عملگرهای شیر برقی دستگاههایی هستند که با برق کار میکنند تا یک شیر را حرکت دهند یا کنترل کنند.
برخلاف محرکهای پنوماتیکی که به هوای فشرده وابسته هستند (و بنابراین، مستعد نوسانات فشار هستند)، محرکهای الکتریکی به برق متکی هستند و کنترل دقیقتر و پایدارتری ارائه میدهند.
این امر آنها را برای کاربردهایی که نیاز به موقعیتیابی دقیق دارند یا جایی که تغییرات کوچک جریان مهم است (مانند دوزینگ در فرآیندهای شیمیایی) ایدهآل میکند.
۱. چگونه محرکهای شیر برقی کار
اگر تا به حال اسم عملگرها را نشنیدهاید و کنجکاو هستید که بدانید عملگرها چگونه کار میکنند، آنها صرفاً دستگاههایی هستند که انرژی را به حرکت مکانیکی تبدیل میکنند.
به طور خاص، عملگرهای شیر برقی، انرژی الکتریکی را برای شروع حرکت و قرار دادن شیر تبدیل میکنند.
این فرآیند با یک سیگنال ورودی شروع میشود که میتواند دیجیتال (روشن/خاموش) یا آنالوگ (مثلاً محدودهای مانند ۴-۲۰ میلیآمپر) باشد. این سیگنال به عملگر میگوید که شیر را چقدر باز یا بسته کند.
به محض دریافت سیگنال، یک موتور الکتریکی درون عملگر روشن میشود و حرکت ایجاد میکند.
حال، این حرکت معمولاً سریع است اما به اندازه کافی قدرتمند نیست که بتواند مستقیماً شیرهای صنعتی بزرگ و سنگین را به حرکت درآورد. مکانیزم چرخ دنده سایش مکانیکی تولید شده را جذب و توزیع میکند، سرعت موتور را کاهش و گشتاور را افزایش میدهد.
در نهایت، حرکت به ساقه سوپاپ اعمال میشود که یا میچرخد یا به صورت خطی حرکت میکند تا موقعیت سوپاپ را تنظیم کند:
- حرکت چرخشی: شامل چرخاندن ساقه شیر، معمولاً ۹۰ درجه یا ۱۸۰ درجه است و معمولاً با شیرهای توپی، پروانهای و سماوری استفاده میشود.
- حرکت خطی: شامل حرکت ساقه شیر در یک خط مستقیم است، که در مورد شیرهای دروازهای یا کروی که برای تنظیم جریان به حرکت بالا و پایین نیاز دارند، صدق میکند.
توجه داشته باشید که محرکهای الکتریکی پیشرفته گاهی اوقات میتوانند این حرکات را ترکیب کنند یا تبدیل کنند حرکت دورانی به حرکت خطی با استفاده از سیستمهای دندهای مخصوص.
۲. انواع محرکهای شیر برقی
محرکهای الکتریکی خطی
این محرکها حرکت مستقیم (بالا و پایین یا داخل و خارج) ایجاد میکنند. اما، یک محرک خطی چگونه کار میکند؟
این حرکت معمولاً توسط مکانیزم پیچ سربی یا پیچ ساچمهای تولید میشود، که در آن موتور پیچ را میچرخاند و ساقه را به بالا یا پایین حرکت میدهد. البته، نیروی رانش (یعنی مقدار نیروی خطی) باید به اندازه کافی زیاد باشد تا ساقه شیر را به طور مؤثر و بدون اضافه بار محرک حرکت دهد.
همانطور که بحث شد، یک محرک شیر خطی برای شیرهایی که نیاز به حرکت خطی دارند، مانند شیرهای کروی و شیرهای دروازهای سنگین، ایدهآل است.
آنها در زمینههای زیر بهترین عملکرد را دارند:
- کنترل دقیق جریان: به دلیل توانایی آنها در حرکت در گامهای کوچک و افزایشی، محرکهای خطی کنترل دقیقی بر موقعیت شیر ارائه میدهند.
- کاربردهای سنگین: آنها برای شیرهای بزرگتری که برای باز و بسته شدن به نیروی قابل توجهی نیاز دارند (مانند شیرهای کروی برای تنظیم جریان) عالی هستند.
