انواع کنترل ولو و کاربرد آن

کنترل ولو چیست؟

کنترل ولو یا شیر کنترلی (Control Valve) دستگاهی مکانیکی است که در صنایع فرآیندی برای تنظیم جریان سیال و به طبع آن، فشار، دما یا سطح مورد استفاده قرار می­ گیرد.

یک شیر کنترلی عموما از سه بخش تشکیل شده است:

بدنه (Body):

بدنه یک ولو محل عبور سیال را فراهم کرده و شامل کلیه قطعات ثابت و متحرکی است که جریان آن سیال را کنترل می­ کنند.

اکچویتور(Actuator):

این بخش با استفاده از یک منبع انرژی خارجی (مانند هوا، انرژی الکتریکی و یا نیروی هیدرولیک) اجزا متحرک بدنه شیر را در یک موقعیت مطلوب قرار می­دهد.

پوزیشنر(Positioner):

این تجهیز بر اساس فیدبکی که از یک سیستم کنترل دریافت می ­کند موقعیت دقیق ولو را تنظیم می ­نماید.

شیرهای کنترلی در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، فولاد،صنایع شیمیایی و دارویی و نیروگاه ها پرکاربرد بوده و نقش نگه داشتن پارامترهای فرآیندی در محدوده مطلوب را به عهده دارند.

شرکت فرتاک ایمن ویژن تأمین کننده تجهیزات ابزار دقیق و واردات و فروش تجهیزات ابزار دقیق را برعهده دارد.

در ادامه این مطلب برخی از اصطلاحات کلیدی حوزه کنترل ولو و همچنین انواع آن را معرفی کرده و موضوعاتی از قبیل سایزینگ کنترل ولو و نحوه انتخاب آن و همچنین مشکلات شیر کنترلی را شرح خواهیم داد، پس لطفا تا انتهای مطلب با ما همراه باشید و برای دیدن اجزای کنترل ولو ویدیو را از دست ندید.

همچنین بخوانید: پوزیشنر سامسون سری 3731

اجزای بدنه کنترل ولو

1)تریم ولو (Valve Trim):

این اصطلاح به اجزاء موجود در بدنه ولو که عمل کنترل یا باز و بسته کردن ولو را انجام داده و در تماس مستقیم با سیال هستند اطلاق می­ گردد.

مانند پلاگ (Plug) و ساقه (Stem) و نشیمنگاه ولو (Seat).

1-1)پلاگ (Plug):

پلاگ یک قطعه متحرک است که با تنظیم موقعیت آن می­توان میزان باز و بسته بودن کنترل ولو را کنترل کرد.

2-1)نشیمنگاه (Seat):

بخش غیر متحرک تریم ولو است.

با تنظیم موقعیت پلاگ نسبت به seat، ولو قادر است نرخ جریان عبوری را کنترل نماید.

3-1)استم (Stem):

قطعه ای است که اتصال مکانیکی اکچویتور و پلاگ را فراهم می­ کند.

2)کنترل (Throttling):

این نوع مکانیزم شامل تنظیم دقیق موقعیت شیر برای کنترل نرخ جریان سیال است.

در این روش ولو به صورت تدریجی و پیوسته باز یا بسته می­ گردد تا نرخ جریان مورد نظر به دست آید.

این نوع کنترل در لوپ­ های کنترلی دما و فشار و سطح در صنایع استفاده می­ گردد.

3)کنترل (On-off):

بر خلاف کنترل Throttling، در این روش ولو فقط در یکی از دو حالت جریان حداکثری (کاملا باز) یا قطع جریان (کاملا بسته) مورد استفاده قرار می­ گیرد.

4)کلاس نشتی ولو (Leakage Class):

کلاس ­های مختلف نشتی بر اساس “میزان سیال عبوری از ولو در حالتی که Plug کاملا بر روی seat قرار بگیرد” تعریف می­ گردد.

کلاس نشتی بالا به معنی آب بندی خوب ولو در حالت بسته بودن آن می­ باشد که اصطلاحا به این وضعیت TSO یا Tight shut off گفته می­ شود.

 

تقسیم بندی انواع شیر کنترلی از لحاظ بدنه (Body)

1)ولوهای ساقه کشویی (Sliding stem valves):

این ولوها با استفاده از حرکت خطی ساقه برای باز و بسته کردن شیر عمل می­ کنند.

