ساز و کار کنترل ولوها

منتشر شده در 1399/09/10 | بازدید : 38 بار | زمان مطالعه : 20 دقیقه

این مقاله اجزای اساسی انواع مختلف شیرهای کنترل خطی و دوار را که برای استفاده در سیستم های بخار و آب در دسترس هستند ، به طور مختصر شرح می دهد.

یک سیستم کنترل اساسی معمولاً از اجزای زیر تشکیل می شود:

شیرهای کنترل

محرک ها

کنترل کننده ها

حسگرها

همه این اصطلاحات عمومی هستند و هر یک از آنها می توانند تغییرات و ویژگی های بسیاری داشته باشند. با پیشرفت تکنولوژی ، مرز تقسیم تجهیزات و تعاریف آنها کمتر مشخص می شود. به عنوان مثال ، موقعیت یاب ، که به طور سنتی شیر را در محدوده سفر خود به موقعیت خاصی تنظیم می کند ، اکنون می تواند:

ورودی را مستقیماً از یک سنسور گرفته و عملکرد کنترل را ارائه دهید.

برای تغییر در عملکردها و انجام روالهای تشخیصی ، با رایانه رابط کنید.

حرکات شیر ​​را تغییر دهید تا خصوصیات شیر ​​کنترل تغییر کند.

رابط کاربری با سیستم های ارتباط دیجیتال تجهیزات.

با این حال ، برای شفافیت در این مرحله ، هر یک از تجهیزات به طور جداگانه در نظر گرفته می شوند.

 

شیرهای کنترل

در حالی که طیف گسترده ای از انواع شیر وجود دارد ، این مقاله بر روی مواردی که بیشترین کاربرد را در کنترل خودکار بخار و سایر مایعات صنعتی دارند ، متمرکز خواهد شد. اینها شامل انواع دریچه ها می شود که ؛

دارای حرکت اسپیندل خطی و دوار هستند.

انواع خطی شامل دریچه های کره زمین و شیرهای کشویی است.

انواع روتاری شامل دریچه های توپی ، شیر پروانه ای ، شیرهای پلاگین و انواع مختلف آنها می باشد.

 

اولین انتخاب بین شیرهای دو راهی و سه راهی است. دریچه های دو پورت مایع عبوری از آنها را "دریچه گاز" می کنند (محدود می کنند).

از شیرهای سه پورت می توان برای "مخلوط کردن" یا "هدایت" مایعات عبوری از آنها استفاده کرد.

شیرهای دو راهی

سوپاپ های گلوب به دلیل مناسب بودن آنها برای جریان مضر و سهولت در دادن یک "مشخصه" خاص به آنها ، غالباً برای کاربردهای کنترل استفاده می شوند.

دو نوع شیر دریچه ای جهانی در شکل 6.1.1 نشان داده شده است.

قسمتهای اصلی تشکیل دهنده شیرها:

بدنه

سرپوش

سیت،پلاگ و آکادردئون.

اسپیندل سوپاپ (که به محرک متصل می شود).

ترتیب آب بندی بین میل سوپاپ و سرپوش.

 

شکل 6.1.2 یک نمایش نمودار یک شیر دو راهی تک سیت است.

اختلاف فشار در بالادست (P1) و پایین دست (P2) دریچه ، که دریچه باید در برابر آن بسته شود ، به عنوان فشار افتراقی (ΔP) شناخته می شود. حداکثر فشار دیفرانسیل در برابر بسته شدن سوپاپ به اندازه و نوع شیر و محرکی که آن را کار می کند بستگی دارد.

به طور کلی ، نیروی مورد نیاز از محرک ممکن است با استفاده از معادله 6.1.1 تعیین شود.

در سیستم بخار ، حداکثر فشار دیفرانسیل معمولاً همان فشار مطلق بالادست فرض می شود. این امکان را برای شرایط خلاuum پایین دست شیر ​​هنگام بسته شدن شیر فراهم می کند. فشار دیفرانسیل در سیستم آب بسته ،حداکثر دیفرانسیل پمپ است.

اگر از یک دریچه بزرگتر ، دارای روزنه بزرگتر ، برای عبور حجم بیشتری از محیط استفاده شود ، نیرویی که محرک برای بستن شیر باید ایجاد کند نیز افزایش می یابد. در مواردی که باید از ظرفیت های بسیار بزرگ با استفاده از شیرهای بزرگ عبور کرد ، یا در جایی که فشارهای دیفرانسیل بسیار زیاد وجود دارد ، به نقطه ای می رسیم که تهیه نیروی کافی برای بستن یک شیر تک سیت معمولی غیرعادی شود. در چنین شرایطی ، راه حل سنتی این مشکل شیر دو راهی دبل سیت است.