- کاربردهای صنعتی با دقت بالا: آنها در محیطهایی مانند تصفیهخانههای آب یا فرآوری مواد شیمیایی رایج هستند.
با این حال، ممکن است در مواردی که موارد زیر مد نظر شماست، مناسب نباشند:
- سرعت: عملگرهای خطی در مقایسه با عملگرهای چرخشی کندتر عمل میکنند و اگر سیستم شما نیاز به چرخش سریع شیر داشته باشد، ممکن است ایدهآل نباشند.
- اندازه و فضای مورد نیازبرای شیرهای بسیار بزرگ، محرک باید به طور قابل توجهی قوی باشد، که میتواند فضای بیشتری را اشغال کند و سنگینتر باشد.
محرکهای شیر دوار
همانطور که از نامش پیداست، یک محرک شیر چرخشی حرکت چرخشی ایجاد میکند که ساقه شیر را (معمولاً با زاویهای خاص) میچرخاند و شیر را باز یا بسته میکند.
به جای نیروی رانشی که عملگرهای خطی به آن متکی هستند، عملگرهای چرخشی به خروجی گشتاور نیاز دارند. این به سادگی به نیروی چرخشی اشاره دارد که عملگر میتواند برای چرخاندن ساقه شیر اعمال کند.
بنابراین آنها کجا مناسب ترین هستند؟
- سیستمهای پرسرعت: عملگرهای چرخشی معمولاً از نظر باز/بسته کردن شیرها سریعتر از عملگرهای خطی هستند که در خطوط لوله نفت و گاز ایدهآل است.
- طراحی جمع و جور: این محرکها معمولاً جمعوجورتر و سبکتر هستند که در فضاهای تنگ که استفاده از محرکهای بزرگتر غیرعملی است، مزیت محسوب میشود.
- کاربردهای عمومی: آنها به طور گسترده در مواردی که فقط به دامنه حرکتی محدودی (معمولاً 90 درجه) نیاز است، استفاده میشوند، معمولاً کاربردهایی شامل شیرهای توپی یا شیرهای پروانهای.
با بازگشت به «چرخش با زوایای خاص»، محرکهای چرخشی به دو دسته دیگر تقسیم میشوند: محرکهای چند دور و محرکهای ربعچرخشی.
محرکهای چند دور
الف محرک الکتریکی چند دور برای کار با شیرهایی طراحی شده است که برای تغییر حالت از حالت کاملاً بسته به حالت کاملاً باز، به بیش از یک چرخش کامل نیاز دارند. با این حال، معمولاً با شیرهای دروازهای و شیرهای کروی استفاده میشود.
مزایای کلیدی محرکهای چند دور شامل موارد زیر است:
- ظرفیت گشتاور بالاآنها میتوانند نیروی بسیار زیادی برای چرخاندن میل سوپاپهای بزرگتر و سنگینتر تولید کنند.
- مناسب برای سیالات غلیظ و خطوط لوله فشار بالا: وقتی چرخش ساقه شیر به دلیل فشار بالا یا محیط چسبناک دشوار میشود، این محرکها در حفظ عملکرد قابل اعتماد برتری دارند.
- مناسب برای تعدیل عملیات وظیفه: آنها امکان تنظیمات افزایشی دقیق در موقعیتهای شیر را فراهم میکنند و کنترل دقیق سرعت جریان یا فشار را بدون خطر افزایش بیش از حد تضمین میکنند.
با این حال، آنها همچنین سهم خود را از معایب، از جمله:
- عملگرهای چند دور معمولاً بزرگتر و سنگینتر از عملگرهای یکچهارم دور هستند که میتواند در محیطهای با فضای محدود، نامطلوب باشد.
- به دلیل طراحیشان، چندچرخهها سریعترین نیستند. آنها عموماً با سرعت کمتری کار میکنند و این باعث میشود برای عملیات حساس به زمان یا سیستمهای اضطراری مناسب نباشند.
محرکهای ربع گرد
برخلاف محرکهای چند دور که امکان چرخش پیوسته را فراهم میکنند، محرکهای ربعچرخشی از نظر مکانیکی به ۹۰ درجه محدود شدهاند، که امکان فعالسازی سریع شیر را فراهم میکند و برای کاربردهایی که شامل شیرهای توپی، شیرهای پروانهای و شیرهای سماوری هستند، مناسب است.
