شیربرقی چیست؟(solenoid valve چیست؟)
در فرآیندهای صنعتی و سیستمهای اتوماسیون، شیر برقی (Solenoid Valve) به عنوان یکی از اجزای کلیدی در کنترل جریان سیالات نقش ایفا میکند. این شیرهای الکترومکانیکی با تبدیل انرژی الکتریکی به حرکت مکانیکی، امکان کنترل دقیق، سریع و قابل اطمینان جریان مایعات و گازها را در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی فراهم میآورند.
از پالایشگاههای نفت و گاز تا خطوط تولید داروسازی و صنایع غذایی، شیرهای برقی به عنوان عضوی حیاتی در زنجیره کنترل فرآیند، مسئولیت قطع و وصل جریان، هدایت سیالات و تضمین ایمنی تجهیزات را بر عهده دارند. در این مقاله، به بررسی دقیق اصول عملکرد، انواع، اجزا، پارامترهای فنی انتخاب و کاربردهای این تجهیزات استراتژیک میپردازیم.
مکانیزم عملکرد: شیر برقی چگونه کار میکند؟
ساختار اصلی یک سولنوئید ولو از دو بخش الکتریکی (بوبین(سیمپیچ با خاصیت مغناطیسی)) و مکانیکی (بدنه فلزی) تشکیل شده است.
با اعمال ولتاژ به پایانههای بوبین، جریان الکتریکی در سیمپیچ ایجاد شده و میدان مغناطیسی قوی تولید میکند.
این میدان، هسته متحرک (پلانجر) را به سمت خود جذب نموده و باعث تغییر وضعیت شیر (باز یا بسته شدن مسیر سیال) میشود.
با قطع جریان، میدان مغناطیسی از بین رفته و یک فنر، هسته را به موقعیت اولیه بازمیگرداند.
انواع شیر برقی ها بر اساس نوع عملکرد
شیرهای برقی بر اساس مکانیزم عملکرد به سه دسته اصلی تقسیم میشوند:
عملکرد مستقیم (Direct Acting):
در این نوع شیرها، نیروی الکترومغناطیس تولید شده توسط بوبین مستقیماً بر روی هسته متحرک اعمال شده و مسیر سیال را باز یا بسته میکند. این شیرها برای عملکرد به حداقل فشار سیال نیاز ندارند و حتی در شرایط فشار صفر (افت فشار صفر) نیز به درستی عمل میکنند. شیرهای با عملکرد مستقیم معمولاً برای دبیهای پایین و سایزهای کوچک (معمولاً تا ¼ اینچ) مناسب هستند و در کاربردهای دقیق مانند تجهیزات تحلیلی و پزشکی مورد استفاده قرار میگیرند.
عملکرد غیرمستقیم یا پایلوت(Pilot-Operated):
این شیرها از فشار خود سیال برای باز و بسته شدن استفاده میکنند. در این طراحی، بوبین یک مسیر فرعی (پایلوت) را باز میکند که باعث تغییر فشار روی دیافراگم یا پیستون اصلی شده و شیر اصلی را جابجا میکند. شیرهای پایلوت میتوانند جریانهای بالا را با مصرف انرژی کمتر کنترل کنند، اما برای عملکرد صحیح به حداقل اختلاف فشار (معمولاً 0.5 بار) بین ورودی و خروجی نیاز دارند. این شیرها برای کاربردهای با دبی و فشار بالا ایدهآل هستند.
عملکرد نیمهمستقیم:
ترکیبی از دو حالت فوق است. این شیرها هم قابلیت عملکرد در فشار صفر را دارند (مانند نوع مستقیم) و هم میتوانند دبیهای نسبتاً بالایی را مدیریت کنند (مشابه نوع پایلوت). در این طراحی، بوبین هم مستقیماً بر روی شیر اثر میگذارد و هم مسیر پایلوت را باز میکند.
