پربازدید ترین ها

شیر کنترل ولو چیست

تاریخ انتشار: 98/01/08
نمایش: 504
(5 رای)

 

شیر کنترل ولو چیست

Control Valve

 اهداف مقاله کنترل ولو :

در این مقاله سعی گردیده است  تشریح کنترل ولو و همچنین به معرفی انواع کنترل ولو بپردازیم.

مقدمه مقاله شیر کنترل ولو :

             یکی از رایج ترین المان های کنترل نهایی در سیستم های کنترل صنعتی ، شیر کنترل ولو می باشد . کنترل ولو بر حسب فرمان یک سیگنال اتوماتیک همچون سیگنال یک کنترل کننده یا دستگاه منطقی ( مانند PLC ) فلوی سیال عبوری از یک لوله را محدود می کند . برخی از طرح های شیر کنترل ولو برای منترل گسسته ی (ON/OFF ) فلوی سیال در نظر گرفته شده اند ، در حالی که برخی دیگر برای تنظیم فلوی سیال در جایی بین حالت کاملا باز و کاملا بسته طراحی شده اند . یک ولو ON/ OFF از نظر الکتریکی معادل یک سویچ است ، در حالی که یک ولو تنظیم کننده از نظر الکتریکی معادل یک مقاومت متغییر می باشد .

کنترل ولو از دو بخش عمده تشکیل شده است :

بدنه ی ولو ( Body ) :

که شامل همه ی تجهیزات مکانیکی لازم برای تاثیر گذاری بر فلوی سیال می باشد .

اکچوئیتور ولو ( Actuator ) :

اکچوئیتور ولو یا همان  محرک ولو  که نیروی مکانیکی لازم برای حرکت اجزا داخلی بدنه ی ولو را تامین می کند . اغلب اوقات ، تفاوت عمده ی بین یک کنترل ولو on/off و یک کنترل ولو Throttling  در نوع اکچویتور به کار رفته برای ولو است . اکچویتور های on/off موقعیت مکانیزم ولو را تنها در حالت کاملا باز و یا کاملا بسته قرار می دهند ، این در حالی است که اکچویتر های Throttling  باید بتوانند با دقت موقعیت مکانیزم ولو را هر نقطه ی بین حالت کاملا باز و یا کاملا بسته تنظیم کنند .

برخی از طرح های بدنه ی ولو های سماوری ( Plug valves  ) و ولو های توپی (  Ball valves ) سرویس های on/off به مراتب بهتر کار می کنند ، در حالی که طرح های دیگر همچون ولو های کروی ولو پورتی ( Double –ported globe valves ) در کاربرد های Throttling  بهتر عمل می کنند ، با این حال می توان بسیاری از طرح های ولو را صرفا با اتصال یک اکچویتور مناسب در هر کدام از این دو سرویس ( Throttling  یا on/off) بکار برد.

1 - انواع ولو

به مجموعه اجزاء خاصی که در داخل بدنه ی یک کنترل ولو قرار داشته و عمل Throttling  یا بستن کامل مسیر فلوی سیال را انجام می دهند ، اصطلاحا تریم ولو ( valve trim ) گفته می شود ، برای هر نوع عمده از کنترل ولو ، معمولا طراحی های تریم بسیار متنوعی وجود دارد . انتخاب نوع ولو و تریم آن با توجه به نوع سیال تحت کنترل ، خصوصیات عمل کنترلی ( Throttling  یا on/off  ) شرایط فر آیند ( نرخ فلوی مورد انتظار ، دما ، فشار و غیره )  و جوانب اقتصادی تعیین می شوند.

1-1)  شیر  کشویی

- ولو ساقه کشویی  ( Sliding stem valves )

شیر کشویی قطعات متحرک بدنه به صورت خطی حرکت می کنند .

بیشتر کنترل ولو های شیر کشویی عملکرد ی مستقیم دارند (Direct acting ) ، به این معنا که با بیرون رفتن ساقه ( Stem  ) از بدنه ، دریچه ی ولو بیشتر باز می شود ، و متقابلا هنگامی که ساقه به داخل بدنه فشار داده می شود ، دریچه ولو بسته می شود . بدنه ی یک ولو با عملکرد معکوس ( Reverse acting  ) بر عکس حالت قبل خواهد کرد ، به طوری که با فشار دادن ساقه به داخل بدنه ، ولو باز شده ، و با بیرون کشیدن ساقه از بدنه ، ولو بسته می شود .

