یکی از مهمترین بخشها در فرایندهای کنترلی، شیرهای کنترلی یا کنترل ولو (Control Valve) میباشند. این شیرها برای تنظیم شرایط یک فرآیند و نزدیک کردن آن به بهترین نقطه ممکن کارکردی استفاده میشوند. شیر کنترلی نوعی شیرصنعتی است که با تغییر میزان باز بودن دریچه عبور سیال، دبی آن را کنترل میکند. با کنترل دبی سیال میتوان دما، فشار و سطح مخزن را در فرایندها کنترل کرد. در این مقاله از پیکاتک به بررسی کامل شیر کنترلی می پردازیم.
فهرست مطالب
شیر کنترلی چیست؟
شیر کنترلی به شیرهایی گفته میشود که به منظور کنترل شرایطی همچون جریان، فشار، دما و سطح مایع به کار میروند. این عمل با باز یا بسته شدن شیر به صورت ناقص یا کامل صورت میگیرد. باز و بسته شدن شیرهای کنترلی معمولاَ توسط عملگرهای پنوماتیک، هیدرولیک یا الکتریکی صورت میگیرد. برای کنترل باز و بسته شدن عملگرها، از موقعیتسنجهایی استفاده میشود که بر اساس سیگنالهای الکتریکی یا پنوماتیکی عمل میکنند. هر شیر کنترلی از سه بخش مهم تشکیل شده است که هر کدام از این بخشها خود چندین طرح مختلف دارند. این بخشها شامل عملگر، موقعیتسنج و بدنه میشود.
مشخصات شیر کنترلی
همه شیرهای کنترلی یک مشخصه جریان ذاتی دارند که این مشخصه، ارتباط بین میزان باز بودن دریچه شیر و دبی جریان عبوری را تعیین میکند. در این تعریف منظور از میزان باز بودن دریچه شیر، مساحت سطح اریفیس نیست بلکه منظور نسبت آن به حالت کاملا باز شیر میباشد.شکل فیزیکی چینش عضو مسدود کننده (پلاگ) و نشیمنگاه (سیت) شیر، که معمولا تریم نیز خوانده میشود، باعث میشود تا شیرهای مختلف با میزان باز بودن مساوی، دبی جریان متفاوتی داشته باشند.شیر کنترلی معمولا با سه مشخصه مختلف در بازار موجود هست:
سریع بازشو
در شیرهای سریع بازشو، با کمی باز کردن شیر، دبی بالایی عبور خواهد کرد. برای مثال باز کردن دهانه به میزان 50 درصد باعث عبور جریان به میزان 90 درصد خواهد شد. این شیرها معمولا برای کاربردهای قطع و وصل (On/Off) استفاده میگردند.
خطی
در شیرهای خطی، دبی مستقیماً با میزان باز شدن شیر رابطه دارد;برای مثال؛ اگر شیر 40 درصد بازشود، اریفیسی به اندازه 40 درصد، اجازه عبور جریان به میزان 40 درصد را خواهد داد.
درصد مساوی
در شیرهای درصد مساوی که لگاریتمی نیز نامیده میشود، شکل پلاگ طوری طراحی شدهاست که هر جزئی که پلاگ بالاتر میرود جریان به میزان درصدی مشخص از دبی قبلی افزایش مییابد. ارتباط بین بازشدن پلاگ و دبی جریان به جای خطی، لگاریتمی است.
اجزای سازنده شیر کنترلی
- جریان عبوری که باید کنترل شود
- یک سنسور که تغییرات جریان را اندازهگیری میکند
- یک کنترلر که سیگنالهای محاسبه شده را به اکچویتور ارسال میکند
- یک اکچویتور (عملگر) که فرمانهای کنترلر را بر روی ولو اجرا میکند
- شیر که جریان را کنترل میکند
کاربرد شیر کنترلی
- سیستم های حفاری دریایی
- کنترل واحد تزریق شیمیایی
- سیستم غواصی
- منبع هوا
- شیرهای آتش نشانی
- تنظیم فشار روغن
- کمپرسور
- ماشین آلات تولیدی
- هوای فشار بالا
- سیستم های پالایش و شیمیایی
مزایا شیر کنترلی
- راه اندازی، توقف و هدایت جریان
- تنظیم، کنترل و یا کاهش جریان
- جلوگیری از برگشت جریان
- کاهش یا تنظیم فشار
انواع شیر کنترلی
هم چنین شیرهای کنترلی همچنین به دو دسته دوراهه (two-port) و سه راهه (Three-port) نیز تقسیم میشوند.
شیرهای کنترل دو راهه
کاربرد شیرهای ذو راهه: ایجاد محدودیت و اختناق در سیال با تغییر وضعیت ساقه و باز و بسته شدن
شیرهای کنترل سه راهه
از شیرهای سه راهه میتوان هم برای اختلاط و هم برای تقسیم جریان استفاده کرد البته باید توجه داشت که از همه شیرهای سه راهه نمیتوان برای هر دو کاربرد اختلاط و تقسیم استفاده کرد. بعضی از شیرهای سه راهه نوع کروی (Globe) فقط برای اختلاط ساخته میشوند که در بعضی موارد به اشتباه جهت تقسیم از آنها استفاده میشود.
انواع شیر کنترلی از نظر حرکت
شیرهای کنترلی به صورت کلی به دو دسته تقسیم بندی می شوند.
با حرکت چرخشی (روتاری)
شیرهای با حرکت چرخشی اسپیندل شامل شیرهای توپی، شیرهای پروانه ای و شیرهای سماوری.
با حرکت خطی
شیرهای با حرکت خطی اسپیندل شامل شیرهای دروازه ای و شیرهای کروی