(3) حساب عملية صمامات التحكم في دوائر المضخة:
تحتاج جميع صمامات التحكم في دائرة المضخة أولا إلى تلبية متطلبات الدائرة الرئيسية ، وحساب معلمات صمامات التحكم في الدائرة الرئيسية ، ثم حساب معلمات صمامات التحكم على الدوائر الأخرى بناء على معلمات العملية للدائرة الرئيسية في كل عقدة. خطوات الحساب المعتادة هي كما يلي:

1. تحديد الحلقة الرئيسية وفقا لخصائص عملية النظام. عند الحد الأقصى لمعدل تدفق المضخة ، بناء على الخبرة أو متطلبات المشروع ، بالنظر إلى قيمة انخفاض الضغط لصمام التنظيم على الحلقة الرئيسية ، احسب معلمات عملية المضخة وحدد منحنى العمل المناسب للمضخة.
2. في الدائرة الرئيسية ، بناء على منحنى العمل للمضخة المحددة والمعادلة الهيدروليكية ، احسب معلمات الصمام المنظم في ظل ظروف العمل العادية وظروف الإغلاق.
3. في الدائرة الرئيسية للمضخة ، قم بإنشاء المعادلة الهيدروليكية للدائرة الفرعية للمضخة وحساب معلمات العملية لكل صمام تنظيم على الدائرة الفرعية في ظل ظروف عمل مختلفة.
4. إنشاء المعادلة الهيدروليكية للحد الأدنى لخط العودة للمضخة وحساب معلمات العملية لصمام التحكم في العودة تحت الحد الأدنى لتدفق العودة بناء على منحنى تشغيل المضخة.

(4) خصائص عملية صمامات التحكم في دوائر المضخة:
بالنسبة لصمامات التحكم في دوائر المضخة ، عادة ما يكون لها الخصائص التالية:
1. يتطلب صمام التنظيم على الطريق الرئيسي معدل تغيير كبير لمعدل التدفق مع الفتح وعادة ما يحتاج إلى تحمل انخفاض كبير في الضغط. يفضل استخدام الصمامات المميزة سريعة الفتح.
2. يحتاج صمام التنظيم الموجود على الفرع إلى التحكم في التدفق بشكل أكثر دقة. يفضل وجود صمام بخصائص نسبة مئوية متساوية للتحكم في نطاق تشغيل صمام التنظيم ضمن نطاق فتح صغير.
3. عادة ما يكون للصمام المنظم على خط العودة الأدنى معدل تدفق صغير وليس له متطلبات عالية للتحكم الدقيق في التدفق. ضغط المنبع وفرق الضغط كبير ، مما يحمي المضخة من التلف.
4. عادة ، لن يصل انخفاض ضغط الصمام المنظم على دائرة المضخة إلى حالة التسبب في تدفق مسدود. ومع ذلك ، بالنسبة لبعض حالات ضغط البخار المنخفض ، يلزم إجراء تحليل دقيق للخصائص الفيزيائية والحالة قبل وبعد صمام التنظيم ويجب ملاحظته في ورقة بيانات صمام التنظيم.
5. بالنسبة لصمامات التحكم في دائرة المضخة ، فإن مستوى الضوضاء ليس مرتفعا بشكل عام ، ولا يلزم منع الضوضاء.

في جوهرها ، يعد تنسيق صمامات التحكم والمضخات الكهربائية أمرا بالغ الأهمية لتحقيق الأداء الأمثل في أنظمة التحكم في السوائل. يحتاج المهندسون إلى النظر بعناية في خصائص النظام ومنحنيات تشغيل المضخة والمتطلبات المحددة لضمان التحكم الدقيق والمستقر في السوائل. مع تطور الصناعات ، لا يزال تكامل هذه المكونات حجر الزاوية في تحقيق التميز التشغيلي والموثوقية في ديناميكيات السوائل.