طبقهبندی بر اساس وضعیت و تعداد راهها
نامگذاری شیرهای برقی معمولاً بر اساس تعداد پورتها (راهها) و وضعیتهای عملکردی انجام میشود. برای مثال:
- شیر 2/2 (Two-Way, Two-Position): دارای دو پورت (ورودی و خروجی) و دو وضعیت (باز و بسته). پرکاربردترین نوع شیر برای قطع و وصل جریان.
- شیر 3/2 (Three-Way, Two-Position): دارای سه پورت و دو وضعیت. معمولاً برای کنترل سیلندرهای تککاره در سیستمهای پنوماتیک استفاده میشود
- شیر 5/2 (Five-Way, Two-Position): دارای پنج پورت و دو وضعیت. کاربرد اصلی در کنترل سیلندرهای دوکاره در اتوماسیون پنوماتیک.
مشخصات الکتریکی (ولتاژها)
شیرهای برقی با طیف گستردهای از ولتاژهای AC و DC عرضه میشوند. رایجترین ولتاژها عبارتند از:
- ولتاژ DC: 6 VDC، 12 VDC، 24 VDC
- ولتاژ AC: 24 VAC، 120 VAC، 220 VAC، 240 VAC
توجه به تطابق ولتاژ بوبین با منبع تغذیه کنترلی، از اهمیت حیاتی برخوردار است. استفاده از ولتاژ نامناسب منجر به سوختن بوبین یا عملکرد ناقص شیر خواهد شد.
اجزا تشکیل دهنده شیر برقی
برای درک بهتر عملکرد و عیبیابی، آشنایی با اجزای داخلی شیر برقی ضروری است:
- بوبین (Coil): بخش الکتریکی شامل سیمپیچ که با عبور جریان، میدان مغناطیسی ایجاد میکند و انرژی الکتریکی AC و یا DC به حرکت مکانیکی تبدیل می شود و باعث حرکت قسمتهای داخلی شیر میشود.
- بدنه (Body): بخش مکانیکی اصلی که سیال از آن عبور میکند. معمولاً از جنس برنج (Brass)، فولاد ضد زنگ (Stainless Steel 304 یا 316) یا مواد پلیمری ساخته میشود.
- هسته متحرک (Plunger / Core): قطعه فلزی که تحت تأثیر میدان مغناطیسی حرکت میکند.
- هسته ثابت (Fixed Core): هسته ثابت که مسیر حرکت هسته متحرک را هدایت میکند.
- فنر هسته (Core Spring): برای بازگرداندن هسته به موقعیت اولیه پس از قطع جریان.
- دیافراگم (Diaphragm) / پیستون (Piston): در شیرهای پایلوت، این قطعه وظیفه باز و بسته کردن مسیر اصلی را بر عهده دارد.
- آببندها (Seals / O-Rings): از جنس مواد مختلف مانند NBR، EPDM، VITON (FKM) یا PTFE، وظیفه آببندی و جلوگیری از نشتی را دارند.
- لوله قرارگیری هسته (Core Tube)
- هسته (Core)
- کلاهک یا سرپوش (Bonnet)
- اریفیس (Bleed Orifice)
- دیسک (Disk)
تصویر شماتیک اجزای شیر برقی
در تصویر زیر میتوانید شمای کلی اجزای شیر برقی شامل بوبین، بدنه و سایر قطعات آن را مشاهده کنید.
