شیر پروانه ای با اکچویتور

شیر پروانه ای با اکچویتور

شیر پروانه ای با اکچویتور یا شیر پروانه ای اکچویتور دار در واقع شیر پروانه ای است که به کمک عملگر یا اکچویتور باز و بسته شده و عمل مدیریت و کنترل جریان سیال به کمک آن انجام می شود. با توجه به نحوه اتصال یا حتی نوع اکچویتور به مدل‌های مختلفی تقسیم بندی می‌شود که هر کدام از این مدل‌ها دارای عملکرد و ویژگی‌های خاصی می‌باشند. در ادامه به بررسی انواع آن می‌پردازیم.

شیر پروانه‌ای دریچه‌ای است که برای تنظیم جریان استفاده می‌شود که در آن دیسک، شکل دیسکی به خود می‌گیرد. عملکرد مشابه شیر توپی است. یک صفحه یا دیسک در مرکز لوله قرار‌ گرفته‌ ‌است. دیسک دارای میله‌ای است که از آن عبور می‌کند که به یک اکچویتور در قسمت بیرونی شیر پروانه‌ای‌ فعال‌ ‌شده، متصل است. یک اکچویتور، گشتاور مورد نیاز برای به حداکثر رساندن عملکرد سوپاپ را فراهم می‌کند.

چرخاندن اکچویتور دیسک را موازی یا عمود بر جریان می‌چرخاند. برخلاف شیر توپی، دیسک همیشه در جریان وجود دارد، بنابراین بدون توجه به موقعیت سوپاپ، همیشه افت فشار در جریان القا می‌شود.

اکچویتور چیست ؟

اکچویتور وسیله‌ای مکانیکی برای حرکت یا کنترل یک مکانیسم یا سیستم است. یک اکچویتور (به عنوان بخشی از دریچه پروانه‌ای فعال) معمولاً یک وسیله مکانیکی است که انرژی را که معمولاً توسط هوا، الکتریسیته یا مایع ایجاد می‌شود، می‌گیرد و آن را به نوعی حرکت تبدیل می‌کند.

اکچویتور شیر (Valve Actuator)

کنترل باز و بسته شدن شیرها، برای خدمات ایزوله یا دریچه گاز، به یک دیسک در مرکز که به میله یا شفتی که از آن عبور می‌کند و از بیرون به یک اکچویتور متصل می‌شود، وابسته است. چرخاندن اکچویتور، دیسک را به صورت عمود یا موازی با جهت جریان سیال تراز می‌کند.

اکچویتور، ساقه و دیسک را برای باز و بسته کردن شیر به کار می‌اندازد. انواع مختلفی از اکچویتور وجود دارد که بسته به نیاز سیستم مانند گشتاور لازم برای عملکرد شیر، سرعت و نیاز به فعال سازی خودکار باید در نظر گرفته شود.

اکچویتورهای دستی از چرخ-دستی یا میل لنگ برای باز یا بستن شیر استفاده می‌کنند. اتوماتیک نیستند اما به کاربر این امکان را می‌دهند که شیر را در صورت نیاز موقعیت‌دهی کند. اکچویتورهای دستی در سیستم‌های راه دور استفاده می‌شوند که ممکن است به برق دسترسی نداشته باشند، اما برای کاربردهایی که شامل دریچه‌های بزرگ هستند عملی نیستند. چرخ دستی را می‌توان به یک ساقه یا چکش ثابت کرد که اجازه می‌دهد در صورت لزوم شیر باز یا‌ بسته‌ شود. برای مزیت مکانیکی بیشتر و سرعت باز/بستن می‌توان سر دنده‌ها را اضافه کرد.

اکچویتور شیر الکتریکی

اکچویتور از یک موتور دو جهته برای تسهیل عملکرد شیرها از راه دور استفاده می‌کند. سیستم فعال‌سازی همه کاره دارای جعبه دنده‌ای است که سرعت موتور را کاهش می‌دهد و گشتاور را افزایش می‌دهد. اکچویتورهای الکتریکی عمدتاً بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند و دستگاه‌هایی با نصب ساده هستند که معمولاً برای کنترل فرآیند در فعالیت‌های مدولاسیون غیر بحرانی و سبک استفاده می‌شوند. موقعیت واقعی شیر به عنوان سیگنال ولتاژ یا جریان تکرار می‌شود. این تجهیزات انرژی کمتری مصرف می‌کنند و بدون سر و صدا کار می‌کنند.

