شیر پنوماتیک چیست؟
شیرهای پنوماتیک واحد کنترل کننده سیستم های پنوماتیک هستند. این شیرها تجهیزاتی هستند که موظف به کنترل سرعت، دبی و فشار هوای عبوری در سیستم های پنوماتیک هستند. انتقال قدرت در سیستم های پنوماتیک به کمک نیروی هوای فشرده انجام می شود و از این رو اطلاع از وظایف و نحوه عملکرد اجزاء کنترلی بسیار مهم بوده و از اساسی ترین وظایف طراح است. در صورت انتخاب نادرست شیر پنوماتیک، مدار مطابق برنامه عمل نخواهد کرد و در نهایت هدفی که از طراحی سیستم انتظار داشتیم محقق نخواهد شد. به طور کلی شیرهای پنوماتیک با وارد کردن نیرو توانایی کنترل مسیر هوا را دارند و می توانند آن را قطع و وصل کنند. در شیرهای دستی این کنترل به صورت وارد کردن نیرو با دست انجام می شود و در شیرهای برقی، جریان الکتریکی است که موظف به کنترل و تحریک شیر است. جریان الکتریکی باعث ایجاد خاصیت آهنربایی بوبین شده و به این ترتیب منجر به ایجاد نیروی لازم برای تغییر وضعیت شیر پنوماتیک خواهد شد.
انواع شیر پنوماتیک
روش های مختلفی برای طبقه بندی شیر ها وجود دارد که در ادامه دو نوع دسته بندی که جزء روش های مرسوم است را اشاره می کنیم.
شیر ها از منظر نوع عملکرد به پنج دسته اصلی تقسیم می شوند:
- شیر پنوماتیک کنترل جهت
- شیر پنوماتیک کنترل فشار
- شیر پنوماتیک کنترل جریان
- شیر پنوماتیک پروپرشنال
- شیر پنوماتیک ماژولار
علاوه بر دسته بندی های ذکر شده، بهتر است این نکته را به خاطر داشته باشیم در دسته بندی کلی، دو نوع شیر پنوماتیک وجود دارد و تفاوتشان در این است که در نوع اول آنچه کنترل می شود هوا یا گازی بی اثر است و الزاما سیستم کنترل این شیرها با هوا نیست. در نوع دوم این شیرها سیال کنترل شونده چیزی غیر از هوا است. به عنوان مثال آب، روغن یا هر سیال دیگری خواهد بود و این بار سیستم کنترل کننده این سیال به صورت پنوماتیکی است. البته معمولا به شیرهای گروه دوم شیرهای محرک پنوماتیکی گفته می شود. لازم به تاکید است که آنچه در اینجا توضیح داده می شود، در دسته اول قرار گرفته و در اصل سیال آنها پنوماتیکی است. البته انواع شیر پنوماتیک را طبق پارامترهای اصلی شیر به روش های دیگری نیز طبقه بندی می کنند که نمونه هایی از آن عبارتند از:
- تعداد پورت های ورود و خروج شیر
- نحوه باز و بسته شدن شیر یا موقعیت های شیر
- تعداد مسیرهای جریان
شیر پنوماتیک کنترل جهت
شیرهای کنترل جهت پنیوماتیک به وسیله باز یا بستن گذرگاه دبی خروجی را کنترل می کنند و در نهایت به این وسیله جهت حرکت شفت یا میله جک را می توان کنترل کرد. به طور کلی این شیر ها به دو دسته ی شیر های قطع و وصل جریان و یکسو کننده جریان تقسیم می شوند.
عناصر و بخش های تشکیل دهنده شیرها شامل سه دسته ی زیر است:
- عناصر ورودی که به آن عناصر سیگنال دهنده هم می گویند.
- عناصر پردازنده
- عناصر کنترل کننده
همانطور که از نام این شیر مشخص است؛ شیر های قطع و وصل موظف به قطع و وصل کردن جریان است و شیر های یکسو کننده جریان را در یک جهت عبور داده و در جهت دیگر اجازه عبور را نمی دهند.
