شیرهای کنترلی هیدرولیک و پنوماتیک

شیرهای کنترلی هیدرولیک و پنوماتیک

شیرهای کنترلی هیدرولیک و پنوماتیک  (hydraulic and pneumatic control valves) عملگرهایی هستند که به منظور کنترل جریان سیال ، با تغییر اندازه میزان جریان عبوری سیال بر اساس سیگنال دریافتی از یک کنترلر استفاده می شوند.

شیر های کنترلیاین امر امکان کنترل مستقیم میزان جریان و کنترل متعاقب مقادیر فرآیند مانند فشار ، دما و سطح مایع را فراهم می کند.

چرا از شیرهای کنترلی استفاده میکنیم

کارخانجات تولیدی و سیستم های اتوماسیون صنعتی آنها شامل صدها یا حتی هزاران حلقه های کنترلی مختلف می باشند که همگی به یکدیگر ارتباط دارند تا محصولی را که برای عرضه ، تولید کنند.

هر یک از این حلقه های کنترل به گونه ای طراحی شده اند که متغیرهای مهم فرآیند مانند فشار ، جریان ، سطح ، دما و غیره را در پارامتر های خاص حفظ کنند.

هر یک از این حلقه ها ممکن است اختلالاتی داخلی را ایجاد کنند که متغیر فرآیند را تحت تأثیر قرار می دهد ، و تعامل سایر حلقه های موجود در شبکه را به هم ریزد و بر متغیر فرآیند اصلی تأثیر گذار باشند.

برای کاهش تأثیر این اختلالات ، سنسورها و فرستنده ها اطلاعات مربوط به متغیر فرآیند و ارتباط آن با بخش های دیگر را جمع آوری می کنند.

سپس یک کنترلر برای مثال یک پی ال سی این اطلاعات را پردازش کرده و تصمیم می گیرد که پس از بروز اختلال در سیستم، باید متغیر را تغییر دهد تا مشکل را برطرف نماید.

به همین دلیل ما از سیستم های کنترلی وشیرهای کنترلی هیدرولیک و پنوماتیک استفاده میکنیم.

اصول عملیاتی شیرهای کنترلی هیدرولیک و پنوماتیک

رایج ترین عنصر کنترل در صنایع ، شیرهای کنترلی(control valve) هستند.

شیر کنترل ، یک مایع روان مانند گاز ، بخار ، آب یا ترکیبات شیمیایی را تحت کنترل دارد تا اختلال بار را جبران کند و فرایند تنظیم شده را تا حد ممکن نزدیک به نقطه تنظیم دلخواه (set point) قرار دهد.

ولو های کنترلی ممکن است مهمترین  بخش از یک حلقه کنترل باشند که گاهی به آنها توجه کافی صورت نمیگیرد..

دلیل آن معمولاً ناآشنایی مهندس ابزار با بسیاری از جنبه ها ، اصطلاحات و زمینه های رشته های مهندسی مانند مکانیک سیالات ، متالورژی ، کنترل نویز و لوله کشی و … است.

اجزای سیستم کنترل

هر حلقه کنترلی معمولاً از یک سنسور وضعیت فرآیند به عنوان فرستنده و یک کنترلر تشکیل شده است .

که “متغیر فرآیند” دریافت شده از فرستنده را با “نقطه تنظیم شده” ، مقایسه می کند.

کنترل کننده به نوبه خود ، یک سیگنال اصلاحی را به “قسمت کنترل نهایی” ارسال می کند ، که آخرین قسمت حلقه و “بخش اصلی” سیستم کنترل فرآیند.

در واقع سنسورها مانند  چشمها عمل میکنند و کنترل کننده ها مانند مغز و عنصر کنترل نهایی مانند دست عمل میکند.

شیر کنترلی چیست

باز یا بسته شدن دریچه های کنترل اتوماتیک معمولاً توسط محرک های برقی ، و یا شیرهای کنترلی هیدرولیک و پنوماتیک انجام می شود.

control valveبه طور معمول یک دریچه متغیر می تواند در هر موقعیتی بین حالت کاملاً باز و کاملاً بسته قرار گیرد ، میتوان از موقعیت های مختلف سوپاپ استفاده کرد تا اطمینان حاصل شود که شیر به درجه مطلوب باز شدن رسیده است.

دریچه های با عملکرد هوا یا پنوماتیک به دلیل سادگی معمولاً بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند  زیرا آنها فقط به یک منبع هوای فشرده شده نیاز دارند .

در حالی که دریچه های برقی نیاز به کابل کشی و تجهیزات اضافی دارند و شیرهای با عملکرد هیدرولیکی نیاز به خطوط تأمین فشار بالا و خطوط بازگشتی برای مایعات هیدرولیک دارند.

