مقاله:شیرهای كنترل كننده جريان

[سوره2 16]

شیرهای كنترل كننده جريان

وظيفة كنترل كننده هاي جريان، كه معمولاً شير كنترل جريان خوانده مي شوند، عبارت است از كنترل يا تنظيم جريان عبوري از يك نقطة دلخواه در مدار. كنترل كنندة جريان در واقع نوعي شير است و مي توان آن را با دريچه هاي هواي كانال هوا مقايسه كرد. اگر دريچه اندكي باز شود، مقدار كمي هواي گرم يا سرد وارد اتاق مي شود، ولي اگر كاملا باز شود هواي زيادي به درون اتاق جريان مي يابد. اندازة گشودگي دريچه مي تواند از وضعيت بسته تا كاملا باز و در هر موقعيت دلخواه تنظيم شود.شير كنترل براي تنظيم سرعت حركت پيستون در سيلندرهاي قدرت و يا سرعت حركت كشويي شير فرمانده، كه موجب تنظيم سرعت چرخش روي شير زمانبندي (شير تايمر) مي شود، و يا تنظيم سرعت گردشي محور موتورهاي سيالي به كار مي رود. شير كنترل جريان، جزء ساده اي در مدار است ولي نقش مهمي در سيستم هاي هيدروليكي و پنوماتيكي بر عهده دارد.از آنجايي كه شيرهاي كنترل جريان در هر دو شاخة هيدروليك و پنوماتيك كاربرد فراوان دارند، در اين فصل انواع مختلف شيرهاي كنترل جريان كه در صنعت به كار مي روند بررسي مي شوند. هر چند بسياري از شيرهاي پنوماتيك براي فشار كار تا ² Kg/cm 10 (psi 150) طراحي مي شوند و مي توان از آن ها در سيستم هاي روغني كم فشار (تا psi 500) هم استفاده كرد، ولي بهتر است كه از شيرهاي كنترل جريان بادي در پنوماتيك و از شيرهاي كنترل جريان روغني در هيدروليك استفاده شود.

