شیر کنترل (Control Valve)

شیر کنترل (Control Valve) دستگاهی است که برای تنظیم جریان سیالاتی مانند گاز، نفت، آب و بخار مورد استفاده قرار می‌گیرد. شیرهای کنترل تاکنون رایج‌ترین عنصر نهایی کنترل است که امروزه در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این شیرها میزان جریان سیال را تنظیم می‌کند زیرا موقعیت سوپاپ یا دیسک سوپاپ توسط محرک تغییر می‌کند. از شیرهای کنترلی برای حفظ متغیر فرایند به نقاط تنظیم (میزان جریان، فشار و دما) استفاده می‌شود و همچنین پارامترهای محصول، مانند چگالی، غلظت، سطح مایع و سایر موارد را می‌توان با این شیرها کنترل کرد.

اجزاء شیر کنترل شامل بدنه سوپاپ، محرک، موقعیت‌یاب و لوازم جانبی است. بدنه شامل مجموعه کاپوت و قطعات تریم است. طراحی آن در برابر فشار استاتیک سیال و فشار دیفرانسیل مقاوم است و جریان سیال را امکان‌پذیر می‌کند. موقعیت‌یاب­ها برای حفظ نقطه تنظیم موردنظر، حرکت فعال‌کننده را کنترل و تنظیم می‌کنند. لوازم جانبی شامل مبدل‌های الکترو پنوماتیک، تنظیم‌کننده فشار، چرخ‌های دستی، نشانگرهای موقعیت و سوئیچ‌های محدود است.

چرا از شیرهای کنترل استفاده می‌شود؟

سیستم کارخانه‌ها از صدها یا حتی هزاران حلقه کنترلی تشکیل شده‌اند که برای تولید محصولی که برای فروش عرضه می‌شود، با هم در ارتباطند. هر یک از این حلقه‌های کنترل طوری طراحی شده‌اند که برخی متغیرهای مهم فرایند مانند فشار، جریان، سطح، دما و غیره را در محدوده عملیاتی مورد نیاز برای اطمینان از کیفیت محصول نهایی نگه دارند.

برای کاهش اثر اختلالات بار، سنسورها و فرستنده‌ها اطلاعاتی در مورد متغیر فرایند و ارتباط آن با نقطه تنظیم هدف جمع‌آوری کرده و سپس کنترل‌کننده اطلاعات را پردازش می‌کند و تصمیم می‌گیرد که باید چه کاری کرد تا متغیر فرایند پس از وقوع اختلال بار به جایی که باید باشد برگردد. هنگامی که اندازه‌گیری‌ها، مقایسه‌ها و محاسبه‌ها انجام می‌شود، برخی از عناصر کنترل نهایی باید استراتژی انتخاب شده.توسط کنترل‌کننده.را پیاده‌سازی کنند.

دسته‌بندی شیر کنترل بر اساس نوع محرک

یک شیر کنترل می‌تواند به ‌صورت برقی، پنوماتیک یا هیدرولیکی کار کند. شیرهای کنترل سیگنالی از کنترلری مانند PLC سیگنال حرکت دریافت کرده و در نتیجه جریان را تغییر می‌دهند. محرک‌های پنوماتیک بر اساس دیافراگم یا پیستون عمل می‌کنند. محرک‌های مبتنی بر دیافراگم از منبع تغذیه کنترل‌کننده یا موقعیت‌یاب استفاده می‌کنند و شامل انواع مختلف مانند عملکرد مستقیم، عملکرد معکوس و برگشت‌پذیر هستند. محرکهای پیستونی از هوای با فشار بالا استفاده می‌کنند و دو بار عمل می‌کنند تا حداکثر نیرو را در هر دو جهت ایجاد کنند. محرک‌های برقی از موتور الکتریکی و نوعی کاهش‌دهنده برای حرکت سوپاپ استفاده می‌کنند. انواع دیگر محرک‌ها شامل محرک‌های هیدرولیک و الکترو هیدرولیک است.

 محرک دستگاهی است که از طریق میل سوپاپ به شیر متصل می‌شود.و نیروی لازم برای حرکت سوپاپ را تأمین می‌کند. همان‌طور که قبلاً گفتیم، محرک می‌تواند به ‌صورت برقی، پنوماتیک یا هیدرولیکی کنترل شود و رایج‌ترین و قابل‌اطمینان‌ترین محرک پنوماتیک است. شیر کنترل (Control Valve) برای کارکرد سیگنالی از کنترلر مانند PLC یا DCS استفاده می‌کند. کنترل‌کننده میزان جریان واقعی را با مقدار جریان موردنظر به نام setpoint مقایسه می‌کند. کنترل‌کننده یک خروجی برای حرکت سوپاپ تولید می‌کند.تا میزان جریان را به مقدار تعیین شد‌ه برساند.