برخی از اکچویتورهای الکتریکی حاوی کلیدهای محدود هستند که در صورت‌ بسته‌ شدن یا باز بودن کامل شیر، شروع به توقف موتور می‌کنند. حوزه‌های کاربردی این مدل محدود به فرآیندهایی با منبع تغذیه پایدار است.

اکچویتورهای موتور الکتریکی اجازه عملکرد دستی، نیمه اتوماتیک و اتوماتیک شیر را می‌دهند.از بین انواع شیر پروانه ای اکچویتور دار نوع اکچویتورهای الکتریکی رایج‌ترین نوع اکچویتور برای شیرهای پروانه‌ای هستند، زیرا شیر می‌تواند از راه دور کار کند و اکچویتور قابل اعتماد و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری است. موتور با سرعت بالا برای عملکردهای باز و‌ بسته‌ استفاده می‌شود. اکچویتور از طریق یک قطار دنده متصل می‌شود تا سرعت موتور کاهش یابد و در نتیجه گشتاور افزایش یابد. اکچویتور یا با موقعیت شیر یا با گشتاور موتور کار می‌کند. یک سوئیچ حد را می‌توان برای متوقف کردن خودکار موتور در حالت کاملاً باز و کاملاً‌ بسته‌ قرار داد.

اکچویتورهای پنوماتیکی (pneumatic actuator)

شیرهای پنوماتیکی می‌توانند اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک باشند. این مدل ها با تبدیل سیگنال هوا به حرکت ساقه شیر توسط فشار هوا بر روی دیافراگم یا پیستون متصل به میل عمل می‌کنند. اکچویتورهای پنوماتیکی برای استفاده در شیرهای گاز و برای موقعیت‌یابی باز و‌ بسته‌ ‌سریع عمل می‌کنند.

سرعت اجرای شیر پروانه‌ای پنوماتیکی نسبتاً سریع است و به راحتی در اثر گیر کردن در حین عمل آسیب نمی‌بیند و نیازی نیست که کارگران به تنهایی این کار را انجام دهند.

اکچویتورهای پنوماتیکی می‌توانند تک کاره یا دو کاره باشند. اکچویتور تک کاره عملکرد برگشت فنر را دارد که در صورت قطع گاز و برق به صورت خودکار‌ بسته‌ یا باز می‌شود و ضریب ایمنی بالایی دارد.

طراحی آنها دارای پورت‌های متعددی برای ورود و خروج هوای فشرده است. هنگامی که هوا وارد محفظه اکچویتور می‌شود، باعث حرکت خطی یا چرخشی پیستون می‌شود. این عمل منجر به یک گشتاور چرخشی یا بالابر روی ساقه می‌شود که باعث باز یا بسته شدن دیسک و کنترل جریان سیال می‌شود. اکچویتورها ممکن است حاوی شیر برقی باشند که برای کنترل موقعیت اکچویتور به سیگنال‌های الکتریکی پاسخ می‌دهند.

در شیر پروانه ای با اکچویتور این اکچویتورها دارای طراحی جمع و جور، سبک وزن و مقرون به صرفه هستند. زمان واکنش سریع آنها را برای خطوط لوله دریچه گاز مانند خدمات گاز صنعتی، انتقال دوغاب و سرویس بخار مناسب می‌کند. این اکچویتورها فقط زمانی کار می‌کنند که یک منبع خارجی هوای فشرده وجود داشته باشد.

اکچویتورهای هیدرولیک ( Hydraulic )

اکچویتورهای هیدرولیک موقعیت نیمه اتوماتیک یا اتوماتیک شیر را فراهم می‌کنند. اینها زمانی استفاده می‌شوند که نیروی زیادی برای باز کردن شیر لازم باشد، مانند شیر بخار اصلی. بدون فشار سیال، نیروی فنر، شیر را در موقعیت‌ بسته‌ ‌نگه می‌دارد. مایع وارد محفظه می‌شود و فشار را تغییر می‌دهد. هنگامی که نیروی سیال هیدرولیک از نیروی فنر بیشتر باشد، پیستون به سمت بالا حرکت می‌کند و دریچه باز می‌شود. برای بستن شیر، سیال هیدرولیک (مانند آب یا روغن) به دو طرف پیستون وارد می‌شود در حالی که طرف دیگر تخلیه می‌شود. اکچویتورهای هیدرولیک در طیف وسیعی از اندازه‌ها موجود هستند و برای استفاده در سیستم شیر و همچنین با یک شیر تکی، مقرون به صرفه هستند.