انواع شيرهاي كنترل جريان

شيرهاي كنترل جريان به چهار گروه تقسيم مي شوند: 1. پيش تنظيم (كنترل جريان در ورودي) (شكل 12-1)، 2. پيش تنظيم (كنترل جريان در خروجي) (شكل هاي 12-2، 12-3 و 12-4)، 3. پيش تنظيم دو جهته (كنترل جريان در دو جهت) (شكل 12-5)، 4. بيرون ريز (كنترل جريان به صورت تخليه جريان اضافي) (شكل 12-1).در شيرهاي كنترل جريان پيش تنظيم جريان سيال پيش از رسيدن به دستگاه مورد نظر تنظيم و اندازه مي شود (شكل 12-1) در شيرهاي كنترل جريان پس تنظيم جريان سيال پس از ترك دستگاه مورد نظر اندازه و تنظيم مي شود. شير پيش تنظيم دو جهتي در هر دو جهت جريان سيال را تنظيم مي كند (شكل 12-5).بيشتر شيرهاي پيش تنظيم در كنترل جريان هيدروليك و بسياري از شيرهاي پس تنظيم براي كنترل جريان پنوماتيك و هيدروليك به كار مي روند. شيرهاي كنترل پيش تنظيم دو جهته كاربرد كمتري در صنايع دارند. انواع بيرون ريز در سيستم هاي هيدروليك و براي تخليه يا ريزش مقدار معيني از روغن پر فشار به مخزن به كار مي روند.شيرهاي كنترل جريان به صورت به هم پيوسته با شيرهاي قطع با راه انداز بادامكي هم ساخته مي شوند. در اين تركيب، در حالت عادي و پيش از عملكرد بادامك، سيال آزادانه جريان مي افتد و با فعال شد بادامك، جريان سيال به مسير شير كنترل هدايت مي شود. شيرهاي كنترل جريان را با روزنة قابل تنظيم مي سازند (شكل 12-6) كه در آن سطح مقطع عبور سيال تغيير مي كند و بنا به نياز، بزرگ يا كوچك مي شود و در نتيجه مي توان مقدار سيال عبوري را تنظيم كرد. برتري به كارگيري اين گونه شيرها اين است كه با تغيير مقطع روزنة شير، مي توان سرعت دستگاهي را كه جريان سيال به آن وارد مي شود به راحتي زياد يا كم كرد. حتي براي عملكردي ثابت به دليل تغيير بار دستگاه معمولاً بهتر آن است كه بتوان جريان را به ازاي بارهاي گوناگون تنظيم كرد. مثلا شير كنترل جريان مي تواند سرعت پيشروي را به هنگام اره كردن الوار، بر حسب اين كه از چوب خشك و يا چوب تر و تازه باشد، تنظيم كند.معمولاً در شير كنترل جريان پيش تنظيم يا پس تنظيم، يك شير يك طرفة موازي در بدنه شير قرار دارد كه جريان آزادانة سيال را در جهت مخالف و بدون تنظيم برقرار مي كند.شير كنترل جريان بادامك كار (شكل 12-7) در واقع سه شير در قالب يك شير است كه عبارت اند از: شير قطع، شير كنترل جريان و شير يك طرفه ويژگي و برتري بارز اين گونه شيرها اين است كه متغيري كه در شير كنترل جريان تنظيم مي شود را مي توان به سرعت و به صورت لحظه اي مهار كرد، يعني هنگامي كه شير قطع بسته مي شود شير كنترل جريان بي درنگ عمل مي كند. براي نمونه مي توا به شيوة پيشروي ابزار در ماشين تراس اشاره كرد.همانگونه كه در شكل 12-8 ديده مي شود با حركت پيستون، ابزار به سرعت به جلو مي رود تا لحظه اي كه بادامك غلتك شير را بفشارد. در اين شرايط پيستون و ابزار با سرعت دلخواهي كه براساس تنظيم شير كنترل جريان تعيين مي شود حركت خواهد كرد. اگر حركت هاي كوتاه و جهشي مورد نياز باشد مي توان بادامك هاي كوتاه روز ميز پيشروي قرار داد. در هيدروليك براي مدارهاي پيچيدة تغذيه و پيشروي ماشين ها از شيرهاي صفحة فرمان كه شامل شير كنترل جريان و شيرهاي گوناگون ديگر است استفاده مي شود در مواردي كه ضربه گيري طولاني در انتهاي كورس سيلندر مورد نظر باشد بهتر است از شيرهاي كنترل جريان بادامكي استفاده شود.شير يك طرفه در شير كنترل جريان ابزاري است كه جريان سيال را از يك سمت آزادانه عبور مي دهد ولي اجازه عبور در جهت مخالف را نمي دهد. عمل شير يك طرفه را مي توان با درب منزل مقايسه كرد كه در يك جهت با وارد آوردن فشار باز مي شود ولي در جهت مخالف حتي با فشار دادن نمي توان آن را باز كرد.شيرهاي كنترل جريان پنوماتيك معمولاً در اندازه هاي تا 1 اينچ و شيرهاي كنترل جريان هيدروليك در اندازه هاي تا 2 اينچ يا بزرگتر در بازار يافت مي شوند. دامنة فشار كار براي پنوماتيك تا ² Kg/cm 10 (psi 150) و براي هيدروليك تا ² Kg/cm 200 (psi 3000) است.