1-1-1) انواع ولو ساقه کشویی :

 گلوب ولو

* ولو  کروی ( Globe valves )

                 ولو ها ی کروی یا همان به اصطلاح گلوب ولو با تغییر فاصله ی بین یک پلاگ متحرک و یک نشیمنگاه ( Seat ) ثابت ، فلوی سیال را محدود  می کنند ( البته در برخی موارد از یک جفت پلاگ و یک جفت نشیمنگاه بهره گیری می شود ) . فلوی سیال از میان سوراخ مرکزی نشیمنگاه عبور کرده و میزان محدودیت عبور آن با میزان فاصله ی پلاک از سوراخ نشیمنگاه تعیین می شود . ولو کروی یکی از محبوب ترین طرح های ولو ساقه کشویی استفاده شده در سرویس Throttling  می باشد .

در این ولو پلاک ولو توسط ساقه هدایت شده و همیشه با خط مرکزی نشیمنگاه هم تراز است . به همین دلیل است که این سبک خاص از ولو کروی را اصطلاحا ولو کروی ساقه راهنما ( stem guided ) می نامند.

 شیر سوزنی

* نیدل ولو ( Needle valve )

با یک تغییر کوچک در طراحی ولو کروی ساقه راهنما یک ولو سوزنی ( Needle valve ) حاصل می شود . قطر پلاگ سوزنی بسیار کوچک است ، به طوری که معمولا با سوراخ نشیمنگاه هم اندازه بوده و به خوبی در داخل آن قرار می گیرد . این در حالی است که پلاگ ولو های کروی صرفا بر روی نشیمنگاه می نشینند . استفاده از ولو های سوزنی دستی کاربرد های کنترل نرخ های فلوی کم روغن یا هوا بسیار رایج است .

* ولو پورت راهنما ( Port guided valve )

یکی دیگر از تغییرات روی طراحی ولو کروی ، ولو پورت راهنما ( Port guided valve ) می باشد . پلاگ این ولو ها شکل غیر معمولی داشته و در داخل نشیمنگاه به بالا و پایین حرکت می کنئ . از اینرو می توان گفت که حلقه ی نشیمنگاه برای پلاگ به عنوان یک راهنما عمل می کند ، به طوری که هم مرکزی پلاگ و نشیمنگاه را همیشه تراز کرده و تنش هدایت بر روی ساقه را به حداقل می رساند . این بدان معنی است که می توان قطر ساقه ی این ولو ها را کوچکتر از ولو های ساقه راهنما ساخته ، اصطکاک لغزشی به حداقل رسیده و رفتار کنترلی بهبود یافته است .

* شیرهای کنترلی دابل سیت (Double seat valve )

برخی از ولو های کروی برای کنترل میزان فلوی سیال از یک جفت پلاگ ( بر روی یک سافت جفت نشیمنگاه منطبق با آنها استفاده می کنند . این ولو ها را اصطلاحا ولو های کروی ) می نامند . هدف استفاده از یک ولو کروی دو پورتی این از اعمال فشار سیال پروسه به دو طرف پلاگ ها ، نیروی اعمال شده به ساقه به حداقل برسد .

اختلاف فشار سیال فرآیند واقع در دو طرف پلاگ یک ولو ( P1-P2 ) ، مطابق با فرمول F=PA به موازات ساقه یک نیرو تولید خواهد کرد ، به طوری که سطح مقطع ( A )  فرمول همان سطح موثر پلاگ ها می باشد . در یک ولو کروی تک پورتی ( Single Seat ) تنها یک نیروی تولید شده توسط فشار فرآیند وجود خواهد داشت . در یک ولو کروی دو پورتی (Double seat) ، دو نیرو در جهت های مخالف وجود دارد که یکی در پلاگ بالایی و دیگری در پلاگ پایینی تولید شده است . اگر سطوح هر دو پلاگ تقریبا با هم برابر باشند نیروهای اعمال شده بر روی آنها نیز تقریبا با هم مساوی بوده و در نتیجه یکدیگر را خنثی می کنند . این امر راه اندازی و تحریک کنترل ولو را ساده تر خواهد کرد. ( یعنی موقعیت ساقه کمتر تحت تاثیر فشار های سیال فرآیند قرار خواهد گرفت )  .

