شیرآلات کنترلی
شير کنترل(Control valve) گونهای از شيرهای صنعتی هستند که در سيستمهای کنترلی به کار می روند.
اين نوع از شيرها با فرمان گرفتن از کنترلر، باز يا بسته می شوند در نتيجه دخالت مستقيم انسان در آن وجود ندارد.
اين نوع شيرها برای کنترل فشار، دما، دبی و يا ارتفاع مايعات به کار می رود.
نيروی مورد نياز برای باز و بسته کردن شير در شيرهای کنترل به صورت الکتريکی، هيدروليکی و يا پنوماتيکی است.
همچنين اين شيرها به طور معمول با ورودی سيگنال 4 تا 20 ميلی آمپر عمل می کنند.
به عبارت دیگر شیرآلات کنترلی وسيله ای هستند که با اعمال نيرويی غير از نيروی دست عمل می نمايد و ميزان جريان سيال را در يك سيستم كنترل فرايندی تنظيم می كند.
شیرآلات کنترلی شامل يك شير است كه به يك مكانيزم محركه (actuator)که توانائی تغيير عنصر کنترل کننده سيال را دارد متصل می باشد.
اين تغيير بر مبنای سيگنالی است كه از سيستم كنترل دريافت ميشود.
رشد شيرهای Rotary از سال 1950 تا سال 1980 از 1% كل شيرهای كنترل به 50% رسيده است و كاربرد آن بيشتر و بيشتر شده است.
اولين نوع از شيرهای Rotary نوع پروانه ای آن بود. شيرهای Rotary از لحاظ هزينه و همچنين عملكرد مزايايی را نسبت به شيرهای خطی از خودشان نشان دادند.
شيرهای معروف به Straightthrough دارای ظرفيت جريانی (Cv) بيشتر ميباشند ولي جزء شيرهای High Recovery بوده و مستعد به ايجاد Chocking و Cavitation ميباشند. ولی از لحاظ وزن و ابعاد موقعيت مناسبی دارند.
شيرهای Rotary داراي دامنه محدودتر فشار و دما نسبت به شيرهای Globe ميباشند.
پارامترهای ثانويه در انتخاب شير كنترل شامل نشتيهای مجاز، خصوصيات جريانی،دما،لزجت و سايش ميباشد. همچنين بايد مساله Noise را در نظر گرفت و نيز بايد محرك مناسب انتخاب گردد و نياز به موقعيت دهنده شير (Positioner) مشخص گردد.
مشخص كردن سايز شير كنترل كه به آنValve Sizing ميگويند بستگي به پارامتر متغيري به نام Cv دارد.پارامترهاي مورد نياز جهت انتخاب شير كنترل در استانداردISA مشخص شده است.
ساختار شیر کنترلی
ساختار شیر کنترلی
شیر های کنترلی از لحاظ ساختمان به دو نوع متداول طبقه بندی می شوند: 1) میله لغزشی، 2) محور چرخان.
1) شیر کنترلی میله لغزشی: ساختمان این نوع از شیرهای کنترلی را می توان به چند بخش مهم طبقه بندی کرد: بدنه 7، درپوش 8 .( مجموعه جعبه بسته بندی 9، تریم 10 ،یوغ 11 و عملگر 12 ، (شکل زیر قسمت فوقانی شیر کنترلی (مجموعه عملگر) قسمت تحتانی شیر کنترلی (مجموعه بدنه ی شیر)
در قسمت تحتانی شیر که اصطلاحا مجموعه بدنه ی شیر گفته می شود، قسمتی از آن که به خط جریان سیال متصل می شود و سیال از داخل آن عبور می کند، بدنه (بدنه ي شیر) نامگذاری شده است. این قسمت اجزایی مانند محل قرار گیری تریم (جایگاه 13 )، اتصالات شیر و گذرگاه جریان را شامل می شود. در نتیجه قسمت بدنه باید طوری طراحی شود که در برابر تغییرات دما و فشار مقاوم باشد. درپوش یا کلاهک قسمتی از شیر کنترلی است که بر روی بدنه متصل می شود و ضمن نگه داشتن مجموعه عملگر و جعبه بسته بندی، امکان حرکت بالا و پایین تریم را نیز برقرار می سازد. تریم نیز به عبارتی مجموعه ی متحرك شیر است که بالا و پایین رفتن آن موجب کنترل سیال عبوری میشود. اجزای اصلی تریم عبارت اند از میله ي رابط 14 ، پلاگ 15 (وسیله ای که به انتهای میله وصل شده و میزان دبی سیال را مشخص می کند)، حلقه ی جایگاه و قفس 16 (قسمت انتهایی تریم). همچنین مجموعه ای که اطراف تریم قرار می گیرد و به جلوگیری از نشتی اطراف آن کمک می کند، مجموعه ی جعبه بسته بندی نامیده میشود و این اجازه را به میله ی شیر میدهد تا با حداقل اصطکاك حرکت کند. حلقه های بسته بندی معمولا از یک ماده ی نرم و قابل فشرده شدن نظیر پنبه نسوز، تفلون یا غیره ساخته می شود. براي به حرکت در آوردن تریم نیاز به یک عملگر داریم که باید بر روي شیر سوار شود. در این نوع شیرها از عملگرهای بسیار ساده ای استفاده میشود که در شکل بالا نمونه ای از عملگر فنری و دیافراگمی را مشاهده میکنند. تریم حرکت تولید شده توسط عملگر را منتقل میکند اما در اینجا نیاز به عضوی داریم تا در برابر نیروهای ناشی از عکس العمل فنر و دیافراگم بتواند از خود مقاومت نشان دهد. یوغ عضوی از شیر است که عملگر بر روی آن قرار میگیرد و ضمن انجام این کار، این امکان را فراهم میسازد تا با باز کردن قاب آن، به تنظیم کننده ی کشش فنر، میله ی شیر و اتصال دهنده ی میله دسترسی پیدا کرد. عملگر و یوغ اعضاي قسمت فوقانی شیر کنترلی را تشکیل میدهند که اصطلاحا آن را مجموعه عملگر می نامند. هر کدام از اعضای نامبرده دارای انواع متفاوتی می باشند که بسته به شرایط کارکرد شیر کنترلی، مورد استفاده قرار می گیرد. همانطور که در شکل زیر مشاهده میکنید، برای قسمت مجموعه بدنه اشکال متفاوتی متصور است.
