در صنعت موارد زیادی هستند که وجود آن ها در سیستم امری واجب و ضروری است. این تجهیزات در صورت امکان کار صنایع مختلف را ساده تر میسازند و اگر نباشند ممکن است اتفاقات غیرمنتظره ای در فرآیند کاری دستگاه ها اتفاق بیوفتد. یکی از این تجهیزات شیر کنترل جریان یا Flow Control Valve می باشد که کار مهمی را در مصارف صنعتی انجام می دهد.

برای آشنایی با این شیر ها در پایان این مطلب با ما همراه باشید!

 

 

شیر کنترل جریان چیست؟

شیر کنترل جریان وسیله‌ ای است که برای تنظیم و کنترل دبی و فشار سیال در سیستم‌ های هیدرولیکی و گازی طراحی شده است. این شیر ها می‌ توانند عملکرد On/Off یا آنالوگی داشته باشند و به کنترل مقاومت در برابر جریان روغن کمک می‌ کنند.

شیر های کنترل جریان با تنظیم میزان عبور سیال در سیستم‌ های هیدرولیکی به مقاومت در برابر جریان روغن کمک می‌ کنند. این شیرها در مدار قرار گرفته و زمانی که نیاز به مقاومت نباشد مانند یک لوله عمل می‌ کنند. اما زمانی که مقدار باز شدن در مجرای آن شروع شود، به تدریج افزایش مقاومت و در نتیجه فشار ورودی نیز سیر صعودی گرفته و هنگامی 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 به این معنا که مقاومت بیشتر شود، دبی کمتری از شیر کنترل جریان عبور نموده و فشار مدار نیز بیشتر می شود. در نتیجه مقدار روغن بیشتری به مخزن روغن تخلیه می گردد.

فلوکنترل ها به منظور تنظیم میزان عبور سیال به نقاط مختلف سیستم هیدرولیک مورد استفاده قرار می گیرند. در شیر های کنترل جریان، کوچک‌ تر شدن مسیر عبور سیال نیز باعث افزایش فشار در مجرای ورودی شیر می گردد. در نهایت به دلیل این افزایش فشار، شیر محدود کننده فشار باز شده و در نهایت تقسیم اندازه جریان اتفاق می‌ افتد.

نکته :

قابل ذکر است، منظور از تقسیم جریان این است که قسمتی از جریان بر اثر مقاومت شیر کنترل جریان، به وسیله شیر محدود‌ کننده فشار، به مخزن فرستاده می‌ شود. بعد از این اتفاق میزان زیادی از انرژی هدر می‌ رود که برای حفظ آن از پمپ‌ هایی که جریان آن‌ ها قابل تنظیم است، استفاده می‌ شود.

در ادامه برای درک بهتر مفهوم نقش شیر های کنترل جریان در یک مدار هیدرولیک پیشنهاد می گردد به مدار زیر دقت کنید.

ساختمان/اجزاء شیر کنترل جریان

اجزاء شیر های کنترل جریان نیز شامل : بدنه ی شیر، جسمی برای کنترل روزنه، آب بندی روزنه، شیر یک طرفه و فنر هستند که در ادامه مقاله به توضیح هر کدام می پردازیم.

• بدنه ی شیر

در شیرهای هیدرولیک بدنه می تواند از چدن مقاوم یا فولاد ریخته گری ساخته شود. همان قدر که صافی بیرون بدنه ی شیرکنترل جریان آن چنان اهمیت ندارد ولی صافی سطح درونی بسیار مهم است به دلیل آن که سطح داخلی شیر باید کاملا آب بند و بدون نشت باشد.

• جسمی برای کنترل روزنه (سوزن)

کنترل روزنه می تواند با جسمی به شکل سوزنی انجام شود و به این ترتیب می تواند به راحتی روزنه ی شیر را تحت کنترل قرار داده و اندک اندک آن را باز یا بسته کند. معمولا جنس این عنصر از فولاد سخت آبکاری شده است. برای دسترسی آسان به تنظیم فاصله ی این مهار یک پیچ قرار داده شده است و برای باز کردن این روزنه باید آن را در جهت پادساعتگرد بچرخانیم.

