كيف تتحكم في تدفق السوائل باستخدام صمام التحكم الكهربائي والمضخة؟

في العالم الديناميكي للتحكم في السوائل، تعد صمامات ومضخات التحكم الكهربائي مكونات رئيسية، حيث تنسق الحركة السلسة للسوائل والغازات في مختلف التطبيقات الصناعية. 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 تقود الصمام لتغيير مساحة 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 مثالية ، مما يوفر الاستقرار وأداء التحكم الممتاز.

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

(2) تصنيف هياكل صمامات التحكم الكهربائية:
تصنف صمامات التحكم الكهربائية بشكل عام إلى هياكل أحادية المقاعد ومزدوجة المقعد. صمامات التحكم الكهربائية أحادية المقعد مناسبة للتطبيقات ذات متطلبات التسرب الصارمة ، وفروق الضغط المنخفض قبل الصمام وبعده ، وظروف العمل مع لزوجة معينة ووسائط ليفية. 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 العمل لصمامات التحكم الكهربائية:
تتحكم صمامات التحكم الكهربائية تلقائيا في فتح الصمام بناء على الإشارات 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 مضخة ، وأنبوب رفع ، وقاعدة مضخة ، ومحرك غاطس (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 ، ومكره. 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. يوجد في وسط غلاف المضخة أنبوب شفط سائل. يدخل السائل إلى المضخة من خلال صمام الفحص وأنبوب الشفط. يتم توصيل مخرج تفريغ السائل الموجود 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 إلقاء السائل من مركز المكره إلى الحافة الخارجية ، ويكتسب الطاقة ويترك المكره بسرعة عالية لدخول غلاف المضخة الحلزوني. في الغلاف الحلزوني ، يتباطأ السائل بسبب التوسع 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 ، 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 الأس 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 الكيماوية والبترولية ، تكون المواد الخام والمنتجات شبه المصنعة والمنتجات النهائية في الغالب سوائل. تتضمن عملية إنتاج تحويل المواد الخام إلى منتجات شبه مصنعة ومنتهية العمليات المعقدة. تلعب المضخات الكهربائية دورا في نقل السوائل وتوفير الضغط والتدفق للتفاعلات الكيميائية في هذه العمليات. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم 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 من الدرجة الثالثة ، وتتطلب محطات الطاقة الحرارية 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 المضخات لأغراض مختلفة ، مثل ضبط اللوحات والدفات للطائرات ، وتدوير أبراج السفن الحربية والدبابات ، والتحكم في طفو الغواصات. قد تتعامل المضخات مع السوائل عالية الضغط والسوائل المشعة ، وبعضها يتطلب تشغيلا خاليا من التسرب.

باختصار ، سواء كانت طائرات أو صواريخ أو دبابات أو غواصات أو حفر أو تعدين أو قطارات أو سفن أو حياة يومية ، فإن المضخات الكهربائية مطلوبة 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 ومضخات التحكم الكهربائية

تشير خصائص التدفق المتأصلة في صمامات التحكم إلى كيفية تغير منطقة التدفق الفعال للصمام مع الفتحة. توفر الأنواع المختلفة ، مثل الفتح السريع ، والخطي ، والنسبة 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 تكون فيها هناك حاجة إلى تغييرات سريعة ضمن نطاق فتح صغير.
2. الخصائص الخطية: تغيير التدفق المستمر مع الفتح ضمن نطاق الفتح 0-100٪ ، ومناسب لحلقات التحكم مع مكاسب النظام من عدة ، مثل التحكم في مستوى السائل. الفتح النسبي المفضل عند التدفق العادي هو 50٪ -60٪.
3. خصائص النسبة المئوية المتساوية: زيادة معدل التدفق الصغير مع الفتح في فتحة صغيرة ، ولكن مع زيادة فتح الصمام ، يزداد معدل التغيير بسرعة. تستخدم بشكل رئيسي في مناسبات التحكم في الضغط والتدفق ودرجة الحرارة. الفتح النسبي المفضل عند التدفق العادي هو 70٪ -80٪.

(2) دور صمامات التحكم في دوائر المضخة:
تشتمل دائرة المضخة النموذجية على صمام تحكم رئيسي في التدفق ، ودرجة حرارة الفرع أو صمام التحكم في التدفق ، وصمام التحكم في خط الرجوع الأدنى.

يقوم صمام التحكم في تدفق الدائرة الرئيسية 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 في اتجاه مجرى النهر واحتياجات العملية عن طريق ضبط معدل تدفق صمام التنظيم المثبت على كل فرع.

يتم تثبيت الحد الأدنى لصمام 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) عملية حساب 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 صمام التنظيم 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. قم بإنشاء المعادلة الهيدروليكية للحد الأدنى لخط العودة للمضخة وحساب معلمات العملية لصمام التحكم في الإرجاع تحت الحد الأدنى لتدفق العودة بناء على منحنى تشغيل المضخة.

(4) خصائص عملية صمامات التحكم في دوائر المضخة:
بالنسبة لصمامات التحكم في دوائر المضخات ، 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 فتح الصمامات المميزة سريع الفتح.
2. يحتاج صمام التنظيم الموجود على الفرع إلى التحكم في التدفق بشكل أكثر دقة. يفضل وجود صمام ذو خصائص نسبة مئوية متساوية للتحكم في نطاق تشغيل صمام التنظيم ضمن نطاق فتح صغير.
3. عادة ما يكون لصمام التنظيم الموجود على الحد الأدنى لخط الإرجاع معدل تدفق صغير وليس لديه متطلبات عالية للتحكم الدقيق في التدفق. فرق الضغط والضغط المنبع كبير ، مما يحمي المضخة من التلف.
4. عادة ، لن يصل انخفاض ضغط صمام التنظيم على دائرة المضخة إلى حالة التسبب في انسداد التدفق. 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 تحكم دقيق ومستقر في السوائل. مع تطور الصناعات ، لا يزال دمج هذه المكونات حجر الزاوية في تحقيق التميز التشغيلي والموثوقية في ديناميكيات السوائل.