انواع برندهای شیربرقی
1-آسکو (ASCO):
شرکت ASCO از برندهای پیشرو در تولید شیر برقی است که محصولات آن در کاربردهای صنعتی متنوع مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از سریهای محبوب این برند شامل:
| سری | تصویر | توضیحات | ویژگیها | مزایا |
|---|---|---|---|---|
| 202 series |  |
برای کنترل دقیق نرخ جریان در تجهیزات پزشکی و ابزار دقیق طراحی شدهاند. | – طراحی دقیق – مناسب برای تجهیزات پزشکی و فشار خون |
– کنترل دقیق جریان – کاهش هزینههای نگهداری |
| 210 series |  |
یک شیربرقی دو راه با دو وضعیت باز یا بسته. | – مناسب برای کنترل هوا، گاز بیاثر، آب و روغن – نصب آسان |
– عملکرد پایدار – صرفهجویی در انرژی |
| 215 series |  |
شیر برقی سبک وزن برای سرویسدهی هوا یا گاز با جریان بالا. | – طراحی کمحجم – مناسب برای کاربردهای خلاء |
– عمر طولانی – کاهش هزینههای عملیاتی |
| 220 series |  |
دریچههای بخار و آب گرم با دوام بالا. | – دیافراگم PTFE – مناسب برای شرایط سخت |
– کاهش زمان خرابی – افزایش عمر کاری |
| 222 series |  |
برای کاربردهای با دمای بالا در تجهیزات لباسشویی. | – طراحی پیستونی – عملکرد پایلوت |
– قابلیت اطمینان بالا – مناسب برای دماهای بالا |
| 225 series |  |
شیرهای مینیاتوری مستقیم فشرده. | – نیاز به حداقل فشار کاری – عملکرد پایدار |
– کاهش فضای نصب – عملکرد قابل اعتماد |
| 223 series |  |
برای کاربردهای فشار بالا طراحی شده است. | – ساختار پیستونی فولاد ضد زنگ – طراحی مقاوم |
– افزایش دوام – عملکرد پایدار |
| 238 series |  |
برای کنترل هوا، گاز بیاثر، آب و روغن سبک طراحی شده است. | – طراحی جمع و compact – عملکرد پایلوت |
– صرفهجویی در فضا – افزایش عمر چرخه |
| 240 series (8240) |  |
شیر برقی برای کنترل سیالات با دمای بالا. | – بدنه برنجی – عملکرد سریع |
– مناسب برای کاربردهای تجاری – کاهش هزینههای نگهداری |
| 256 series (8256) |  |
شیر برقی برای کنترل خاموشی در انواع کاربردهای صنعتی. | – طراحی جمع و جور – قابلیت نصب در فضاهای تنگ |
– عملکرد قابل اعتماد – کاهش زمان نصب |
| 262 (series (8262 |  |
شیر برقی دوراهه با جنس بدنه برنجی یا استیل. | – قابل استفاده با ولتاژ DC و AC – عملکرد پایدار |
– کاربردهای گسترده – کاهش هزینههای عملیاتی |
| 263 series
(8263) |
 |
شیر برقی با قابلیت کنترل مایعات مختلف. | – جنس بدنه برنج یا فولاد ضد زنگ – مناسب برای گاز و مایعات |
– عملکرد پایدار – افزایش کارایی |
| 264 series |  |
شیر برقی برای کنترل سیالات CO2 مایع. | – طراحی خاص برای کاربردهای برودتی – قابلیت اطمینان بالا |
– مناسب برای تجهیزات تحلیلی – افزایش کارایی |
| 266 series
(8266) |
 |
شیر برقی قطع کننده روغن دو طرفه. | – طراحی ناهموار – مناسب برای روغنهای سوخت |
– کاهش زمان خرابی – عمر طولانی |
| 290 series
(8290) |
 |
