شیر کنترل یا کنترل ولو نوعی شیر است که توسط آن و یک وسیله کنترلی جانبی می توان جریان سیال را از کمترین حد ممکن تا بیشترین مقدار مجاز تنظیم کرد. معمولا شیر کنترلی از نوع آنالوگ است، مگر در برخی موارد که در ادامه اشاره خواهد شد.
شیر کنترلی بیشترین نقش را در سیستم تنظیم جریان دارد، چرا که آخرین دستگاه در مسیر تنظیم جریان می باشد. انواع مختلف شیرآلات می‌توانند به صورت شیر کنترلی استفاده شوند. شیر کنترلی کروی (گلوب)، شیر کنترلی پروانه ای، شیر کنترلی پلاگ، شیر کنترلی توپی، شیر کنترلی دیافراگمی،شیر کنترلی زاویه ای و شیر کنترلی سه راهی از انواع شیرهای کنترلی مطرح می باشند.
شیر کنترلی برای کنترل سیال های مختلفی مانند مایعات، گاز و بخار استفاده می شود. شیر کنترلی در بسیار صنایع از جمله نفت و گاز و پتروشیمی، آب و فاضلاب، تولید نیرو، صنایع بهداشتی، صنایع غذایی و سایر صنایع کاربرد متنوع و گسترده ای دارد.
شیر کنترل یا کنترل ولو (Control Valve) چیست؟
شیر کنترل در واقع شیرآلات صنعتی است از خانواده تجهیزات ابزار دقیق، که برای تنظیم یا کنترل مستقیم میزان جریان و همچنین مقادیر فرآیند مانند فشار، دما و سطح سیالاتی هم چون گاز، روغن، آب و بخار (فشار، دبی و یا سطح سیالات) به کار برده می شود. این تجهیز، بخشی مهم از حلقه کنترل بوده و از رایج ترین نمونه ها در کنترل نهایی یک سیستم است.
اصطلاح برقی که به کنترل ولو گفته می شود در حقیقت مربوط به محرک شیر است. محرک یا اکچوئیتور به روی شیر نصب می شود. اکچوئیتور از طریق استم یا ساقه به شیر متصل می گردد. اکچوئیتور یا محرک با توجه به وسیله ی کنترلی که از خارج فرامین را صادر می کند باعث حرکات ساقه ی شیر می گردد که در نهایت شیر می تواند جریان را کنترل کند.
در تهویه مطبوع، کنترل جریان توسط شیر مساویست با کنترل دما، بهینه سازی مصرف انرژی و آسایش بیشتر کاربران. محرک یا اکچوئیتور می تواند دیافراگمی / نیوماتیکی یا الکتریکی باشد.در عرف به شیری که مجهز به اکچوئیتور یا محرک الکتریکی‌ست، کنترل ولو می گویند که به نظر بهتر است از شیر کنترل به جای این واژگان استفاده گردد.
عملگر یا محرک (Actuator) شیر کنترل
بررسی های لازم جهت باز یا بسته شدن شیرهای کنترل اتوماتیک به کمک وسیله عملگر یا اکچویتر پنوماتیکی، هیدرولیکی و یا الکتریکی (برقی) انجام خواهد شد :
پنوماتیکی (Pneumatic): شیرهای کنترل عملگر هوا (پنوماتیک) به طور معمول به دلیل سادگی مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا تنها به یک منبع هوای فشرده نیاز دارند در بعضی از انواع نیز، فشار فرایند از جریان گاز فرآیند فراهم می شود.
الکتریکی (Electric): در حالی که شیرهای الکتریکی به کابل اضافی و دنده سوئیچ نیاز داشته و دریچه با انرژی موتور الکتریکی فعال می شود. این تجهیزات بی صدا، غیر سمی و کم مصرف هستند. با این حال، برق باید در دسترس باشد ، که همیشه این گونه نیست، که در این صورت می توانند با باتری نیز کار کنند.
هیدرولیکی (Hydraulic): محرک های هیدرولیکی فشار سیال را به حرکت تبدیل می کنند. در نوع هیدرولیکی آن ها دریچه توسط محیط نامتراکمی مانند آب یا روغن فعال می شود.
