مرکز دانش صنعت تاسیسات

اكثرتجهيزات ومصرف كننده‏هاي بخارو يا آب، به منظور كنترل دماي محصولات و يا سيال    مدار ثانويه نيازمند به  استفاده از شيرهاي كنترل مي باشند تا با  ايجاد افت فشار متناسب و محدود كردن گذرگاه  جريان , باعث تغيير دبي به ميزان دلخواه گردند.شيرهاي كنترل،‌ در سيستمهاي تهويه مطبوع نيز كاربرد وسيعي دارند تا به كمك آنها بتوان دماي ثابتي را در فضاهاي تهويه شده، فراهم نمود. در صورت عدم نصب اين شيرها، تغييرات زياد دما، اتلاف سوخت و انرژي  رخ داده و  حتي در بعضي موارد  منجر به صدمه به سيستم و از كارافتادن تجهيزات خواهد شد.بطور خلاصه علل استفاده از شيرهاي كنترل را مي توان بدين ترتيب عنوان نمود:
ثابت نگاه داشتن  دما , فشار و يا ميزان جريان يكنواختبسته به نوع كاربرد و در نتيجه صرفه جويي اقتصادي , افزايش كيفيت توليدات , صرفه جويي در نيروي انساني , كنترل مناسب و ايجاد شرايط آسايش در سيستمهاي تهويه مطبوع , تامين ايمني جاني و مالي , افزايش نرخ توليد ,…

انواع شيرهاي كنترل دما:
شركت Spirax Sarcoبا استفاده از توانايي‏هاي خود، طيف گسترده‏اي از انواع  شيرهاي كنترل را مطابق با استانداردهاي جهاني طراحي و توليد مي نمايد كه هر يك با توجه به محل استفاده و احتياجات سيستم , انتخاب  و مورد استفاده قرار مي گيرند.

1- شيرهاي كنترل دستي:Manual Control Valve 
در اين روش، عمل كنترل دبي سيال بوسيله باز و يا بسته نمودن دستي شير انجام مي گيرد. اشكال بزرگ استفاده از اين روش، نياز به بازرسي و قرائت مداوم دما و يا فشار و تنظيم مرتب شير به كمك اوپراتور مي باشد و مطمئناً دقت لازم در تنظيم ميزان جريان حاصل نخواهد شد.

2- شيرهاي كنترلخود عملگر( ترموستاتيك): Self Acting Control Valve 
اين نوع از شيرهاي كنترل دما، بدون نياز به محرك خارجي نظير جريان برق يا فشار هوا عمل كرده و از دو قسمت  اصلي شير و سنسور مخصوص تشكيل مي گردند. نحوه كنترل جريان بصورت مستقيم  با استفاده از دماي سيال مدار ثانويه مي باشد. سنسور مذكور به لوله يا ظرف حاوي سيال گرم شونده متصل مي گردد. اتصال سنسور به  شير توسط لوله نازك حاوي مايع خاصي است كه داراي درصد انقباض و انبساط زيادي مي باشد. در اثر تغييرات درجه حرارت  سيال گرم شونده، اين مايع به نسبت منقبض و يا منبسط گشته  و به شير اصلي كه در مدار بخار (و يا آب) قرار دارد اعمال نيرو مي نمايد و در نتيجهباعث باز و يا بسته شدن  شير بميزان مناسب  و تغيير ميزان گذر بخار خواهد شد. دماي مورد نظر سيال ثانويه با استفاده از پيچ تنظيم مدرج روي سنسور در محدوده كاري مورد نظر تنظيم مي شود. شكل 1 نشان دهنده اين نوع شير و سنسور مخصوص مي باشد. اين شيرها معمولا تا قطر 3 اينچ توليد شده و در انواع  مدارهاي حرارتي و يا برودتي (با توجه به باز و يا بسته بودن شير در حالت عادي!) قابل استفاده مي باشند.
مزايا: قيمت مناسب,  اندازه كوچك , سهولت در  نصب و راه اندازي, مستحكم و قابل اطمينان  , عملكرد  مطلوب با وجود  خطاي جزئي در انتخابقطر  ,  عدم نياز به محرك خارجي, سهولت انتخاب نوع و قطر شير , وجود مدلهاي مختلف با توجه به فشار و دماي كاري، طول سنسور، محدوده دماي توليدات و جنس بدنه شير
نمونه موارد مصرف: كاربردهايي كه  در آنها ميزان مصرف بخار بسيار زياد نبوده و داراي تغييرات وسيع  و ناگهاني در مقدار بار نياشند :ژاكتهاي بخار كوچك , خطوط Tracer, تانكهاي كوچك, حمام هاي اسيد      , كالريفايرهاي كوچك ,يونيت هيترها , مبدل هاي حرارتي , مخازن كندانس  , آب گرم كن ها و        …

 

شكل 1: شير كنترل بخار ترموستاتيكي  ساخت كارخانه Spirax Sarco  و نصب آن روي يك مبدل حرارتي

