تجهیزصنعت تامین و تجهیز صنایع
شیر برقی (Solenoid Valve)
شیر برقی یا سلونوئید ولوها (Solenoid Valve) یکی از انواع شیرهای صنعتی است که با تحریک انرژی الکتریکی عمل می کنند. دلیل نامگذاری electric solenoid vale برای این نوع شیرهای صنعتی نیز همین است. این نوع شیرها که به دو صورت نرمال باز (Normally Open) و نرمال بسته (Normally Closed) موجود هستند، در اثر برقراری جریان الکتریکی و ایجاد میدان مغناطیسی یک مکانیزم رفت و برگشتی می توانند ایجاد کنند که شیر را در حالت باز یا بسته قرار دهد.
اجزاء یک سلونوئید ولو
المان های تشکیل دهنده این تجهیز عبارتند از: بوبین، سیم پیچ یا Coil، هسته، بدنه، ورودی و خروجی شیر، پلانگر (Plunger) شیر برقی و فنر
همانطور که در قسمت پیشین گفته شد، برقرای جریان الکتریکی در سیم پیچ باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی می شود و این میدان مغناطیسی، به بوبین خاصیت آهنربایی می دهد و در صورتی که نیروی به وجود آمده از این خاصیت آهنربایی از یک حدی بالاتر رود و به نیروی فنر غلبه کند، می تواند موجب باز و یا بسته شدن شبر شود. لازم به ذکر است که میزان این نیرو با جریان عبوری متناسب است و میتوان با تنظیم جریان الکتریکی آن را تغییر داد. در شکل زیر نحوه کارکرد این نوع شیر کاملا مشخص است.
انواع شیر برقی از نظر عملکرد
سلونوئید ولوها بر اساس عملکرد به سه نوع مستقیم، غیر مستقیم و نیمه مستقیم تقسیم می شوند. در ادامه هرکدام از این سه مورد را به تفصیل توضیح می دهیم.
سلونوئید ولو با عملکرد مستقیم
این نوع شیرهای برقی همانطور که از نام آن ها پیداست، بدون هیچ گونه واسطی عملکرد قطع و وصل جریان عبوری سیال را انجام می دهند.
نحوه عملکرد آن ها همانطور که در شکل نشان داده شده است به این ترتیب است که در حالت نرمال بسته (Normally Closed) نیروی فنر مسیر جریان سیال را بسته است. به محض صدور فرمان باز شدن، جریان الکتریکی در سیم پیچی که به دور هسته پیچیده شده است برقرار شده و نیروی مغناطیسی حاصل از آن بر نیروی فنر غلبه کرده و باعث حرکت پیستون شده و شیر باز شده و سیال در مسیر عبوری جریان پیدا می کند.
در حالت نرمال باز (Normally Open) نیز عکس چنین عملکردی انجام می شود و در این حالت نیروی کششی فنر است که شیر را در حالت باز نگه می دارد و نیروی مغناطیسی باید بر نیروی کششی فنر غلبه کند. این نوع شیرهای برقی در بازه فشار بین صفر و ماکزیمم فشار مجاز می توانند عمل کنند.
سلونوئید ولو با عملکرد غیر مستقیم
نوع دیگری از عملکرد شیرهای برقی با عنوان غیر مستقیم وجود دارد که در این نوع عملکرد با کمک اختلاف فشار بین مجراهای ورودی و خروجی، ولو در حالت باز یا بسته قرار می گیرد.
بر این اساس اختلاف فشاری با میزان حداقل 0.5 bar نیاز است. در این نوع شیرهای برقی از یک دیافراگم استفاده می شود که روی آن دارای یک سوراخ است و سیال می تواند از آن عبور کند. با عمل کردن پیستون سلونوئید، اختلاف فشار بین مجراهای ورودی و خروجی افزایش می یابد و دیافراگم، جریان عبوری سیال را بر اساس این اختلاف فشار باز یا بسته می کند.
به این سلونوئید ولو ها سروو اپریتد (Servo Operated) و یا (Pilot Operated) نیز گفته می شود. به عنوان مثال هایی از کاربردهای این نوع تجهیزات می توان به آبیاری اتوماتیک و یا کارواش اشاره کرد که در آن ها نیاز است با عمل کردن سلونوئید ولو جریان بالایی از سیال برقرار شود.
سلونوئید ولو با عملکرد نیمه مستقیم
این سلونوئید ولوها عملکردی مشابه شیرهای برقی غیر مستقیم دارند. با این تفاوت که دیافراگم مستقیما به پیستون اتصال دارد و عمل باز و بسته شدن پیستون هم با نیروی پیستون و هم با کمک اختلاف فشار انجام می شود.
با عمل کردن سلونوئید سلونوئید ولو، پیستون به بالا حرکت کرده و علاوه بر نیروی مستقیمی که به دیافراگم وارد می کند اختلاف فشاری نیز از طریق سوراخ روی دیافراگم در دو طرف جریان سیال به وجود می آورد.
این روش طراحی و عملکرد باعث شده است که به این نوع ولوها Assisted-Lift Valve نیز گفته شود و می توان با آن جریان های بسیار بزرگ را کنترل کرد. نمونه هایی از کاربردهای این نوع ولوها عبارتند از: مسدود کردن هوا و گاز، تنظیم مشعل اتمسفری و فن دار و استفاده در کوره های صنعتی.