نام اجزاء

نام اجزاي اصلي شير كنترل جريان را بايد آموخت. نماي برش خوردة اين شير در شكل هاي 12-3 و 12-4 نشان داده شده است. شير كنترل جريان پنوماتيك در شكل 12-2 و نوع هيدروليك آن در شكل 12-6 نشان داده شده است. اجزاي قابل بررسي در اين شيرها در ادامه آورده شده است:1. بدنة شير: تمام شيرهاي كنترل جريان شامل بدنه يا پوسته هستند. در سيستم هاي بادي معمولاً بدنه شير از فلزات غير آهني و بيشتر از برنج، برنز و آلومينيوم ساخته مي شود تا آب چگاليده روي آن موجب زنگ زدگي نشود. در شيرهاي هيدروليك بدنه را مي توان از چدن مقاوم به كشش، فولاد ريختگي كُنده (ميل گرد) فولادي ساخت. اگر چه صافي سطح بيروني بدنة شيرها اهميت چنداني ندارند ولي صافي سطح دروني اهميت ويژه اي دارد چرا كه سطح نشيمن ها و گودي هاي محل قرار گرفتن آب بندها درون بدنة شير بايد بدون نشت باشند. بدنة شير، تمام اجزا و قطعات شير را در بر مي گيرد و راه هاي شير و دريچه هاي اتصال لوله نيز روي آن تعبيه مي شود.2. عنصر مهار روزنه: مهار روزنه مي تواند به شكل سوزني يا ابزار ديگري باشد كه اندك سطح روزنة شير را باز كند يا ببندد. اين جزء معمولاً از فولاد سخت آبكاري شده ساخته مي شود و براي آساني تنظيم در يك سر آن شياري براي پيچ گشتي و يا سرپيچي براي آچار قرار دارد. براي باز كردن روزنه كافي است پيچ تنظيم در جهت پادساعتگرد گردانده شود.3. آب بند ساقة عنصر مهار روزنه: اين آب بندها از نشت سيال بين بدنه و ساقة عنصر مهار روزنه پيشگيري مي كنند. سيال درون شير، پر فشار است و در شيرهاي هيدروليكي در صورت وجود نشتي شرايط ناهنجاري بوجود مي آيد. اين آب بندها از مواد گوناگون و در شكل هاي مختلف ساخته مي شوند. موارد مورد استفاده در آب بندها لاستيك، مواد مصنوعي، آزبست اشباع شده با گرافيت و مواد ديگر هستند. آب بندها معمولاً به شكل اورينگ، حلقة چهار بَر، حلقة جناغي، گوه اي و طنابي كه به عنوان نگهدارنده در نشيمن ها استفاده مي شود ساخته مي شوند.4. شير يك طرفه: براي فراهم آوردن امكان جريان آزاد سيال در يك جهت در شير كنترل جريان، لازم است داخل شير، يك شير يك طرفه و جود داشته باشد. شير يك طرفه ممكن است به صورت پيستوني، چتري يا ساچمه اي باشد. در شكل 12-2 شير يك طرفة ساچمه اي و در شكل 12-3 و 12-4 و 12-6 نوع چتري نشان داده شده است. شير يك طرفه بايد بدون هيچ نشت در نشيمن خود قرار گيرد، زيرا در غير اين صورت به كارگيري آن بي فايده است. شير يك طرفه تعبيه شده در شير كنترل جريان پنوماتيك بايد در برابر خوردگي مقاوم باشد.5. فنر: در شير يك طرفه از فنر براي نشاندن اجزاي شير يك طرفه روي نشيمن استفاده مي شود. هنگامي كه فشار وارد شده به شير يك طرفه برداشته مي شود فنر كمك مي كند كه مسير شير بي درنگ بسته شود.اجزاي ديگري هم بنا بر نوع طراحي در شيرهاي كنترل جريان به كار مي روند كه عبارت اند از: مهرة تثبيت كه براي ثابت نگاه داشتن ساقة عنصر مهار روزنه است؛ درپوش ساقه روزنه كه مي توان آن را سيم و سرب كرد تا تنظيم شير به هم نخورد، مگر اين كه سيم بريده شود و درپوش ساقة روزنه برداشته شود؛ همچنين واشر كه براي آب بندي اتصالات در شير و قطعات كوچك ديگر است.1. غلتك بادامك: اين جزء غلتك از فولاد سخت است كه با يك جزء مكانيكي مانند بادامك در تماس است. غلتك بادامك به وسيلة يك خار محوري روي كشويي شير سوار مي شود.2. درپوش: ساقة شير را در بر مي گيرد و به صورت راهنماي ساقه كار مي كند. اتصال درپوش با ساقة شير از نوع انطباق است.3. ساقة شير: اين جز در شير بادامكي بخشي از كشويي شير است كه هنگام فشرده شدنش موجب بسته شدن جريان سيال مي شود.