کجا باید از اکچویتور هیدرولیکی استفاده کنیم؟

شیرهای سنگین، مانند شیرهای بخار اصلی، برای کار کردن به نیروهای چرخشی زیادی نیاز دارند. چنین شیرهایی به اکچویتورهای هیدرولیکی نیاز دارند که به‌عنوان اکچویتورهای تک‌اثر (بازگشت فنر) یا دو اثره موجود هستند که از فشار سیال برای باز کردن یا بستن شیرها‌ استفاده‌ می‌کنند. برای اکچویتورهای تک اثره، عدم وجود فشار سیال، شیر را در موقعیت بسته نگه می‌دارد. با افزایش فشار بالادست، نیروی هیدرولیک تامین‌ شده‌ توسط یک سیال (روغن هیدرولیک یا گاهی آب) پیستون را به سمت بالا فشار می‌دهد تا دریچه باز شود. معکوس شدن این شرایط سیال هیدرولیک را در جهت مخالف خارج می‌کند و دریچه را می‌بندد. اکچویتورهای هیدرولیک دو کاره از یک پمپ هیدرولیک داخلی استفاده می‌کنند که جهت سیال هیدرولیک را برای مطابقت با شرایط جریان خط لوله تغییر می‌دهد.

شیرهای پروانه‌ای کوچکتر از اکچویتورهای هیدرولیکی با شیر برقی استفاده می‌کنند که حرکت خطی پیستون را کنترل می‌کنند. اکچویتورهای هیدرولیک وسیله‌ای مقرون به صرفه برای عملکرد اتوماتیک یا نیمه اتوماتیک شیرهای بسیار بزرگ فراهم می‌کنند.

شیرهای Self-actuated

شیرهای Self-actuated از سیال سیستم برای‌ قرار‌ دادن‌ شیر‌‌ استفاده‌‌ می‌کنند. این نوع از عملگرها معمولاً در شیرهای کمکی، شیرهای ایمنی، شیرهای چک و تله‌های بخار یافت می‌شوند. از آنجایی که این عملگرها از سیال موجود در سیستم استفاده می‌کنند، نیازی به برق خارجی نیست.

سرعت اکچویتورهای قدرت

اکچویتورها می‌توانند در سرعت عملکرد متفاوت باشند. سرعت باید بر اساس سرعت و توان مورد نیاز سیستم و در دسترس بودن انرژی برای اکچویتور انتخاب شود.

اکچویتورهای سریع

هنگامی که یک سیستم باید به سرعت ایزوله یا باز شود، از اکچویتورهای سریع استفاده می‌شود. عملکرد سریع توسط اکچویتورهای هیدرولیک، پنوماتیک و برقی ارائه می‌شود. سرعت عمل با نصب روزنه صحیح در خطوط تنظیم می‌شود و شیر با فشار فنر‌ بسته‌ می‌شود که با فشار هیدرولیک یا پنوماتیک برای باز نگه‌داشتن شیر مخالف است. هنگامی که سرعت از طریق سرعت موتور و نسبت دنده تنظیم می‌شود، موتورهای الکتریکی نیز می‌توانند راه اندازی سریع را ارائه دهند. شیرهای سریع‌، سرعت جریان را به‌سرعت افزایش می‌دهند، زیرا هنگامی که موقعیت سوپاپ نزدیک به‌ بسته‌ است، از شیر عبور می‌کند. به جز برای کاربردهای کاهش فشار، مشخصه عمل سریع به ندرت برای برنامه های کنترلی استفاده می شود.

هنگامی که آب سرد به سیستم گرم تزریق می‌شود یا نیاز به باز شدن آهسته‌تر است، از اکچویتورهای کند بهتر استفاده می‌شود.

شیرهای برقی از مایع هیدرولیک برای کنترل خودکار باز یا‌ بسته‌ شدن شیر استفاده می‌کنند. همچنین می‌توان از شیرهای دستی با شیر برقی برای کنترل سیال هیدرولیک استفاده کرد. بنابراین عملکرد نیمه اتوماتیک را فراهم می‌کند. سلونوئید یک آهنربای الکتریکی‌‌ طراحی‌‌‎ شده، می‌باشد.