این ولو کروی دو پورتی خاص از نوع ساقه راهنما می باشد ، به طوری که بوش های راهنما یکی در بالا و دیگری در پایین ساقه قرار گرفته اند ( در قسمت پایین بدنه ی ولو ) کنترل ولو دو پورتی نوع پورت راهنما نیز وجود دارد ، به نحوی که مجموعه ی دو پلاگ پورت راهنما و دو نشیمنگاه عمل تنظیم فلوی سیال را انجام می دهند .

مزایا و معایب شیر گلوب ولو :

از مزایای ولو های کروی دو پورتی این است که در مقایسه با نوع تک پورتی بسیار ساده تر تحریک و راه اندازی می شوند . این ولو ها همواره دارای یک نقطه ضعف مشخص هستند ، و آن این است که بستن کامل این گونه ولو ها تقریبا غیر ممکن است . برای دستیابی به آب بندی کامل سیال لازم است که هر دو پلاگ به طور هم زمان بر روی دو نشیمنگاه قرار گیرند ، که این امر بسیار مشکل است . حتی اگر یک ولو دو پورتی در کارگاه برای بهترین عملکرد بستن مهیا شده باشد ، بعد از نصب آن بر روی پروسه بدلیل تغییرات ابعادی ساقه و بدنه ی ولو که ناشی از گرمایش یا سرمایش سیال فرآیند می باشد ، بستن کامل ممکن نخواهد بود . این مساله خصوصا زمانی مشکل ساز است که ساقه از مواد متفاوتی نسبت به بدنه ساخته شده باشد . معمولا ساقه ی ولو ها ی کروی از میله هایی با جنس فولاد ضد زنگ ساخته شده اند در حالی که بدنه ی ولو های کروی به طور معمول از فولاد ریخته گری ساخته می شود . فولاد ضد زنگ سرد نسبت به فولاد ریخته گری گرم ضریب انبساط حرارتی متفاوتی دارد . این بدان معنی است که وقتی ولو در معرض دمایی گرم تر یا سرد تر از دمایی که در آن کاملا بسته می شده قرار گیرد ، پلاگ های ولو دیگر به طور همزمان بر روی نشیمنگاه خود قرار نمی گیرد.

برای دستیابی به یک آب بندی مناسب در حین بسته شدن ولو ، از یک تکنیک آماده سازی استاندارد که اصطلاحا ( صیقل کاری ) نامیده می شود ، استفاده می گردد . برای صیقل دادن اسمیلی پلاگ و نشیمنگاه ولو ، پس از دمونتاژ کردن ولو یک خمیر ساینده که کمپوند صیقل نامیده می شود را بر روی نواحی تماس متقابل پلاگ و نشیمنگاه ولو می مالند . مکانیزم ولو را دوباره اسمیل کرده و سپس ساقه را با یک حرکت تناوبی می چرخانند ، به طوری که پلاگ در داخل نشیمنگاه ساییده شده و در نهایت با هم جور می شوند . برای چک کردن انطباق بین پلاگ و نشیمنگاه در ابتدا ولو را دمونتاژ کرده و تمام کمپوند های صیقل باقیمانده بر روی پلاگ و نشیمنگاه را پاک کرده ، یک کمپوند رنگ آمیزی فلزهمچون آبی پر رنگ را بر روی پلاگ مالیده ، و ولو را دوباره مونتاژ می کنند . در ادامه دوباره ساقه را می چرخانند تا پلاگ بر روی نشیمنگاه ساییده شده و توسط رنگ اعمال شده پوشیده شود . پس از دمونتاژ کردن مجدد ، با بازبینی رنگ ساییده شده می توان گسترش تماس فلز به فلز بین پلاگ و نشیمنگاه را آشکار کرد . اگر سطح تماس نا کافی تلقی شود ، فرآیند صیقل کاری باید دوباره تکرار گردد.

