شیر کنترل ولو

شیر کنترل ولو چیست و آشنایی با اجزای اصلی و کاربرد آن

در اینجا میخواهیم به زبان ساده درباره تعریف، اجزای اصلی و کاربرد شیر کنترل ولو صحبت کنیم.

اجزای اصلی شیر کنترل ولو

‎

عملگر شیر یا Valve actuator

 

این قسمت مربوط به مکانیسم باز و بسته شدن شیر کنترل ولو میباشد. چهار نوع اصلی از این عملگر‌ها داریم که در زیر به آنها اشاره می کنیم:

1- دستی: در این عملگرها از چرخ دنده‌ استفاده می‌شود و به کمک این چرخ دنده ها قسمت بدنه شیر کنترل ولو حرکت می کند. عملگرهای دستی همانطور که از اسم آن ها به نظر می آید به کمک نیروی دست به حرکت در می‌آیند. از مزایای عملگر دستی میتوان به مقرون به صرفه بودن، سایز كوچک، نصب آسان و راحت، مطمئن و محکم بودن، بدون نیاز به تحریک خارجی، آسانی در انتخاب قطر شیر مورد نظر جهت کنترل، وجود تنوع در مدل جهت رفع نیازهای مورد نیاز و تنوع در اندازه حسگر اشاره کرد. همچنین از معایب آن‌ها میتوان گفت، با توجه به اینکه این مدل از عملگرها با نیروی دست کار می کنند، در صورتی که اندازه شیر خیلی بزرگ باشد ممکن است که نیروی دست نتواند به میزان کافی انتقال نیرو را انجام دهد و در نتیجه کاری انجام نشود. همچنین اگر عملگر شیر در جایی قرار داشته باشد که دسترسی انسانی به آن ممکن نباشد و یا محیط سمی باشد به طوری که نتوان به شیر دسترسی داشت، نمیتوان از این مدل استفاده کرد.

2- نیوماتیک: نیروی محرکه در این مدل از عملگرها به جای نیروی دست، گاز با فشار بالا است. فشار این گاز، بر روی یک دیافراگم، نیرو وارد میکند و باعث ایجاد یک نیروی مستقیم در راستای بدنه شیر کنترل ولو می‌شود. گونه‌ای از این عملگر‌های نیوماتیکی که بسیار پرکاربرد هستند عملگر دیافراگمی نام دارند. از ویژگی این عملگرها میتوان به single act بودن آنها اشاره کرد و این بدان معنا است که فشار گاز فقط به یک طرف دیافراگم وارد میشود. به صورت کلی عملگرهای نیوماتیکی از عملگرهای پرکاربرد در انواع شیر کنترل ولو هستند.

3- هیدرولیکی: در اینجا هم مانند هیدرولیک ماشین از فشار سیالات استفاده شده و این فشار را به نیروی محرکه تبدیل میکنند. فشاری که در اینجا لازم است، به کمک تلمبه های هیدرولیکی تأمین شده و معمولاً توسط موتورهای هیدرولیکی استفاده می‌شود.

4- الکتریکی: در عملگرهای الکتریکی از نیروی برق استفاده میشود. در اینجا هم با کمک یک موتور نیروی مورد نظر تامین میشود. در عملگر هیدرولیکی، این نیرو توسط موتور هیدرولیکی تولید میشد و به همین ترتیب در عملگر الکتریکی این نیرو توسط موتور الکتریکی تامین میشود. در نتیجه از این موتور، برای تأمین نیروی مورد نیاز عملکرد شیر استفاده می‌شود. این عملگرها به دلیل استفاده از نیروی برق و تبدیل آن به نیروی مکانیکی، معمولاً کم صدا و غیر سمی هستند(برای به خاطر سپردن تصور کنید که این همان تفاوت ماشین های الکتریکی و ماشین های بنزین سوز است)، ولی از معایب آنها میتوان به نیازشان به برق نام برد که در بعضی موارد در دسترس نیست(این عیب هم مشابه عیب ماشین های الکتریکی است).

موقعیت دهنده یا positioner valve

عملکرد اصلی موقعیت‌دهنده شیر یا ولو پوزیشنر، رساندن هوای فشرده مورد نیاز به اکچویتور( همان عملگر) می‌باشد تا ساقه (همان stem که به معنای ساقه یا بدنه است) در نقطه تنظیم شده (Set Point) قرار بگیرد. همچنین این قسمت در کنار تقویت کردن این جریان(amplifying)، توانایی تنظیم میزان باز و بسته شدن ولو را دارد.

