شیرهای کنترل کننده جریان

شیرهای کنترل کننده جریان

وظیفه کنترل کننده های جریان، که معمولاً شیر کنترل جریان خوانده می شوند، عبارت است از کنترل یا تنظیم جریان عبوری از یک نقطه دلخواه در مدار. کنترل کننده جریان در واقع نوعی شیر است و می توان آن را با دریچه های هوای کانال هوا مقایسه کرد. اگر دریچه اندکی باز شود، مقدار کمی هوای گرم یا سرد وارد اتاق می شود، ولی اگر کاملا باز شود هوای زیادی به درون اتاق جریان می یابد. اندازه گشودگی دریچه می تواند از وضعیت بسته تا کاملا باز و در هر موقعیت دلخواه تنظیم شود.

شیر کنترل برای تنظیم سرعت حرکت پیستون در سیلندرهای قدرت و یا سرعت حرکت کشویی شیر فرمانده، که موجب تنظیم سرعت چرخش روی شیر زمانبندی (شیر تایمر) می شود، و یا تنظیم سرعت گردشی محور موتورهای سیالی به کار می رود. شیر کنترل جریان، جزء ساده ای در مدار است ولی نقش مهمی در سیستم های هیدرولیکی و پنوماتیکی بر عهده دارد.

از آنجایی که شیرهای کنترل جریان در هر دو شاخه هیدرولیک و پنوماتیک کاربرد فراوان دارند، در این فصل انواع مختلف شیرهای کنترل جریان که در صنعت به کار می روند بررسی می شوند. هر چند بسیاری از شیرهای پنوماتیک برای فشار کار تا ² Kg/cm 10 (psi 150) طراحی می شوند و می توان از آن ها در سیستم های روغنی کم فشار (تا psi 500) هم استفاده کرد، ولی بهتر است که از شیرهای کنترل جریان بادی در پنوماتیک و از شیرهای کنترل جریان روغنی در هیدرولیک استفاده شود.

انواع شیرهای کنترل جریان

شیرهای کنترل جریان به چهار گروه تقسیم می شوند:

1. پیش تنظیم (کنترل جریان در ورودی) (شکل 12-1)،
2. پیش تنظیم (کنترل جریان در خروجی) (شکل های 12-2، 12-3 و 12-4)،
3. پیش تنظیم دو جهته (کنترل جریان در دو جهت) (شکل 12-5)،
4. بیرون ریز (کنترل جریان به صورت تخلیه جریان اضافی) (شکل 12-1).

در شیرهای کنترل جریان پیش تنظیم جریان سیال پیش از رسیدن به دستگاه مورد نظر تنظیم و اندازه می شود (شکل 12-1) در شیرهای کنترل جریان پس تنظیم جریان سیال پس از ترک دستگاه مورد نظر اندازه و تنظیم می شود. شیر پیش تنظیم دو جهتی در هر دو جهت جریان سیال را تنظیم می کند (شکل 12-5).

بیشتر شیرهای پیش تنظیم در کنترل جریان هیدرولیک و بسیاری از شیرهای پس تنظیم برای کنترل جریان پنوماتیک 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.

شیرهای کنترل جریان به صورت به هم پیوسته با شیرهای قطع با راه انداز بادامکی هم ساخته می شوند. در این ترکیب، در حالت عادی و پیش از عملکرد بادامک، سیال آزادانه جریان می افتد و با فعال شد بادامک، جریان سیال به مسیر شیر کنترل هدایت می شود.

شیرهای کنترل جریان را با روزنه قابل تنظیم می سازند (شکل 12-6) که در آن سطح مقطع عبور سیال تغییر می کند و بنا به نیاز، بزرگ یا کوچک می شود و در نتیجه می توان مقدار سیال عبوری را تنظیم کرد. برتری به کارگیری این گونه شیرها این است که با تغییر مقطع روزنه شیر، می توان سرعت دستگاهی را که جریان سیال به آن وارد می شود به راحتی زیاد یا کم کرد. حتی برای عملکردی ثابت به دلیل تغییر بار دستگاه معمولاً بهتر آن است که بتوان جریان را به ازای بارهای گوناگون تنظیم کرد. مثلا شیر کنترل جریان می تواند سرعت پیشروی را به هنگام اره کردن الوار، بر حسب این که از چوب خشک و یا چوب تر و تازه باشد، تنظیم کند.

معمولاً در شیر کنترل جریان پیش تنظیم یا پس تنظیم، یک شیر یک طرفه موازی در بدنه شیر قرار دارد که جریان آزادانه سیال را در جهت مخالف و بدون تنظیم برقرار می کند.