شیر برقی پیستونی زاویهدار برای کاربردهای سخت. | – طراحی مقاوم – مناسب برای سیالات مختلف |
– افزایش کارایی – عمر طولانی |
| 298 series |  |
برای مقاومت در برابر چالشهای بخار اشباع و سیالات خورنده. | – ساختار فولاد ضد زنگ – عملکرد پایدار |
– مناسب برای کاربردهای صنعتی – افزایش دوام |
| 302 series |  |
شیر برقی مناسب با هوا یا گاز بیاثر. | – ورژنهای LED یکپارچه – طراحی مقاوم |
– عملکرد قابل اعتماد – افزایش کارایی |
| 316 series (8316) |  |
شیرهای سه طرفه با جریان بالا برای هدایت محرکهای بزرگ و بسته شدن سریع شیرهای کنترلی. | – طراحی دیافراگم پاپت – مناسب برای کنترل هوا، گاز بیاثر و مایعات |
– خاموشی شدید با نشیمنگاه ارتجاعی |
| 320 series (8320) |  |
برای کاربردهای متنوع با عملکرد مستقیم در محیطهای سخت. | – نصب مستقیم – کنترل دریبل |
– عمر طولانی – مناسب برای تجهیزات تحلیلی و علوم زیستی |
| 8327 series (8320) |  |
مشابه سری 320 برای کاربردهای متنوع. | – عملکرد مستقیم – قابلیت نصب مستقیم |
– مناسب برای تجهیزات تشخیصی – عمر طولانی |
| 370 series |  |
شیر برقی سه راهه با جنس بدنه برنجی و استیل. | – تغذیه بوبین با ولتاژ DC یا AC – قادر به قطع و وصل یا کنترل جریان |
– مناسب برای کاربردهای مختلف |
| 390 series (8390) |  |
دریچههای فشار و کنترل از راه دور برای سیالات صنعتی. | – استفاده از هوای خارجی برای باز و بسته شدن – اپراتورهای پیستونی با قطرهای مختلف |
– عمر طولانی – مناسب برای خودروسازی و سیستمهای گرمایش و سرمایش |
| 551 series (8551) |  |
شیرهای برقی فشرده 1/4 اینچی برای کنترل هوا یا گاز بیاثر. | – طراحی T سخت – بدنههای آلومینیومی، برنجی و ضد زنگ |
– مناسب برای محیطهای چالشبرانگیز |
| 553 series (8553) |  |
شیرهای برقی فشرده 1/2 اینچی برای کنترل هوا یا گاز بیاثر. | – طراحی T سخت – ایدهآل برای محیطهای چالشبرانگیز |
2-مکسیل(Maxseal):
برند بریتانیایی با بیش از 50 سال سابقه تولید شیرهای برقی با کیفیت بالا.
در زیر به برخی از مدل های پرکاربرد این شیر برقی اشاره شده است:
- IC08
- IC05
- IC20
- IC22
- IC40
- IC03
3- نورگرن(Norgeren):
تولیدکننده معتبر جهانی که در صنایع مختلف بهویژه شیر برقی های ضد انفجار (ATEX) مورد استفاده قرار میگیرد.
- V6 series
- V5 series
4- بیفولد (Bifold):
شرکت بیفولد یک شرکت انگلیسی با فعالیت در زمینه نفت و گاز و تولید شیر برقی های مختلف در صنعت می باشد که از سال 2007 مشغول به فعالیت می باشد.
- FP06
- FP06P
- FP12P
- FP01
- DB04
کاربرد شیر برقی Solenoid Valve
شیرهای برقی در طیف وسیعی از صنایع حضور دارند:
- صنایع غذایی: کنترل دقیق نازلها در خطوط پرکن نوشابه.
- اتوماسیون گلخانه: مدیریت هوشمند سیستمهای آبیاری قطرهای و مهپاش بر اساس سنسور رطوبت.
- صنایع پزشکی: کنترل جریان اکسیژن و سیالات در دستگاههای آنالیز خون.
