این تجهیزات در خطوط آب، بخار، گاز، مواد شیمیایی و سیالات فرایندی برای تنظیم پیوسته جریان، فشار، دما یا سطح به کار می‌روند.
شیر کنترل فرمان دریافتی از کنترلر را به تغییر موقعیت مجرای عبور سیال تبدیل می‌کند. نوع بدنه، مشخصه جریان، ظرفیت عبور، اختلاف فشار، متریال، روش راه‌اندازی و وضعیت ایمن تجهیز باید با شرایط واقعی فرایند هماهنگ باشند.
ساختار و نحوه عملکرد
یک مجموعه کنترلی معمولاً از بدنه ولو، تریم، ساقه، اکچویتور و پوزیشنر تشکیل می‌شود. کنترلر براساس مقدار اندازه‌گیری‌شده، فرمان لازم را ارسال می‌کند. سپس پوزیشنر موقعیت واقعی ولو را با مقدار درخواستی مقایسه کرده و اکچویتور را برای رسیدن به موقعیت مناسب هدایت می‌کند.
حرکت اکچویتور می‌تواند خطی یا چرخشی باشد. در ولوهای گلوب، ساقه و پلاگ به‌صورت خطی حرکت می‌کنند. ولوهای پروانه‌ای، توپی سگمنتی و پلاگ خارج از مرکز معمولاً حرکت چرخشی دارند.
اجزای اصلی مجموعه ولو
| جزء | وظیفه | موارد مهم برای بررسی |
|---|---|---|
| بدنه | مسیر عبور سیال را تشکیل می‌دهد و فشار خط را تحمل می‌کند | نوع طراحی، سایز، کلاس فشار، متریال و نوع اتصال |
| تریم | شامل قطعات داخلی موثر بر کنترل جریان و آب‌بندی است | نوع پلاگ، سیت، قفسه، مشخصه جریان و مقاومت سایشی |
| بونت و پکینگ | ساقه را هدایت می‌کنند و مانع نشت سیال به محیط می‌شوند | دما، فشار، نوع سیال و الزامات کنترل انتشار |
| اکچویتور | فرمان کنترلی را به حرکت خطی یا چرخشی تبدیل می‌کند | نیروی موردنیاز، کورس، گشتاور، منبع انرژی و وضعیت ایمن |
| پوزیشنر | موقعیت ولو را متناسب با سیگنال فرمان تنظیم می‌کند | نوع ورودی، پروتکل ارتباطی، عملکرد خطی یا دورانی و قابلیت تشخیص خطا |
| تجهیزات جانبی | هوای ابزار دقیق، فرمان و وضعیت عملکرد مجموعه را مدیریت می‌کنند | فیلتر رگولاتور، شیر برقی، بوستر رله، لیمیت سوئیچ و ترانسمیتر موقعیت |
انواع شیر کنترل
| نوع | ساختار حرکت | ویژگی اصلی | کاربرد قابل‌بررسی |
|---|---|---|---|
| گلوب | خطی | کنترل پایدار و امکان استفاده از تریم‌های متنوع | بخار، آب، گاز، مواد شیمیایی و سرویس‌های دارای اختلاف فشار |
| زاویه‌ای | خطی | تغییر جهت مسیر و امکان مدیریت بعضی سرویس‌های پرفشار یا فرسایشی | خطوط دارای محدودیت فضا، تخلیه و سرویس‌های مستعد فلشینگ |
| سه‌راهه | خطی یا چرخشی | ترکیب دو جریان یا تقسیم یک جریان میان دو مسیر | سیستم‌های گرمایش، سرمایش، اختلاط و انحراف جریان |
| پروانه‌ای | چرخشی | ساختار فشرده، وزن کمتر و ظرفیت عبور مناسب در سایزهای بزرگ | آب، هوا، گاز و خطوط فرایندی با دبی بالا |