این دستگاه بسیار محبوب می باشد ، چون هوا همیشه در دسترس قرار دارد؛ متداول ترین و قابل اطمینان ترین این محرک ها “محرک پنوماتیک” است.
عملکرد این شیر ها بسیار کار آمد و مفید است به طوری که یک شیر کنترل، سیگنالی را از کنترل کننده ای همانند PLC دریافت می کند تا قابلیت تغییر در مسیر جریان را کسب کند. از آنجا که سیگنال PLC الکتریکی است، شیر کنترل ممکن است به دستگاهی نیاز داشته باشد که آن سیگنال الکتریکی را تبدیل کند تا بتواند کار کند.
دسته بندی بدنه شیرهای کنترلی
دسته بندی شیرها با استفاده از رابطه ی دما و فشار مشخص می شود که در آن کدام شیر ممکن است به کار گرفته شود. تولید کننده دسته بندی شیرها را تعیین می کند. باید از ASME استاندارد B16.34 کمک گرفته شود، و رده فشاری شیر شناسایی شود. درجه بندی های فشار ورودی به طور کلی به ترتیب رتبه بندی رده ANSI/ASME بیان می شود (از رده ANSI 125 تا 2500) یا براساس میزان فشار اسکلت بدنه، بسته به نوع سبک، اندازه و مواد اولیه بستگی دارد.
جداول در ANSI/ASME استاندارد B16.34 و در کتاب های مختلف نشان دهنده درجه بندی های فشار در دماهای عملیاتی مختلف است.
اجزای شیر کنترل
شیر کنترل شامل عملگر، بدنه، موقعیت یاب و لوازم جانبی است:
محرک یا عملگر یا عمل کننده (Actuator): فرمان های دریافتی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و موجب باز و بسته شدن (دورانی یا عمودی) شیرکنترل می گردد (سیگنال به عملکرد)
بدنه (Body): محل عبور سیالات و کنترل کننده جریان، فشار و دما. بدنه شیرها بسته به شرایط سرویس، طرح لوله کشی و کاربرد مورد نظر، انواع یا سبک های گوناگونی دارند.
موقعیت دهنده یا پوزیشنر (Positioner): حرکت واقعی محرک را کنترل می کند تا در یک نقطه تنظیمی، مقدار دقیق باز و بسته شدن ولو را تعیین کند. هم چنین بر مشکلاتی چون اصطکاک و سایش در اجزای ولو غلبه می کند. موقعیت دهنده باید روی یا در نزدیکی مجموعه شیر کنترل نصب شود.
شیر کنترل با حرکت خطی چیست؟
شیر کنترل هایی که بندآور آن ها با حرکت خطی سبب کنترل جریان می شود، دارای ویژگی های خاصی بوده و همچنین برای جریان ها و سیالات با خصوصیات مشخص کاربرد دارند که این ویژگی ها به شرح زیر است:
دارای مسیر پر پیچ و خم است.
در دسته شیر های Low Recovery است.
امکان استفاده در دبی های پایین را دارند.
دارای طراحی های مختلفی از Trim است.
برای فشار های بالا مناسب است.
غالباً به صورت رزوه ای و یا فلنجی ساخته می گردد.
Bonnet آن قابل جداسازی است.
شیر کنترل با حرکت دورانی چیست؟
شیرهایی که بندآور آن ها به وسیله حرکت دورانی مسیر جریان را کنترل می کند، از لحاظ ظاهری با شیر های خطی یکسان هستند و تنها نحوه حرکت بند آور آن به هنگام چرخش دستگیره شیر متفاوت است. ویژگی های این نوع شیر کنترل و جریان سیال جاری در آن بدین صورت است:
دارای مسیر Stream Lined است.
در دسته شیر های High Recovery قرار می گیرد
دارای ظرفیت بیشتری نسبت به شیر خطی است.
سایش و خوردگی در این نوع شیر کمتر است.
می توانند برای سیالاتی که دارای گل و لای هستند استفاده شوند.
امکان طراحی بدون فلنج را دارد.
معمولاً Bonnet آن یکپارچه است.