سیگنال های کنترل پنوماتیک در زمان قدیمتر در محدوده فشار (3 تا 15 psi) و یا( 0.2 تا 1 bar) عمل میکردند.

اما اکنون این سیگنال ها به صورت الکتریکی در محدوده  (4 تا 20 mA )برای صنعت یا (0 تا 10 ولت) برای سیستم های HVAC کنترل میشوند.

که در این بازه ها می توان مقدار باز یا بسته بودن شیر ها را کنترل کرد.

انواع شیر های پنوماتیکی

سیستم های پنوماتیک ، که به نیروی هوای فشرده شده برای انتقال نیرو بستگی دارند ، می توانند در کاربردهای صنعتی بی شماری ، از ابزارهای قدرت پنوماتیک گرفته تا موتورهای دیزلی و دستگاه های سی ان سی یافت شوند.

بر اساس مؤلفه های موجود در طراحی و نوع سیستم پنوماتیک مورد استفاده ، ممکن است یکی از چندین نوع شیر پنوماتیک در دستگاه استفاده شوند.

شیر های پنوماتیک ، که همچنین به عنوان شیرهای کنترلی جهت نیز استفاده میشوند ، در چندین رویکرد مختلف طبقه بندی شوند که عبارتند از:

  • تعداد درگاه های ورودی و خروجی که در اختیار دارند

  • تعداد مسیرهای جریان یا حالت های سوئیچینگ موجود

  • نحوه مکانیسمی که برای باز یا بسته شدن دریچه ها دارند

  • موقعیت دریچه در حالت غیرفعال

روش های تحریک شیر پنوماتیک

  • تحریک دستی

  • تحریک مکانیکی

  • تحریک پنوماتیکی

  • تحریک الکتریکی

  • تحریک مرکب

گاها اعمال نیرو به شیر پنوماتیک توسط دست انجام می شود ولی در نمونه های برقی با اعمال جریان الکتریکی، اقدام به کنترل و تحریک شیر می نمایند.

روش های تحریک شیر کنترلیبا اعمال جریان الکتریکی در این شیر برقی بوبین آن خاصیت آهن ربایی پیدا کرده و نیروی لازم برای تغییر وضعیت شیر پنوماتیک را ایجاد می نماید .

انواع شیرهای پنوماتیک

  • شیر یکسو کننده پنوماتیک

شیر یکسو کننده پنوماتیکاین شیرها در دو فرم عمده موجود میباشند، بدون فنر و با فنر برگشتی به منظور آزاد کردن جریان، نیروی فشاری که به فنر اعمال میشود باید بزرگتر از نیروی فنر باشد.

  • شیر کنترل فشار

ولو کنترل فشارکه در سه نوع تنظیم کننده فشار و محدود کننده فشار و شیر های تابع فشار تقسیم بندی میشوند.

شیر های محدود کننده فشار : که معمولا بعد کمپرسور باد قرار میگیرند و وظیفه محدود کردن فشار را برای کنترل امنیت سیستم بر عهده دارند.

شیر های تنظیم کننده فشار : جهت رسیدن به یه فشار خاص و تثبیت فشار مورد نظر در سیستم مورد استفاده قرار میگیرند.

شیر های تابع فشار : در رنج های خاص فشار عمل میکنند و بیشتر جهت هشدار ها و آلارم های سیستم استفاده میشود.

برای مثال میتوان از خارج شدن باد در یک رنج فشار خاص مطلع شد و آلارم را فعال کرد.

  • شیرهای قطع و وصل جریان

on off valveاین شیر ها که از متدوال ترین شیر های استفاده شده در صنعت میباشند وظیفه ی قطع و وصل ویا تغییر جریان هوای عبوری را دارند.

  • شیر پنوماتیک کنترل جریان

شیر کنترل جریان پنوماتیکاین شیر ها با تنظیم دریچه جریان عبوری میزان جریان عبوری را کنترل مینمایند.

نحوه نام گذاری valve ها

این نامگذاری بر اساس تعداد ورودی و خروجی شیرها و همچنین تعداد حالاتی که از شیر استفاده میشود صورت میگیرد.

این نوع نامگذاری برای شیرهای کنترلی هیدرولیک و پنوماتیک صدق میکنند.

برای مثال شیر 5/3 ( ۵ به ۳ خوانده می شود ) یعنی شیری که دارای ۵ ورودی و خروجی می باشد که دارای سه حالت می باشد .