در یک ورژن مدرن تراز طراحی ولو کروی از یک پلاگ به شکل پیستون استفاده شده که در داخل یک قفس قرار گرفته و پورت ها نیز به صورت ریخته گری یا ماشین کاری بر روی قفس قرار گرفته اند . این ولو ها ی کروی قفس راهنما با بیشتر یا کمتر آشکار کردن سطح پورت روی قفس احاطه کننده فلو را تنظیم می کنند . در واقع ، با بالا و پایین حرکت کردن پلاگ ، پورت روی قفس بازتر و یامحدودتر می شود . در اینجا قفس وظیفه ی هدایت پلاگ را نیز به عهده داشته و بنابراین دیگر نیازی نیست که ساقه مانند ولو های ساقه راهنما در معرض نیرو های عرضی قرار گیرد . تصویر نشان داده شده در شکل 1-11یک کنترل ولو برش خورده را نمایش می دهد که قفس آن به خوبی دیده می شود . در این قفس و پلاگ در موقعیت کاملا بسته قرار گرفته اند . همانطور که می بیند . همانطور که می بیند پورت های T  شکلی برر روی قفس وجود دارد که فلوی سیال از میان آنها عبور می کند . با به بالا و پایین حرکت کردن پلاگ ، مسیر این پورت های T شکل بسته تر و یا باز تر می شود .

یکی از مزیت های طرح قفس راهنما این است که تنها با تعویض قفس ولو با قفس دیگری که اندازه T شکل سوراخ متفاوتی دارد می توان مشخصات فلوی ولو را به سادگی تغییر داد . برای یک بلاگ خاص و معین طرح های متنوعی از قفس وجود دارد ، که این بدان معنی است که در صورت تغییر قفس نیازی به جایگیزینی پلاگ نمی باشد . این امر قطعا راحت تر از لزوم تعویض پلاگ برای تغییر مشخصه ی ولو های کروی پورت راهنما یا ساقه راهنما می باشد .

ولو های کروی قفس راهنما در دو نوع پلاگ متعادل ( Balanced ) و پلاگ نا متعادل ( Unbalanced ) در دسترس هستند . پلاگ متعادل دارای یک یا چند سوراخ از بالا به پایین می باشد . این سوراخ اجازه می دهد که فشار سیال دو طرف پلاگ برابر شود . این امر به حداقل رساندن نیروی وارده بر پلاگ که باید توسط اکچویتر ( Actuator ) بر آن غلبه شود ، کمک می کند .

پلاگ های نا متعادل یک نیروی مساوی با حاصل ضرب فشار تفاضلی دو طرف پلاگ و سطح پلاگ ( F=PA ) را تولید می کنند ، به طوری که در برخی از کاربرد ها این مطلب می تواند بسیار مهم باشد . پلاگ های متعادل این نیرو را ایجاد نخواهند کرد چرا که آنها فشار دو طرف پلاگ را برابر می کنند . با این حال آنها یک نقطه ضعف دارند و آن این است که وقتی ولو در موقعیت کاملا بسته قرار دارد همیشه یک مسیر نشتی مضاعف وجود دارد .

به این ترتیب ، ولو های کروی قفس راهنمای نا متعادل و متعادل خصوصیاتی مشابه با ولو های کروی دو پورتی و تک پورتی ساقه یا پورت راهنما دارند . درست مثل ولو های کروی ساقه راهنمای دو پورتی و ولو های کروی پورت راهنما ، تعیین موقعیت ولو های قفس راهنمای متعادل بسیار ساده است . با این حال ، هنگامی که ولو های قفس راهنمای متعادل در موقعیت کاملا بسته قرار دارند ، بعلت مسیر های نشتی زیاد تر تمایل به نشت بیشتری دارند ، که این امر بسیار شبیه به ولو های کروی ساقه راهنمایی دو پورتی و پورت راهنما می باشد .

بدنه ی سه راهی ( Three way body ) یکی دیگر از سبک های بدنه ی ولو کروی می باشد که گاهی اوقات ولو مخلوط کننده و گاهی اوقات ولو منحرف کننده نامیده می شود . این طرح ولو دارای سه پورت است ، به طوری که یک پلاگ درجه ی اتصال دو پورت با پورت سوم را کنترل می کند.