شیر کنترل جریان بادامک کار (شکل 12-7) در واقع سه شیر در قالب یک شیر است که عبارت اند از: شیر قطع، شیر کنترل جریان و شیر یک طرفه ویژگی و برتری بارز این گونه شیرها این است که متغیری که در شیر کنترل جریان تنظیم می شود را می توان به سرعت و به صورت لحظه ای مهار کرد، یعنی هنگامی که شیر قطع بسته می شود شیر کنترل جریان بی درنگ عمل می کند. برای نمونه می توا به شیوه پیشروی ابزار در ماشین تراس اشاره کرد.

همانگونه که در شکل 12-8 دیده می شود با حرکت پیستون، ابزار به سرعت به جلو می رود تا لحظه ای که بادامک غلتک شیر را بفشارد. در این شرایط پیستون و ابزار با سرعت دلخواهی که براساس تنظیم شیر کنترل جریان تعیین می شود حرکت خواهد کرد. اگر حرکت های کوتاه و جهشی مورد نیاز باشد می توان بادامک های کوتاه روز میز پیشروی قرار داد.

در هیدرولیک برای مدارهای پیچیده تغذیه و پیشروی ماشین ها از شیرهای صفحه فرمان که شامل شیر کنترل جریان و شیرهای گوناگون دیگر است استفاده می شود در مواردی که ضربه گیری طولانی در انتهای کورس سیلندر مورد نظر باشد بهتر است از شیرهای کنترل جریان بادامکی استفاده شود.

شیر یک طرفه در شیر کنترل جریان ابزاری است که جریان سیال را از یک سمت آزادانه عبور می دهد ولی اجازه عبور در جهت مخالف را نمی دهد. عمل شیر یک طرفه را می توان با درب منزل مقایسه کرد که در یک جهت با وارد آوردن فشار باز می شود ولی در جهت مخالف حتی با فشار دادن نمی توان آن را باز کرد.

شیرهای کنترل جریان پنوماتیک معمولاً در اندازه های  تا 1 اینچ و شیرهای کنترل جریان هیدرولیک در اندازه های  تا 2 اینچ یا بزرگتر در بازار یافت می شوند. دامنه فشار کار برای پنوماتیک تا ² Kg/cm 10 (psi 150) و برای هیدرولیک تا ² Kg/cm 200 (psi 3000) است.

نام اجزاء

نام اجزای اصلی شیر کنترل جریان را باید آموخت. نمای برش خورده این شیر در شکل های 12-3 و 12-4 نشان داده شده است. شیر کنترل جریان پنوماتیک در شکل 12-2 و نوع هیدرولیک آن در شکل 12-6 نشان داده شده است. اجزای قابل بررسی در این شیرها در ادامه آورده شده است:

1. بدنه شیر: تمام شیرهای کنترل جریان شامل بدنه یا پوسته هستند. در سیستم های بادی معمولاً بدنه شیر از فلزات غیر آهنی و بیشتر از برنج، برنز و آلومینیوم ساخته می شود تا آب چگالیده روی آن موجب زنگ زدگی نشود. در شیرهای هیدرولیک بدنه را می توان از چدن مقاوم به کشش، فولاد ریختگی کُنده (میل گرد) فولادی ساخت. اگر چه صافی سطح بیرونی بدنه شیرها اهمیت چندانی ندارند ولی صافی سطح درونی اهمیت ویژه ای دارد چرا که سطح نشیمن ها و گودی های محل قرار گرفتن آب بندها درون بدنه شیر باید بدون نشت باشند. بدنه شیر، تمام اجزا و قطعات شیر را در بر می گیرد و راه های شیر و دریچه های اتصال لوله نیز روی آن تعبیه می شود.
2. عنصر مهار روزنه: مهار روزنه می تواند به شکل سوزنی یا ابزار دیگری باشد که اندک سطح روزنه شیر را باز کند یا ببندد. این جزء معمولاً از فولاد سخت آبکاری شده ساخته می شود و برای آسانی تنظیم در یک سر آن شیاری برای پیچ گشتی و یا سرپیچی برای آچار قرار دارد. برای باز کردن روزنه کافی است پیچ تنظیم در جهت پادساعتگرد گردانده شود.
3. آب بند ساقه عنصر مهار روزنه: این آب بندها از نشت سیال بین بدنه و ساقه عنصر مهار روزنه پیشگیری می کنند. سیال درون شیر، پر فشار است و در شیرهای هیدرولیکی در صورت وجود نشتی شرایط ناهنجاری بوجود می آید. این آب بندها از مواد گوناگون و در شکل های مختلف ساخته می شوند. موارد مورد استفاده در آب بندها لاستیک، مواد مصنوعی، آزبست اشباع شده با گرافیت و مواد دیگر هستند. آب بندها معمولاً به شکل اورینگ، حلقه چهار بَر، حلقه جناغی، گوه ای و طنابی که به عنوان نگهدارنده در نشیمن ها استفاده می شود ساخته می شوند.
4. شیر یک طرفه: برای فراهم آوردن امکان جریان آزاد سیال در یک جهت در شیر کنترل جریان، لازم است داخل شیر، یک شیر یک طرفه و جود داشته باشد. شیر یک طرفه ممکن است به صورت پیستونی، چتری یا ساچمه ای باشد. در شکل 12-2 شیر یک طرفه ساچمه ای و در شکل 12-3 و 12-4 و 12-6 نوع چتری نشان داده شده است. شیر یک طرفه باید بدون هیچ نشت در نشیمن خود قرار گیرد، زیرا در غیر این صورت به کارگیری آن بی فایده است. شیر یک طرفه تعبیه شده در شیر کنترل جریان پنوماتیک باید در برابر خوردگی مقاوم باشد.
5. فنر: در شیر یک طرفه از فنر برای نشاندن اجزای شیر یک طرفه روی نشیمن استفاده می شود. هنگامی که فشار وارد شده به شیر یک طرفه برداشته می شود فنر کمک می کند که مسیر شیر بی درنگ بسته شود.