- سیستمهای پنوماتیک: کنترل سیلندرهای دوکاره با استفاده از شیرهای ۵/۲ و ۵/۳ طرفه.>
- نفت و گاز: کنترل دقیق جریان هیدروکربنها و مواد شیمیایی در فرآیندهای پیچیده پالایشگاهی و خطوط انتقال، که معمولاً با استفاده از شیرهای ضد انفجار (ATEX) برای تضمین ایمنی در محیطهای حساس انجام میشود
- آب و فاضلاب: مدیریت ورود و خروج جریان در تصفیهخانهها، کنترل تزریق مواد شیمیایی برای تصفیه، و همچنین هدایت خودکار جریان آب در شبکههای توزیع و پر کردن مخازن بزرگ
- داروسازی: کنترل فوقدقیق و بهداشتی جریان سیالات در تجهیزات تولید دارو، که نیازمند شیرهایی با بدنه استیل ۳۱۶ و آببندهای خاص (مانند EPDM) دارای تاییدیه بهداشتی برای حفظ استریل بودن محیط هستند
پارامترهای فنی در انتخاب شیر برقی
انتخاب نادرست شیر برقی میتواند منجر به کاهش راندمان، افزایش مصرف انرژی، خرابی زودرس و حتی توقف خط تولید شود. برای انتخاب هوشمندانه، پارامترهای زیر را مد نظر قرار دهید:
- نوع سیال: خورنده، چسبناک، تمیز، حاوی ذرات جامد؟ سازگاری شیمیایی سیال با مواد بدنه و آببندها حیاتی است.
- برنج (Brass): مناسب برای آب، هوا، روغنهای سبک و گازهای غیرخورنده.
- فولاد ضد زنگ (Stainless Steel): ضروری برای سیالات خورنده، اسیدها، بخار و صنایع غذایی/دارویی.
- آببند NBR: برای آب، روغن و هوا تا دمای 80- درجه سانتیگراد.
- آببند EPDM: برای آب گرم، بخار و مواد شیمیایی خاص.
- آببند VITON (FKM): بهترین انتخاب برای مواد شیمیایی قوی، اسیدها و دماهای بالا (تا 200 درجه سانتیگراد).
- فشار و دمای کاری: محدوده فشار و دمای سیال در فرآیند باید با مشخصات فنی شیر مطابقت کامل داشته باشد.
- سایز و دبی (Cv): اندازه اتصالات و ضریب جریان (Cv) شیر باید بر اساس دبی مورد نیاز فرآیند تعیین شود.
- نوع فرمان (NC/NO):
- Normally Closed (NC): در حالت بیبرقی، شیر بسته است. برای مصارف ایمنی و کنترل گام به گام.
- Normally Open (NO): در حالت بیبرقی، شیر باز است. برای کاربردهایی که جریان پایه باید همواره برقرار باشد.
- نوع اتصال: رزوهای (BSPP، BSPT، NPT)، فلنجی یا ویکمپ (برای کاربردهای بهداشتی).
- محیط نصب: برای محیطهای انفجاری (پتروشیمی، معادن)، استفاده از شیرهای با تاییدیه ضد انفجار (ATEX، IECEx) الزامی است. درجه حفاظت (IP) نیز برای محیطهای مرطوب یا غبارآلود اهمیت دارد.
راهنمای عیبیابی و نگهداری تخصصی
در صورت بروز مشکل در عملکرد شیر برقی، موارد زیر را بررسی کنید:
- بررسی ولتاژ بوبین: با مولتیمتر، ولتاژ رسیده به بوبین را اندازهگیری کنید. همچنین در حالت اهممتر، مقاومت بوبین را چک کنید؛ مقاومت بینهایت (قطع) یا صفر (اتصال کوتاه) نشاندهنده سوختن بوبین است.
- شنیدن صدای عملکرد: هنگام تحریک شیر، صدای کلیک یا حرکت پلانجر باید شنیده شود. نشنیدن صدا میتواند ناشی از گیرایی مکانیکی، وجود رسوب یا خرابی بوبین باشد.
- بازرسی فیلتر: وجود ذرات معلق در سیال میتواند باعث گرفتگی اریفیس (بهویژه در شیرهای پایلوت) یا آسیب به دیافراگم و آببندها شود. نصب فیلتر در ورودی شیر یک الزام است
- بررسی دمای بوبین: گرمای بیش از حد بوبین معمولاً ناشی از ولتاژ نامناسب، روشن ماندن طولانی مدت شیر (در حالت دائماً تحریک) یا دمای بالای محیط است و عمر مفید آن را به شدت کاهش میدهد.