| توپی V-Port یا سگمنتی | چرخشی | ظرفیت عبور بالا و امکان کنترل سیالات غلیظ یا دارای ذرات | صنایع کاغذ، شیمیایی، دوغاب و خطوط عمومی فرایندی |
| پلاگ خارج از مرکز | چرخشی | کنترل مناسب همراه با کاهش تماس سیت در زمان حرکت | سیالات آلوده، ذرات معلق و بعضی سرویس‌های فرسایشی |
روش‌های راه‌اندازی
| نوع اکچویتور | نحوه عملکرد | مزیت اصلی | نکته انتخاب |
|---|---|---|---|
| دیافراگمی پنوماتیک | حرکت با فشار هوای ابزار دقیق | ساختار ساده و امکان استفاده از فنر برگشت | فشار هوای موجود، کورس و نیروی لازم بررسی شود |
| پیستونی پنوماتیک | حرکت پیستون با هوای فشرده | امکان ایجاد نیروی بیشتر و عملکرد یک‌طرفه یا دوطرفه | حجم هوا، سرعت عملکرد و تجهیزات جانبی اهمیت دارند |
| الکتریکی | حرکت توسط موتور و مکانیزم انتقال نیرو | مناسب برای محل‌های فاقد هوای ابزار دقیق | نسخه انتخابی باید قابلیت کنترل تدریجی داشته باشد |
| هیدرولیکی یا الکتروهیدرولیکی | استفاده از فشار سیال هیدرولیک برای ایجاد حرکت | نیروی خروجی بالا برای سرویس‌های خاص | واحد قدرت، سرعت، ایمنی و نگهداری سیستم بررسی شوند |
مشخصه‌های جریان
| مشخصه | رفتار عمومی | کاربرد قابل‌بررسی |
|---|---|---|
| Equal Percentage | با هر افزایش مساوی در کورس، درصد مشخصی به ظرفیت عبور قبلی اضافه می‌شود | فرایندهایی با تغییرات زیاد دبی یا اختلاف فشار متغیر |
| Linear | تغییر ظرفیت عبور تقریباً متناسب با تغییر کورس ولو است | مدارهایی با اختلاف فشار نسبتاً ثابت و نیاز به پاسخ خطی |
| Quick Opening | بخش زیادی از ظرفیت عبور در ابتدای حرکت ایجاد می‌شود | قطع‌و‌وصل سریع و کاربردهایی که به کنترل تدریجی دقیق نیاز ندارند |
مشخصه ذاتی تریم با رفتار واقعی تجهیز در خط یکسان نیست. افت فشار لوله، پمپ، مبدل، اتصالات و سایر اجزای سیستم می‌تواند مشخصه نصب‌شده را تغییر دهد.
وضعیت ایمن هنگام قطع انرژی
| وضعیت | رفتار هنگام قطع انرژی | نمونه کاربرد |
|---|---|---|
| Fail Close | مسیر سیال بسته می‌شود | جلوگیری از ورود سوخت، ماده خطرناک یا جریان اضافی به فرایند |
| Fail Open | مسیر سیال باز می‌ماند | حفظ جریان آب خنک‌کننده یا جلوگیری از افزایش خطرناک دما |
| Fail in Place | ولو در موقعیت نزدیک به آخرین وضعیت باقی می‌ماند | فرایندهایی که باز یا بسته‌شدن کامل می‌تواند اختلال بیشتری ایجاد کند |
وضعیت ایمن یک انتخاب عمومی و ثابت نیست. تحلیل خطر فرایند، جهت جریان، عملکرد فنر، نوع اکچویتور و تجهیزات جانبی مشخص می‌کنند که مجموعه هنگام قطع برق یا هوای ابزار دقیق چه رفتاری داشته باشد.