2-1 : گیت ولو ( Gate valves )

شیر دوازه ای 

شیر دروازه ای با قراردادن یک سد ( دروازه ) در مسیر فلو و محدودکردن آن کار می کنند ، که می توان گفت این روش بسیار شبیه به عملکرد درهای کشویی است . ولو های دروازه ای در اغلب موارد برای کنترل on/off استفاده می شوند .  اگر ساقه در وضعیتی بین این دو موقعیت نهایی قرار گیرد ، هر سه پورت با درجاتی متفاوت به یکدیگر متصل خواهند شد. ولو های سه راهی در سرویس هایی که جریان فلو باید بین دو جهت متفاوت منحرف ( تقسیم ) شود ، یا جایی که دو جریان فلو باید در داخل ولو همگرا ( مخلوط ) شده و به شکل یک جریان فلوی واحد در بیاید ، مفید می باشند .

3-1: ولو های ساقه چرخشی ( Rotary – stem valves )

یک استراتژِی متفاوت برای کنترل فلوی سیال ، قراردادن یک المان چرخشی در میان فلو می باشد . در واقع ، ولو های چرخشی برای تحریک مکانیزم Throttling  به جای حرکت یک ساقه به داخل و بیرون بدنه ی ولو ، برای تحریک تریم به چرخش یک شافت تکیه می کنند . یکی از مزیت های مهم کنترل ولو های چرخشی نسبت به طرح های ساقه کشویی همچون ولو کروی و ولو دیافراگمی این است که وقتی ولو کاملا باز شده باشد تقریبا هیچ مانعی و محدودیتی در مسیر سیال وجود ندارد . البته ولو های دروازه ای نیز هنگامی که کاملا باز هستند در مسیر فلوهیچ ممانعتی ایجاد نمی کنند ، اما باید در نظر داشت که این ولو ها خصوصیات Throttling   ضعيفي را در مقايسه با ولو هاي درخشي ارائه می دهند.

4-1  : ولو های دیافراگمی ( Diaphragm )

شیر دیافراگمی

شیر دیافراگمی به منظور محدود کردن مسیر فلوی سیال ، یک صفحه قابل انعطاف را به لبه ی یک سد ثابت نزدیک می کنند . عملکرد شیر دیافراگمی  شبیه به فشار دادن یک شیلنگ قابل انعطاف به منظور کنترل فلوی آب گذرنده از شیلنگ می باشد . شیرهای دیافراگمی برای سیالاتی که حاوی ذرات معلق جامد هستند ( همچون دو غاب ها ) بسیار مناسب می باشند ، هر چند به دلیل حالت ارتجاعی دیافراگم دستیابی به یک Throttling  دقیق مي تواند مشكل باشد .  

بسیاری از شیرهای دیافراگمی توسط هوا تحریک می شوند ، به طوری که با استفاده از نیروی هوایی فشرده و اعمال آن به یک طرف دیافراگم ، طرف دیگر دیافراگم به طرف سد فشرده شده و مسیر فلو را می بندد . 

هوای اکچویتر این شیر  دیافراگمی  ممکن است از طریق یک سولوتئید ولو ( Solenoid valve ) که به صورت الکتریکی تحریک می شود ، تامین می گردد .  سولونئید ولو  یا همان شیر برقی دارای یک بدنه ی برنجی است و سیم پیچ سولونئید سبز رنگ می باشد .

5-1 :  بال ولو ( Ball valves )

شیر توپی

در طراحی شیر توپی ، چرخش یک توپ کروی که در مرکز آن یک سوراخ وجود دارد ، اجازه می دهد که سیال بیشتر و یا کمتری به گذرگاه وسط توپی دسترسی داشته باشد . هنگامی که گذرگاه ( Passageway ) به موازات جهت حرکت سیال قرار می گیرد ولو کاملا بسته می شود . یک شیر توپی دستی را در سه موقعیت متفاوت  می تواند عمل نماید  . موقعیت کامل بسته ،  موقعیت نیمه باز  کامل باز .