عددی سمت راست قرار می گیرد تعداد حالت های شیر پنوماتیک را مشخص می کند و عدد سمت چپ نمایانگر تعداد ورودی و خروجی های روی آن می باشد .

بر روی بدنه شیرهای برقی دیاگرامی که رسم میشود دیاگرام شیر در حالت توقف یا حالت کار نیفتاده میباشد.

نام شیر به تعداد مواضع سوئیچی و تعداد دهانه های آن شیر بستگی دارد.

مثلا شیر راه دهنده 2/3 (2 به 3) یعنی شیری که ۳ دهانه و دو موضع سوئیچی دارد.

هنگام بیان نام شیر، حالت توقف شیر نیز بیان میشود.

برای مثال شیر 4/3 با حالت نرمال بسته.

شیر 4/2 پنوماتیک برای مثال در شکل بالا یک شیر 4/2 را که دارای تحریک دستی و بازگشت فنری میباشد را مشاهده میکنید، که عملکرد آن جهت جابه جایی سیلندر پیستون نمایش داده شده است.

انواع معمول شیرهای راه دهنده به شکل 5/3 , 5/2 , 4/3, 4/2, 3/2 , 2/2  میباشد.

مشخصات شیر پنوماتیک

مشخصاتی مربوط به شیرهای پنوماتیک وجود دارد که به برخی از آنها در زیر اشاره شده است. این پارامترها برای راهنمایی عمومی به منظور انتخاب شیر مناسب میباشد.

 

  • فشار و دامنه فشار – میزان فشار یا دامنه فشار (به عنوان مثال در psi یا Pa) که شیر برای انجام کار در آن محدوده در نظر گرفته میشود.
  • محیط کار – شامل انواع سیالات که شیر می تواند با اطمینان کنترل کند ، که در بیشتر موارد شامل هوای فشرده میباشد.
  • ظرفیت جریان یا ضریب جریان – اندازه گیری ظرفیت شیر ​​برای میزان جریان هوا عبوری از طریق آن ،که با ضریب جریان (CV) نمایش داده میشود.
  • تعداد – حداکثر تعداد باز و بسته که در آن شیر می تواند در واحد زمان کار کند.
  • زمان پاسخگویی – مقدار زمان لازم برای دریچه ها برای تغییر حالت ها
  • اندازه پورت
  • ولتاژ کویل – برای شیر های برقی ، اندازه گیری حداکثر ولتاژ که به سیم پیچ تحریک میتوان وارد کرد امری مهم میباشد. که ممکن است در ولتاژ DC و یا AC باشد.

شیرهای هیدرولیک

در سیستم های هیدرولیک ، عنصری که برای کنترل و تنظیم فشار ، اندازه جریان سیال و جهت آن استفاده می شود ، شیر کنترل هیدرولیکی نامیده می شود.

شیر هیدرولیکشیرهای کنترلی هیدرولیک عناصر قدرت سیستمهای هیدرولیکی هستند.

وظیفه ی فعال و غیرفعال کردن سیستم ، جهت و سرعت حرکت و گشتاور خروجی سیستم هیدرولیک بر عهده شیر هیدرولیک میباشد.

مهم نیست که سیستم هیدرولیک چقدر ساده باشد ، شیر کنترل هیدرولیک عنصر مورد نیاز سیستم های هیدرولیکی است.

اینکه یک سیستم هیدرولیک تازه طراحی شده به صورت عملیاتی با خیال راحت و مطمئن بتواند کار کند یا خیر ، بیشتر به عملکرد شیرهای هیدرولیک در سیستم بستگی دارد.

انواع شیرهای کنترل هیدرولیک

شیرهای کنترلی هیدرولیک را می توان در ابعاد مختلف به انواع مختلفی تقسیم کرد.

  • با توجه به عملکرد

  • روش های کنترل

  • ساختار شیر

تقسیم بندی شیر های هیدرولیک با توجه به عملکرد آن

انواع شیر هیدرولیک

  • شیرهای کنترل فشار(pressure valve)

شیر هایی که برای کنترل و تنظیم فشار سیستم هیدرولیک و مدارات هیدرولیکی مورد استفاده قرار میگیرند شامل شیر تنظیم فشار هیدرولیک ، شیر کاهش فشار هیدرولیک ، شیر ترتیبی هیدرولیکی ، شیر رله ای هیدرولیک و … میباشند.

  • شیرهای کنترل جهت (Directional valve)

این valve ها که جهت حرکت سیستم هیدرولیک و شروع و توقف آن را کنترل میکنند و با استفاده از کنترل و تنظیم جهت حرکت روغن و مدارات هیدرولیک اینکار را انجام میدهند شامل مواردی مانند شیر چک کننده هیدرولیک ، شیر های دایرکشنال و … میشوند.