هنگامی که جریان الکتریکی اعمال می‌شود، یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم ایجاد می‌شود. یک آهن “T” یا پیستون در مرکز سیم پیچ قرار می‌گیرد تا مغناطیس را متمرکز کند. از آنجایی که آهن یک رسانای مغناطیسی قوی است و هوا اینطور نیست، “T” توسط میدان مغناطیسی به موقعیتی‌ کشیده‌ می‌شود که در آن مغناطیس می‌تواند ۱۰۰٪ از هادی فلزی عبور کند. “T” متحرک به عنوان اکچویتور دریچه عمل می‌کند. شیرهای برقی را می‌توان به گونه‌ای مرتب کرد که برق ورودی به شیر برقی یا شیر را باز یا‌ بسته‌ کند. یکی از کاربردهای شیرهای برقی تامین هوای سیستم‌هایی مانند اکچویتور شیرهای پنوماتیکی است. این شیرها برای سیستم‌های بزرگ کاربردی نیستند زیرا اندازه و توان مورد نیاز آنها بیش از حد است.

شیر پروانه‌ای فعال (Actuated Butterfly Control Valves)

یک شیر پروانه ای اکچویتور دار جریان گاز یا مایع را با استفاده از یک دیسک کنترل می‌کند که روی یک محور قطری در داخل یک لوله می‌چرخد ​​یا توسط دو صفحه نیم دایره‌ای که روی یک دوک مشترک لولا شده‌اند، که جریان را تنها در یک جهت می دهد. این شیرهای پروانه‌ای فعال، حرکت ساقه چرخشی ۹۰ درجه یا کمتر را در یک طراحی‌ فشرده‌ ارائه‌ می‌دهند. برخلاف شیرهای توپی، دریچه‌های پروانه‌ای هیچ حفره‌ای ندارند که در هنگام‌ بسته‌ شدن شیر، مایعات در آن محبوس شوند.

 آنها شیرهای باز شونده سریع هستند که از یک دیسک یا پره دایره‌ای فلزی تشکیل شده‌اند که محورهای آن در زوایای قائم با جهت جریان در لوله قرار دارند که وقتی روی شفت چرخانده می‌شوند، روی جایگاه‌های بدنه شیر آب‌بندی می‌شوند. آنها معمولاً به عنوان دریچه‌های گاز برای کنترل جریان استفاده می‌شوند.

معیارهای انتخاب اکچویتور شیر پروانه ای

هنگام انتخاب یک اکچویتور برای شیرهای پروانه‌ای، لازم است پیکربندی سیستم را ارزیابی کنید. بدنه شیر باید دارای فلنج‌های نصب شونده باشد، ساقه باید اجازه اتصال با یک اکچویتور را بدهد و الگوهای پیچ فلنج و محفظه اکچویتور باید مطابقت داشته باشند. شما باید ابتدا سایز خطوط، میزان فشار سیالات، ماهیت سیال و درجه حرارت را مشخص کنید و سپس با در نظر گرفتن موارد‌ مشخص‌ شده، برای شیر خود یک اکچویتور مناسب انتخاب کنید. این اکچویتور باید متناسب با سطح کلاس کاری شیر مورد نظر باشد تا بتواند کارایی مناسب را داشته باشد. در واقع این اکچویتور رابطه مستقیمی با نحوه عملکرد و ابعاد شیر دارد و هر چه این ابعاد بزرگ‌تر باشند قطعا ابعاد و قدرت این اکچویتورها هم بیشتر خواهد بود.

سایر ملاحظات فنی عبارتند از:

۱) الزامات چرخه

چرخه کار، نسبت زمان صرف‌ شده‌ توسط یک اکچویتور برای تکمیل فعال‌سازی شیر (به موقع) تا زمان خاموش شدن آن است. از آنجا که شیرها وسایل مکانیکی هستند، عملکرد مکرر منجر به تجمع گرما می‌شود که بر خواص آب‌بندی شیر تأثیر می‌گذارد و منجر به آسیب اجزای اکچویتور می‌شود. چرخه‌های کاری برای اکچویتورها‌ بسته‌ به تعداد دفعات کارکرد شیرها متفاوت است. اکچویتورهای شیر هیدرولیک که برای سیستم‌های لوله‌ای پرفشار با چرخه مکرر استفاده می‌شوند، می‌توانند نزدیک به ۱۰۰% چرخه کاری داشته باشند، در حالی که اکچویتورهای الکتریکی که برای مدت زمان کوتاه‌تری کار می‌کنند، می‌توانند سیکل کاری کمتر از ۲۵٪ داشته باشند.