همانطور که از نام آن مشخص است ، شیر دبل سیت دارای دو شاخه سوپاپ روی یک اسپیندل مشترک ، دارای دو سیت است. نه تنها می توان سیت  را کوچکتر نگه داشت (از آنجا که دو عدد وجود دارد) بلکه ، همانطور که در شکل 6.1.3 مشاهده می شود ، نیروها تا حدی متعادل هستند. این بدان معنی است که اگرچه فشار دیفرانسیل سعی دارد شاخه سوپاپ (پلاگ)بالایی را از صندلی خود نگه دارد (مانند شیر تک سیت) اما سعی دارد شاخه سوپاپ پایین را فشار داده و ببندد.

میزان نشت شیر ​​هنگام بسته شدن طبقه بندی می شود. سرعت نشت از طریق یک شیر استاندارد دبل سیت در بهترین حالت کلاس III است (نشتی 0.1٪ از جریان کامل) که ممکن است برای استفاده مناسب برای کاربردهای خاص بیش از حد باشد. در نتیجه ، از آنجا که مسیرهای عبور از دو درگاه متفاوت است ، ممکن است با باز شدن شیر ، نیروها در تعادل باقی نمانند.

استانداردهای بین المللی مختلفی وجود دارد که نرخ نشت را در شیرهای کنترل رسمیت می بخشد. نرخ نشت زیر از استاندارد انگلیس BS 5793 قسمت 4 (IEC 60534-4) گرفته شده است. برای سوپاپ استاندارد تک سیت نامتعادل ، میزان نشت به طور معمول کلاس IV ، (0.01٪ جریان کامل) خواهد بود ، اگرچه دستیابی به کلاس V ، (1.8 x 105 x فشار دیفرانسیل (نوار) ​​x قطر سیت (میلی متر) به طور کلی ، هرچه میزان نشت پایین تر باشد ، هزینه آن بیشتر است.

شیر کشویی

 

سوپاپ های کشویی تمایل دارند در دو طرح مختلف عرضه شوند. نوع دروازه ای و نوع سرسره موازی. هر دو نوع برای جداسازی جریان سیال به خوبی مناسب هستند ، زیرا باعث خاموش شدن شدید می شوند و در صورت باز شدن ، فشار فشار روی آنها بسیار کم است. از هر دو نوع به عنوان شیر دستی استفاده می شود ، اما در صورت نیاز به تحریک خودکار ، شیر کشویی موازی معمولاً انتخاب می شود ، چه برای جداسازی و چه برای کنترل. شیرآلات معمولی در شکل 6.1.5 نشان داده شده است.

شیر کشویی موازی با استفاده از دو دیسک کشویی فنر دار بسته می شود (فنرها نشان داده نمی شوند) ، که از مسیر جریان سیال عبور می کنند ، شیرهای کشویی موازی با اندازه بزرگ در بخار و خطوط اصلی تغذیه در صنایع نیروگاهی و فرایندی برای جداسازی بخشهای کارخانه استفاده می شود. از اسلایدهای موازی سوراخ کوچک نیز برای کنترل سرویس های جانبی بخار و آب استفاده می شود اگرچه ، عمدتا به دلیل هزینه ، این کارها اغلب با استفاده از شیرهای توپی و شیر های نوع پیستونی انجام می شود.

 

شیرآلات نوع روتاری

 

شیرهای نوع روتاری که اغلب به آنها شیرهای چهار چرخشی می گویند ، شامل شیرهای پلاگین ، شیرهای توپی و شیرهای پروانه ای هستند. همه آنها برای باز و بسته شدن به یک حرکت چرخشی نیاز دارند و به راحتی می توانند با محرک ها مجهز شوند.

 

شیرهای پلاگین غیر عادی

 

شکل 6.1.6 یک شیر پلاگین خارج از مرکز را نشان می دهد. این شیرها به طور معمول با دوک دوشاخه به صورت افقی نصب می شوند ، و محرک متصل در کنار شیر قرار دارد.

سوپاپ های پلاگین ممکن است شامل اتصالات بین دوشاخه و محرک برای بهبود فشار و فشار بسته شدن ، و موقعیت دهنده های ویژه ای باشد که ویژگی شیر ذاتی را به یک درصد مشخص تر و مفید تر تغییر می دهند (ویژگی های شیر در ماژول 6.5 بحث شده است).

شیرهای توپی

 

شکل 6.1.7 یک شیر توپی را نشان می دهد که متشکل از یک توپ کروی است که بین دو حلقه آب بندی به شکل بدنه ساده قرار دارد. توپ دارای حفره ای است که به مایعات اجازه عبور می دهد. هنگامی که با انتهای لوله هم تراز شود ، این امر باعث می شود جریان سوراخ کامل یا تقریباً کامل سوراخ با افت فشار بسیار کم ایجاد شود. چرخش توپ از طریق 90 درجه عبور جریان را باز و بسته می کند. دریچه های توپی که به طور خاص برای اهداف کنترل طراحی شده اند دارای توپ یا سیت مشخص می باشند تا الگوی جریان قابل پیش بینی را ایجاد کنند.