 

 

 

 

- شيرهاي كنترل دما از نوع پايلوت دار Pilot Operated Control Valve
نحوه عملكرد كلي اين نوع  شير,  مشابه شيرهاي با عملگر مستقيم مي باشد، با اين تفاوت كه بجاي كنترل مستقيم حركت شير، ابتدا شير راهنماي كوچك(pilot)عمل كرده (در اثر تغييرات دما)و      باعث حركت شير اصلي و تغيير ميزان جريان خواهد شد. از آنجايي كه سنسور مخصوص فقط بايد شير راهنما را كنترل كند، انداره سيستم حس كننده و سنسوردر اين نوع از شيرها كوچك مي باشد. مكانيزم كامل تر داخلي شيرهاي پايلوت دار , باعثكنترل دماي       بسيار دقيقتر و نزديكتر به ميزانمورد نظر گشته است
.واكنش اين شيرها به تغييرات نا گهاني و لحظه‏اي ميزان درخواست بخار، بسيار سيريعتر از شيرهاي عملكرد مستقيم مي باشد . شكل 2 نشان دهنده اين نوع شير و سنسور مخصوص مي باشد. در وضعيت عادي  و قبل از شروع كار سيستم، شير اصلي كاملاً بسته بوده و شير راهنما در اثر فشار فنر تنظيم كننده كاملاً باز مي باشد. با وارد شدن بخارو گذر آنها از شير راهنما، مقداري از بخار از طريق لوله رابط به محفظه زير ديافراگم شير اصلي وارد شده و با اعمال فشار، شير اصلي را باز مي نمايد و در نتيجه منجر به اجازه عبور بخار از داخل شير و گرم شدن محصول مي گردد. با رسيدن دما به مقدار از پيش تنظيم شده، سيال مخصوص قابل انبساط و انقباض داخل سنسور منبسط شده و با اعمال نيرو ,شير راهنما را به ميزان لازم مي بندد و در نتيجه گذر بخار فرعي به داخل محفظه زير ديافراگم اصلي  نيز محدود شده و فشار آن كم مي گردد كه با توجه بهاعمال نيروي فنر اصلي, شير اصلي بسته شده و دبي جريان بخار كم مي شود. هنگامي كه احتياج به هيچ گونه حرارتي نيست، شير كاملاً در حالت بسته قرار مي گيرد. تنظيم دماي مورد نياز با  استفاده از شير تنظيم موجود در روي شير اصلي انجام مي گيرد. عمل كنترل اين سيستم از نوع تدريجي (Modulating)مي باشد.، بدين ترتيب  كه در هر لحظه دماي سيال حس شده و فرمان لازم جهت باز يا بسته شدن به شير ارسال مي شود.بديهي است كه فشا ربخار ورودي به مصرف كننده نيز با توجه به درصد باز و بسته بودن شير از مقدار ماكزيمم در  حالت كاملاً باز تا نزديك به صفر در حالت كاملاً بسته تغيير مي كند. بعلت ساختار داخلي ظريف اين شير در قسمت نشيمنگاه ,  بايد از سپريتور بخار و صافي در ورودي شير استفاده نمود تا از ورود بخار خشك و تميز  اطمينان حاصل نمود.متذكر مي‏گردد در كويلهاي بخار و يا مبدلهاي حرارتي كه كوچك انتخاب شده اند و عمل كندانس بخار در آنها به سرعت اتفاق مي‏افتد، احتمال تشكيل خلا« در نتيجه كندانس بخار در حالت بسته بودن شير وجود دارد. بنابراين، بايد حتماً در ورودي اين تجهيزات از شير خلاءشكن استفاده نمود تا از صدمه به كويل و تجهيزات جلوگيري شود.

شكل 3: شير كنترل دماي الكتريكي

مزايا: سهولت نصب و بهره برداري, بسيار مستحكم  , عدم نياز به نيروي محرك خارجي, سهولت انتخاب و اندازه گذاري , سايزهاي بزرگتر نسبت به شيرهاي خود عملگر مستقيم  , امكان نصب قطعه تنظيم از راه دور  , امكان نصب قطعه خاموش  و روشن , امكان نصب قطعهمخصوص جهت استفاده دو نقطه تنظيم
نمونه مواردمصرف:  ژاكتهاي بخار , خطوط Tracer    , تانگها, حمام هاي اسيد  , مخازن گرم كننده آب  , يونيت هيترها  , مبدل هاي حرارتي ,            …
4- شيرهاي كنترل الكتريكي : 
اين دسته از شيرها با استفاده از تجهيزات جانبي نظير كنترلر، سنسور، اكچوايتور، پوزيشنر و بدنه اصلي شير، و با استفاده از نيروي محرك الكتريسيته، عمل كنترل را بسيار دقيق و لحظه به لحظه انجام ميدهند. اين نوع از شيرها با دقت زياد، قابل استفاده براي كنترل جريانهاي متغير كوچك تا بزرگ مي باشند. شكل شماره 3 نشان دهندهيك شير  كنترل الكتريكي نمونه مي باشد
                           