ولوهای ساقه کشویی در انواع زیر ساخته می­ شوند:

1.1)ولو کروی(valve Globe):

این ولوها به دلیل قابلیت کنترل دقیق جریان سیال شناخته شده اند

و به جرات می توان گفت که در حوزه کنترل Throttling محبوب ترین و متداول ترین نوع ولو های کنترلی می باشند.

2-1)ولو دروازه ای (Gate valve):

در این شیرها پلاگ (Plug) به صورت یک تیغه یا صفحه بوده که با حرکت کشویی آن و محدود نمودن مسیر سیال، کنترل فلو صورت می­ پذیرد.

3-1) کنترل ولو دیافراگمی (Diaphragm valve):

در این شیرها کنترل جریان سیال از طریق یک غشا یا دیافراگم قابل انعطاف صورت می­ گیرد

2)ولوهای ساقه چرخشی (Rotary-stem valves):

این شیرها به جای حرکت خطی stem از چرخش یک شفت جهت تنظیم موقعیت ولو بهره می ­گیرند و به انواع زیر دسته بندی می­ شوند:

1-2) ولو توپی (Ball valve):

این ولو دارای یک پلاگ(Plug) کروی با سوراخی در مرکز است که با چرخش آن مسیر عبور سیال باز یا بسته می ­گردد.

2-2) ولو پروانه ای (Butterfly valve):

در این نوع ولها پلاگ(Plug) به صورت یک دیسک می ­باشد که با تغییر زاویه دوران این دیسک می­توان مقدار بازشدگی ولو را کنترل نمود.

تقسیم بندی انواع اکچویتور کنترل ولو(Actuator)

نوع اکچویتور(Actuator) در ولوهای ساقه کشویی و چرخشی یکسان و به شرح ذیل است:

1) اکچویتورهای پنوماتیکی یا نیوماتیکی (Pneumatic):

در این نوع اکچویتورهای کنترل ولو پنوماتیک“فشار هوا” عامل ایجاد نیروی محرک بوده که عموما از طریق یک مبدل الکتریکی به نیوماتیکی تنظیم و وارد مکانیزم اکچویتور می­شود.

تیپ­ های مختلف اکچویتورهای نیوماتیکی عبارتند از:

1-1) اکچویتور نیوماتیکی دیافراگمی:

در این اکچویتورها با اعمال فشار هوا به یک دیافراگم انعطاف ­پذیر که از طریق stem به مکانیزم ولو متصل است میزان باز و بسته شدن ولو کنترل می­ گردد.

 

2-1) اکچویتور نیوماتیکی پیستونی:

در این نوع اکچویتور فشار هوا از طریق حرکت دادن یک پیستون موجب فعال شدن مکانیزم شیر کنترلی می ­گردد.

 

3-1) اکچویتور نیوماتیکی دو پیستونی:

در این نوع خاص فشار هوا یک جفت پیستون را به سمت مرکز یا خارج بدنه اکچویتور هل داده و باعث حرکت یک مجموعه رک و پینیون (Rack and Pinion) می­ گردد.

 

2)اکچویتورهای هیدرولیکی:

این اکچویتورها ساختاری مشابه اکچویتورهای پیستونی دارند با این تفاوت که نیروی محرک ولو از طریق فشار روغن یا در واقع نیروی هیدرولیک تامین می­ گردد.

3)اکچویتورهای الکتریکی:

اکچویتور برقی بر خلاف سایر اکچویترهایی که به آنها اشاره شد نیازی به تامین انرژی از یک سیال خارجی ندارند

و نیروی محرکه آنها از طریق یک موتور الکتریکی و گیربکس تامین می ­گر­دد.

همچنین بخوانید: انواع کنترل ولو را کامل تر بخوانید

نحوه کارکرد کنترل ولو

یک شیر کنترلی می‌تواند به صورت دستی یا اتوماتیک عمل کند. وقتی به صورت دستی استفاده می‌شود، اپراتور یا فرد مسئول با دستورات مشخص، ولو را باز یا بسته می‌کند.

اما در حالت اتوماتیک، سیستم‌های کنترلی مثل سنسورها و کنترلرها به ولو دستور می‌دهند تا بر اساس پارامترهای تعیین شده، به صورت خودکار جریان راکنترل کند.