نصب

هنگام نصب شيرهاي كنترل جريان در يك سيستم سيالي به اين موارد بايد توجه كرد: 1. آيا كنترل مورد استفاده از نوع پيش تنظيم است يا پس تنظيم؟2. جهت جريان كنترل شدة شير در مدار بايد وارسي شود.3. پولك ها و درپوش لوله را برداريد و مطمئن شويد كه تمام آن ها برداشته شده است.4. رزوة لوله و رزوة شير بايد كاملا پاكيزه باشد.5. اتصالات لوله ها را به دقت روي شير ببنديد و اتصالات مدارهاي پرفشار بايد كاملا سفت باشند.6. هنگام نصب شير بادامكي، غلتك و پي آن را روانكاري كنيد.7. پس از راه اندازي، واحد قدرت و مدار سيستم را از نظر نداشتن نشت به دقت وارسي كنيد.

علل خرابي شيرهيا كنترل جريان

عيب شيرهاي كنترل جريان دلايل مختلفي دارد، از جمله: 1. جرم گرفتگي: در شيرهاي كنترل جريان هيدروليك يا پنوماتيك ذرات ورودي موجب خرابي و اختلال اساسي در عملكرد شير مي شود. جرم گرفتگي موجب بسته شدن روزنه مي شود و بسته به مقدار و اندازة ذراتي كه از روزنه مي گذرد موجب قطع كامل جريان و يا اختلال در جريان درست و دلخواه از روزنه مي شود. وجود آشغال و جرم گرفتگي در نشيمن شير يك طرفه به دليل فاصله اي كه ذرات نشسته در نشيمن با اجزاي شير ايجاد مي كنند موجب باز ماندن شير، هنگامي كه بايد بسته باشد، و بروز نشت مي شود. اين مسئله موجب اختلال در جريان سيال نيز مي شود. جرم گرفتگي و آشغال همچنين موجب خط افتادن نشيمن شيرهاي يك طرفه و روزنه ها مي شود و نتيجة آن مهار نادرست سيال خواهد بود.2. شكستن فنر شير يك طرفه: اين مسئله موجب مي شود شير يك طرفه به درستي در نشيمن قرار نگيرد و در نتيجه نشت دروني ايجاد مي شود اين مسئله همچنين به دليل عبور ناخواستة سيال از شير يك طرفه باعث اختلال در جريان دلخواه مي شود.3. نصب وارونة شير در مدار: اگر چه اين مسئله موجب خرابي شير نيست ولي باعث كاركرد نادرست مدار و خرابي آن مي شود. اين وضعيت را هنگامي كه سيال در جهت مورد نظر كنترل نمي شود، بايد جستجو كرد. روي بدنة بيشتر شيرهاي كنترل جريان پيكاني هست كه مسير جريان كنترل شده يا مسير جريان آزاد را نشان مي دهد.4. انتخاب شير نامناسب در مدار: كاربرد شيرهاي كنترل جريان كم فشار بادي در مدارهاي پرفشار هيدروليك، موجب مهار نادرست جريان و باد كردن و تركيدن واشرها و كاسه نمدها مي شود. همواره بايد مطمئن شد كه شير مناسب انتخاب شده باشد. شيرهاي بادي را بايد در كاربردهاي پنوماتيك و شيرهاي روغني را در كاربردهاي هيدروليك استفاده كرد.5. انتخاب نامناسب روغن: مي تواند موجب بروز مشكل شود؛ به ويژه در برخي شيرهاي بادي به كارگيري روغن نامناسب سبب خرابي آب بند ها مي شود.6. در شيرهاي هيدروليكي مهار جريان بادامكي اگر تخليه باز نشود، روغن قسمت پايين شير را پر مي كند و غلتك شير فشرده نخواهد شد.7. داغ كردن سيستم هاي هيدروليك سبب خرابي آب بندها و واشرها مي شود. با دست زدن به بدنة شير مي توان گرم شدن آن را بررسي كرد، مواظب باشيد دستتان نسوزد.

