شیر کنترل جریان Flow control valve
وظیفه ی کنترل کننده های جریان , که معمولا” شیر کنترل جریان خوانده می شوند، عبارت است از کنترل یا تنظیم جریان عبوری از یک نقطه ی دلخواه در مدار .
کنترل کننده ی جریان در واقع نوعی شیر است و می توان آنرا با دریچه های کانال هوا مقایسه کرد , اگر دریچه اندکی باز شود , مقدار کمی هوای گرم یا سرد وارد اتاق میشود , ولی اگر کاملا” باز شود هوای زیادی به درون اتاق جریان می یابد .
انواع شیرهای کنترل جریان :
شیرهای کنترل جریان به چهار گروه تقسیم میشوند :
1- پیش تنظیم ( کنترل جریان در ورودی )
2- پیش تنظیم ( کنترل جریان در خروجی )
3- پیش تنظیم دو جهته ( کنترل جریان در دو جهت )
4- بیرون ریز ( کنترل جریان به صورت تخلیه جریان اضافی )
در شیر کنترل جریان پیش تنظیم , جریان سیال پیش از رسیدن به دستگاه مورد نظر تنظیم و اندازه می شود .
در شیرهای کنترل جریان پس تنظیم , جریان سیال پس از ترک دستگاه مورد نظر اندازه و تنظیم می شود .
شیر تنظیم دو جهتی در هر دو جهت سیال را تنظیم می کند .
بیشتر شیرهای پیش تنظیم در کنترل جریان هیدرولیک و بسیاری از شیرهای پس تنظیم برای کنترل جریان نپوماتیک و هیدرولیک به کار می روند .
شیرهای کنترل پیش تنظیم دو جهته کاربرد کمتری در صنایع دارند .انواع بیرون ریز در سیستم های هیدرولیک و برای تخلیه یا ریزش مقدار معینی از روغن پر فشار به مخزن به کار می روند .
نصب :
هنگام نصب شیر کنترل جریان در یک سیستم سیالی به این موارد باید توجه کرد :
- آیا کنترل مورد استفاده از نوع پیش تنظیم است یا پس تنظیم ؟
- جهت جریان کنترل شده ی شیر در مدار باید وارسی شود .
- پولک ها و درپوش لوله را بردارید و مطمئن شوید که تمام آنها برداشته شده است .
- رزوه ی شیر باید کاملا” پاکیزه باشد .
- هنگام نصب شیر بادامکی , غلطک و پی آنرا روانکاری کنید .
- پس از راه اندازی , واحد قدرت و مدار سیستم را از نظر نداشتن نشتی به دقت وارسی کنید .
در سیستم های هیدرولیک
شیرهای کنترل جریان در مسیر فشار مدار با تنظیم مقدار باز شدن مجرای عبور روغن موجب تولید مقاومت در مسیر جریان روغن می گردد. البته تا هنگامی که مقاومت به وجود نیاید، شیر کنترل جریان همانند لوله در مدار انجام وظیفه می نماید. ولی هنگامی که مقدار باز شدن در مجرای آن شروع شود به تدریج افزایش مقاومت و در نتیجه فشار ورودی نیز سیر صعودی گرفته و زمانی که این افزایش فشار به فشار تنظیمی شیر اطمینان (Reliefe valve) برسد،
قسمتی از جریان از طریق شیر رلیف ولو به مخزن ارسال می شود. هر چه مقدار باز بودن مجرا کمتر شود، مقاومت بیشتر، دبی کمتری از شیر کنترل جریان عبور نموده و فشار مدار نیز بیشتر می شود. بدیهی است که مقدار روغن بیشتری به مخزن روغن تخلیه می گردد.
از فلوکنترل ها به منظور تنظیم حجم ارسالی به نقاط مختلف سیستم هیدرولیک استفاده می شود. به عبارت دیگر جهت کاهش سرعت خطی سیلندرها و سرعت دورانی هیدروموتورها استفاده می شوند. از طرف دیگر از آنجایی که هر دو این سرعت ها تابع اندازه جریان هستند، در نتیجه برای کاهش سرعت می باید اندازه جریان را کم کرد.
کاهش مقطع عبور سیال در شیر کنترل جریان، باعث افزایش فشار در محدوده ورودی شیر می گردد. این افزایش فشار سبب بازشدن شیر محدود کننده فشار شده و در نتیجه اندازه جریان تقسیم می شود.
این تقسیم جریان بدین معنی است که بخشی از اندازه جریان تولید شده توسط پمپ هیدرولیک (دبی ثابت)، تحت فشار برقرار شده بر اثر مقاومت شیر فلوکنترل، از طریق شیر محدود کننده فشار به مخزن رانده می شود. در نتیجه این امر اتلاف قابل قابل ملاحظه ی انرژی را به وجود می آورد، لذا برای حفظ انرژی تولید شده، از پمپ های با اندازه جریان قابل تنظیم استفاده می شود.
در مدارهایی که مجهز به پمپ های جابجایی متغیر مجهز به سیستم جبران کننده فشار، با از کار افتادن سیستم جبران کننده فشار، بدون اینکه جریان اضافی از رلیف ولو تخلیه شود، موجب کاهش جریان خروجی می گردد.
سازندگان قطعات هیدرولیکی معمولا باید مشخصات زیر را برای شیرهای کنترل جریان ارائه دهند:
- حداکثر فشار مجاز
- حداکثر جریان مجاز
- مشخصات سیال ورودی؛ نوع سیال هیدرولیک، دبی،افت فشار و ویسکوزیته‌ی آن
- ابعاد فیزیکی، روش نصب و دهانه‌های شیر (جهت ورودی و خروجی)
انواع شیر کنترل جریان
در این قسمت مهم‌ترین انواع شیر کنترل جریان و عملکرد آنها را بررسی می‌کنیم.
