شیر کنترل جهت پنوماتیک درواقع نوعی از شیر پنوماتیک بوده که موظف به کنترل جهت حرکت عملگر ها در سیستم پنوماتیک است؛ در اصل این شیر ها هوا را در ورودی دریافت و طبق برنامه داده شده، آن را در خروجی کنترل می کنند.
در سیستم های پنوماتیکی وظیفه اصلی کنترل جهت حرکت سیال (هوای فشرده) بر عهده شیرهای کنترل جهت می باشد. تغییر جهت حرکت هوای فشرده و در نهایت کنترل نحوه کار عملگرهای پنوماتیکی بر عهده این دسته از شیرها است. نحوه فرمان دهی به این شیرها یا به اصطلاح تحریک آن ها برای کنترل جریان هوا به چند طریق صورت می گیرد:
- تحریک دستی
- تحریک مکانیکی یا بادامکی
- تحریک پنوماتیکی یا هوایی
- تحریک سلنوئیدی
انواع شیر کنترل جهت پنوماتیک
تحریک دستی
در حالت دستی به کمک یک اهرم شیر تحریک شده و فرمان مد نظر را انجام می دهد. شیرهای کنترل جهت دار دو طرفه، سه طرفه، چهار طرفه، آفست فنری و غیره از این دسته شیرها هستند.
تحریک مکانیکی
شیرهای کنترل جهت پنوماتیکی با تحریک مکانیکی یا بادامکی نوع دیگری از شیر های کنترل جهت هستند که تغییر موضع شیر و در نهایت تغییر جهت گذرگاه هوای فشرده به واسطه نیرو مکانیکی انجام می گیرد.
تحریک پنوماتیکی
شیرهای کنترل جهت پنوماتیک با تحریک پنوماتیکی یا هوایی زمانی عمل می کنند که هوای فشرده به قسمت پیلوت شیر وارد شده و در نهایت باعث تحریک شیر و تغییر موضع و عمل کردن آن بشود.
تحریک سلونوئیدی
و اما پر کاربردترین و رایج ترین نوع شیرهای کنترل جهت پنوماتیک شیرهای با تحریک الکتریکی هستند. شیر برقی، شیر بوبینی، شیر سلنوئیدی از نام های دیگر این شیر ها هستند. این شیر ها در دو دسته یک طرفه و یا دوطرفه (یک بوبین و دو بوبین) تقسیم بندی می شوند.
شیر های کنترل اتوماتیک یا برقی (سلونوئیدی) دارای یک یا دو بوبین هستند که به وسیله آن و نیروی مغناطیسی داده شده به آهنربای ثابتی که درون شیر قرار دارد می تواند جهت جریان هوا را کنترل کند.
مرسوم ترین انواع از شیر کنترل جهت، شیر های دوراهی، سه راهی و چهار راهی است. تعداد وضعیت های هر شیر کنترل جهت عبارت است از تعداد حالت های ورودی یا تعداد مسیر های درونی برای عبور سیال. ساده ترین روش برای شناسایی تعداد وضعیت های شیر توجه به پلاک موجود روی شیر است. روی هر شیر کنترل جهت پنوماتیکی پلاکی نصب شده است که حاوی اطلاعات دقیقی از شیر است. تعداد مربع های موجود روی شیر نشان دهنده تعداد وضعیت های شیر است که داخل هر مربع نیز تعداد پورت ها مشخص می شود. به عنوان مثال شیری که در تصویر زیر مشاهده می شود یک شیر کنترل جهت 5/2 را نشان می دهد.
شیر کنترل جهت را می توان به صورت دستی، مکانیکی و الکتریکی کنترل کرد که متناسب با طراحی هر سیستم می تواند متغیر باشد. عموماً شیر های کنترل جهتی که در بازار عرضه می شوند از نوع برقی هستند و به صورت اتوماتیک نیرو را به واحد عملگر پنوماتیک، انتقال داده و جهت آن را کنترل می کنند.
شیر کنترل جهت پنوماتیک دو راهی
این شیر کنترل جهت دارای دو دهانه یا دو راه است. به کمک یکی از این راه ها سیال به درون شیر فرستاده می شود که به عنوان دهانه ورودی شناخته می شود؛ راه دیگر حالتی است که سیال را به بیرون از شیر ارسال می کند.