شیر پنوماتیک کنترل فشار
برای تنظیم فشار مخزن از شیر کنترل فشار پنیوماتیک استفاده می شود؛ در واقع به کمک این شیر ها می توان فشار ثابتی را در سیستم حفظ کرد. همانطور که در شکل زیر می بینیم؛ این شیر ها به کمک یک فنر و تنظیم آن فنر روی فشار خاصی کار می کنند. هرگاه فشار کاری از حد تعریف شده برای فنر بیشتر شود؛ باعث جمع شدن فنر شده و در نتیجه مابقی سیال تخلیه خواهد شد؛ به این ترتیب فشار سیستم کنترل می شود.
شیر های تنظیم کننده فشار در اصل با ثابت نگه داشتن فشار فارغ از هر نوع نوسان ایجاد شده در سیستم فشار ثابتی ایجاد می کند.
شیرهای پنوماتیک کنترل جریان
شیرهای کنترل جریان پنیوماتیک با ایجاد گلویی در یک جهت خاص در سیستم، مسیر عبور هوا را محدود می کند یا افزایش می دهد و در نتیجه جریان کنترل خواهد شد. این دسته از شیر ها را طبق طراحی می توان روی سیلندر یا در نقاط مختلف سیستم نصب کرد.
از نظر نوع تحریک، شیر ها در انواع مختلف زیر ارائه می شوند:
- تحریک دستی
- تحریک مکانیکی یا بادامکی
- تحریک پنوماتیکی یا هوایی
- تحریک سلنوئیدی
روش های تحریک شیر ها
دو دسته تحریک برقی (Solenoid) و تحریک دستی از دو نوع پرکاربرد و مرسوم شیرهای پنوماتیکی هستند. در حالت دستی به کمک اهرم شیر تحریک شده و فرمان مد نظر را انجام می دهد. در مدل های برقی این جریان الکتریکی است که با اعمال نیروی الکتریکی و ایجاد خاصیت آهنربایی نیروی مورد نیاز جهت تغییر، قطع و وصل هوا و تنظیم مقدار جریان را فراهم می کند.
طراحی سیستم های کنترلی الکتریکی و ساخت آنها با استفاده از شیر های کنترل برقی امکان پذیر است؛ این دسته از شیر ها دارای بوبین (Solenoid) بوده که با انواع ولتاژها قابل تحریک هستند.
نماد شماتیک شیر پنوماتیک
تصاویر زیر نماد شماتیکی برای تعدادی از روش های تحریک شیر ها می باشد.
توجه داشته باشید که در شیر های پنیوماتیک ، نوع آن بر اساس تعداد بلوک و تعداد ورودی و خروجی آن که در نماد حک شده روی بدنه شیر مشخص شده است شناخته می شود . مثلا شیر 4/2 یعنی شیر پنیوماتیک با چهار سوراخ ورودی خروجی و دو بلوک ، همیشه عدد سمت راست تعداد سوراخ های ورودی خروجی شیر و عدد چپ تعداد بلوک کاری شیر است.
نماد چند شیر پنیوماتیک رایج در بازار به صورت زیر است :
در ادامه برای آشنایی و درک بهتر اختصارات موجود در پلاک یک شیر پنوماتیکی، یک نمونه را مورد تحلیل و بررسی قرار می دهیم.
آنچه به عنوان نماد شماتیک روی پلاک شیر پنوماتیک مشاهده می شود، مشابه شکل زیر است.
هر کدام از حروف به کار رفته در نماد بالا دارای مفاهیم استانداردسازی شده به صورت زیر است :
- پورت P:
اصطلاحا به این پورت، پورت فشار یا منبع تغذیه گفته می شود چراکه این پورت محل ورود هوای فشرده به شیر است. لازم به یادآوری است که این پورت به خروجی کمپرسور متصل است.
- پورت A و B:
این پورت ها مستقیم به عملگری که قرار است به حرکت درآورده شود اتصال دارند و با حروف A,B,C,D,E و غیره نمایش داده می شوند تا در سیستم پنوماتیکی از هوای خروجی بهره برداری لازم به عمل آید.
- پورت S و R:
این دو پورت به منظور تخلیه هوا طراحی و تعبیه شده اند و به آنها پورت اگزوز یا تخلیه می گویند و به طور کلی با R و S و T نشان می دهند.