اجزای دیگری هم بنا بر نوع طراحی در شیرهای کنترل جریان به کار می روند که عبارت اند از: مهره تثبیت که برای ثابت نگاه داشتن ساقه عنصر مهار روزنه است؛ درپوش ساقه روزنه که می توان آن را سیم و سرب کرد تا تنظیم شیر به هم نخورد، مگر این که سیم بریده شود و درپوش ساقه روزنه برداشته شود؛ همچنین واشر که برای آب بندی اتصالات در شیر و قطعات کوچک دیگر است.

1. غلتک بادامک: این جزء غلتک از فولاد سخت است که با یک جزء مکانیکی مانند بادامک در تماس است. غلتک بادامک به وسیله یک خار محوری روی کشویی شیر سوار می شود.
2. درپوش: ساقه شیر را در بر می گیرد و به صورت راهنمای ساقه کار می کند. اتصال درپوش با ساقه شیر از نوع انطباق است.
3. ساقه شیر: این جز در شیر بادامکی بخشی از کشویی شیر است که هنگام فشرده شدنش موجب بسته شدن جریان سیال می شود.

نصب

هنگام نصب شیرهای کنترل جریان در یک سیستم سیالی به این موارد باید توجه کرد:

1. آیا کنترل مورد استفاده از نوع پیش تنظیم است یا پس تنظیم؟
2. جهت جریان کنترل شده شیر در مدار باید وارسی شود.
3. پولک ها و درپوش لوله را بردارید و مطمئن شوید که تمام آن ها برداشته شده است.
4. رزوه لوله و رزوه شیر باید کاملا پاکیزه باشد.
5. اتصالات لوله ها را به دقت روی شیر ببندید و اتصالات مدارهای پرفشار باید کاملا سفت باشند.
6. هنگام نصب شیر بادامکی، غلتک و پی آن را روانکاری کنید.
7. پس از راه اندازی، واحد قدرت و مدار سیستم را از نظر نداشتن نشت به دقت وارسی کنید.

 

علل خرابی شیرهیا کنترل جریان

عیب شیرهای کنترل جریان دلایل مختلفی دارد، از جمله:

1. جرم گرفتگی: در شیرهای کنترل جریان هیدرولیک یا پنوماتیک ذرات ورودی موجب خرابی و اختلال اساسی در عملکرد شیر می شود. جرم گرفتگی موجب بسته شدن روزنه می شود و بسته به مقدار و اندازه ذراتی که از روزنه می گذرد موجب قطع کامل جریان و یا اختلال در جریان درست و دلخواه از روزنه می شود. وجود آشغال و جرم گرفتگی در نشیمن شیر یک طرفه به دلیل فاصله ای که ذرات نشسته در نشیمن با اجزای شیر ایجاد می کنند موجب باز ماندن شیر، هنگامی که باید بسته باشد، و بروز نشت می شود. این مسئله موجب اختلال در جریان سیال نیز می شود. جرم گرفتگی و آشغال همچنین موجب خط افتادن نشیمن شیرهای یک طرفه و روزنه ها می شود و نتیجه آن مهار نادرست سیال خواهد بود.
2. شکستن فنر شیر یک طرفه: این مسئله موجب می شود شیر یک طرفه به درستی در نشیمن قرار نگیرد و در نتیجه نشت درونی ایجاد می شود این مسئله همچنین به دلیل عبور ناخواسته سیال از شیر یک طرفه باعث اختلال در جریان دلخواه می شود.
3. نصب وارونه شیر در مدار: اگر چه این مسئله موجب خرابی شیر نیست ولی باعث کارکرد نادرست مدار و خرابی آن می شود. این وضعیت را هنگامی که سیال در جهت مورد نظر کنترل نمی شود، باید جستجو کرد. روی بدنه بیشتر شیرهای کنترل جریان پیکانی هست که مسیر جریان کنترل شده یا مسیر جریان آزاد را نشان می دهد.
4. انتخاب شیر نامناسب در مدار: کاربرد شیرهای کنترل جریان کم فشار بادی در مدارهای پرفشار هیدرولیک، موجب مهار نادرست جریان و باد کردن و ترکیدن واشرها و کاسه نمدها می شود. همواره باید مطمئن شد که شیر مناسب انتخاب شده باشد. شیرهای بادی را باید در کاربردهای پنوماتیک و شیرهای روغنی را در کاربردهای هیدرولیک استفاده کرد.
5. انتخاب نامناسب روغن: می تواند موجب بروز مشکل شود؛ به ویژه در برخی شیرهای بادی به کارگیری روغن نامناسب سبب خرابی آب بند ها می شود.
6. در شیرهای هیدرولیکی مهار جریان بادامکی اگر تخلیه باز نشود، روغن قسمت پایین شیر را پر می کند و غلتک شیر فشرده نخواهد شد.
7. داغ کردن سیستم های هیدرولیک سبب خرابی آب بندها و واشرها می شود. با دست زدن به بدنه شیر می توان گرم شدن آن را بررسی کرد، مواظب باشید دستتان نسوزد.