شیر های توپی وسیله ای اقتصادی برای تأمین کنترل با خاموش شدن شدید بسیاری از مایعات از جمله بخار در دمای حداکثر 250 درجه سانتیگراد (38 بار گرم بخار اشباع) است. بالاتر از این دما ، مواد مخصوص صندلی یا صندلی های فلزی به فلزی ضروری است که می تواند گران باشد. شیرهای توپی به راحتی فعال می شوند و اغلب برای جداسازی و کنترل از راه دور استفاده می شوند. برای کاربردهای کنترل حیاتی ، توپها و توپهای تقسیم شده با سوراخهایی با شکل خاص در دسترس هستند تا خصوصیات جریان مختلف را ارائه دهند.

 

شیرهای پروانه ای

 

شکل 6.1.8 یک نمودار شماتیک ساده از یک سوپاپ پروانه ای است که از یک دیسک در حال چرخش در یاتاقان های سه بعدی تشکیل شده است. در حالت باز دیسک موازی با دیواره لوله است و جریان کامل را از طریق دریچه امکان پذیر می کند. در حالت بسته به یک سیت چرخانده شده و عمود بر دیواره لوله است.

به طور سنتی ، شیرپروانه به دلیل محدودیت های ذاتی سیت های نرم مورد استفاده ، به فشار و درجه حرارت پایین محدود می شدند. در حال حاضر ، شیر هایی با سیت های درجه حرارت بالاتر یا سیت های فلزی به فلزی با کیفیت بالا و ماشین کاری شده خاص ، برای برطرف کردن این معایب در دسترس هستند. شیر های استاندارد پروانه ای اکنون در برنامه های کنترل ساده ، به ویژه در اندازه های بزرگتراستفاده می شوند.

شیر های خاص پروانه ای برای انجام کارهای سخت تر در دسترس هستند.

سیالی که از شیر پروانه عبور می کند افت فشار کمی ایجاد می کند ، بدین صورت که شیر هنگام باز بودن مقاومت کمی در برابر جریان دارد. با این حال به طور کلی ، محدودیت فشار دیفرانسیل آنها کمتر از شیرهای گلاب است. وبه این دلیل است که محل قرار گیری اجزای مختلف آب بندی ، می توانند در برابر فشارهای دیفرانسیل بالاتر از شیرهای پروانه عمل کنند.

شیر ها همچنین روش های مختلفی برای هدایت پلاگ در داخل بدنه دارند. یکی از روشهای معمول هدایت ، همانطور که در شکل 6.1.10 نشان داده شده است ، روش "دو هدایت شده" است ، که در آن اسپیندل هم در بالا و هم در پایین طول خود هدایت می شود. نوع دیگر روش 'plug ' است که در آن پلاگین ممکن است توسط یک قفس یا یک قاب هدایت شود. برخی از شیرآلات می توانند از پلاگ های سوراخ دار استفاده کنند که هدایت دوپلاگ و کاهش صدا را با هم ترکیب می کنند.

خلاصه شیرهای دو راهی مورد استفاده برای کنترل خودکار

 

تا حد زیادی پرکاربردترین نوع شیر برای کنترل خودکار فرایندها و کاربردهای بخار ، شیر گلاب است. فعال سازی آن نسبتاً آسان است ، همه کاره است و دارای خصوصیات ذاتی است که به خوبی برای نیازهای کنترل اتوماتیک بخار مناسب است.

همچنین باید گفت که شیر های کنترل اتوماتیک دو راهی نیز در سیستم های مایع مانند سیستم های آب گرم با درجه حرارت پایین ، متوسط ​​و بالا و سیستم های روغن گرمایی استفاده می شود. سیستم های مایع دارای یک نیاز ذاتی برای متعادل سازی با توجه به جریان های جرمی هستند. در بسیاری از موارد ، سیستم ها در جایی طراحی می شوند که می توانند از شیرهای دوراهی استفاده کنند بدون آنکه تعادل شبکه های توزیع از بین برود.

با این حال ، هنگامی که نمی توان از این شیرها بر روی سیستم مایع استفاده کرد ، شیرهای سه راهی نصب می شوند که ذاتاً با عملکرد منحرف یا مخلوط کردن ، تعادل را در سیستم توزیع حفظ می کنند.

 

شیرهای سه راهی

 

از شیرهای سه راهی می توان به دو نوع میکس و یا سرویس انحراف بسته به نوع چیدمان و قرارگیری سیت داخل شیر استفاده کرد. یک تعریف ساده از هر تابع در شکل 6.1.11 نشان داده شده است.