6-1 :  باترفلای ولو ( Butterfly valves )

شیر پروانه ای

درک نحوه ی عملکرد شیر پروانه ای بسیار ساده است . در واقع المان پروانه ای یک دیسک است که عمود بر مسیر فلوی سیال ، حول یک محور می چرخد . هنگامی که المان پروانه ای به موازات محور قلم قرار می گیرد ، دیسک حداقل انسداد و ممانعت را در برابر عبور فلوی سیال ارائه می دهد ، و هنگامی که عمود بر محور فلو قرار می کیرد ، دیسک هر گونه عبور فلو را به طور کامل مسدود می کند . در طرح های شیر پروانه ای کلاسیک بستن کامل مسیر سیال دشوار است . مگر اینکه سطح نشیمنگاه با مواد نرم ( ارتجاعی ) پوشانده شده باشد .

7-1 :  ولو های دیسکی ( Disk valves )

شیر دیسکی

شیر دیسکی که اغلب اوقات ولو های دیسکی خارج از مرکز (  Eccentric ) یا ولو های پروانه ای با کارایی بالا ( High performance ) نامیده می شوند ، یک ولو پروانه ای تغییر یافته هستند که به منظور بهبود عملکرد نشیمنگاه در موقعیت کاملا بسته طراحی شده اند . در این ولو ها اغلب اوقات مرکز دیسک نسبت به خط مرکزی شافت یک آفست دارد ، که این امر باعث می شود دیسک با یک عمل بادامکی به نشیمنگاه نزدیک شده و یک نشستن فشربالا حاصل شود . به این ترتیب ، حتی زمانی که از نشیمنگاه ولو های توپی ساده که یک گذرگاه دایره ای کامل دارند ، عموما برای سرویس های on/off ( نسبت به سرویس های Throttling  ) مناسب تر می باشند . یک طرح بهتر از ولو توپی برای سرویس های Throttling   ، ولو توپی تقسیم شده ( Segmented ) یا کاراکترایز شده ( Characterized ) می باشد .

همانطور که می دانید  ، بر روی لبه ی گذرگاه توپی یک بریدگی V  شکل وجود دارد . در شرایطی که شیر دیسکی به میزان کمی باز است ، این بریدگی یک سطح باریک را برای عبور فلوی سیال فراهم می کند ، به طوری که کنترل فلو دقیق تری را نسبت به یک ولو توپی با سوراخ دایره ای ساده ممکن می سازد .

2 -   دمپر ها و کرکره ها ( Dampers and louvres )

دمپر یک دستگاه کنترل فلوی چند المانی می باشد که عموما برای تنظیم فلوهای بزرگ هوا که فشار کمی دارند ، مورد استفاده قرار می گیرد . دمپرها به طور معمول در کاربرد هایی مانند کنترل Draft کوره ها و بویلر ها ، و سیستم های HVAC ( تهویه و کنترل هوا ) مورد استفاده قرار می گیرند .

طرح های معمول دمپر شامل نوع موازی و نوع شعاعی می باشد . دمپر با پره ی موازی شبیه به یک پرده ی کرکره ای عمل می کند ، به طوری که برای کنترل فلوی عبوری از دهانه ی مستطیلی ، چندین پره ی مستطیلی شکل را به طور همزمان می چرخاند .  بخشی از سیستم فن مکش هوای روی یک جداکننده ی ( Separator ) قرار گرفته در کارخانه ی سیمان می باشد . از آنجایی که پره ها در داخل مجرای هوا قرار گرفته اند . در این تصویر قابل رویت نیستند . اما مکانیزم اکچویتور و همبندی اتصالات هفت شافت پره ها به یکدیگر قابل مشاهده است . دمپر ها در کاربرد های غیر صنعتی نیز کاربرد فراوانی دارند . برای مثال ، دریچه ی گلخانه ی نشان داده شده در شکل 1-28 را مشاهده کنید که با یک اکچویتور پیستونی نیوماتیکی تحریک می شود .

جهت مشاهده و خرید انواع کنترل ولو کلیک نمایید

نظرات کاربران
(0)
هیچ دیدگاهی وجود ندارد
دیدگاه خود را بنویسید
*
*