.  نحوه كار بدين صورت است كه دماي مورد نظر در سيال گرم شونده، توسط لازم  را به قسمت اكچويتور (عمل كننده يا موتور) ارسال مي كند. به سنسور مخصوص احساس شده و سيگنال الكتريكي متناسب به قسمت كنترلر ارسال مي گردد. كنترلر سيگنال دريافتي را با مقدار دماي  از پيش تنظيم شده مقايسه كرده و به نسبت سيگنال الكتريكي  منظور كاركرد شير در حالت تدريجي، بايد از كارت پوزيشنر نيزاستفاده نمود و در صورت استفاده در حالتهاي فقط باز و يا بسته، احتياجي به پوزيشنر نخواهد بود. اين شيرها مي توانند با انواع ولتاژها (220 v , 110v ,24 v)  كار نموده و نوع و اندازه اكچوايتور با توجه به ميزان افت فشار در شير و لزوم تامين نيروي لازم بر اي غلبه بر آن مشخص خواهد شد. كنترلرهانيز مي توانند با توجه به ماهيت سيستم , سيگنالهاي مختلف جريان و يا ولتاژ را دريافت نمايند.
مزايا:‌ قابليت اتصال كنترلر و اكچويتور به سيستم PLC  , دقت بالا , عدم احتياج به هواي فشرده , مستحكم  , اندازه‏هاي
  مختلف , قابليت تطبيق و استفاده در تركيبهاي مختلف سيستمها
  جهت كنترل دما , فشار و يا جريان , ….
نمونه موارد مصرف: هوارسانهاي با كويل بخار و يا آب،‌
چيلرهاي آبزربشن، شيرهاي متعال كننده در سيستمهاي آبي.
  مبدلهاي حرارتي، آبگرم كنها , شيرهاي كنترل جريان , …                                                                                                                  
5- شيرهاي كنترل نئوماتيكي:
اين شيرها با عملكرد مشابه شيرهاي الكتريكي و با استفاده از نيروي فشار هوا بجاي الكتريسيته جهت باز و بسته كردن شير، كنترل بسيار دقيق و فوري با قابليت ايجاد اختلاف فشارهاي بالا را دارند. كنترلر اين نوع شيرها  مي توانند از نوع الكترونئوماتيك يا نئوماتيك به نئوماتيك (بسته به سيگنال ارسالي از طرف سنسور!)  بوده و مي توانند با ورودي و خرو جي هاي مختلف , جهت كنترل يك يا چند شير مورد استفاده قرار گيرند.

  

`

شكل 4: شير كنترل دماينئوماتيكي

  

حاصل عملكرد  كنترلر و پوزيشنر، معين  كننده ميزان هواي ارسالي بطرف اكچويتور شير مي باشد تا شيررا بميزان لازم  باز و  يا بسته نمايد. شكل شماره 4 نشان دهندهيك شير نئوماتيك      بصورت نمونه مي باشد. ساختار كلي اين شيرها كامل تر و پيچيده تر از انواع ديگر شيرها مي باشد.
بديهي است كه اكچويتور اين نوع از شيرها نئوماتيكي بوده و داراي ديافراگم جداكننده هوا و فنر بازگرداننده مي باشد كه مي توان تركيبهاي مختلفي از آنها را با توجه به وضعيت كاري شير انتخاب نمود. درصد باز و يا بسته بودن اين نوع از شيرها با استفاده از عقربه مدرج روي بدنه شير قابل مشاهده است. 

مزايا: دقت بسيار بالا و قابليت انعطاف  , عدم محدوديت در قطر ,  امكان استفاده از بالاترين نسبت Turndown, مناسب براي محيطهاي خطرناك, عدم نياز به نيروي محرك الكتريكي, واكنش سريع به تغييرات بار , بسيار قوي و مستحكم و قابليت تامين اختلاف فشارهاي بالا , …
نمونه موارد مصرف: نقاطي كه احتياج به كنترل دماي ثابت و بسيار دقيق دارند. , سيستمهايي كه دبي بسيار بالا و متغير دارند  سيستمهائي كهفشار ورودي متغير  و يا لزوم افت فشار زياد در شير را دارند ,  سيستمهايي كه به ايمني بالا نياز دارند. : (مبدلهاي حرارتي، آبگرم كن ها , شيرهاي كنترل جريان , مخازن گرم كننده ,فرايندهاي توليد,…)

در شكل شماره 5 , سيستم كنترل يك مبدل حرارتي بخار به آ ب با استفاده از شير كنترل نئوماتيكي  با متعلقات لازم نشان داده شده است . در شماره بعد مطالب بيشتري راجع به  پارامترهاي لازم  جهت استفاده از شيرهاي كنترل , نحوه انتخاب آنها , و …خواهيد خواند.