Valve هایی که در این دسته به صورت متداول استفاده میشود شیرهای جهت دار سلونوئیدی هستند که توسط solenoids هیدرولیکی فعال می شود.

  • شیرهای کنترل جریان(flow control valve)

این شیر ها که به منظور کنترل جریان سیال عبوری سیستم مورد استفاده قرار میگیرند شامل شیر هایی چون شیر گلویی هیدرولیکی ، شیرهای کنترل سرعت جریان هیدرولیک ، شیرهای انتقال دهنده هیدرولیک و … میشوند.

تقسیم بندی شیر های هیدرولیک با توجه به روشهای مختلف کنترلانوااع شیر هیدرولیک بر اساس روش کنترل

  • شیرهای on/off

این valve  ها که از رایج ترین موارد برای استفاده در صنعت میباشند به صورت on/off عمل میکنند و سیستم تحریک آن میتواند به صورت های مختلف مانند تحریک سلونوئیدی ، تحریک دستی به وسیله اهرم ، تحریک به وسیله ی موتور های الکتریکی و .. صورت گیرد.

همه این نوع شیرها موقعیت دریچه رادر  وضعیت کاری معینی تنظیم می کنند که باعث می شود در فشار ، جریان و جهت یکسانی  عمل کند و باقی بماند.

  • شیرهای کنترل تناسبی(proportional valve)

شیرهای پروپشنال یا تناسبی با استفاده از سلونوئید های تناسبی یا گشتاور موتورها سیگنال های ورودی را به نیرو برای جابه جایی مورد نیاز تبدیل میکنند.

در واقع خروجی این شیر ها که شامل فشار و جریان سیال است به صورت پیوسته و آنالوگ و متناسب با سیگنال یا متغیر ورودی کنترل میگردد.

معمولا برای کنترل این ولو ها باید درکنار خود شیر از کارت های جانبی پروپشنال که وظیفه ی تبدیل سیگنال های استاندارد ( مانند 0تا 10 ولت  یا 4 تا 20 میلی آمپر) به رنج های مناسب جهت کنترل شیرها را دارند استفاده کرد.

این شیر ها معمولا به صورت حلقه باز عمل میکنند اما اخیرا نمونه هایی موجود است که به صورت حلقه بسته و دقیق تر سیستم هیدرولیک را کنترل میکنند.

  • شیرهای کنترل سروو (Servo control valves)

در سیستم های کنترل سروو سیگنال های ورودی(الکتریکی ، مکانیکی) و مقدار اختلاف بین سیگنال ورودی و سیگنال بازخورد از مدار فیدبک به طور مداوم مورد بررسی قرار میگرد و فشار و جریان که خروجی شیر هستند به طور مداوم و متناسب با سیگنال اختلافی کنترل میشوند.

در واقع عمکرد بسیار دقیق نسبت به سایر شیرها دارند.

عملکرد این شیرها همانند شیر های تناسبی میباشد اما این شیرها در سیستم هایی که عملکرد و دقت بالاترو زمان پاسخ گویی کمتری مورد نیاز است استفاده میشوند.

که به مراتب هزینه ی بالاتری برای خرید این دسته از ولو ها نیاز است.

  • شیرهای کنترل دیجیتال(Digital control valves)

این ولو ها مستقیما توسط سیگنال های دیجیتال به صورت صفر و یک کنترل میگردند.

 

تقسیم بندی شیرهای هیدرولیک با توجه به ساختار ظاهری شیرهاانواع شیر هیدرولیک بر اساس ساختار

  • شیرهای کشویی هیدرولیک

این شیر ها به صورت طولی مقدار انتقال سیال را کنترل میکنند.

  • شیرهای مخروطی هیدرولیک

روش آب بندی شیر مخروط هیدرولیکی آب بندی خطی است. بنابراین ، شیرهای مخروطی هیدرولیکی از عملکرد آب بندی بهتر و حساسیت بالاتری برخوردار هستند.

  • شیرهای توپ هیدرولیکی

این نوع شیرها عملکرد مشابهی با شیرهای مخروطی هیدرولیکی دارند. همچنین در شیرهای هیدرولیک با کارکردهای مختلف کاربرد زیادی دارد.

 

 

گروه راما کنترل در زمینه فروش محصولات هیدرولیک و پنوماتیک و طراحی و مشاوره و اجرای سیستم های کنترلی مبتنی بر پنوماتیک و هیدرولیک آماده ارائه خدمات به ممشتریان خود میباشد.برای اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.

بهرنگ کرمیان
ژوئن 7, 2020