یک کنترل ولو اتوماتیک به روش زیر‌‌ می‌‌تواند کار کند:

1. برقی : دارای مکانیزم‌های الکترونیکی هستند که به وسیلهٔ سیگنال‌های الکتریکی و کنترلی عمل می‌کنند. این ولوها معمولاً با استفاده از سیستم‌های الکترونیکی مثل سروموتورها، اکتواتورها یا سلنوئیدها کار می‌کنند. با دریافت سیگنال‌های کنترلی، این ولوها باز یا بسته شده و جریان سیال را مدیریت می کنند.
2. پنوماتیک: از هوا یا گاز فشرده برای عملکردشان استفاده می‌کنند. این ولوها اغلب با یک سیستم پنوماتیک که شامل سیلندرها و واحدهای کنترلی است، کار می‌کنند. وقتی که گاز فشرده به ولو فرستاده می‌شود، این ولوها می‌توانند باز یا بسته شوند و جریان سیال را کنترل کنند.
3. هیدرولیک: کنترل ولوهای هیدرولیک از روغن یا مایع هیدرولیک برای انتقال نیروی مکانیکی استفاده می‌کنند. این ولوها می‌توانند با تغییر فشار مایع هیدرولیک در سیستم، باز یا بسته شوند. زمانی که فشار مایع به ولو اعمال می‌شود، آنها جریان مایع را به یک جهت مشخص تغییر می‌دهند و این به مدیریت جریان و فشار در سیستم‌های هیدرولیک کمک می کند.

کاربرد کنترل ولو

شیر کنترلی ها در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند، از جمله

• صنایع نفت و گاز
• صنایع شیمیایی
• خودروسازی
• صنایع آب و فاضلاب
• صنایع غذایی و بسیاری دیگر

برخی از شایع ترین مشکلات کنترل ولو

1) فلشینگ (Flashing):

هنگامی یک سیال وارد گذرگاه تنگ تریم یک شیر کنترل می­ گردد انرژی جنبشی (سرعت) آن افزایش یافته

و طبق قانون بقای انرژی، انرژی پتانسیل یا فشار آن نیز به همان نسبت باید کاهش پیدا کند.

به همین ترتیب اگر سیال عبوری از شیر کنترل یک مایع باشد و فشار مطلق آن به کمتر از فشار بخار آن برسد مایع به جوش آمده

و به سرعت تبدیل به بخار شده و در نتیجه فلوی عبوری از ولو خفه می ­شود.

از طرفی جوش آمدن مایع سبب حرکت بسیار سریع ذرات ریزمایع و اصابت آنها به تریم ولو می ­گردد که این امر در طول زمان آسیب به قطعات را به دنبال خواهد داشت.

2)کاویتاسیون (Cavitation):

اگر بعد از بروز فلشینگ، فشار در ناحیه پایین دست تریم ولو افزایش یابد و به حدی بالاتر از فشار بخار مایع برسد، بخار مجددا به شکل مایع در می آید. به این پدیده کاویتاسیون گفته می­ شود.

در این شرایط میکروجت های حاصله از قطرات بسیار ریز مایع با سرعتی بسیار زیاد به اجزاء کنترل ولو برخورد می­ کنند. این پدیده از فلشینگ هم مخرب­ تر می ­باشد.

لازم به ذکر است یکی از روش­ های بسیار متداول جلوگیری از فلشینگ و Cavitation استفاده از تریم کنترل کاویتاسیون یا Cage می ­باشد.

در این روش با تعبیه یک Cage فشار سیال عبوری در چندین مرحله کاهش و مجددا افزایش می ­یابد بدون اینکه فشار آن به زیر حد فشار بخار آن برسد.

در شکل زیر طرح یکی از Cage های سری Cavitrol شرکت Fisher نشان داده شده است.

3)نویز ولو (Valve Noise):

نویز در ولو به صدا یا لرزش ­های ناخواسته ای اطلاق می ­شود که در خلال عملکرد ولو ایجاد می­ گردد.

کاویتاسیون، افت فشار بیش از حد، آشفتگی سیال، سرعت بالای سیال و حتی سیستم لوله کشی می­توانند از منابع ایجاد نویز باشند.

در استانداردهای مختلف میزان نویز مجاز برابر 85 دسی بل در مدت 8 ساعت کاکرد ولو ذکر شده است.