لازم به یاد آوری است که در اصل آنچه روی پلاک شیر رسم می شود تصویری از دیاگرام داخلی شیر در حالت ابتدایی (توقف) است. در شکل زیر انواع وضعیت های قبل از تحریک شیر را مشاهده می کنیم.
نحوه نام گذاری شیر های پنوماتیک
اکثر شرکت های تولید کننده شیر های پنوماتیکی طبق استانداردی تحت عنوان ISO-1210-1 عمل می کنند. طبق این استاندارد تعداد وضعیت ها و راه های شیر به کمک اعداد بیان می شوند. به عنوان مثال نماد شماتیکی نشان داده شده در بالا یک شیر پنوماتیکی 2-5 است (همواره ابتدا تعداد پورت ها و سپس تعداد وضعیت های شیر بیان می شود.) و به این معناست که این شیر دارای 5 پورت و 2 وضعیت است که:
- حالتی که شیر تحریک نشده است را عموما حالت اول می نامند. در این وضعیت پورت ورودی شیر (P) به پورت خروجی شیر (A) متصل است و همچنین پورت خروجی شیر (B) به پورت (S) متصل است و در نتیجه هوای فشرده تخلیه می شود. نکات بیان شده به راحتی با توجه به نماد شماتیکی شیر پنوماتیکی مشخص می شود.
- حالت دوم زمانی به وجود می آید که ولتاژ به شیر وارد می شود و اصطلاحا شیر در حالت تحریک قرار دارد. در این وضعیت پورت ورودی (P) به پورت خروجی شیر (B) متصل شده و نیز پورت ورودی (A) به پورت (R) متصل شده و به این ترتیب هوای فشرده تخلیه می شود.
پارامترهای موثر برای انتخاب شیر پنوماتیک
به طور خلاصه طبق توضیحات ارائه شده، برای انتخاب صحیح از شیر پنوماتیک باید موارد زیر را در نظر گرفت:
سیال: آنچه این شیرها قادر به کنترل هستند، عموما هوای فشرده است و استفاده از آنها برای هر سیال دیگری ممکن است باعث آسیب به شیر و عدم کارایی آن شود.
سایز پورت: از مهم ترین موارد موثر برای انتخاب شیر پنوماتیک مشخص کردن سایز پورت بر اساس اینچ است.
تعداد پورت ها و پوزیشن های شیر
ولتاژ مجاز: شیرهای برقی که با تحریک الکتریکی کار می کنند ممکن است به صورت AC یا DC تحریک و شروع به کار کنند.
فشار عملیاتی: مقدار فشاری که شیر قادر به تحمل در سیستم پنوماتیک است.
عملکرد یک شیر پنیوماتیک در ویدیو زیر مشاهده نمایید
پارامترهای مورد نیاز برای سنجش شیر پنوماتیک
فشار عملیاتی یا دامنه‌ی فشار:
مقدار یا دامنه‌ی فشاری است که شیر برای مدیریت و کنترل آن، درجه‌بندی شده است.
واسطه‌ی عملیاتی:
انواع واسطه‌هایی که شیر می‌تواند به طور ایمن کنترل کند و عموما، هوای فشرده است.
ظرفیت یا ضریب جریان:
مقدار گنجایش شیر برای جریان هوا از طریق آن با CV، ثابت تناسب میان نرخ جریان و فشار دیفرانسیل، نشان داده می‌شود.
نرخ چرخه:
حداکثر تعداد چرخه‌های شیر که در آن، شیر در هر واحد زمان می‌تواند کار کند.
زمان پاسخ:
مقدار زمان مورد نیاز سوپاپ برای تغییر حالات یا موقعیت‌ها پس از فعال شدن.
سایز پورت:
پارامترهای ابعادی-فیزیکی که سایزهای پورت را معین می‌کند.
ولتاژ مجاز کویل:
برای شیرهای با تحریک الکتریکی، ولتاژ ماکسیمم که می‌تواند توسط کویل فعال تحمل شود و ممکن است به صورت ولتاژ DC و AC برآورد شود.
پارامترهای مورد نیاز برای سنجش شیر پنوماتیک چیست؟