این شیر ها معمولاً برای باز یا بسته کردن جریان به کار می روند، چون فقط دارای یک مسیر ورود و خروج هستند. یک شیر کنترل جهت دو راهی می تواند دو حالت داشته باشد: در حالت عادی باز که اصطلاحاً به آن نرمالی اپن (NO) و در حالت عادی بسته که به آن نرمالی کلوز (NC) گفته می شود. در ادامه مشخصات فنی هر یک از این شیر ها توضیح داده شده است.
- در حالت عادی باز
در حالت عادی که شیر در وضعیت تحریک قرار ندارد، مسیر ورودی به مسیر خروجی راه دارد و هرگاه شیر تحریک شود، ارتباط بین آنها قطع خواهد شد. مکانیزم عملکرد این شیر ها به این صورت است که هوا از ورودی وارد می شود و تا زمانی که سلونوئید تحریک نشده است هوا در حالت خود باقی می ماند که اصطلاحاً به آن حالت استراحت (Rest State) گفته می شود. زمانی که بوبین فعال می شود که می تواند به صورت برقی یا دستی باشد جریان هوا متوقف شده و با توجه به نوع جک طراحی شده هوا از آن خارج می شود و به حالت اولیه باز می گردد.
- در حالت عادی بسته
در شیر کنترل جهت در حالت عادی بسته، به طور عادی ورودی و خروجی به هم راه ندارند و جریان سیال برقرار نیست و در صورت تحریک شیر این جریان برقرار خواهد شد.
نماد شماتیک شیر کنترل جهت 2/2 در حالت عادی بسته
شیر دو راهی نمونه ای پرکاربرد از شیر کنترل جهت پنوماتیک است؛ از جمله کاربرد های آن قطع مسیر روغن یا هوا، هواگیری روغن در شیر های اطمینان و راه اندازی فرمان یا شیر های دیگر است. معمولا بدنه این شیر ها از جنس آهن، آلومینیوم و یا برنز ساخته می شود تا کاملا آب بند باشند چراکه درغیر این صورت سیال پرفشار به بیرون نشت می کند.
شیر کنترل جهت پنوماتیک سه راهی
در یک شیر سه راهی، سه دهانه و سه مجرای داخلی وجود دارد. یک دهانه فشاری که در اصل دهانه ورود سیال به شیر کنترل جهت است و به آن دهانه P می گویند. دهانه دیگر برای خروج سیال که به دهانه A معروف است و دهانه دیگر دهانه مربوط به تخلیه سیال است که آن را با نماد E نشان می دهند. در یک وضعیت از کارکرد شیر، دهانه ورودی به دهانه سیلندر متصل می شود و دهانه تخلیه بسته خواهد ماند. در وضعیت دیگری از عملکرد شیر دهانه ورودی بسته و دهانه سیلندر مستقیم به دهانه تخلیه متصل می شود.
(یعنی در حالت استراحت باد در جک جریان دارد.)
(یعنی در حالت استراحت باد به داخل جک پمپ نمی شود.)
شیر کنترل جهت پنوماتیک چهار راهی یا پنج راهی
در شکل زیر یک شیر کنترل جهت 2/5 پنوماتیک را مشاهده می کنید که حالت رفت آن به کمک بوبین و حالت برگشت آن به صورت فنری است. همانطور که در تصویر بالا نمایش داده می شود، شیر های 2/5 بسیار مناسب برای استفاده عملگر های دوطرفه هستند.
شیر کنترل جهت چهار راهی، دارای چهار دهانه و چهار مجرای داخلی شیر است. درست مانند شیر کنترل جهت دو راهی یا سه راهی، تعداد دهانه های شیر بیانگر تعداد مسیر هایی است که به کمک شیر کنترل می شوند. در شیر چهار راهی درست مانند شیر های دوراهی و سه راهی یک دهانه سیال را دریافت می کند که به آن دهانه ورودی می گویند؛ دهانه دیگر به منظور تخلیه سیال تعبیه شده است و دو دهانه سیلندر وجود دارد که موظف به انتقال سیال به سیلندر هستند.