سه نوع اساسی شیر سه راهی وجود دارد:

  • نوع شیر پیستونی
  • نوع Globe
  • نوع کفش چرخان

شیرهای پیستونی

 

این نوع شیر دارای یک پیستون توخالی است (شکل 6.1.12) ، که توسط محرک به بالا و پایین منتقل می شود ، دو راهی A و B را پوشش می دهد و ، در هر زمان ، سطح مقطع تجمعی هر دو همیشه برابر است. به عنوان مثال ، اگر پورت A 30٪ باز باشد ، پورت B 70٪ باز است و بالعکس. این نوع شیر ذاتاً متعادل است و توسط یک سیستم کنترل خودکار تأمین می شود. توجه: پیکربندی شیر ممکن است بین سازندگان متفاوت باشد.

شیر های سه راهی نوع Globe

 

در اینجا ، محرک یک دیسک یا یک جفت شاخه سوپاپ را بین دو سیت قرار می دهد (شکل 6.1.13) ، جریان را از طریق راه های A و B به ترتیب متناظر کم یا زیاد می کند.

توجه: یک مشخصه خطی با عملکرد پلاگ آب بندی می شود. (شکل 6.1.14 را ببینید).

شیر سه راهی کفشک چرخان

 

این نوع شیرها از یک کفشک چرخان استفاده می کنند ،ترتیب شماتیک در شکل 6.1.15 یک برنامه اختلاط را نشان می دهد که تقریباً 80٪ از طریق بندر A و 20٪ از طریق بندر B جریان دارد ، 100٪ برای خروج از طریق بندر AB.

کاربرد شیرهای سه راهی

 

از همه انواع نمی توان برای سرویس مخلوط کردن و تغییر مسیر استفاده کرد. شکل 6.1.16 کاربرد نادرست شیر دریچه کره ای است که به عنوان شیر مخلوط تولید می شود اما به عنوان شیر منحرف استفاده می شود.

جریان ورودی از طریق پورت AB به شیر می تواند از هر دو پورت خروجی A یا B خارج شود ، یا ممکن است از هر کدام از این قسمت ها نسبتی ایجاد شود. با باز بودن پورت A و پورت B ، فشار دیفرانسیل سیستم به یک طرف شاخه وارد می شود.

وقتی پورت A بسته است ، پورت B باز است و فشار دیفرانسیل از طرف دیگر شاخه وارد می شود. در برخی از موقعیت های پلاگ میانی ، فشار دیفرانسیل معکوس خواهد شد. این برگشت فشار می تواند باعث شود که دوشاخه از موقعیت خود خارج شود ، در نتیجه کنترل ضعیف و سر و صدای احتمالی باعث می شود که دوشاخه بر روی سیت خود برخورد کنند.

برای غلبه بر این مشکل در شیر نوع پلاگ که برای انحراف طراحی شده است ، از تنظیمات سیت دیگری استفاده شده است ، همانطور که در شکل 6.1.17 نشان داده شده است. در اینجا ، فشار دیفرانسیل به طور مساوی بر روی اضلاع یکسان هر دو پلاگ شیر در هر زمان اعمال می شود.

در مدارهای بسته ، بسته به طراحی سیستم ، می توان از شیرهای اختلاط(مخلوط کننده) یا شیرهای منحرف(جدا کننده) استفاده کرد ، همانطور که در شکلهای 6.1.18 و 6.1.19 نشان داده شده است.

در شکل 6.1.18 ، شیر به عنوان یک شیر مخلوط طراحی شده است زیرا دارای دو ورودی و یک خروجی است. با این حال ، هنگامی که در لوله برگشتی از بار قرار می گیرد ، در واقع عملکرد انحرافی را انجام می دهد ، زیرا آب گرم را از مبدل حرارتی دور می کند.

شیر مخلوط استفاده شده در شکل 6.1.18 را در نظر بگیرید ، هنگامی که مبدل حرارتی حداکثر گرما را می طلبد ، شاید هنگام راه اندازی ، پورت A کاملاً باز شود و پورت B کاملاً بسته شود. کل آب عبوری از دیگ بخار از طریق مبدل حرارتی عبور می کند و از طریق دریچه های AB و A از شیر عبور می کند. هنگامی که بار گرما برآورده می شود ، درگاه A کاملاً بسته می شود و دریچه B کاملاً باز می شود ، و کل آب عبوری از دیگ ، بار را دور می زند و از طریق دریچه های AB و B از دریچه عبور می کند. به این معنا ، آب از مبدل حرارتی در ارتباط با نیاز بار گرما خارج می شود.

همانطور که در شکل 6.1.19 نشان داده شده است ، می توان با نصب یک شیر انحرافی(جداکننده) در لوله های جریان ، همین اثر را به دست آورد.