شیرهای کنترل هیدرولیک

(69 آرا)

 

 

 

مقدمه ای بر شیرهای کنترل

براساس تعریف ثبت شده در استاندارد  ISA-S75.05 شیر کنترل (CONTROL VALVE) ابزاری است که با اعمال نیرویی غیر از نیروی دست عمل میکند .کنترل ولو یا شیر کنترل به تنظیم میزان جریان سیال در یک سیستم کنترل فرایندی میپردازد، کنترل ولو شامل یک شیر می باشد که به یک مکانیزم محرکه، که توانایی تغییر عامل کنترل کننده سیال را دارد وصل است . این تغییری که شیرهای کنترل هیدرولیکی ایجاد میکنند براساس سیگنالی است که  این شیرها از سیستم کنترل دریافت میکند. شیر وسیله ای است که درکنترل کردن جریان و فشار سیالات استفاده میشود.

تعاریف اولیه شیر:

•    موضع شیر:

تعیین کننده حالت یا وضعیت شیر است ، بطور مثال موضع باز یا موضع بسته

•    موضع سوئیچی:

هر شیر توسط قسمت متحرکی مثل فنر موضع معینی به خود میگیرد، مثلا باز یا بسته. هر موضع سوئیچ شده بوسیله یک مربع نشان داده میشود. مربعهایی که در کنار هم قرار گرفته اند، نشانگر تعداد موضعهای سوئیچی شیر ذکرشده هستند. به عنوان مثال دو مربع یعنی دو موضع سوئیچی. جهت جریان در داخل مربعها تعیین میشوند.

•    موضع سکون یا نرمال:

موضعی که شیر قبل از تحریک به خود میگیرد.

 نحوه نام گذاری شیر:

نام شیر به تعداد مواضع سوئیچی و تعداد دهانه های آن شیر بستگی دارد. مثلا شیر راه دهنده 2/3 (سه-دو) یعنی شیری که 3 دهانه و دو موضع سوئیچی دارد. هنگام بیان نام شیر، حالت موضع سکون شیر نیز بیان میشود. برای مثال شیر 4/3 با موضع نرمال بسته. انواع معمول شیرهای راه دهندهبه شکل 5/3 , 5/2 , 4/3 , 4/2 , 3/2 , 2/2  میباشد.

شیر 2/2:
عدد سمت راست ، تعداد حالت های شیر وعدد سمت چپ تعداد مجراهای شیر را نمایش می دهد ، وقتی میگوییم شیر 2/2 یعنی این شیر 2حالته و با 2 مجرا است:
نکته:
در کلیه نقشه ها  ، نماد شیرها را در حالت توقف رسم می کنند که آن ” حالت کار نیفتاده ” نامیده می شود.
در شیر 2 حالته مربع سمت چپ و در 3 حالته مربع وسط ، حالت کار نیفتاده محسوب می گردد.
ضمیمه  شامل نماد تعدادی از  شیر های مورد استفاده در هیدرولیک می باشد.

تحریک شیر:

شیرها توسط انواع مکانیزمهای دستی، برقی، مکانیکی، هیدرولیکی و پنوماتیکی تحریک میشوند.

شیر 3/4 موضع نرمال بسته با تحریک برقی

وظایف اصلی شیرهای صنعتی به شرح زیر میباشند :

۱) قطع  کردن و وصل کردن کامل جریان
۲) از بازگشت مایعات و گازهای عبور کرده جلوگیری می کند.
۳) مقدار مورد نیاز  برای عبور مایعات و گازها را تنظیم می کند.
۴) مقدار و فشار مایعات و گازها را تنظیم و کنترل میکند.
۵)  دستگاه های تحت فشار را کنترل میکند و آنها را ایمن میسازد.
و اساسا شیرهای هیدرولیکی در جاهایی استفاده میشوند که برای جریان سیال (مایع و گاز ) اختلاف فشاری باشد .

- شیرهای هیدرولیکی

 وظیفه ی شیرهای هیدرولیک کنترل انرژی سیال هیدرولیک در یک مدار هیدرولیک می باشد.

طبقه بندی شیرها از نظر نوع عملکرد :

شیر کنترل مسیر(دایرکشنال ) 
شیرکنترل فشار ( پرشر کنترل )
شیرکنترل دبی (فلو کنترل )

طبقه بندی شیرها از نظر نوع تحریک :

شیر دستی
شیر فشار سیال (هیدرولیکی- نیوماتیکی)
شیر مکانیکی
شیر برقی

 

 

 

 
 

اسپول:

نام یک قطعه استوانه ای شکل فلزی می باشد که داخل شیرهای هیدرولیک قرار میگیرد و  میتواند در داخل شیر حرکت کند. درفواصل معینی از طول استوانه  قسمت های مشخصی را با دقت زیاد تراش میدهند و ماشینکاری میکنند. در نتیجه قسمتهای تراش داده شده بدنه استوانه ، وقتی که در داخل سیلندر شیر رو به روی 2 یا چند  مجرا جای می گیرند ، به عبور روغن اجازه می دهند و قسمتهای تراش نخورده استوانه نیز مسیر عبور روغن را می بندند . پایین بودن تلرانس این قطعات ، هرگونه ناهمراستائی در اسپول و سیلندر آن ، باعث ازکارافتادگی و خرابی شیر می شود. بنابراین شیارهای حلقه ای  روی  قسمتهای تراش نخورده بدنه استوانه به وجود میآید که یک بالشتک هیدرولیکی  و یا رینگ روغنی با نفوذ روغن در آنها ایجاد می شود و در مرکز سیلندر اسپول را نگه می دارد.