سلونوئید در حالت عادی و یا با فعال شدن توسط نیروی الکترومغناطیس دارای دو حالت می باشد و همان طور که در شکل نشان داده شده است در هر دو حالت انتقال هوا از ورودی پمپ و خروج هوا از اگزوز انجام می شود. در این شکل که مکانیزم عملکرد شیر 2/5 نشان داده شده است. هوا در ابتدا می تواند داخل سیلندر جریان داشته باشد و حالت رست (Rest) آن به این صورت است. سپس با فعال کردن سلونوئید هوا از سمتی که باد وارد آن شده است، خارج شده و از سمت دیگر وارد می شود.
اجزاء شیر کنترل جهت پنوماتیک برقی
نحوه تحریک شیر کنترل جهت می تواند به صورت دستی، مکانیکی و یا الکتریکی باشد. یک روش پرکاربرد استفاده از جریان الکتریکی است. در این روش سلنوئید عامل اصلی تحریک شیر است؛ سلنوئید وسیله ای است که جریان برق را به حرکت خطی و نیروی مکانیکی تبدیل می کند. اجزای اصلی تشکیل دهنده سلنوئید عبارت است از:
- سیم پیچ: سیم پیچ سلنوئید از سیم مسی تشکیل شده است. کل سیم پیچ با لاک محافظ در برابر رطوبت یا هر نوع محلولی که ممکن است به سیم پیچ آسیب بزند محافظت می کند. سیم پیچ ها می توانند با ولتاژ های مختلفی کار کنند که این ولتاژ ها روی پلاک شیر ذکر می شوند.
- سنبه سلنوئید: جزء متحرک درون سیم پیچ سنبه نام دارد. سنبه از لایه های فولادی ساخته شده است که این لایه ها تحت فشار بسیار زیادی به هم متصل شده اند و هیچگونه حرکتی نسبت به همدیگر ندارند. سنبه با نیروی آهنربا در یک جهت و با نیروی فنر در جهت مخالف حرکت می کند.
در شیر های سلنوئیدی کل شیر با درپوشی حفظ می شود، این پوشش، سلنوئید را از گرد و غبار و ذرات خارجی حفاظت می کند. در برخی موارد که شیر کنترل جهت در مکان هایی مورد استفاده قرار می گیرد که احتمال انفجار وجود دارد (محیط های دارای بنزین، نفت، الکل و دیگر مایعات قابل اشتعال) از رویه های ضد انفجار استفاده می شود.
انواع برند شیر های کنترل جهت پنوماتیک
انواع برند شیر های کنترل جهت پنوماتیک قابل استفاده در صنعت عبارت است از:
- شیر برقی متال ورک سری 70
- شیر کنترل جهت دستی متال ورک
- شیر کنترل جهت متال ورک ISV
- شیر متال ورک ماخ 16
- شیر برقی Airtac
- شیر برقی Shako
- شیر برقی MAC
- شیر نامور Metalwork
- شیر نامور Hanfer
- شیر کنترل جهت برقی YPC
- شیر کنترل جهت با تحریک دستی AirTAC
- شیر کنترل جهت دلتا
کاربرد شیر کنترل جهت پنوماتیک
شیر های کنترل جهت پنوماتیک در فعالیت های صنعتی همچون صنعت پتروشیمی، نیروگاه ها، کشتی سازی و پالایشگاه ها، صنعت دارو و غذا با توجه به نوع سیال عبوری از شیر (ممکن است به جز هوا از گاز های دیگری مانند نیتروژن و دیگر سیالات در شیر های برقی پنوماتیک برای کنترل جهت جریان استفاده شود) یا محیطی که شیر در آن قرار دارد و نوع بدنه شیر که می تواند از فولاد آلیاژی، فولاد کربنی و فولاد ضد زنگ، برنج، چدن و استیل باشد، به کار می رود. برخی از کاربرد های شیر های پنوماتیک عبارت است از:
- صنایع اتوماتیک
- سیستم های تهویه مطبوع
- تولید تایر
- صنایع شیمیایی
- صنایع غذایی و نوشیدنی
- سیستم های صنعتی
- صنعت بسته بندی