موارد کاربرد شیر برقی
این نوع شیرها در کنترل جریان سیالات مختلفی کاربرد دارند. مثالهایی از این سیالات عبارتند از: گاز، آب، نفت و مواد شیمیایی. همچنین در برخی موارد برای کنترل جریان در خطوط سوخت مشعل های بویلر استفاده می شوند.
نمونه دیگری از کاربردهای این ولو، قطع و وصل در سیستم های هیدرولیکی و یا خط هوای سیستم های نیوماتیکی است. نوعی از این شیر برقی که در کنترل جریان آب استفاده می شود، شیر برقی آب گفته می شود.
از این مدل شیر برقی در صنایعی مانند کشاورزی، آبیاری قطره ای و همچنین آبرسانی به ساختمان ها که وابسته به آب هستند، استفاده می شود. به طور کلی شیرهای برقی در کاربردهای زیر مورد استفاده قرار می گیرند:
- مایعات داغ و سرد
- هوای فشرده
- بخار
- نفت
- محلول های آبی
- گازهای قابل احتراق
همچنین مصارف خانگی و تجاری این نوع شیرها عبارتند از:
- گرماسازی و سیستم های جریان آب
- چمن پاش ها و شبکه های آبیاری
- کارواش ها
- استخرها
- تجهیزات دارویی و دندانپزشکی
- تهویه مطبوع
- تفنگ های پینت بال
- پمپ های فشار
- استندهای کالیبراسیون و تست
متریال های به کار رفته در اجزاء شیر برقی
بدنه شیر برقی چدنی و یا پلاستیکی (پلی اتیلن) است. اما در مواردی می تواند فلزی و ضد زنگ باشد. سیم پیچ ها از جنس مسی بوده و برای محافظت در برابر خوردگی و رطوبت، دارای یک روکش لاک هستند. هسته یا سلونوئید در این تجهیزات از فولاد ساخته شده است و در حالت کلی متریال های این تجهیز به گونه ای انتخاب می شوند که سلونوئید در زمان اتصال جریان برق مانند یک آهنربا عمل کند.
انواع شیر برقی از نظر تعداد پورت های ورودی-خروجی
شیرهای برقی یا سلونوئید ولوها می توانند دارای انواع تک جهته (تک حالته)، دو جهته (دو حالته) باشند و بر این اساس میتوانند دو راهه، سه راهه و یا چهارراهه باشند. شیرهای تک حالته در صورت وصل فقط قادر هستند که در یک جهت جریان سیال را هدایت کنند در که شیرهای دو حالته در حالت وصل قادر هستند در هر دو جهت جریان سیال را هدایت کنند.
مزایا و معایب سلونوئید ولوها
از جمله مزایای این ولو می توان موارد زیر را نام برد:
- زمان پاسخ (Response Time) سریع
- توان مصرفی پایین
- عملکرد ریموت
- در بسیاری از ماشین آلات کاربرد دارد
- قطعات یدکی ارزان
- با هر دو جریان الکتریکی مستقیم و متناوب سازگاری دارد
- استفاده در دماهای بالا و پایین
- نصب، هم به صورت افقی و هم عمودی
از معایب آن ها نیز می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- حساس به ولتاژ هستند
- اگر میدان مغناطیسی به خوبی برقرار نشود در حالت نیمه باز یا نیمه بسته قرار می گیرد
- ممکن است در طول عمر خود لازم باشد که سیم پیچ آن تعویض گردد.
- سیگنال کنترل باید در طول عملکرد در حالت وصل باشد.
چه ملاحظاتی برای انتخاب شیر برقی رعایت شوند؟
ملاحظات زیر جهت انتخاب شیرهای برقی باید در نظر گرفته شوند:
- نرخ جریان سیال: یک شیر برقی با نرخ جریان بیشتر از حد نیاز، مقرون به صرفه نیست. به طور مشابه نرخ جریان پایین نیز عملکرد مطلوب را نخواهد داشت.
- سازگاری با سیال: انتخاب مناسب سلونوئید ولو که با هرکدام از سیالات آب، گاز، نفت و … سازگار باشد، امر کلیدی است.
- فشار: فشار عملکرد (Operating Pressure) تاثیر مستقیمی بر عبور جریان سیال دارد و باید در تعادل با میزان درخواستی باشد.
- دما
- نحوه نصب در فرایند
نکات مهم در انتخاب سلونوئید ولو
- ولتاژ ورودی: ولتاژ آن DC یا AC باشد و مقدار ولتاژ آن در چه بازهی باشد.
- حداکثر زمان روشن بودن آن
- اندازه دهانه چه سایزی باشد، تا مطابق با لوله ای که وصل کرده ایم یا قرار است تهیه کنیم باشد.
- فشار : مقدار فشاری که می تواند تحمل کند که مقدار فشارش بر اساس بار است.
- ماده ای قابل استفاده در آن : موادی که میخواهیم از آن عبور دهیم مثل مایعات، مایعات قابل انفجار و هوا.
از شیر برقی معمولا در دستگاه ها استفاده می شود که plc آن را کنترل می کند اما مثال های ساده تری هم هست که بشود از شیر برقی استفاده کرد.
نمونه ساده آن، استفاده از آن برای آبیاری باغ و باغچه هست اگر بخواهیم آن را اتوماتیک آبیاری بکنیم می توانیم با استفاده از تایمر و شیر برقی این کار را انجام دهیم.
نمونه دیگر استفاده از شیر برقی برای بشکه هست که می توانیم با فلوتر این فرمان را به شیر بدهیم تا هر موقع بشکه یا مخزن پر شد عمل قطع را برایمان انجام دهد.