شیرهای سوزنی (Needle valve):
ساده‌ترین نوع شیرهای کنترل جریان، شیر سوزنی است که معمولا از جنس فولاد ضد زنگ (stainless steel) ساخته میشود. ساختمان این شیر بسیار ساده می‌باشد و در آن با تنگ و گشاد شدن مسیر عبور جریان توسط یک سوزن، شدت جریان عبوری کم و زیاد خواهد شد. شیرهای سوزنی اغلب به صورت دستی عمل می‌کنند و برای باز و بسته کردن یک مسیر عبور جریان به کار می‌روند.
اندازه‌ی گذرگاه ورودی، به سادگی با چرخاندن یک پیچ که سوزن در انتهای آن قرار دارد، تنظیم می‌گردد. درحالتی که شیر کاملا باز باشد (تصویر سمت چپ)، جریان سیال بدون محدودیت عبور می‌کند و در حالتی که شیر کاملا بسته باشد (تصویر سمت راست)، هیچ جریانی از آن عبور نمی‌کند. گاهی ممکن است نیاز به محدود کردن شدت جریان عبوری در سیستم باشد، در این حالت می‌توان شیر سوزنی را در حالت نیمه باز تنظیم کرد تا جریان عبوری از شیر محدود شود.
در شیرهای سوزنی، یک افت فشار بین دو طرف شیر پدید می‌آید که متناسب با اندازه‌ی گذرگاه است. هرچه اندازه‌ی گذرگاه تنگ تر شود، افت فشار در شیر بیشتر خواهد بود. شدت جریان عبوری از شیر نیز متناسب با افت فشار خواهد بود.
جهت نصب این شیرها بسیار حائز اهمیت است. یعنی اگر جهت عبور سیال، به هنگام نصب شیر در مدار رعایت شود، از وارد آمدن فشار به پیچ تنظیم (stem)، درحالی که شیر بسته شده، جلوگیری میشود.
اما در اغلب مدارهای کاربردی، از ترکیب شیر کنترل جریان با شیر یک طرفه استفاده میشود. چنین شیری عبور جریان از هر دو جهت را تحت کنترل دارد.
شیرهای حساس به تغییرات فشار Pressure compensated flow control valve
در این شیرهای کنترل جریان، اندازه گذرگاه به طور اتوماتیک نسبت به تغییرات فشار،تغییر می‌کند. در این شیرها یک مغزی توازن تعبیه شده است که به صورت فنری عمل می‌کند. این مغزی وقتی که فشار مسیر ورودی بیشتر از فشار مسیر خروجی باشد، سطح گذرگاه سیال را کاهش می‌دهد. وقتی این شیر تنظیم شود، قسمت توازن به طوری عمل می‌کند که اختلاف فشار در طرفین شیر را در حد ثابتی نگاه دارد.
کارکرد این شیر به صورت زیر می‌باشد:
در این شیر دو مغزی اصلی و توازن وجود دارد. پیچ تنظیم، وضعیت مغزی اصلی را کنترل می‌کند. وضعیت مغزی اصلی نیز درواقع اندازه‌ی گذرگاه خروجی شیر را تعیین می‌کند. فشار مسیر ورودی شیر، از طریق مسیر پیلوت A به سمت چپ مغزی توازن منتقل میشود. فشار مسیر خروجی شیر، از طریق مسیر پیلوت B به سمت راست مغزی توازن منتقل می‌گردد.
وجود فنر در پشت مغزی توازن باعث میشود که این مغزی کاملا به طرف چپ رانده شود. در این وضعیت درواقع مغزی توازن، مسیر را کاملا باز نگاه داشته است. اگر فشار در مسیر ورودی شیر نسبت به مسیر خروجی افزایش یابد (یعنی افت فشار بر روی شیر زیاد شود)، مغزی توازن مقداری به راست جابه‌جا میشود و فنر را می‌فشارد.
بدین ترتیب، افت فشار بر روی شیر و متعاقب آن شدت جریان عبوری از شیر تقریبا ثابت می‌ماند.
- مغزی توازن
- مسیر پیلوت A
- مغزی اصلی
- پیچ تنظیم
- مسیر تخلیه
- فنر توازن
- مسیر پیلوت B
انواع دیگری از شیرهای حساس به تغییرات فشار نیز موجود است. در بعضی از موارد به جای مغزی اصلی از یک پیچ سوزنی استفاده میشود. اما در نهایت کارکرد آنها مشابه یکدیگر است.
شیرهای حساس به تغییرات دما Temperature compensated flow control valve
تغییرات دما نیز عامل دیگری است که ممکن است شدت جریان عبوری از یک فلو کنترل ولو را تحت تاثیر قرار دهد، زیرا ویسکوزیته‌ی سیال با افزایش دما، کاهش می‌یابد و درنتیجه سیال رقیق‌تر میشود.
با توجه به اینکه سیال رقیق راحت‌تر از از گذرگاه تنگ شده عبور می‌کند، با افزایش حرارت، شدت جریان عبوری از شیر کنترل جریان نیز افزایش می‌یابد. برای پیش‌گیری از این عیب شیرهای کنترل حساس به دما ساخته شده‌اند. در این شیرها، یک قطعه‌ی حساس به دما وجود دارد که در صورت افزایش حرارت سیال، اندازه‌ی گذرگاه ورودی سیال را کاهش دهد.
منبع : پینیون