جدا از عملکرد سریع، مزایای دیگر محرکهای ربع گرد عبارتند از:
- طراحی جمع و جور: اندازه کوچکتر آنها در مقایسه با محرکهای چند دور یا خطی، ادغام آنها را در مناطق محدود آسانتر میکند.
- مقرون به صرفه بودن: آنها به دلیل طراحی ساده و دامنه حرکت محدود، معمولاً مقرون به صرفهتر هستند.
- بدون نیاز به تعمیر و نگهداری: با قطعات متحرک کمتر و مکانیسمهای خود روانکننده، آنها میتوانند در مدت زمان طولانی و بدون نیاز به سرویس مکرر، در اوج عملکرد خود باشند.
با این حال، نباید از آنها برای کاربردهای تنظیم جریان (که در تنظیمات دقیق ضعیف هستند) یا جایی که با شیرهای بزرگ که فشارهای بالا یا حجم جریان زیادی را تحمل میکنند، استفاده کنید.
۳. اجزای محرکهای شیر برقی
موتور الکتریکی
موتورهای الکتریکی اجزای اصلی محرک هستند زیرا نیروی مکانیکی (حرکت چرخشی یا خطی) مورد نیاز برای حرکت شیرها را تولید میکنند. آنها میتوانند یکی از انواع زیر باشند:
- موتور جریان متناوب: مناسب برای کاربردهای سنگین که نیاز به عملکرد پایدار دارند.
- موتور جریان مستقیم: در کاربردهای فشرده یا کممصرف رایج است
- سروو موتور: در محرکهای پیشرفته استفاده میشود
The موتور قفس سنجابی، نوعی موتور AC، به دلیل دوام و نیاز کم به تعمیر و نگهداری، معمولاً در محیطهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. این موتور از یک روتور به شکل قفس سنجاب تشکیل شده است که آن را برای کار مداوم ساده و مؤثر میکند.
برای محیطهای خطرناک که خطر انفجار وجود دارد، از موتورهای ضد انفجار استفاده میشود.
توان نامی موتور (که معمولاً با واحد اسب بخار یا کیلووات بیان میشود) توانایی محرک را در تحمل اندازههای مختلف شیر و بار سنگین تعیین میکند.
گیربکس
گیربکس حرکت را از موتور به شیر منتقل میکند و خروجی موتور با سرعت بالا و گشتاور کم را به حرکت با سرعت پایین و گشتاور بالا که برای کار کردن شیر لازم است، تبدیل میکند.
رایجترین نوع آن، گیربکس حلزونی است که ساختاری پیچمانند دارد و رزوه مارپیچی آن با یک چرخ دندانهدار (چرخدنده) درگیر میشود. این نوع گیربکس خود قفلشونده است، به این معنی که وقتی موتور محرک خاموش میشود، شیر بدون نیاز به مکانیزم قفل اضافی در جای خود باقی میماند.
نوع دیگر، گیربکس مخروطی است که به شکل مخروطی است و دندانههای آن با زاویهای برش داده شدهاند تا چرخدندهها با زاویه ۹۰ درجه درگیر شوند. این گیربکسها عموماً حجیمتر از گیربکسهای حلزونی هستند، اما برای کاربردهای خاص، انتقال قدرت کارآمدتری ارائه میدهند.
در نهایت، گیربکسهای سیارهای از یک چرخدنده مرکزی «خورشیدی» تشکیل شدهاند که با چندین چرخدنده «سیارهای» که به دور آن میچرخند، و یک چرخدنده «حلقهای» در اطراف، درگیر میشود. بهترین نکته در مورد آنها چیست؟ آنها جمع و جور هستند اما همچنان میتوانند گشتاور خروجی بالایی (یعنی نسبت گشتاور به اندازه بالا) تولید کنند.
مکانیسم بازخورد
مکانیزم بازخورد، که اغلب از حسگرها استفاده میکند، موقعیت شیر را هنگام حرکت آن پیگیری میکند. این مکانیزم موقعیت محرک را با سیگنال کنترلی ارسال شده به آن مقایسه میکند و بهروزرسانیهای بلادرنگ را به واحد کنترل ارسال میکند تا از قرارگیری شیر در موقعیت صحیح اطمینان حاصل شود.
