در یک سیستم کنترل سیال، نیاز به کنترل دقیق سیال است و به همین دلیل انواع مختلفی از شیرها برای انتخاب وجود دارد. دو نوع شیر کنترل و شیر روشن و خاموش به منظور تامین نیازهای مختلف به کار می‌روند. شیرهای کنترل (Control valves) برای کنترل دقیق جریان سیال استفاده می‌شوند. این شیرها با تنظیم مقدار گذرانده شده از سیال با استفاده از یک صفحه کنترل قابل تنظیم، این امکان می‌دهند تا جریان و فشار سیال را به طور دقیق کنترل کنید. شیرهای کنترل معمولاً برای کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق و تنظیم جریان سیال دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند، مانند صنایع شیمیایی و نفت و گاز.
شیرهای روشن و خاموش (ON/OFF Valve) به طور کلی برای کنترل ساده‌تر جریان سیال استفاده می‌شوند. این شیرها به شما امکان می‌دهند تا جریان سیال را به صورت کاملاً روشن یا خاموش کنید، بدون امکان تنظیم دقیق جریان و فشار. این شیرها معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که نیاز به کنترل دقیق نیستند و کاربردی مانند روشن و خاموش کردن یک سیستم یا اتصال یا قطع کردن جریان سیال دارند. بنابراین، در کل، تفاوت اصلی بین شیرهای کنترل و شیرهای روشن و خاموش در دقت کنترلی است که هر یک ارائه می‌دهند. شیرهای کنترل برای کنترل دقیق جریان و فشار سیال استفاده می‌شوند، در حالی که شیرهای روشن و خاموش بیشتر برای کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق ندارند مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه ی این مقاله، ما به بررسی شیر های روشن و خاموش و موارد کاربردی آنها خواهیم پرداخت.
کاربرد شیر قطع و وصل (ON/OFF Valve)
شیرهای قطع و وصل (ON/OFF Valves) شیرهایی هستند که برای قطع و وصل جریان سیالات در سیستم‌های صنعتی استفاده می‌شوند. این شیرها دو حالت باز و بسته دارند، به این معنی که می‌توانند جریان سیال را به طور کامل متوقف کنند یا به طور کامل جریان را رها کنند. به دلیل این ویژگی، شیرهای قطع و وصل به عنوان شیرهای توقف، بسته شدن یا ایزولاسیون نیز شناخته می‌شوند.
از شیرهای قطع و وصل برای اهداف مختلفی استفاده می‌شود، از جمله:
- - هدایت سیالات فرآیندی به محل‌های مختلف سیستم
- - راه‌اندازی و توقف فرآیندها
- - قطع اضطراری
شیرهای قطع و وصل می‌توانند به عنوان پشتیبان برای شیرهای تنظیمی (Modulating Valves) نیز عمل کنند. با استفاده از شیرهای قطع و وصل، می‌توان جریان سیال را به صورت کاملاً متوقف کرد و یا به طور کامل جریان را ایجاد کرد. این شیرها برای کاربردهای حفاظتی و ایمنی نیز استفاده می‌شوند، به عنوان مثال در مواقع اضطراری و نیاز به قطع سریع جریان.
معمولاً در پروژه‌های ابزار دقیق، شیرهای قطع و وصل با نام‌های مختلفی مانند XV، ESDV و SDV شناخته می‌شوند. این نام‌ها بیشتر برای تأکید بر استفاده این شیرها در وظایف اضطراری و سریع در سایت‌های صنعتی استفاده می‌شوند.
انواع شیر های روشن و خاموش (On-off valves)
شیرهای قطع و وصل (ON/OFF Valve) دستگاه‌هایی هستند که نسبت به شیرهای کنترل دقت کمتری دارند. این شیرها به دو حالت کاملاً باز یا کاملاً بسته برای جریان سیال اجازه می‌دهند. تعدادی نوع مختلف از شیرهای روشن و خاموش وجود دارند، از جمله شیرهای توپی (بال)، پلاگ، پروانه‌ای (باترفلای).
شیر توپی (Ball valve) شامل یک توپ با یک کانال برش دار است که می‌توان آن را به گونه‌ای چرخاند که کانال با بقیه خط موازی شود و جریان فعال شود یا به گونه‌ای چرخاند که کانال باقیمانده بسته شود و جریان متوقف شود. شیرهای پروانه‌ای (Butterfly valves) دارای یک قطعه صاف فلزی هستند که با چرخش به گونه‌ای باز یا بسته می‌شود. شیرهای پلاگ (Plug valves) از قطعات مخروطی استفاده می‌کنند که از طریق کانال سیال سریعاً به پایین سقوط کرده و آن را به طور کامل بسته می‌کند.
استفاده از شیرهای قطع و وصل به دلیل سادگی و عملکرد سریع آنها مناسب است، وقتی که نیاز به کنترل دقیق جریان سیال نباشد. برای مثال، در کاربردهایی که نیاز به قطع یا وصل سریع و یا تعویض جریان سیال با فشار بالا باشد، بهتر است از شیرهای روشن و خاموش استفاده شود.