• آب بندی روزنه (اورینگ – واشر)

همانطور که از نام آنها پیدا است، این آب بندها به منظور جلوگیری از نشت سیال بین بدنه و ساقه ی عنصر مهار روزنه مورد استفاده قرار می گیرند. سیال درون شیر پرفشار است و در صورت نشتی به سیستم آسیب میرسد، به همین دلیل آب بندی بسیار دارای اهمیت است. این آب بندها میتوانند شکل ها و جنس های متفاوتی داشته باشند. این روزنه ها نیز می توانند از جنس لاستیک ها، مواد مصنوعی، آزبست اشباع شده با گرافیت و غیره باشند. قابل ذکر است که آب بند ها نیز می توانند به شکل اورینگ، حلقه ی چهاربر، حلقه ی جناغی، گره ای و غیره که به عنوان نگهدارنده در نشیمن ها استفاده می شوند، باشند.

• شیر کنترل جریان یک طرفه

شیرهای کنترل جریان یک طرفه برای فراهم کردن امکان جریان آزاد سیال در یک جهت در شیر کنترل جریان، لازم و ضروری است داخل شیر، شیر یک طرفه نیز وجود داشته باشد. شیر های یک طرفه باید بدون هیچ نشت در نشیمن خود قرار بگیرند، زیرا در غیر این صورت به کارگیری آن بی فایده است.

• فنر

در شیر کنترل جریان یک طرفه از فنر به منظور نشاندن اجزای شیر یک طرفه روی نشیمن استفاده می شود. زمانی که فشار وارد شده به شیر یک طرفه برداشته شود، فنر کمک می کند که مسیر شیر به سرعت بسته شود.

 

 

مشخصات مهم در شیر کنترل جریان

موارد زیر از اساسی ترین مشخصاتی است که توسط سازندگان هیدرولیکی برای شیر کنترل جریان ارائه می شود :

• حداکثر فشار مجاز
• ماکزیمم جریان (دبی) مجاز
• مشخصات سیال ورودی که شامل نوع سیال، دبی، افت فشار و ویسکوزیته آن می شود.
• ابعاد فیزیکی
• روش نصب
• جهت ورودی و خروجی شیر

شماتیک زیر نماد شیر کنترل جریان می باشد.

انواع شیر های کنترل جریان

در ادامه به بررسی مهم‌ ترین انواع شیر های کنترل جریان و عملکرد آن‌ ها نیز می پردازیم :

• شیر های سوزنی (Needle valve) :

ساده‌ ترین نوع شیر های کنترل جریان، شیر سوزنی می باشد که معمولا از جنس فولاد ضد زنگ (stainless steel) ساخته می‌ شود. ساختمان شیر های سوزنی بسیار ساده بوده و اغلب به صورت دستی عمل می‌ کنند و برای باز و بسته کردن مسیر عبور جریان به کار می‌ روند.

اندازه‌ ی گذرگاه ورودی، به سادگی با چرخاندن یک پیچ که سوزن در انتهای آن قرار دارد، تنظیم می‌ گردد. در صورتی که شیر کاملا باز باشد (تصویر سمت چپ)، جریان سیال بدون محدودیت عبور می‌ کند اما اگر شیر کاملا بسته باشد (تصویر سمت راست)، هیچ جریانی از آن عبور نمی‌ کند. گاهی ممکن است نیاز به محدود کردن شدت جریان عبوری در سیستم باشد، در این حالت می‌ توان شیر سوزنی را در حالت نیمه باز تنظیم کرد تا جریان عبوری از شیر محدود شود.

دراین نوع شیر ها یک افت فشار بین دو طرف شیر به وجود می آید که متناسب با اندازه‌ ی گذرگاه است. هرچه اندازه‌ ی گذرگاه تنگ تر شود، افت فشار در شیر بیشتر خواهد بود. قابل ذکر است که شدت جریان عبوری از شیر نیز متناسب با افت فشار خواهد بود.

جهت نصب این شیرها بسیار دارای اهمیت است. در صورتی که به هنگام نصب شیر، جهت عبور سیال در مدار رعایت شود از وارد آمدن فشار به پیچ تنظیم (stem)، درحالی که شیر بسته شده، جلوگیری می‌ شود. اما در بیشتر مدار های کاربردی، از ترکیب شیر کنترل جریان با شیر یک طرفه نیز استفاده می‌ شود. چنین شیری عبور جریان از هر دو جهت را تحت کنترل دارد.