پدیده‌های موثر بر عملکرد
| پدیده | شرح | پیامد احتمالی |
|---|---|---|
| کاویتاسیون | حباب بخار در افت فشار شکل می‌گیرد و پس از بازیابی فشار فرو می‌ریزد | صدا، لرزش، خوردگی موضعی و آسیب تریم |
| فلشینگ | مایع پس از عبور از ولو به بخار تبدیل می‌شود و در پایین‌دست بخار باقی می‌ماند | افزایش سرعت، فرسایش بدنه و آسیب مسیر خروجی |
| صدای آیرودینامیکی | افت فشار و سرعت بالای گاز یا بخار، انرژی صوتی تولید می‌کند | صدای زیاد، لرزش و فشار مکانیکی بر لوله‌کشی |
| فرسایش | ذرات جامد یا سرعت بالای سیال، سطوح داخلی را تخریب می‌کنند | کاهش عمر تریم، تغییر ظرفیت و افت کیفیت آب‌بندی |
| اصطکاک و Stiction | پکینگ یا قطعات متحرک مانع حرکت نرم و یکنواخت می‌شوند | نوسان فرایند و تاخیر در پاسخ مجموعه |
عملکرد شیر کنترل در سرویس‌های دارای اختلاف فشار زیاد، بخار، گاز فشرده یا سیالات آلوده به انتخاب صحیح تریم وابسته است. تریم کم‌صدا، چندمرحله‌ای، ضدکاویتاسیون یا مقاوم به سایش باید فقط براساس شرایط محاسبه‌شده پروژه انتخاب شود.
برندهای مطرح تولیدکننده شیر کنترل
| برند | کشور مبدا | گروه محصولات | کاربردهای متداول |
|---|---|---|---|
| SAMSON | آلمان | ولوهای گلوب، سه‌راهه، روتاری، اکچویتور و تجهیزات کنترلی | شیمیایی، نفت و گاز، نیروگاه، بخار و فرایندهای عمومی |
| Fisher | آمریکا | ولوهای خطی، زاویه‌ای، روتاری و تجهیزات Severe Service | پالایشگاه، پتروشیمی، نیروگاه و صنایع فرایندی |
| Masoneilan | آمریکا | ولوهای خطی، روتاری، توپی و تجهیزات موقعیت‌دهی | نفت و گاز، شیمیایی، انرژی و سرویس‌های صنعتی |
| Valtek | آمریکا | ولوهای گلوب، زاویه‌ای و روتاری همراه اکچویتورهای پیستونی | سرویس‌های عمومی، پرفشار و فرایندهای حساس |
| Neles | فنلاند | گلوب، سگمنت، پروانه‌ای، توپی و پلاگ خارج از مرکز | پالایشگاه، پتروشیمی، کاغذ، گاز و سیالات دارای ذرات |
| KOSO | ژاپن | ولوهای خطی و چرخشی برای سرویس‌های فرایندی | شیمیایی، نفت و گاز، نیروگاه و خطوط صنعتی |
| Spirax Sarco | بریتانیا | ولوهای گلوب و تجهیزات کنترل فشار و دمای بخار | شبکه بخار، کندانس، گرمایش و فرایندهای حرارتی |
| Bürkert | آلمان | ولوهای فرایندی، گلوب، زاویه‌ای و راهکارهای کنترلی فشرده | آب، غذایی، دارویی، آزمایشگاهی و خطوط اتوماتیک |
برندهای مطرح پوزیشنر و اکچویتور
| برند | کشور مبدا | محصولات شاخص | حوزه استفاده |
|---|---|---|---|
| Siemens | آلمان | پوزیشنرهای دیجیتال خانواده SIPART | اکچویتورهای پنوماتیکی خطی و چرخشی |
| Fisher | آمریکا | کنترل‌کننده‌های دیجیتال FIELDVUE | کنترل موقعیت و پایش عملکرد مجموعه‌های پنوماتیکی |
| SAMSON | آلمان | پوزیشنر، اکچویتور و تجهیزات جانبی ولو | راهکارهای یکپارچه برای ولوهای خطی و روتاری |