همانطور که واضح است، در هر کدام از مجموعه بدنه های نشان داده شده در شکل بالا، یک نوع خاص از بدنه، درپوش و تریم مورد استفاده قرار گرفته است. پس می توان به راحتی نتیجه گرفت که تنوع اجزای یک شیر کنترلی بسیار زیاد است و بدون استفاده از هندبوك ها و کاتالوگهای مربوط، انتخاب یک نوع آن دشوار خواهد بود.
2) شیر کنترلی محور چرخان: اجزای تشکیل دهنده ی این نوع از شیرهای کنترلی نیز به مانند شیرهای میله لغزشی می باشد با این تفاوت که پلاگ شیر در اینجا، دیسک و یا توپی چرخان می باشد که توسط عملگر به چرخش در می آید. در شکل زیر چند نمونه از شیرهای کنترلی محور چرخان را مشاهده میکنید.
همانطور که مشخص است، هر یک از این شیرهای کنترلی محور چرخان مزیت های خاص خود را دارد. مثلا شیر پروانه ای به حداقل فضای لازم برای نصب نیاز دارد و حداکثر ظرفیت را با افت فشار کم ایجاد مینماید. اما اغلب چون گشتاور کاری آن زیاد است، به عملگری با دیافراگم بزرگتر نیاز دارد. همچنین از شیر توپی براي کنترل جریان سیالات چسبنده که شامل ذرات جامد یا فیبرها و غیره میباشند ایده آل است و به طور رایج به عنوان شیر مسدود کننده بکار میرود و معمولا کاملا باز و کاملا بسته است. در شیرهای کنترلی محور چرخان، نیاز به حرکت دورانی داریم، در صورتی که عملگر حرکت خطی تولید میکند. در نتیجه به عضوی نیاز داریم که بتواند حرکت خطی عملگر را به حرکت دورانی تبدیل کند. این عضو اهرم عملگر 25 نامیده میشود که در قسمت مجموعه عملگر جاسازي شده است.
عملکرد شیر کنترلی
عملکرد شیر کنترلی
عملکرد شیر کنترلی، نسبتا ساده است. اعمال فشار هوا به بالای دیافراگم قابل ارتجاع، نیرویی در جهت پایین ایجاد می کند. این نیرو در شیرهاي میله لغزشی، میله ی شیر را به طرف پایین حرکت میدهد و در شیرهای محور چرخان، محور را می چرخاند. این حرکت تا آنجا ادامه می یابد که پلاگ به جایگاه برسد یا نیروی مخالف فنر (و فشار سیال عبوری) با نیروی عملگر برابر شود. میزان نیروی اعمالی توسط عملگر همان پارامتری است که با آن جریان سیال را کنترل میکنند که این کنترل میتواند به صورت دستی و یا اتوماتیک (فیدبک 26 ) باشد. در کنترل اتوماتیک، حسگرهایی جهت اندازه گیري فشار و دبی جریان تعبیه میشود و با استفاده از مدار فیدبک و یک کنترلر 27 ، میزان نیروی وارده از طرف عملگر را مشخص میکنند.
شیرهای کنترلی Oventrop آلمان در انواع Mixing و Diverting کاربردهای گوناگونی را پوشش می دهند. اصلی ترین کاربرد این شیرها در آمیزش و کنترل جریان سیال در سیستم های گرمایشی، سرمایشی، تهویه مطبوع، پایانه های حرارتی و برودتی و یا مخازن ذخیره آب گرم (برای مثال سیستم های گرمایش خورشیدی و تاسیسات پمپ گرمایش) می باشد.
کاربرد شیر کنترلی
کاربرد
نمونه هایی از کاربرد شیرآلات کنترلی در سیستم های گرمایشی سرمایشی و تهویه مطبوع مطابق موارد زیر شرح داده می شوند:
1- استفاده از شیر سه راهه (Diverting) در سیستم گرمایش از نوع Air Heater. در این نمونه، دمای هوای خروجی توسط شیر کنترل می گردد.
2- استفاده از شیر سه راهه (Diverting) در سیستم گرمایش از کف. در این سیستم میزان دمای جریان عبوری از مدارات موجود در کف از طریق شیر کنترلی تنظیم می گردد.
3- استفاده از شیر سه راهه (Mixing) برای افزایش دمای برگشت در بویلرهای سوخت جامد. دمای مورد نیاز توسط شیر کنترلی تنظیم می گردد، در صورت افزایش دمای برگشت، گذرگاه مابین ورودی و خروجی مسدود شده و با کاهش دمای برگشت این گذرگاه باز می شود.
– استفاده از شیر سه راهه در سیستم گرمایش سطح