 

انواع شیرهای هیدرولیکی عبارتند از:

1) شیرهای پروپورشنال و سروو

کنترل شیرهای برقی هیدرولیکی مثل کنترل جهت ،کنترل فشاروفلوکنترل برقی پروپرشنال برای خروجی های متناسب باولتاژمتغیر استفاده میشود. بطور مثال در صورت استفاده از شیرکنترل جهت پروپرشنال با تغییر ولتاژ ورودی شیر همزمان با کنترل جهت ،کنترل سرعت هم داریم بنابراین حرکت های جک کنترل میشود و ابتدا وانتهای حرکت به آرامی صورت میگیرد. درشیرهای کنترل فشار پروپرشنال می توان با تنظیم وتغییرولتاژ،فشاررا اندازه گرفت  ودراتوماسیون استفاده کرد.
برای مدیریت برمسیرعبورجریان ،  شیرهای کنترل جهت معمولی استفاده میشود با این تفاوت که دارای سولونوئیدهای پروپرشنال یا تناسبی هستند که متناسب با میزان سیگنال ورودی،باعث جابجایی اسپول می شوند.
شیرهای الکتروهیدرولیک عملکرد دیجیتالی(0-1) دارند که متداول با سولنوئیدهای AC است. به طوریکه با وضعیت قطع و وصل سولنوئید متناظر  می باشند، اسپول در یک جایگاه خاص قرار میگیرد. به طور مثال یک شیر کنترل جهت دو راهه – دو وضعیتی در وضعیت کاملا باز یا کاملا بسته با تحریک سولنوئید قرار میگیرد. این نوع عملکرد دیجیتالی، باعث ایجاد ضربات فشاری و جریانی در مدار هیدرولیک میشود.
برای رفع مشکلات فوق در شیرهای پروپورشنال و سروو نیروی ناشی از بوبین یک سولنوئید DC یا موتورهای مخصوص به کار برده میشود. این شیرها در انواع کنترل جهت، کنترل دبی و کنترل فشار در رنج گسترده ای قرار دارند
اگر دبی که از شیر عبور میکند ازحد مشخصی بیشتر باشد، از طریق سولنوئید  نمیتوان تحریک مستقیم انجام داد. برای همین شیرهای با تحریک پیلوتی به کار برده میشود. این شیرها ترکیب دو شیر هیدرولیک هستند که به صورت دو طبقه روی هم قرار دارند.اگر شیر کوچکتر تحریک شود باعث میشود روغن تحت فشار به دو طرف اسپول شیر انتقال یابددر نتیجه اسپول اصلی حرکت میکند و روغن به سمت مصرف کننده میرود.

2 ) شیرهای قطع و وصل shutoff دوراهه

این شیرها برای قطع و وصل جریان به کار برده می شوند. مکانیزم کار آنها به صورت نشستنی یا کشویی است. شیر قطع و وصل عبور جریان را به صورت غیر پله أی کم و زیاد میکند.

3) شیرهای یکسو کنندهcheck valve  

شیرهای یکسو کننده ابزاری هستند که جریان را فقط در یک جهت عبور میدهند و از جهت مقابل جریان را عبور نمیدهند و برای همین به آنها شیر با مانع برگشت میگویند. با یک ساچمه و یا نظایر آن به علاوه یک فنر یک شیر یک طرفه می توان ساخت که بسته به طراحی ، سالم بودن ساچمه ، قدرت و جنس فنر و آببندی عملکرد دقیق دارد.

 شیرهای پرکن

این شیرها (شکل 4-6)، طی مرحله حرکت سریع  برای تامین روغن مورد نیاز سیلندرهای بزرگ استفاده می‌شوند. نحوه  کار پرکن ولو بشکلی است که فشار خط فرمان از طرف مدار  تامین  میشود، شیر یک طرفه مسیر ورود ثقلی روغن از مخرن فوقانی را به سیلندر باز می‌کند.

شکل 4-5 بلوک مشتمل بر دو شیر یک طرفه با خط فرمان
    الف) مدار کاربردی و علایم سمبلیک        ب) نمای برش خورده

 شیر یکطرفه با تحریک خط فرمان

چون بخش کوچکی ازحریان از طریق اسپول شیرهای کنترل جهت نشت می‌کند در مواردی که  به توقف سیلندر زیربار نیاز است می‌توان از نوع خاصی ازشیرهای یک طرفه بهره برد. این نوع شیر یکطرفه، شیر یکطرفه با خط فرمان نامیده میشود.