نتیجه گیری
شیر برقی (سولنوئید ولو) یکی از حیاتیترین اجزای سیستمهای کنترل سیالات در صنعت مدرن است. انتخاب صحیح این قطعه بر اساس پارامترهای فنی مانند نوع سیال، فشار، دما، ولتاژ و شرایط محیطی، تأثیر مستقیمی بر کارایی، ایمنی و قابلیت اطمینان فرآیند دارد. آشنایی با انواع عملکرد، برندهای معتبر و اصول عیبیابی میتواند مهندسان را در طراحی، بهرهبرداری و نگهداری بهینه تأسیسات یاری رساند.
شرکت فرتاک ایمن ویژن با ارائه طیف گستردهای از شیرهای برقی با کیفیت از برندهای مطرح جهانی (ASCO، Maxseal، Parker و…) و بهرهمندی از تیم فنی مجرب، آماده ارائه مشاوره تخصصی، تأمین و پشتیبانی پروژههای صنعتی شماست.
سوالات متداول
1.شیر برقی چیست و چگونه کار میکند؟
شیر برقی، وسیلهای الکترومکانیکی است که با کمک نیروی الکتریکی، جریان مایعات یا گازها را کنترل میکند. این شیرها از یک سیمپیچ (بوبین) و بدنه تشکیل شدهاند که با تحریک بوبین، جریان سیال را قطع یا وصل میکنند.
2.شیر برقیها چه کاربردهایی دارند؟
شیر برقیها در صنایع مختلف مانند نفت و گاز، آب و فاضلاب، داروسازی و صنایع غذایی برای کنترل دقیق جریان سیالات به کار میروند.
3.انواع شیر برقی کدامند؟
شیر برقیها به دو نوع اصلی تقسیم میشوند: مستقیم (Direct Acting) و پایلوت (Pilot-Operated)، که هر کدام برای فشارهای مختلفی طراحی شدهاند و کاربردهای متفاوتی دارند.
4.تفاوت بین شیر برقی 2/2 و 3/2 چیست؟
شیر برقی 2/2 دارای دو راه و دو وضعیت (باز و بسته) است، در حالی که شیر برقی 3/2 دارای سه راه و دو وضعیت میباشد و معمولا در کاربردهای خاصتری استفاده میشود.
5.اجزای تشکیلدهنده شیر برقی چیست؟
اجزای شیر برقی شامل بوبین، بدنه، هسته ثابت، فنر، دیافراگم و سایر اجزایی است که هرکدام نقشی خاص در عملکرد شیر برقی دارند.
6.چگونه میتوان بهترین شیر برقی را برای نیاز خود انتخاب کرد؟
برای انتخاب شیر برقی مناسب، ابتدا نوع سیال، دما، فشار کاری و کاربرد مورد نظر را مشخص کنید. سپس، با توجه به این فاکتورها و برندهای موجود در بازار، بهترین گزینه را انتخاب نمایید.
7.برندهای معتبر در زمینه تولید شیر برقی کدامند؟
از برندهای معتبر میتوان به برند ASCO اشاره کرد که مدلهای متنوعی برای کاربردهای صنعتی مختلف تولید میکند.
8.شیر برقی پایلوت برای چه کاربردهایی مناسب است؟
شیر برقی پایلوت برای سیستمهایی با فشار و دماهای بالاتر طراحی شده و در این شرایط با مصرف انرژی کمتری کار میکند.
9.آیا میتوان شیر برقی را تعمیر کرد؟
بله، برخی از قسمتهای شیر برقی مانند بوبین و فنر قابل تعمیر یا تعویض هستند؛ با این حال، در صورت خرابی اساسی، تعویض کامل شیر ممکن است اقتصادیتر باشد
چگونه میتوان فهمید که شیر برقی خراب شده است؟
در صورتی که شیر برقی به درستی باز یا بسته نشود، یا هنگام فعالسازی هیچ صدایی ندهد، ممکن است خراب شده باشد و نیاز به بررسی یا تعمیر داشته باشد.