تعمير و نگهداري

پياده كردن اجزاي شير كنترل جريان مانند آنچه در شكل 12-2 و 12-4 آورده شده است كاري به نسبت آسان است. شير شكل 12-4 را بايد طوري به گيره بست كه توپي هاي شش گوش آن در دسترس باشند. فنر نگهدارنده را به كمك آچار باز كنيد و احتياط شود كه فنر، كلاهك فنر و ساچمه بيرون نپرد. خط افتادگي ياگودافتادگي سطح ساچمه و كشش و فشار فنر را وارسي كنيد. اگر اين اجزا سالم بودند در جعبة تميزي قرار دهيد و اگر كثيف بودند پيش از قرار دادن آن بايد با محلولي شسته شوند. سپس مهرة نگهدارندة آب بندها، آب بندها و نگهدارندة آب بند را باز كنيد، پس از آن سوزن با آچار باز مي شود. بدنة شير را به دقت در محلول بشوييد و محل نشيمن سوزن و ساچمه را از نظر خط افتادگي و خراشيدگي وارسي كنيد. اگر نشيمن ساچمه خراشيدگي داشت با انداختن يك ساچمه درون آن پرداخت و باربرداري از آن تا حدي كه نشيمن كاملا صاف شود، سطح تازة بدون خراشيدگي ايجاد كنيد. نشيمن سوزن نيز به ترتيب مشابهي پرداخت مي شود و پس از آن سوزن روي سطح آن تنظيم مي شود. هنگام جمع كردن شير، آب بندها و واشرهاي قبلي را جايگزين كنيد.پس از بستن سوزن شير، نبايد هوايي از آن عبور كند، در اين حالت نشت هوا از ساقه شير و نگهدارندة فنر وارسي شود. در صورتي كه نشت از اطراف ساقه شير باشد آب بندها بايد محكم شوند و در حالتي كه نشت از اطراف نگهدارنده فنر باشد بايد آن را محكم كرد. هوا را از يك سمت به شير وارد كنيد و عبور آزاد آن را از سمت ديگر وارسي كنيد.در شيرهايي كه آب بندهاي مصنوعي دارند (شكل 12-9) هنگام بستن آب بندها روي رزوه بايد دقت كرد كه بريده نشوند. لبه هاي تيز رزوه را مي توا موم اندود كرد تا از بريدن آب بندها جلوگيري شود. پس از سوار كردن دوبارة شير بايد آن را تنظيم و دوباره آزمايش كرد؛ فشار هوا را به يك راهگاه وصل كنيد و با قطع و وصل كردن شير كاركرد درست آن را وارسي كنيد.اگر شير را توي انبار مي گذاريد، دهانه هاي آن را با درپوش ببنديد و در جاي خشك، خنك و تميز نگهداري كنيد. روي شير برچسب تاريخ تعمير بزنيد. شيرهاي كنترل جريان، تعمير و نگهداري كمي نياز دارند ولي بهتر است گاه به گاه شير را از نظر نشت بازديد كنيد.شكل 12-10 شير تخلية سريع را كه گونه اي از شيرهاي كنترل جريان است نشان مي دهد. اين شير هواي خروجي سيلندر را با سرعت به هواي آزاد تخليه مي كند و با كم شدن مقاومت سمت مقابل پيستون امكان تخلية سريع جريان را آسان مي كند. با استفاد از اين شير مي توان سرعت حركت پيستون را تا سه برابر افزايش داد.