۲) سرعت عملگر

سرعت اکچویتورها در شیر پروانه ای اکچویتور دار به نیازهای سیستم بستگی دارد. عملیات چرخه‌ای مکرر، فشار بالا و حیاتی، مانند فرآیندهای شیمیایی، به اکچویتورهای سریع (هیدرولیک یا پنوماتیک) نیاز دارند. از سوی دیگر، یک اکچویتور کند برای عملیات ترکیبی عالی خواهد بود، به خصوص زمانی که یک سیال سرد وارد یک سیستم گرم می‌شود.

۳) ماهیت رسانه کار

اکچویتورها از طریق یک آداپتور یا نصب روی بدنه شیر به ساقه شیر متصل می‌شوند. مکانیسم‌های کوپلینگ، اکچویتور را در معرض رسانه‌های فعال قرار می‌دهند. بررسی ماهیت سیال کاری و اینکه آیا خورنده، سمی یا گازی است، بسیار مهم است. برای جلوگیری از نشتی یا آسیب، بدنه اکچویتور باید از جنس مشابه یا محکم‌تر از شیر باشد.

۴) نوع اکچویتور، طراحی و افزونگی

خرابی سیستم در عملیات جریان رخ می‌دهد. سیستم‌های اکچویتور باید دارای سطح مشخصی از افزونگی باشند تا امکان کنترل جریان و حفظ شرایط ایمنی سیستم را فراهم کند. به عنوان مثال، یک شیر پروانه‌ای باز با استفاده از یک اکچویتور هیدرولیک به مکانیزم بازگشت فنر برای جلوگیری از آلودگی نیاز دارد.

۵) هزینه و نگهداری شیر پروانه ای اکچویتور دار

هر اکچویتور شیر دارای طول عمر مشخصی است. در مقایسه، اکچویتورهای پنوماتیکی بیشتر از همتایان برقی خود دوام می‌آورند. در طول عمر کاری خود، اکچویتور به چندین عملیات تعمیر و نگهداری نیاز دارد. هزینه نگهداری یا تعویض اکچویتور باید متعادل باشد. ملاحظات دیگری که باید انجام شود شامل هزینه خرید و نگهداری تجهیزات جانبی مانند کمپرسورهای هوا برای اکچویتورهای پنوماتیکی است.

سایر ملاحظات کلیدی در انتخاب شیر پروانه ای اکچویتور دار

انتخاب اکچویتورهای شیر پروانه ای برای کاربردهای مختلف صنعتی به سطح غیر‌ وابسته‌ بودن و الزامات جریان بستگی دارد. اکچویتورها باید عملکرد به موقع شیرهای پروانه‌ای را بدون تأثیر بر شرایط جریان تسهیل کنند.

اندازه اکچویتور

با توجه به گستردگی مدل ها و تنوع زیاد در شیرها، اکچویتور باید به اندازه شیر مخصوص در سیستم باشد. اگر اکچویتور کمتر از اندازه باشد، نمی‌تواند به نیروهای وارد به آن غلبه کند. این باعث ضربه آهسته و نامنظم می‌شود. اگر اکچویتور به اندازه کافی سفت نباشد که بتواند موقعیت‌ بسته‌ را نگه دارد، عنصر‎ بسته‌ به جایگاه برخورد می‌کند و باعث افزایش فشار می‌شود. اگر اکچویتور بزرگتر باشد، هزینه بیشتری دارد، وزن بیشتری دارد و از نظر سرعت و واکنش کندتر خواهد بود. اکچویتورهای بزرگتر نیز ممکن است نیروی رانش بالاتری را ایجاد کنند که به قطعات داخلی شیر آسیب می‌رساند. اکچویتورها به دلیل فاکتورهای ایمنی بزرگتر از حد معمول هستند، اما اندازه‌های کوچک‌تر زمانی که فاکتورهای ایمنی داخلی در‌ نظر گرفته‌ می‌شوند، به خوبی عمل می‌کنند.

اگر علاقه مند به مطالعه بیشتر درمورد شیر صنعتی و شیر پروانه ای با اکچویتور هستید، پیشنهاد می‌کنیم به لینک‌های زیر رجوع کنید.