بدنه شیرهای کنترل

بدنه شیرها بسته به شرایط سرویس، طرح لوله‌کشی.و کاربرد موردنظر، انواع یا سبک‌های مختلفی دارند. دو دسته شیرهای کنترل عبارتند از حرکت خطی و حرکت چرخشی. در انواع حرکت خطی، حرکت ساقه بالا و سوپاپ پایین است. یک نوع متداول از شیرهای کنترل کشویی شیر دروازه است. دریچه حرکت دوار تقریباً در همه موارد 90 درجه از حالت باز به حالت بسته می‌چرخد. شیر کنترل (Control Valve) نوع چرخشی متداول، شیر پروانه‌ای نام دارد.

دسته‌بندی شیرهای کنترل بر اساس نوع موقعیت‌یاب

موقعیت‌ دهنده‌های سوپاپ به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند: پنوماتیک، الکترو پنوماتیک و دیجیتال. موقعیت‌‌دهنده‌های پنوماتیک یک سیگنال پنوماتیک دریافت می‌کنند و محرک سوپاپ را با فشار هوای لازم برای حرکت سوپاپ به موقعیت دلخواه تأمین می‌کنند. موقعیت‌ دهنده‌های الکترو پنوماتیک 4-2 میلی‌آمپر را به‌عنوان سیگنال ورودی می‌پذیرند و آن را به فشار هوای مورد نیاز تبدیل می‌کنند. موقعیت‌یاب­های دیجیتال دارای ریزپردازنده‌هایی هستند که عملکرد گسترده‌تری را ارائه می‌دهند و دارای ارتباطات دیجیتالی دو طرفه هستند که در مورد موضوعاتی مانند سایش ساقه و سایر کارهای تشخیصی به سیستم کنترل یا نظارت بازخورد می‌دهد. آنها همچنین می‌توانند دارای قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند کنترل PID باشند.

حالت کنترل ایمنی خرابی سوپاپ

به دلیل نحوه ایجاد محرک‌های پنوماتیک، هنگام از بین ‌رفتن سیگنال کنترل، شیر کنترل (Control Valve) در موقعیت خاصی قرار نمی‌گیرد. با افزایش فشار هوا، دیافراگم لاستیکی به سمت فنر فشار می‌آورد و ساقه سوپاپ را به سمت بدنه سوپاپ حرکت می‌دهد و با کاهش فشار هوا، فنر ساقه سوپاپ را از بدنه خارج می‌کند. در صورت از دست ‌دادن سیگنال، موقعیتی که شیرهای.کنترل به آن منتقل می‌شوند، حالت ایمن شکست نامیده می‌شود. نوع حالت ایمن شکست بستگی به کاربردی دارد که شیر کنترل برای آن استفاده می‌شود.

در حالت عادی، نیروی فنر باید توسط محرک الکتریکی یا پنوماتیک غلبه کند. در صورت قطع برق به محرک، دیگر از نیروی الکتریکی یا پنوماتیک خبری نیست و شیر تحت فشار فنر، مجبور به باز شدن می‌شود. شاید تعجب کنید که هنگام تغییر میزان جریان، چقدر شیر باز یا بسته می‌شود.و این بستگی به موارد زیادی مانند درصد تغییر جریان و قطر لوله دارد. صرف‌نظر از این، کنترلر باید طوری تنظیم شود که پاسخ صحیح به هرگونه تغییر در جریان را ایجاد کند. این بیشتر با استفاده از کنترل PID در PLC یا Controller به دست می‌آید.

کاربردهای شیرهای کنترل

• برای هدف های روشن – خاموش کردن جریان سیالات استفاده می شود.
• می توان از آن برای اهداف خنثی سازی استفاده کرد.
• می توان از آن برای کنترل فشار و جریان استفاده کرد.
• در فشار کم و کنترل جریان زیاد کاربرد دارد.
• قابل استفاده برای مایعات خورنده در فشار و دمای پایین است.

مزایای شیرهای کنترل

• قابلیت کنترل بر میزان جریان را فراهم می کند.
• عملکرد موثر و سریعی دارد.
• عمر مفید بالایی دارد.
• دارای طراحی جمع و جور است که فضای کمی می‌گیرد.
• دارای حداقل افت فشار است.

جمع‌بندی

در این مقاله موضوع تمرکز ما بر روی شیر کنترل (Control Valve)، اجزاء، انواع محرک‌ها و دسته‌بندی‌ها و در نهایت کاربردهای آن بود. اگر در حوزه.صنعتی مشغول به کار هستید یا قصد راه‌اندازی یک سیستم پیچیده.در جهت تولید محصولات خاصی را دارید، حتما به یک شیر کنترلی نیاز خواهید داشت.