| ABB | سوئیس | پوزیشنرهای دیجیتال خانواده TZIDC و PositionMaster | اکچویتورهای خطی و چرخشی در صنایع فرایندی |
| Neles | فنلاند | کنترل‌کننده‌های هوشمند خانواده ND | ولوهای خطی، سگمنتی، توپی و پروانه‌ای |
| Azbil | ژاپن | پوزیشنرهای هوشمند برای حرکت خطی و چرخشی | کنترل موقعیت و عیب‌یابی در واحدهای صنعتی |
| Rotork | بریتانیا | اکچویتورهای الکتریکی، پنوماتیکی و هیدرولیکی | کنترل تدریجی و قطع‌و‌وصل ولوهای صنعتی |
| DONJOY | چین | پوزیشنر و تجهیزات اتوماسیون ولو | خطوط بهداشتی، غذایی و فرایندی |
کاربردهای صنعتی شیر کنترل
| صنعت یا فرایند | وظیفه کنترلی | موارد مهم برای بررسی |
|---|---|---|
| نفت، گاز و پالایشگاه | تنظیم جریان، فشار، سطح و دمای سیالات فرایندی | کلاس فشار، نشتی مجاز، مواد بدنه، انتشار فرار و شرایط اضطراری |
| پتروشیمی و شیمیایی | کنترل مواد خورنده، حلال‌ها، گازها و بخارات | سازگاری شیمیایی، پکینگ، خوردگی، کاویتاسیون و فلشینگ |
| نیروگاه و بخار | کنترل بخار، آب تغذیه، کندانس و دمای فرایند | دما، اختلاف فشار، صدا، سرعت سیال و طراحی تریم |
| آب و فاضلاب | تنظیم دبی، فشار و سطح مخازن | خوردگی، ذرات معلق، نوع بدنه و سهولت نگهداری |
| غذایی و دارویی | کنترل سیالات فرایندی، آب خالص و بخار تمیز | طراحی بهداشتی، قابلیت شست‌وشو، متریال و تاییدیه‌های پروژه |
| کاغذ، معدن و دوغاب | مدیریت جریان‌های دارای الیاف یا ذرات جامد | مسیر عبور، مقاومت سایشی، احتمال گرفتگی و سرویس‌پذیری |
| سرمایش و گرمایش | تنظیم آب سرد، آب گرم، بخار و سیالات حرارتی | ظرفیت عبور، مشخصه جریان، دامنه تغییر بار و نوع اکچویتور |
معیارهای مهم انتخاب شیر کنترل
برای انتخاب شیر کنترل باید اطلاعات فرایندی در حالت حداقل، عادی و حداکثر مشخص شوند. انتخاب صرفاً براساس سایز لوله می‌تواند به بزرگ‌شدن بیش از نیاز ولو، کنترل ناپایدار، حرکت محدود تریم یا استهلاک زودهنگام منجر شود.
- نوع، ترکیب و حالت سیال
- حداقل، دبی عادی و حداکثر جریان
- فشار ورودی و فشار خروجی در شرایط مختلف
- دمای کاری و طراحی
- چگالی، فشار بخار یا اطلاعات تراکم‌پذیری سیال
- سایز خط، کلاس فشار و نوع اتصال
- ظرفیت عبور و محدوده کنترل موردنیاز
- نوع بدنه و مشخصه جریان
- متریال بدنه، تریم، سیت و پکینگ
- احتمال کاویتاسیون، فلشینگ، فرسایش یا صدای زیاد
- کلاس نشتی و الزام قطع جریان
- نوع اکچویتور و منبع انرژی موجود
- وضعیت ایمن هنگام قطع برق یا هوای ابزار دقیق
- نوع سیگنال و پروتکل ارتباطی
- شرایط محیطی و الزامات نصب در ناحیه خطرناک
- محدودیت فضا، جهت نصب و دسترسی برای تعمیرات
برای بررسی مدل جایگزین یا تامین قطعات، بهتر است نام سازنده، مدل کامل، سایز، کلاس فشار، متریال، مشخصات اکچویتور، کد پوزیشنر و تصویر پلاک تجهیز ارسال شود.