ابل ذکر است که اگر نویزی با شدت 110 دسی بل در داخل یک کنترل ولو ایجاد گردد تمام قطعات تریم ولو (پلاگ، سیت، استم) در عرض یک ساعت نابود خواهند شد.

خوشبختانه تکنیک­ های مختلفی جهت کنترل نویز وجود دارد که عبارتند از :

Path treatment:

در این تکنیک در پایین­ دست ولو از قبیل افزایش عایق خط و افزایش قطر لوله و یا استفاده از Silencer مد­نظر قرار می­ گیرد.

Source treatment:

در این تکنیک مقابله با نویز در داخل مکانیزم ولو صورت می­ گیرد.

یکی از روشهای مقابله با نویز به شیوه Source Treatment، استفاده از Cage های سری whisper ساخت شرکت فیشر (fisher) می­ باشد.

در این تکنیک انرژی سیال با عبور از منافذ پر تعداد Cage پراکنده شده و با شیفت فرکانس صدای نویز به فرکانس هایی خارج از رنج شنوایی انسان از شدت آن کاسته می­ شود.

4) فرسایش (Erosion) و آسیب شیمیایی (Chemical Attack):

یکی از رایج ­ترین مشکلات کنترل ولوهای سرویس ­های دوغابی (مایعات حاوی ذرات ریز و جامد) فرسایش حاصل از برخورد ذرات جامد با تریم کنترل ولو می­باشد.

از طرفی وجود ترکیبات شیمیایی خورنده نیز به مرور به قطعات داخلی ولو آسیب خواهد زد.

در هر دو مورد تنها راه حل موجود انتخاب متریال مناسب با ویژگی های سیال می ­باشد که در ادامه مقاله به آن خواهیم پرداخت.

 

cv در کنترل ولو چیست؟

به تعداد گالن­های آبی که در مدت زمان یک دقیقه از یک شیر کنترل عبور کرده و افت فشار ثابتی برابر 1PSI در آن ایجاد نماید ظرفیت یا ضریب فلوی ولو گفته می­ شود.

لازم به به ذکر است که در اغلب موارد این تعریف با فرض باز بودن کامل ولو بیان می­ گردد.

برای مثال مقدار Cv معادل 55 به این معناست که ولو مربوطه با فرض اینکه کاملا باز است می­تواند 55 گالن آب را با افت فشار یک PSI از خود عبور دهد.

 

آموزش سایزینگ کنترل ولو

بدیهی است که یک شیر کنترل برای برآورده نمودن الزامات فرآیندی باید توانایی عبور دادن حداکثر فلوی مورد انتظار را داشته و به درستی سایز شده باشد.

مشخصا ولوی که برای یک کاربرد مشخص کوچک است در مواقع ضروری توانایی عبور حداکثر فلو را نخواهد داشت.

لذا در وهله اول اینگونه به نظر می­رسد که برای کمتر کردن ریسک انتخاب یک ولو با سایز کوچک، انتخاب ولوی با سایز بزرگ تر شرایط را ایمن تر خواهد کرد

اما در عمل این انتخاب مشکلات دیگری را ایجاد خواهد نمود.

در واقع نه تنها در این شرایط کنترل فلو­های کم بسیار دشوار خواهد شد بلکه این امکان وجود دارد که ولو در وضعیت کاملا باز اجازه عبور فلوی بیش از اندازه ای را بدهد.

هدف از سایز کردن ولو درعمل  بدست آوردن Cv و همچنین میزان نویز می ­باشد به نحوی که کلیه الزامات فرآیندی و ایمنی برآورده گردد.

با توجه به تعداد پارامترهای اساسی و فاکتورهای غیر خطی، محاسبه Cv مناسب نسبتا پیچیده بوده

و اکیدا توصیه می­ شود از نرم افزارهای سایزینگ ولو ارائه شده توسط سازندگان کنترل ولو استفاده گردد.

 

نحوه انتخاب متریال ولو

انتخاب مواد مناسب برای بدنه و تریم ولو به عوامل مختلفی نظیر فشار و دمای کاری، سازگاری با سیال، نیاز به مقاومت در برابر خوردگی یا فرسایش و ویژگی­ های مکانیکی مورد نیاز بستگی دارد.