نکات مهم طراحی شیرهای قطع و وصل
ان‌اف ولوها براساس استانداردهای API 6D، API 607 و API 6FA طراحی و تولید می‌شوند. در طراحی این شیرها، بالاترین کلاس نشتی برای ان‌اف ولوها در نظر گرفته می‌شود، زیرا کاربری اصلی آنها قطع و وصل جریان سیال است و باید کمترین میزان نشتی را در هنگام بسته بودن داشته باشند. لازم به ذکر است که از آنجایی که این ولوها در حداقل اختلاف فشار عمل می‌کنند، هیچگونه محاسباتی برای سایزینگ و ضریب شیر (Cv) آنها انجام نمی‌شود. سایز ان‌اف ولوها همیشه متناسب و برابر با سایز خط لوله فرآیندی است. به عنوان مثال، اگر خط لوله "8" باشد، باید ان‌اف ولویی با سایز "8" در نظر گرفته شود.
ریتینگ فشاری شیر ان‌اف برای خطوط لوله کمتر از "6" باید حداقل 300 پوند در نظر گرفته شود. اما برای خطوط بزرگتر از "6"، تحمل فشار کاری متناسب با کلاس خط وجود دارد. به عبارت دیگر، برای خطوط لوله با ریتینگ 150 پوند، ان‌اف ولو با کلاس 150 در نظر گرفته می‌شود و برای کلاس‌های خط بالاتر، ریتینگ فشار نیز بالاتر خواهد بود.
اکچویتور در شیر قطع و وصل (ON/OFF Valve)
در پروژه‌های ابزار دقیق، عملگرهای شیرهای ان‌اف ولو معمولاً از نوع پنوماتیکی استفاده می‌شوند. اکچویتورهای پنوماتیکی عملکرد سریعی دارند. بنابراین، در این شیرها از اکچویتورهای الکتریکی یا برقی برای عملیات قطع و وصل استفاده نمی‌شود. مطابق استاندارد، اکچویتور باید با فشار هوا (پنوماتیکی) تغذیه شود. اکچویتورهای پنوماتیکی رایج در شیرهای ان‌اف ولو معمولاً از نوع پیستونی (Piston) یا دورانی (Rack and Pinion) هستند. برای قطع جریان هوا به شیر ان‌اف ولو (به منظور قرار گرفتن در حالت FAIL)، یک سلنوئید (Solenoid Valve) در مسیر جریان هوا قرار می‌گیرد. سلنوئید همواره در وضعیت فعال (الکتریکی فعال) است و اگر ولتاژ از آن برداشته شود، شیر به حالت FAIL خواهد رفت.
لیمیت سوئیچ (Limit Switch)
در تجهیزات جانبی شیرهای قطع و وصل، سوئیچ‌های حدی یا لیمیت سوئیچ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سوئیچ‌ها بر روی اکچویتور نصب می‌شوند و وضعیت شیر را به صورت یک سیگنال دیجیتالی (0 و 1) به سیستم کنترلی ارسال می‌کنند. علاوه بر اینکه سیستم کنترل از وضعیت شیر آگاه می‌شود، اپراتور نیز با تماشای این لیمیت سوئیچ‌ها به صورت بصری از وضعیت شیر مطلع می‌شود.
مطابق استانداردهای مربوط به شیرهای قطع و وصل، برای هر شیر باید دو لیمیت سوئیچ در نظر گرفته شود. یک سوئیچ برای وضعیت باز (ZSO) و یک سوئیچ برای وضعیت بسته ((ZSC. این دو سوئیچ معمولاً از نوع سوئیچ‌های مغناطیسی هستند و وضعیت خود را از حرکت اکچویتور دریافت می‌کنند.
نتیجه گیری
با توجه به مطالبی که درباره شیرهای قطع و وصل بیان شد، می‌توان به نتیجه‌گیری‌های زیر رسید:
1. شیرهای قطع و وصل معمولاً از اکچویتورهای پنوماتیکی استفاده می‌کنند که با فشار هوا (نیوماتیکی) تغذیه می‌شوند. این اکچویتورها عملکرد سریعی دارند و به دلیل سرعت عملکردشان، برای کاربردهایی که نیاز به عملکرد سریع دارند بسیار مناسب هستند.
2. برای قطع جریان هوا به شیر قطع و وصل، یک سلنوئید (solenoid valve) در مسیر خط هوا قرار می‌گیرد. این سلنوئید همواره در وضعیت فعال (الکتریکی فعال) است و با قطع وصل ولتاژ از آن، شیر به حالت FAIL (باز یا بسته) می‌رود.
3. برای اطلاع از وضعیت شیر، سوئیچ‌های حدی (لیمیت سوئیچ‌ها) بالای اکچویتور نصب می‌شوند. این سوئیچ‌ها با استفاده از سیگنال دیجیتالی (0 و 1) وضعیت باز و بسته شدن شیر را به سیستم کنترلی و اپراتور اعلام می‌کنند.
بنابراین، استفاده از اکچویتورهای پنوماتیکی، سلنوئید‌های قطع و وصل، و سوئیچ‌های حدی در شیرهای قطع و وصل، به سیستم کنترلی امکان می‌دهد تا وضعیت شیر را کنترل کند و از طریق سیگنال‌های دیجیتالی و اطلاعات بصری به اپراتور اطلاع دهد.