بدنه شیر کنترل ولو یا valve body

محل عبور سیال مورد نظر ما است و از اجزای آن میتوان به نشیمن گاه (seat) و ساقه (stem) اشاره کرد. در نتیجه بدنه وظیفه کنترل نیروهایی است که از بالادست به آن میرسد تا با این نیرو بتواند جریان، دما و فشار را کنترل کند. این قسمت شامل المان‌های تغییر حالت شیر مانند پلاگ، توپی، پروانه و ... نیز می‌باشد.

در اینجا توجه شما را به خلاصه‌ای از دسته بندی انواع شیر کنترل ولو جلب میکنیم: یک مدل دسته بندی داریم که با توجه به نحوه حرکت اسپیندل یا دوک نام گذاری می شوند که به 2 دسته حرکت خطی و حرکت چرخشی تقسیم میشوند. از گروه حرکت خطی میتوان به شیرهای دروازه‌ای و کروی اشاره کرد و از گروه حرکت چرخشی میتوان شیرهای توپی، پروانه ای و سماوری را نام برد. دسته بندی دیگری که وجود دارد شیر کنترل ولو دو راهه و سه راهه است. از شیر‌ کنترل ولو سه راهه میتوان هم برای اختلاط و هم برای تقسیم جریان استفاده کرد. در عکس زیر نمای شماتیکی از شیر کنترل ولو سه راهه را مشاهده میکنید.

شیر کنترل ولو یک طبقه بندی دارد بر مبنای میزان نشتی ای که در هنگام بسته بودن کامل دارد. میزان نشتی در یک شیر double-Seat یا همان دو نشینمگاهی استاندارد، در بهترین حالت کلاس 3 می‌باشد، بسته به نیاز ما ممکن است این استاندارد کلاس 3، بیش از نیاز ما برای کاری که میخواهیم انجام بدهیم، باشد. اما در موارد دیگری که کم هم نیستند، این میزان نشتی مقدار بالایی حساب میشود و استفاده از این شیرهای دو نشیمنگاهی ممکن نیست، به همین دلیل در این موارد (در جاهایی که نیاز به آب‌بندی دقیق و عدم نشتی باشد) از شیرهای single seat استفاده میگردد، چرا که شیرهای تک نشیمنگاهی نشتی کمتری دارند.

تا اینجا درباره اجزا اصلی و عملکرد شیر کنترل ولو اطلاعاتی به دست آوردیم، حال مختصری به ظرفیت شیر کنترل ولو یا valve capacity بپردازیم. یک شیر کنترل ولو باید توان کنترل جریانی که از ولو میگذرد را داشته باشد. شیر کنترل ولو با دستکاری عوامل زیر به کنترل این فرآیند اقدام میکند:

1) جریان : به نرخ جریان عبوری از یک قسمت در هر لحظه، دبی جریان گفته می‌شود.

2) اختلاف فشار(ΔP): به اختلاف فشار بین ماده ورودی و ماده خروجی گفته می‌شود.( ΔP=P2-P1 ، که در اینجا P2 فشار ماده خروجی و P1 فشار ماده ورودی است.)

این دو کمیت توسط عنوانی به نام ضریب جریان (Flow Coefficient) به یکدیگر مرتبط می‌شوند. این کمیت ضریب جریان از فرمول زیر تبعیت میکند :

C_v=Q√(SG/ΔP)

که در این فرمول Cv همان ضریب جریان یا Flow coefficient است. Q همان دبی جریان است ، ΔP همان اختلاف فشار است و SG هم مخفف specific gravity است که برای آب 1 و برای دیگر سیالات اعداد مختص به خودشان است.

در انتها با توجه به اینکه شیر کنترل ولو از اجزا بسیار زیادی تشکیل شده است، در این مقاله تلاش کردیم تا مفاهیم پایه‌ای آن را توضیح دهیم و از توضیح اجزا دیگر آن خودداری کردیم. در انتهای این مطلب عکسی از شیر کنترل ولو قرار میدهیم تا با اجزای متنوع آن آشنا شوید و در صورت تمایل به مطالعه درباره آنان بپردازید.