شیر کنترل یا کنترل ولو

شیر کنترل یا کنترل ولو چیست؟ دستگاهی است که قادر به تعدیل جریان در درجات متفاوت بین کمترین جریان و ظرفیت کامل در جواب به سیگنال دستگاه کنترل خارجی است که معمولا به آن “عنصر کنترل نهایی” می گویند، یک بخش پر اهمیت برای هر حلقه کنترل است، چون کار فیزیکی انجام می دهد و عنصری که بطور مستقیم روی پروسه اثر می گذارد.

سیستم ها و تجهیزات فرآیندی

سیستم ها و تجهیزات فرآیندی (process plants) شامل حلقه کنترلی control loop زیادی هستند که شبکه وار به هم وصل شده اند، تا بتواند همه فرآیند را تحت کنترل بگیرد و در نهایت یک فشار محصول مناسب تولید کنند. هر کدام از این حلقه های کنترل برای  نگه داشتن یک متغییر فرآیندی مانند فشار، جریان، سطح سیال، دما و از این موارد، در محدوده تغییر مجاز طراحی شده اند تا به این صورت بتوان اطمینان داشت مراحل فرآیندی به درستی طی می شود. در هر کدام از این حلقه های کنترل، آشفتگی هایی از داخل و یا در اثر عوامل خارجی به وجود می آید که می توان متغیرهای فرایند را تحت تأثیر قرار دهد و برآیند این آشفتگی ها در حلقه های کنترل متصل به هم، ممکن است روند فرآیند را از حالت درست خارج نماید.

کنترلر ها

برای کم کردن اثر این آشفتگی از سنسورها و ارسال کننده ها transmitter استفاده می شود، که می توانند اطلاعات متفاوتی درباره متغیرهای فرآیند را جمع کرده و به واحد کنترل ارسال کنند تا در آنجا، با اطلاعات مرجع یا مقادیر تنظیمی set  point  تطبیق 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 آشفتگی، دوباره به میزان نرمال خود باز گردند، پس از آنکه همه اندازه گیری ها، مقایسه ها و محاسبات توسط واحد کنترل انجام شد، ضروری است یک قطعه کنترل نهایی final control element تصمیم اتخاذ شده به واسطه واحد کنترل را در سیستم اجرا کند.

متداول ترین قطعات کنترل نهایی که در سیستم های فرایندی به کار می روند، شیر های کنترلی هستند. کنترل ولو (شیر کنترل) با کنترل و تنظیم سیال، که احتمالا گاز، بخار، آب یا یک محلول شیمیایی باشد، به مقابله با عامل آشفتگی رفته و تلاش می کند متغیر فرآیند را تا حد امکان به نقطه تنظیمی اولیه برگرداند.

عموما هر جا از کنترل ولو (شیر کنترلی) گفته می شود، هدف از آن (مجموعه کنترل ولو) است. مجموعه کنترل ول (شیر کنترلی) قاعدتا از یک بدنه ولو valve body، مجموعه اجزای داخلی ولو (internal trim)، یک اکچویتور (actuator) برای به حرکت در آوردن قطعات شیر و متعلقات جانبی نظیر موقعیت دهنده positioned، ترانسدیوسرها (transducer)، رگلاتور های فشار تغذیه (supply pressure regulator)، عملگر های دستی manual operator، ضربه گیرها snubber و سوئیچ های حدی limit switch  تشکیل می شود.

قطعا کنترل ولو ها جزء قطعات بسیار با اهمیت حلقه های کنترلی فرآیند اند، هر چند شاید مهم ترین قطعه نباشند. اجزای یک شیر کنترلی همانند یک زنجیر به هم متصل هستند و استحکام یک زنجیر به استحکام بی قدرت ترین حلقه آن وابسته است. البته شیر های کنترلی، بی قدرت ترین جزء این مجموعه نمی باشند.

عملکرد کنترل ولو

شیر های کنترلی از یک اکچویتور نصب شده بر روی یک شیر به وجود آمده اند. کنترل کردن شیر با حرکت پلاگ نسبت به پورت (های) واقع در بدنه شیر جریان می یابد. پلاگ به یک ساقه وصل شده است که به اکچویتور وصل می شود. اکچویتور، می تواند پنوماتیک یا برقی کار کند، حرکت ساقه را طبق دستور دستگاه کنترل خارجی هدایت می کند.

اکچویتور پنوماتیکی / دیافراگمی

دستگاه هایی که مستقیماً عمل می کنند و از سیگنال هوا از یک دستگاه کنترل خارجی برای به وجود آمدن یک عمل کنترل تعدیل کننده استفاده می کنند. نیروی سیگنال هوا از سمت درگاه فوقانی به اکچویتور وارد شده و در تمام سطح دیافراگم اکچویتور پراکنده می شود. دیافراگم روی صفحه دیافراگم و به نیروی بازگشت فنر فشار می یابد، و بعد ساقه شیر را به حرکت در می آورد.

اکچویتور برقی

دستگاه هایی که از موتور استفاده می کنند و از سیگنال ورودی الکتریکی برای تولید چرخش شافت موتور استفاده می کنند. این چرخش توسط اتصال واحد به یک حرکت خطی ترجمه شده است، که باعث می شود ساقه شیر و پلاگ را برای کنترل جریان حرکت دهد.

بدنه کنترل ولو ها در سه نوع هستند که عبارتند از:

سینگل سیت

دبل سیت

سه راهه

سینگل سیت: درجه بالاتری دارند انتخابی خوب هستند. میزان نشتی آن ها ۰.۱% از بیشترین ظرفیت است.

دبل سیت: کنترل ولو های دبل سیت  تقریباً متعادل اند و بنابراین می توانند پلاگ ولو در برابر فشارهای بالاتر کار کنند. به این ترتیب، از آنجا که نوسانات دما ممکن است باعث بیشتر شدن و انقباض در سیت ها شود، on-off  کار کردن همیشه ممکن نیست. میزان نشت آن ها تقریباً ۰.۵٪ بیشترین ظرفیت است. کنترل ولو های دو سیت دارای پاسخ جریان سریع تر و ظرفیت بیشتری نسبت به شیر های تک سیت اند.

سه راهه: کنترل ولو سه راهه برای میکسینگ دو جریان در کنار هم یا دایورتینگ یک جریان به داخل یا اطراف دستگاه (بای پس) استفاده می شوند. هدف از تولید مقدار جریان ثابت برای کار با ثبات، افت فشار در هر دو مسیر جریان (ورودی به خروجی) باید تقریباً برابر باشد.