کنترل ولو
شیرهای کنترلی (control valves)
حافظه های کنترلی چیست؟
سیستم ها و تجهیزات فرایندی (process plants) دارای حلقه های کنترلی (control loops) زیادی هستند که به صورت شبکه بهم متصل شده اند، تا بتوانند کل فراین را تخت کنترل داشته و در نهایت یک محصول مناسب تولید نمایند.
هریک از این حلقه های کنترل برای نگهداشتن یک متغیر فرآیند نظیرفشار، جریان سطح سیال و ازاین قبیل، در محدوده تغییرات مجاز طراحی شده اند تابدین وسیله بتوتن اطمینان داشت مراحل فرایند به درستی طی میشود در هریک ازاین حلقه های کنترل آشفتگهایی (Disturbances) از داخل و یادر اثر عوامل خارجی، پدید می آیند که می تواند متغیرهای فرایند را تحت تاثیر قراردهد و از طرفی ممکن است در حلقه های کنترلی متصل بهم، روند فرآیند را از حالت صحیح خارج نماید.
برای کاهش اثر این شگفتیها، از سنسورها (sensors) و ارسال کننده هایی (Transmitter) استفاده شود که میتوانند اطلاعات مختلفی درباره ی متغیرهای فرآیند را جمع آوری کرد و به واحد کنترل ارسال کنند تا در آنجا با اطلاعات مرجع با مقادیر تنظیمی (Transmitter) استفاده می شود که می توانند اطلاعات مختلفی درباره متغیرهای فرآیند را جمع آوری کرده و به واحد کنترل ارسال کنند تا در آنجا با اطلاعات مرجع با مقادیر تنظیمی (set points) مقایسه شوند. واحد کنترل (controller) پس از مقایسه این اطلاعات و پردازش آنها تصمیم می گیرد که چه کاری باید انجام شود تا متغیرهای فرآیند، پس از برخورد با یک آشفتگی، دوباره به حالت عادی خود بازگردند. پس از آنکه همه اندازه گیریها، مقایسه و محاسبات توسط واحد کنترل انجام شد.
لازم است یک قطعه کنترل نهایی (Final control element) تصمیم اتخاذ شده توسط واحد کنترل را در سیستم اجرا نمایدورایج ترین قطعات کنترل نهایی که در سیستمهای فرآیند به کار می روند، شیرهای کنترل هستند. شیر کنترل با کنترل و تنظیم جریان سیال، که ممکن است گاز، بخار، آب بایک محلول شیمیایی باشد، به مقابله با آشفتگی رفته و سعی می کند متغیر فرآیند را تا حد امکان به نتقطه تنظیمی اولیه باز گرداند.
تعریف شیرهای کنترل
مطابق تعریف مندرج در استاندارد ISA-S75.05 شیر کنترل وسیله است که با اعمال نیرویی غیر از نیروی دست، عمل کرده و میزان جریان سیال را در یک سیستم فرآیندی تنظیم میکند.
شیرکنترل شامل یک شیر است که به یک مکانیزم محرکه (actuator) که توانای تغییر عنصر کنترل کننده سیال را دارد، دریافت میشود.
شیر کنترل نقش مهم و اساسی در یک صنعت فرآیندی ایفا می نماید و قسمت زیادی از هزینه های خرید قطعات و دستگاهها در صنایع مربوط به شیرکنترل و سیستمهای جانبی آن می باشد .
شیر کنترل (control valve)، شدت جریان عبوری را تنظیم می کند این کار با تغییر وضیت دیسک با توپی (pluge) شیر در اثر نیروی اعمالی از طرفاز طرف عملگر (Actuator) انجام میشود. برای آن که شیرکنترل بتواند کار خود را به خوبی انجام دهد، باید شرایط زیر برقرار باشد:
• شیر نباید نشتی (Leakage) به بیرون داشته باشد.
• شیر باید ظرفیت (capacity) کافی برای کار مورد نظر را داشته باشد.