 

 

 

 

 

• شیر های حساس به تغییرات فشار ( Pressure compensated flow control valve) :

در این نوع شیر ها، اندازه گذرگاه به طور اتوماتیک نسبت به تغییرات فشار، تغییر می‌ کند. در این شیر ها یک مغزی توازن تعبیه شده است که به صورت فنری عمل می‌ کند. این مغزی هنگامی که فشار مسیر ورودی بیشتر از فشار مسیر خروجی باشد، سطح گذرگاه سیال را کاهش می‌ دهد. قابل ذکر است که زمانی که این شیر تنظیم شود، قسمت توازن به نحوی عمل می‌ کند که اختلاف فشار در طرفین شیر را در میزان ثابتی نگه دارد.

نحوه عملکرد

در این شیر دو مغزی اصلی و توازن وجود دارد که پیچ تنظیم، وضعیت مغزی اصلی را کنترل می‌ کند. قابل ذکر است که وضعیت مغزی اصلی نیز در واقع تعیین کننده اندازه‌ ی گذرگاه خروجی شیر می باشد. فشار مسیر ورودی شیر، از طریق مسیر پیلوت A به سمت چپ مغزی توازن انتقال می یابد. فشار مسیر خروجی شیر، از طریق مسیر پیلوت B به سمت راست مغزی توازن نیز منتقل می‌ گردد.

وجود فنر در پشت مغزی توازن باعث می‌ شود که این مغزی به طور کامل به طرف چپ رانده شود. در این وضعیت در واقع مغزی توازن، مسیر را کاملا باز نگه داشته است. در صورتی که فشار در مسیر ورودی شیر نسبت به مسیر خروجی افزایش یابد (یعنی افت فشار روی شیر زیاد شود)، مغزی توازن مقداری به راست جا به‌ جا شده و فنر را می‌ فشارد.

نتیجه :

افت فشار بر روی شیر و شدت جریان عبوری از شیر نیز تقریبا ثابت می‌ ماند. انواع دیگری از شیر های حساس به تغییرات فشار نیز وجود دارد. در بعضی از موارد به جای مغزی اصلی از یک پیچ سوزنی استفاده می‌ کنند اما کارکرد آن ها مشابه یکدیگر است.

 

اجزاء شیر های حساس به تغییرات فشار

در ادامه به معرفی اجزاء شیر های حساس به تغییرات فشار نیز می پردازیم :

1. پیستون جبران کننده
2. اوریتس قابل تنظیم
3. عنصر حساس به دما
4. مغزی توازن
5. مسیر پیلوت A
6. مغزی اصلی
7. پیچ تنظیم
8. مسیر تخلیه
9. فنر توازن
10. مسیر پیلوت B

 

 

 

 

• شیر های حساس به تغییرات دما (Temperature compensated flow control valve) :

عامل دیگری که ممکن است شدت جریان عبوری از یک فلو کنترل ولو را تحت تاثیر قرار دهد تغییرات دما می باشد، چرا که ویسکوزیته‌ ی سیال با افزایش دما، کاهش یافته و درنتیجه سیال رقیق‌ تر می‌ شود. با توجه به اینکه سیال رقیق راحت‌ تر از از گذرگاه تنگ شده عبور می‌ کند، با افزایش حرارت، شدت جریان عبوری از شیر کنترل جریان نیز افزایش می‌ یابد.

به منظور پیش‌ گیری از این ایراد شیر های کنترل حساس به دما نیز ساخته شده‌ اند. در این نوع شیر ها، قطعه‌ ای که به دما حساس است، وجود دارد که در صورت افزایش حرارت سیال، اندازه‌ ی گذرگاه ورودی سیال را کاهش می دهد.