ویژگی های شیر کنترل
کنترل ولو می توانند دارای محفظه های مختلفی باشند که هر یک در نوع کنترل جریان موثر است. سه نوع اصلی شیر عبارتند از:
خطی Linear
درصد مساوی Equal percentage
تند بازشونده Quick opening
نحوه انتخاب کنترل ولو
موارد مهم در انتخاب یک کنترل ولو به شرح زیر می باشد:
۱- CV (میزان عبور سیال از ولو را که نشان دهنده حجم در واحد زمان میباشد)
۲- سایزینگ ولو
۳- سیال داخل مسیر ( خورندگی)
۴- فشار و اختلاف فشار موجود
۵- غلظت و مختصات سیال
۶- نشتی ولو (Leakage)
۷- اغتشاش سیال
۸- دمای سیال
۹- قیمت نهایی کنترل ولو
عملکرد کنترلی شیر کنترل
عملگر (Actuator) در شیر کنترل از طریق میله (Stem) به شیر متصل می شود و نیروی لازم جهت حرکت شیر را فراهم می کند. همان گونه که در بخش بالا مطرح شد، محرک را می توان به صورت الکتریکی، پنوماتیک یا هیدرولیکی کنترل کرد.
شیر کنترل به منظور کار کردن، سیگنالی از کنترل کننده ای مانند PLC یا DCS دریافت می کند. کنترل کننده سرعت جریان واقعی را با مقدار جریان دلخواه مقایسه می کند که به آن SetPoint می گویند و نوعی خروجی تولید می کند تا شیر را حرکت داده و در نهایت سرعت جریان را به مقدار مطلوب و تنظیم شده برساند. واکنش کنترلی شیر کنترل به دو صورت زیر بررسی می شود:
-
در حالت عادی:
بسته در حالت عادی (Normally-Closed)
شیر هنگام روشن شدن باز می شود و هنگامی که جریان در آن قطع است، فنر جدا شده در داخل شیر، آن را مجبور به بسته شدن می کند. نیروی مغناطیسی سیم پیچ برقی باید بر نیروی فنر غلبه کند تا شیر باز شود. اگر این اتفاق رخ ندهد، نیروی فنر دریچه را بسته نگه می دارد و در صورت قطع برق، شیر به طور خودکار بسته می شود.
باز در حالت عادی (Normally-Open)
شیر هنگام روشن شدن بسته می شود و با قطع شدن جریان، فنر جدا شده در داخل شیر، آن را مجبور به باز شدن می کند. نیروی مغناطیسی سیم پیچ برقی باید بر نیروی فنر غلبه کند تا دریچه بسته شود. اگر چنین نشود، نیروی فنر دریچه را باز نگه می دارد. در صورت قطع برق، شیر به طور خودکار باز می شود.
-
در حالت خرابی:
مثال: به علت ویژگی های ساختاری عملگرهای پنوماتیک یک شیر کنترل، هنگام از دست رفتن سیگنال کنترل، شیر کنترل در موقعیت خاصی از کار می افتد و دریچه های محرک یا اتوماتیک پس از خارج شدن نیروی عملگر به حالت از قبل تعیین شده باز می گردند. با افزایش فشار هوا، دیافراگم (Diaphragm) لاستیکی شیر به سمت فنر فشار آورده و پایه شیر را به سمت پایین بدنه شیر منتقل می کند. با کاهش فشار هوا، فنر پایه شیر را از بدنه آن خارج می کند.
این موقعیت که در آن شیر کنترل در صورت افت سیگنال به آن تغییر می کند، به عنوان “حالت ایمن در زمان خرابی” (Control Valve Fail-safe-Mode) شناخته می شود. تعریف نوع حالت ایمنی در برابر خرابی به برنامه ای که در شیر کنترل برای آن استفاده می شود، بستگی دارد:
بسته در حالت خرابی (Fail-Closed): گاهی عملگر موجب بسته شدن دریچه در یک شیر کنترل می شود.
باز در حالت خرابی (Fail-Open): گاهی نیز عملگر می تواند سبب باز شدن دریچه در شیر کنترل می شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص این محصول و اطلاع از قیمت ها به وبسایت گروه صنعتی فانو مراجعه کنید.