• شیر باید بتواند اثرات ناشی از فرسایش، خورندگی و حرارت سیال عبوری و دیگر اجزای سیستم را تحمل کند.
• شیر باید محلهای اتصال مناسبی با لوله های متصل به آن و برای نصب عملگر و دیگر تجهیزات جانبی را داشته باشد، تا بتوان از عبور مناسب سیال و همچنین از انتقال حرکت صحیح از عملگربه میله، شیر اطمینان داشت.
تاریخچه شیر کنترل
استفاده از شیر کنترل حداقل به زمان رومیان یعنی زمانی که آنها از شیرهای سماوری برنز استفاده می کردند برمیگردد. ولی استفاده از شیرکنترلاتوماتیک ابتدا توسط جیمز وات در اواخر قرن 18 میلادی صورت گرفت. وی در ماشین بخار خود، جهت کنترل سرعت، از شیرهای کنترل استفاده نمود.
اجداد شیرهای کنترل امروزی در قرن نوزدهم میلادی همزمان با کاربرد بیشتر بخار گسترش یافتند. در اواخر قرن نوزدهم رگلاتورهای فشار و ارتفاع (contained self-) به بازار آمدندو در سال1880، ویلیام فیشر (Wiliam fisher) – مهندسی در ایالت آیوای آمریکا – در پی راهی جهت کنترل فشار خروجی پمپهای آب آتش نشانی بود. با تلاش وی تنظیم کننده هایی(governor) جهت چمچها ساخته شد و پس از آن شرکت Fisher تاسیس گردید. در سال 1970 این تنظیم کننده ها (governor) در نیروگاههای ایالات متحده، کانادا و انگلیس نصب شدند.
در سال 1882 آقای ویلیام ماسون (Wiliam Mason) شرکت ماسون رگولاتور را تاسیس نمود. این شرکت در قسمتی از شهر بوستون از ایالت ماساچوست قرار داشت. وی سپس تنظیم کننده های دیگری را برای کشتی های بخار تولید نمود.در سال 1890 رگلاتورها در کشتیهای نیروی دریایی آمریکا مورد استفاده قرار گرفتند. شرکتهای دیگری نیز در اواخر قرن نوزدهم جهت ساخت شیرکنترل شروع به کنترل نموند. بارشد صنایع نفت و گاز نیاز به رگلاتورهای بزرگ بیشتر گردید، بنابراین رگلاتورهای عمل کننده با پایلوت به بازار عرضه شدند.
در سالهای 1920 و 1930 شرکت هانلون- وانرز (Hanlon- Waters) ابداعاتی در زمینه ساخت شیرهای کنترل به عمل آورد.این کشور درایالت اوکلاهمای آمریکا قرار داشت. تا سال 1930 جهت تعیین سایز شیرهای کنترل از نمودارهای شرکت Fisher استفاده می شد تا این که اقای راکول(Ralph Rockwell) و دکتر ماسون از شرکت فاکس برو (faxboro) فرمولهایی را جهت تعیین اندازه شیرهای کنترل ارائه نمودند.در فرمولهای اولیه اثری از C7 نبود.
در سالهای 1943 تا 1945 شرکت Nation Stream CLUB شروع به استانداردسازی جهتابعاد شیرهای کنترل نمود. استاندارسازی نهایتا به وسیله گروهی متشکل از Ralph Rockwell و شرکت Mason- Neilan و … نمود.
اولین نوع شیرهای Rotart در سال 1930 توسط Mason-Neilan ساخته شد.در سال 1954 شیرهای ازنوع ساندرز (Saunders) و پروانه ای (Butterfly) تولید شد. در بین سالهای 1980 و 1995 شیرهای هوشمند (Smart valve) گسترش یافتند.شیرهای هوشمند شیر هایی هستند که نرانسمیترهای هوشمند در Positioner های خود استفاده نمودند.
تعاریف و اصطلاحات در شیرکنترل
• Actuator
قسمتی از شیر که به وسیله جریان الکتریکی یا فشار سیال به عضو مسدودکننده شیر نیرو و حرکت وارد می کند.