در این خصوص چند نکته کلی و عمومی حائز اهمیت می­ باشد:

• از آنجایی که تمامی قطعات تریم (Stem,Seat,Plug) در معرض تماس با سیال هستند جنس آنها باید حداقل استیل زنگ نزن (S.S 316) انتخاب گردد.
• در شرایط خاص فرآیندی مانند دمای بالای 280 درجه سانتیگراد، سرویس های خورنده و فرسایشی و بخار اشباع شده و کاربردهایی که مستعد کاویتاسیون هستند استفاده­ از متریال Stellited یا فلز سخت کاری شده برای تریم ولو توصیه می­ گردد.
• بدنه ولو معمولا از نوع کربن استیل انتخاب می­ گردد اما در این خصوص حتما بایستی مدارک متریال پروژه مدنظر قرار گیرد.

لازم به ذکر است که اگر در سایزینگ با نرم افزار با ارورهای نظیر نویز بالا یا کاویتاسیون مواجه شویم باید متریال قطعات داخلی ولو را به متریال ­های مقاوم­تر از قبیل Stellited یا Superduplex تغییر دهیم.

 

نحوه انتخاب یک کنترل ولو

انتخاب صحیح یک شیر کنترلی شامل ملاحظاتیست که بر اساس نیازها و پارامترهای فرآیندی تعیین می­ شود.

برخی از این فاکتورها به شرح ذیل می باشد:

میزان فلو یا جریان سیال:

دانستن میزان حداکثر و حداقل جریان جهت اطمینان از اینکه ولو قادر به کنترل محدوده مورد نظر می ­باشد، حائز اهمیت است.

افت فشار:

شرایط فشار در بالا دست و پایین دست سیستم ولو را مورد بررسی قرار دهید.

کاهش فشار در ولو را محاسبه کنید تا اطمینان حاصل شود که ولو در محدوده مجاز عمل کرده و به فرآیند آسیبی وارد نمی­ کند.

نوع ولو:

براساس نیازمندی های فرآیندی نوع ولو را انتخاب کنید.

عواملی مانند توانایی کنترلی Throttling یا On-off، خصوصیات ذاتی سیال از قبیل خورندگی، ویسکوزیته و تمیز و یا کثیف بودن آن و و همچنین میزان مقاومت در برابر فلشینگ و کاویتاسیون در انتخاب نوع ولو تاثیرگذار هستند.

ظرفیت ولو:

بر اساس قطر لوله و نرخ جریان موردنظر ولو مناسب را سایز کنید.

هدف انتخاب ولوی است که بتواند کنترل جریان را با دقت مناسب انجام دهد و همچنین افت فشار، سرعت سیال و نویز را در محدوده مجاز نگه دارد.

سازگاری متریال:

ویژگی­ های سیال فرآیندی مانند دما، خوردگی و ویسکوزیته را بررسی کنید.

کلاس نشتی:

کلاس نشتی مناسب برای کاربرد مورد نظر را تعیین کنید.

نوع اکچویتور:

متناسب با پارامترهایی از قبیل نوع سیگنال کنترلی، پاسخ زمانی، وجود منبع تغذیه مناسب (هوا، برق،هیدرولیک) و مقدار نیروی مورد نیاز، نوع اکچویتور را مشخص نمایید.

سیگنال کنترلی:

نوع سیگنال کنترل استفاده شده در سیستم خود را تعیین کنید.

اطمینان حاصل کنید که شیر کنترلی سازگار با سیگنال کنترلی شماست و می­تواند به طور دقیق به سیگنال ورودی پاسخ دهد.

سیگنال ورودی می­تواند جریان الکتریکی یا نیوماتیکی باشد.

ایمنی و قابلیت اطمینان:

هر گونه الزامات ایمنی یا استانداردهای وابسته به صنعت خود را مدنظر قرار دهید.

ملاحظات هزینه:

پارامترهایی مانند هزینه خرید اولیه، نصب و نگهداری، دسترسی به قطعات یدکی و مصرف انرژی را مدنظر قرار دهید.

قیمت کنترل ولو فیشر

محصولات کنترل ولو

• کنترل ولو فیشر 8560
  • بیشتر بخوانید
• کنترل ولو سامسون مدل 3241
  • بیشتر بخوانید
• پوزیشنر سامسون سری 3731
  • بیشتر بخوانید