تعمیر و نگهداری

پیاده کردن اجزای شیر کنترل جریان مانند آنچه در شکل 12-2 و 12-4 آورده شده است کاری به نسبت آسان است. شیر شکل 12-4 را باید طوری به گیره بست که توپی های شش گوش آن در دسترس باشند. فنر نگهدارنده را به کمک آچار باز کنید و احتیاط شود که فنر، کلاهک فنر و ساچمه بیرون نپرد. خط افتادگی یاگودافتادگی سطح ساچمه و کشش و فشار فنر را وارسی کنید. اگر این اجزا سالم بودند در جعبه تمیزی قرار دهید و اگر کثیف بودند پیش از قرار دادن آن باید با محلولی شسته شوند. سپس مهره نگهدارنده آب بندها، آب بندها و نگهدارنده آب بند را باز کنید، پس از آن سوزن با آچار باز می شود. بدنه شیر را به دقت در محلول بشویید و محل نشیمن سوزن و ساچمه را از نظر خط افتادگی و خراشیدگی وارسی کنید.

اگر نشیمن ساچمه خراشیدگی داشت با انداختن یک ساچمه درون آن پرداخت و باربرداری از آن تا حدی که نشیمن کاملا صاف شود، سطح تازه بدون خراشیدگی ایجاد کنید. نشیمن سوزن نیز به ترتیب مشابهی پرداخت می شود و پس از آن سوزن روی سطح آن تنظیم می شود. هنگام جمع کردن شیر، آب بندها و واشرهای قبلی را جایگزین کنید.

پس از بستن سوزن شیر، نباید هوایی از آن عبور کند، در این حالت نشت هوا از ساقه شیر و نگهدارنده فنر وارسی شود. در صورتی که نشت از اطراف ساقه شیر باشد آب بندها باید محکم شوند و در حالتی که نشت از اطراف نگهدارنده فنر باشد باید آن را محکم کرد. هوا را از یک سمت به شیر وارد کنید و عبور آزاد آن را از سمت دیگر وارسی کنید.

در شیرهایی که آب بندهای مصنوعی دارند (شکل 12-9) هنگام بستن آب بندها روی رزوه باید دقت کرد که بریده نشوند. لبه های تیز رزوه را می توا  موم اندود کرد تا از بریدن آب بندها جلوگیری شود. پس از سوار کردن دوباره شیر باید آن را تنظیم و دوباره آزمایش کرد؛ فشار هوا را به یک راهگاه وصل کنید و با قطع و وصل کردن شیر کارکرد درست آن را وارسی کنید.

اگر شیر را توی انبار می گذارید، دهانه های آن را با درپوش ببندید و در جای خشک، خنک و تمیز نگهداری کنید. روی شیر برچسب تاریخ تعمیر بزنید. شیرهای کنترل جریان، تعمیر و نگهداری کمی نیاز دارند ولی بهتر است گاه به گاه شیر را از نظر نشت بازدید کنید.

شکل 12-10 شیر تخلیه سریع را که گونه ای از شیرهای کنترل جریان است نشان می دهد. این شیر هوای خروجی سیلندر را با سرعت به هوای آزاد تخلیه می کند و با کم شدن مقاومت سمت مقابل پیستون امکان تخلیه سریع جریان را آسان می کند. با استفاد از این شیر می توان سرعت حرکت پیستون را تا سه برابر افزایش داد.