شیر های گلویی

در صورتی که مقاومت شیر ثابت بماند نرخ جریان عبوری از گلویی به اختلاف فشار دو طرف آن بستگی دارد. به بیان دیگر می توان گفت شیر های گلویی و سوزنی در برابر جریان مقاومت می نمایند که این مقاومت بستگی به سطح مقطع عبور سیال در شیر، شکل هندسی مجاری شیر و ویسکوزیته سیال دارد. هنگامی که سیال هیدرولیک از عامل ایجاد مقاومت در برابر جریان عبور می کند، افت فشار ناشی از اصطکاک و افزایش جریان سرعت نیز به وجود می آید.

قابل ذکر است که در شیر های گلویی جریانی که از گلویی عبور می کند، به اختلاف فشار دو طرف آن بستگی دارد. به عبارت دیگر هر چه اختلاف فشار دو طرف گلویی بیشتر باشد جریان بیشتری از گلویی عبور می کند. شیر های گلویی به دو دسته زیر نیز تقسیم می شوند :

1. وابسته به ویسکوزیته
2. مستقل از ویسکوزیته

 

1) شیر کنترل جریان وابسته به فشار و وابسته به فشار روغن که هرگاه تغییرات سرعت در مدار دارای اهمیت نباشد، مورد استفاده قرا می گیرد.

 

2) شیر کنترل جریان وابسته به فشار و مستقل از ویسکوزیته روغن که هرگاه اهمیت مدار در سرعت یکنواخت باشد، مورد استفاده قرار می گیرد.

 

در صورت کم بودن طول گلویی، گرمای کمتری ناشی از اصطکاک بین ذرات سیال و دیواره گلویی به وجود می آید و باعث می شود که عبور جریان از گلویی باعث تغییرات ویسکوزیته نشود. از شیر های گلویی در مدار هایی که در آنها میزان بار ثابت است و یا تغییرات بار مهم نبوده و تاثیر منفی در عملکرد سیستم ندارد استفاده می کنند؛ به عنوان مثال بالابر های هیدرولیک.

 

شیر های گلویی قابل تنظیم

شیر های گلویی قابل تنظیم، به عنوان یک مقاومت هیدرولیکی نیز عمل می کنند. به وسیله این شیر می توان سرعت پیستون و شدت جریان حجمی را تحت تاثیر قرار داد. برتری این شیر با نوع ثابت آن در این است که روغن فشرده شده ای که از طریق گلوگاه خارج می شود، توسط پیچ قابل تنظیم می باشد. به عبارت دیگر می توان گفت با افزایش سطح گلوگاه، جریان بیشتری عبور کرده و با کم شدن سطح گلوگاه جریان کمتری عبور می نماید.

قابل ذکر است که در این نوع شیر مانند نوع ثابت آن شدت جریان حجمی موجود در این قسمت از مدار کمتر از مقدار تولیدی پمپ خواهد بود.

مقدار جریان حجمی که از شیر گلویی قابل تنظیم در ارتباط با شیر محدود کننده فشار عبور می کند، به بزرگی گلوگاه شیر و نیز غلظت و اختلاف فشار در شیر گلویی وابسته می باشد. به طور کل می توانیم بگوییم که مقدار جریانی که از شیر گلویی قابل تنظیم عبور می کند، بستگی شدید به فشار و ویسکوزیته دارد.

نکته :

• وابستگی به فشار بدین معنا است که اختلاف فشاری که در اثر مقطع گلوگاه پیش می آید، موجب تغییر شدت جریان حجمی تنظیم شده در شیر می گردد.
• وابستگی به ویسکوزیته (غلظت) بدین معنا است که در اثر حرارت، غلظت مایع فشرده تغییر پیدا کرده و در نتیجه شدت جریان حجمی آن نیز تغییر می کند.

کاربرد شیر گلویی قابل تنظیم

به دلیل آن که دقت ثابت بودن شدت جریان حجمی در این نوع شیرها به اختلاف فشار و غلظت آن نیز بستگی دارد. در نتیجه از شیرهای گلویی قابل تنظیم در سیستم های هیدرولیکی زمانی استفاده می کنیم که دقت شدت جریان حجمی مورد نظر نباشد.

 

 

 

 

 

 

 

 

شما می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر، استعلام موجودی و قیمت دقیق و همچنین خرید و ثبت سفارش محصولات با همکاران ما فروشگاه شهر پنوماتیک ارتباط حاصل نمایید و راهنمایی های لازم را اخذ کنید.