سوئیچهای محدودکننده با ارائه یک سیگنال فیزیکی هنگام رسیدن محرک به موقعیت کاملاً باز یا بسته، نقش حیاتی در اینجا ایفا میکنند.
بازخورد میتواند به اشکال مختلفی - آنالوگ (مثلاً با استفاده از پتانسیومتر) یا دیجیتال (مثلاً با استفاده از انکودر) - بسته به پیچیدگی و دقت مورد نیاز، ارائه شود.
در برخی از سیستمهای پیشرفته، مکانیسم بازخورد ممکن است شامل موارد زیر باشد: خود کالیبراسیون ویژگیهایی که در آنها سیستم میتواند بهطور خودکار خود را تنظیم و تراز کند و مداخله دستی را به حداقل برساند.
سنسورهای گشتاور و رانش
این سنسورها نیروی چرخشی (گشتاور) یا نیروی خطی (رانش) اعمال شده به شیر را ردیابی میکنند و حرکت محرک را تنظیم میکنند تا از اضافه بار یا آسیب دیدن شیر یا اجزای محرک جلوگیری شود.
علاوه بر این، چرخه کار (duty cycle) عامل مهمی در نظارت بر عملکرد مداوم این حسگرها است. این به مدت زمانی که یک محرک میتواند با بار کامل کار کند قبل از اینکه نیاز به دوره خنک شدن داشته باشد، اشاره دارد.
واحد کنترل
The سیستم کنترل محرک یا واحد، سیگنال ورودی را پردازش میکند و موتور محرک را بر اساس آن هدایت میکند تا شیر را به موقعیت مورد نظر حرکت دهد. به عبارت ساده، به عنوان مغز محرک عمل میکند.
برای سیستمهای سادهتر، واحد کنترل ممکن است طوری طراحی شود که با کلیدهای ساده برای دستورات روشن/خاموش ساده به محرک کار کند.
در سیستمهای پیچیدهتر، واحد کنترل میتواند به کنترلکنندههای منطقی قابل برنامهریزی (PLC) متصل شود. PLCها به شما این امکان را میدهند که چندین محرک را به طور همزمان کنترل کنید، وظایف پیچیدهتری را انجام دهید و سیستم محرک را برای کنترل کلی روان به سایر قسمتهای کارخانه متصل کنید.
با یک PLC، میتوانید به ویژگیهای هوشمندی مانند نظارت بر عملکرد، عیبیابی از راه دور و نگهداری برنامهریزیشده و همچنین ادغام در اکوسیستمهای اینترنت اشیا نیز دسترسی داشته باشید.
با این حال، کنترل محلی همچنان ارزشمند است زیرا به اپراتورها اجازه میدهد تنظیمات محرک را مستقیماً در محل به صورت دستی تنظیم کنند.
مکانیسم لغو دستی
این یک روش کنترل پشتیبان است که به شما امکان میدهد در صورت بروز نقص (یعنی زمانی که علائم خرابی محرک وجود دارد) یا زمانی که کنترل خودکار در دسترس نیست، محرک را به صورت دستی کنترل کنید. در نتیجه، حتی اگر سیستم خودکار از کار بیفتد، عملیات میتواند ادامه یابد.
مکانیزم ایمنی در برابر خرابی
این یک ویژگی ایمنی است که برای رساندن خودکار سیستم به حالت ایمن در صورت بروز خرابی، مانند قطع برق یا نقص قطعات، طراحی شده است.
هنگامی که منبع تغذیه قطع میشود، سیستمهای پشتیبان باتری، برق مورد نیاز محرک را تأمین میکنند، در حالی که مکانیزمهای بازگشت فنری شیر را به طور خودکار به موقعیت پیشفرض یا ایمن، مانند کاملاً باز یا کاملاً بسته، منتقل میکند.
نتیجهگیری
اکنون میتوانید ببینید که چگونه محرکهای شیر برقی برای شیر دقیق، نظارت و از همه مهمتر، تضمین ایمنی برای هر دو اپراتور و همه افراد در محیط کار، غیرقابل انکار هستند.
اگر میخواهید درباره محرکهای الکتریکی و نحوه قرارگیری آنها در پروژه فعلی خود اطلاعات بیشتری کسب کنید، در صورت تمایل ... با ما تماس بگیرید و با یکی از کارشناسان ما صحبت کنید.