• Air set
به آن Supply Pressure Regulator نیز می گویند و وسیله ای است که جهت کاهش فشار هوای واحد، برای استفاده در Positioner و دیگر وسایل کنترل استفاده میشود. معمولا فشار حدود 20-35 psi می باشد.
• A7
ضریب جریان شیر در سیستم بین الملل (SI)AV=2.4*10-5CV
:ANSI Classمعرف و نمایشگر میزان تحمل شیر در اثر فشار سیال می باشد برای این منظورجداولی توسط انجمن مهندسین مکانیک امریکا برای هر آلیاز تهیه شده که در آن جداول، حداکثر فشاری که شیر می تواند در هردمای بخصوص تحمل نماید، درج شده است. معمولا از کلمه Class و یک عدد جهت نمایش ANSI Class استفاده می شود.
• Body:بدنه شیر، اصلی ترین بخش شیر بوده که تحت فشارمی باشداین قسمت شامل اتصالات به لوله (Connecting end) و مسیر جریان جریان می باشد این قسمت هم چنین محل لازم برای Seat و Plug را فراهم می آورد ( نشیمنگاه و بندآور).
• Booster:تقویت کننده یک رله نیوماتیک نیوماتیک است که جهت تاخیر زمانی (Lag Time) در مدارهای نیوماتیک به وسیله تولید سیگنالهای خروجی ، حجم بالا و یا فشار بالااستفاده می شود. از این وسیله می توان به عنوان تقویت کننده حجم (Volume Booster) و یا تقویت کننده فشار، استفاده می شود.
• Bonnet:ساقه، قسمتی از شیر است که میله شیر (stem) درآن حرکت می کند و به عنوان یک هدایت کننده (Guide) برای میله شیر می باشد. ساقه شیر همچنین دربرگیرنده جعبه اب بندها می باشد. ساقه می تواند یکپارچه، پیچی یا فلنجی باشد.
• Cage:سیلندر مانند توخالی است که از تریم شیر محسوب می گردد. از این عضو می توان به عنوان یک هدایت کننده جهت هداین بندآور بر روی نشیمنگاه استفاده نمود.در بعضی از انواع شیرها، cage ممکن است دارای حفره با شکلهای مختلف باشد که خصوصیات جریانی شیر را کنترل کند. Cage همچنین می تواند به کاهنده سرو صدا و پارازیت(Nolse) و نیز به عنوان یک وسیله ضد کاویتاسون (Anti- Cavitation) استفاده شود.
• Control Valve Gain:رابطه بین حرکت و میزان جریان عبوری از شیر که به وسیله منحنی هایی در روی یک نمودار مشخصه شیر بیان می شود.
Valve Gain- Kv
——————————— = تغییر در جریان
شیب منحنی مشخصه شیر
شیب منحنی مشخصه شیر = Kv
• Diaphragm:عضو انعطاف پذیری است که نسبت به فشار اعمال شده به آن واکنش نشان داده و نیرو را به صفحه دیافراگم و سپس میله شیر (steam) انتقال می دهد.
•High Recovery valve:طرحی از شیر که مقدارکمی از انرژی جریان را از دست می دهد و اغتشاش (Turbulency) کمی در جریان به وجود می آورد. در این شیرها فشار بعد از ناحیه Vena Contracta با درصد بالایی نسبت به مقدار اولیه آن بازیافت می شود. شیرهای Rotary از این دسته می باشند.
• Rangeability
Range مربوط به شیر کنترل بوده که در آن Range شیر، عمل کنترل را انجام می دهد که عبارت است از نسبت حداکثر به حداقل جریان کنترل شونده. دامنه پذیری شیر را معمولا در %10و %100حرکت شیر در نظر میگیرند.
منبع: https://eshopsanat.com/%DA%A9%D9%86%D8%AA%D8%B1%D9%84-%D9%88%D9%84%D9%88/
