شیر برقی

شیر برقی چیست؟

شیر برقی یا سلونوئیدی برای قطع و وصل کردن جریان، دوز دهی، کنترل توزیع و مخلوط کردن انواع مایعات و گازها که در لوله های استاندارد جریان دارند استفاده می شود. به بیان ساده شیر برقی یا سلونوئیدی زمانی که کنترل جریان سیال لازم باشد به کار گرفته می شود.

شیر برقی در واقع یک تجهیز کنترلی است که با قطع و وصل شدن جریان الکتریکی، مسیر عبور یک سیال را باز و بسته می کند. شیر های برقی معمولا دارای اکچویتورهایی از جنس مواد فرومغناطیسی هستند. این اکچویتور در واقع هسته یک سیم پیچ یا کویل الکتریکی است که در داخل میدان مغناطیسی به حرکت در می آید. نیروی محرک اصلی شیر برقی از طریق به راه افتادن جریان الکتریکی در یک سیم پیچ تامین می شود. به همین دلیل به شیر برقی شیر سلونوئیدی گفته می شود. سلونوئید به معنای سیم پیچ یا کویل الکتریکی است.

امروزه در طیف بسیار وسیع و گسترده ای از فرایند های صنعتی در صنایع مختلف از شیر برقی استفاده می شود. تنوع گسترده این تجهیز کنترلی باعث شده تا بتوان برای انواع فرایندهای خاص شیر برقی مناسب را انتخاب نمود. شیرهای سلونوئیدی جزو پرکاربرد ترین تجهیزات در سیستم های کنترل سیالات، مانند سیستم های زیر هستند:

  • سیستم های گرمایشی
  • سیستم های هوای فشرده
  • سیستم های آبیاری
  • اتوماسیون صنعتی

شیر برقی چگونه کار می کند؟

با وصل شدن جریان الکتریکی به سلونوئید یا کویل، میدان مغناطیسی در آن ایجاد می شود. هسته داخل سلونوئید از جنس مواد فرومغناطیسی بوده که با فعال شدن میدان مغناطیسی، در راستای خطوط میدان برداری به حرکت در می آید. هسته سلونوئید متصل به یک فنر بوده و نیروی مغناطیسی بر خلاف جهت نیروی کشش فنر به آن اعمال می شود. علت حرکت هسته این است که نیروی مغناطیسی ناشی از کویل، بزرگتر از نیروی کشش فنر متصل به هسته می باشد. در صورت قطع جریان الکتریکی، نیروی مغناطیسی صفر شده و نیروی کشش فنر، هسته را به وضعیت اولیه باز می گرداند.

نمونه چند شیر برقی یا سلونوئیدی کمپانی Burkert

بدین ترتیب در حالتی که جریان الکتریکی سلونوئید صفر باشد، نیروی کشش فنر، هسته را در سمت بیرون سلونوئید نگه میدارد و با اعمال جریان الکتریکی و ایجاد میدان مغناطیسی، هسته به سمت داخل سلونوئید حرکت می کند. بسته به ساختار داخلی شیر سلونوئیدی، قطع یا وصل شدن جریان الکتریکی، باعث باز یا بسته شدن مسیر عبور سیال می شود.

هسته

همانطور که ذکر شد، مکانیزم کار شیر برقی وابسته به حرکت هسته کویل الکترومغناطیسی است. در منابع مختلف، هسته کویل با عنوان آرمیچر یا پلانجر هم نامیده می شود. به کار بردن واژه پلانجر plunger به واسطه تشابه شکل ظاهری هسته شیرهای سلونوئیدی به تلمبه های دستی باز کردن مسیر فاضلاب می باشد

مدار عملکرد

کاربرد خاص هر شیر برقی از طریق مدار عملکردش مشخص می شود. شکل زیر مثالی ساده از شماتیک مدار عملکرد شیرهای برقی می باشد. همانطور که در شکل پیداست، شماتیک مدار عملکرد شیر، شامل عملگر های (اکچویتور) آن  و تعداد و نوع وضعیت های عملکرد آن است.

مدار عملکرد مربوط به یک شیر سلونوئیدی 3/2

نماد های مربوط به اکچویتور شیر برقی در سمت چپ و راست شماتیک مدار قرار دارند. در شکل زیر تعدادی از نمادهای عملگرهای شیر های برقی نمایش داده شده است.

نماد های مربوط به بعضی از اکچویتور های شیر برقی

هر یک از وضعیت های عملکرد شیر توسط یک طرح مربعی شکل نمایش داده می شود. در داخل این مربع تعداد پورت های شیر و همچنین مسیرهای عبور سیال در آن وضعیت خاص به صورت فِلِش نمایش داده می شود. و پورت های مسدود با نماد T مشخص می شوند. به طور مثال شکل زیر مربوط به یک وضعیت خاص در عملکرد یک شیر برقی است با مشاهده این شکل مشخص می شود که این شیر دارای 3 پورت می باشد. در این وضعیت خاص پورت 1 مسدود بوده و جریان سیال از مسیر پورت 2 وارد و از پورت 3 خارج می شود.

یک وضعیت عملکرد شیر

نماد های مربوط به اکچویتورها در دو سمت مدار قرار می گیرند. هریک از این اکچویتورها در واقع عملگر وضعیتی هستند که نماد مربعی آن، در کنار آنها قرار دارد. برای تشریح بهتر موضوع، به مدار شکل زیر دقت کنید. این مدار مربوط به یک شیر سلونوئیدی 2/2 می باشد. که شامل دو پورت و دو وضعیت کار است. نماد اکچویتور سمت چپ مربوط به کویل الکتریکی بوده و نماد اکچویتور سمت راست مربوط به فنر است. بنا بر این مشخص می شود که در این شیر سلونوئیدی با فعال شدن کویل مسیر عبور سیال باز می شود و با قطع شدن کویل و به دلیل نیروی کشش فنر مسیر عبور سیال بسته می شود.

مدار عملکرد شیر برقی 2/2

نحوه عملکرد شیر سلونوئیدی با دو عدد نمایش داده می شود. مثلا شیر 3/2. در این نماد گزاری عدد سمت چپ به معنای تعداد پورت های شیر و عدد سمت راست به معنای تعداد وضعیت های عملکرد آن است. به طور مثال در شیر 3/2 که مدار آن در شکل زیر (اول از راست) نمایش داده شده است، دارای 3 پورت و 2 وضعیت عملکرد می باشد.

شیرهای سلونوئیدی 2/2 و 3/2 پرکاربردترین ها هستند.

یک شیر سلونوئیدی 2/2 (دو مسیر / دو پورت) دارای دو پورت (ورودی و خروجی) و دو وضعیت (باز یا بسته) است. شیر سلونوئیدی 2/2 می تواند به صورت نرمال باز یا نرمال بسته باشد:

  • حالت نرمال باز: با برقراری ولتاژ، مسیر عبور سیال بسته می شود و با قطع ولتاژ مسیر باز می شود.
  • حالت نرمال بسته: با برقراری ولتاژ، مسیر عبور سیال باز می شود و با قطع ولتاژ مسیر بسته می شود.

شیرهای 3/2 دارای 3 پورت و دو وضعیت عملکرد هستند. پورت سوم (شماره 3 در شکل 2) برای خارج کردن سیال اضافی در مسیر خروجی است. بدین ترتیب سیال باقی مانده در لوله که می تواند باعث فشار آمدن به شیر سلونوئیدی شود از طریق پورت 3 خارج می شود.