 شیر یک طرفه با خط فرمان:

نوع دیگری از شیرهای یک طرفه میباشد (شکل 4-4) با این فرق که در صورت بالا رفتن فشار در خط فرمان، مسیری که در حالت عادی بسته است هم  باز میشود و سیال  عبور میکند. در مکانیزم داخلی این شیرها، بوسیله ی یک فنر سبک سوپاپ بسته نگه داری می‌شود و هنگامی که نیاز داریم سیال در جهت مخالف جریان پیدا کند، بایستی از طریق مجرای ورودی خط فرمان، به پیستونی که به انتهای سوپاپ وصل است، فشار به اندازه کافی اعمال شود. برای جلوگیری از افزایش فشار در پشت پیستون، مجرای جداگانه‌ای جهت تخلیه روغن ایجاد شده است. خط چین در علامت سمبلیک این شیر، نمایش دهنده خط فرمان است. به منظور قفل کردن سیلندرهای هیدرولیکی در موقعیت مورد نظر معمولاً از شیرهای یک طرفه با خط فرمان استفاده می‌شود. در مدار شکل 4-4 طریقه ی تامین فشارخط فرمان برای باز شدن شیر یک طرفه هنگام حرکت سیلندر به سمت پایین نمایش داده شده است. تصویر شکل4-5 از قرار گرفتن دو شیر یک طرفه با خط فرمان در یک بلوک ایجاد می‌شود که به شکل یک شیر وبرای مصارفی مثل قفل کردن سیلندر (در حین رفت یا برگشت) در یک موقعیت ویژه به کار برده میشود.

شکل 4-4 . شیر یک طرفه با خط فرمان

    الف) یک نمونه واقعی به همراه علامت نمادین    ب) نمای برش خورده     ج) یک نمونه کاربرد در مدار
 

 شیرهای دو راهه (باز و بسته 2/2)

شیرهای دو راهه بعنوان شیرهای باز و بسته و با امکان عبور دو طرفه سیال در مدار استفاده میشوند. از انواع این شیرها، نوع دروازه‌ای  (برایموارد کم فشار) و انواع کروی  و ساچمه‌ای  ( برای مواردفشار بالا) را می‌توان ذکر کرد. (شکل 4-7) نوع دروازه‌ای تنها در حالات کاملا باز یا بسته استفاده میشود، بطوریکه در برخی از موارد با نصب یک حسگر روی شیر، از شروع به کار مدار قبل  ازباز شدن کامل مسیر میشود. شیرهای دروازه‌ای و ساچمه‌ای از لحاظ تنظیم جریان دقت بالایی ندارند و معمولا برای  اتصال یا جداسازی قسمت‌های مختلف مدار ازهم استفاده می‌شوند. شیرهای دو راهه با مکانیزم‌های داخلی قرقره‌ای یا سوپاپی توزیع می‌شوند.

شکل 4-7 . انواع شیرهای دوراهه
شیرهای کنترل جهت (اصول طراحی هیدرولیک)
 

شیرهای کنترل جهت

شیرهای کنترل جهت (دایرکشنال )

این شیرها ابزاری برای باز و یا بسته کردن مسیر جریان هستند که در اثر این کار حرکت سیستم شروع یا متوقف میشود.

 

 شیر پایلوتی

در پاپیلوتی ولو اگر دبی عبوری از شیر از حد معینی  بیشترباشد، تحریک مستقیم شیر از طریق سولنوئید امکانپذیر نیست.

 

برای همین شیرهای با تحریک پیلوتی به کار برده میشود. این شیرها ترکیب دو شیر هیدرولیک هستند که به صورت دو طبقه روی هم جای میگیرند. تحریک شیر کوچکتر باعث حرکت روغن تحت فشار به دو طرف اسپول شیر اصلی میشود. در نتیجه اسپول اصلی حرکت میکند و روغن به سمت مصرف کننده انتقال میابد.

2) شیرهای قطع و وصل

این شیرها برای قطع و وصل جریان استفاده میشوند. مکانیزم کار این شیرها به صورت نشستنی یا کشویی میباشد. شیر قطع و وصل ،عبور جریان را به صورت غیر پله أی کم و زیاد میکند.

3) شیرهای یکسو کننده

ابزاری هستند که جریان را تنها در یک جهت  عبور میدهند و از جهت مقابل از عبور جریان جلوگیری میکنند و به همین دلیل آنها شیر با مانع برگشت نامیده میشوند.

 

روش های نصب شیرهای هیدرولیکی(Hydraulic valve)

1-  شیر  بلوکی(Block valve)

2-  شیر  کارتریجی(Cartridge valve)

3-   شیر مستقیم(Direct valve)

معیارهای انتخاب شیر به شرح زیر میباشد.
-    قطرلوله طبق حجم دبی کاری
-    فشارکاری
-    کاربرداستفاده
-    نحوه نصب
-    شرایط محیطی ودرجه حرارت و...
-    هزینه های تعمیرنگهداری

برندهای تامین کننده شیرهای کنترلی هیدرولیکی (کنترل ولو Control Valve) در حال حاضر به شرح زیر میباشند:

-    Dumlomatic
-    Yuken
-    Ketta
-    Ihi
-    Rexroth
-    Vickers
-    Hawe
-    Rexpot
-  fluidpress