اصول کار شير هاي کنترل


مقدمه ‍
مطابق تعريف مندرج در استاندارد ISA-S75.05 : شير كنترل وسيله اي است که با اعمال نيرويي غير از نيروي دست عمل مي‍نمايد و ميزان جريان سيال را در يك سيستم كنترل فرايندي

تنظيم مي‍كند، شير كنترل شامل يك شير است كه به يك مكانيزم محركه (actuator)که توانائي تغيير عنصر کنترل کننده سيال را دارد متصل مي باشد.اين تغيير بر مبناي سيگنالي است

كه از سيستم كنترل دريافت مي‍شود. شير كنترل نقش مهم و اساسي در يك صنعت فرايندي ايفا مي‍نمايد و قسمت زيادي از هزينه هاي خريد قطعات و دستگاهها در صنايع مربوط به


شير كنترل و سيستمهاي جانبي آن مي‍باشد.رشد شيرهاي Rotary از سال 1950 تا سال 1980 از 1% كل شيرهاي كنترل به 50% رسيده است و كاربرد آن بيشتر و بيشتر شده است.

اولين نوع از شيرهاي Rotary نوع پروانه ‍ اي آن بود. شيرهاي Rotary از لحاظ هزينه و همچنين عملكرد مزايايي را نسبت به شيرهاي خطي از خودشان نشان دادند.

شيرهاي معروف به Straight-through داراي ظرفيت جرياني (Cv) بيشتر مي‍باشند ولي جزء شيرهاي High Recovery بوده و مستعد به ايجاد Chocking و Cavitation

مي‍باشند. ولي از لحاظ وزن و ابعاد موقعيت مناسبي دارند. شيرهاي Rotary داراي دامنه محدودتر فشار و دما نسبت به شيرهاي Globe مي‍باشند.

انتخاب شيرهاي كنترل قبلا بر مبناي پارامترهاي اوليه اي نظير Pressure rating، دامنه جريان افت فشار و ... بود ولي اکنون تاکيد بر هزينه ها مي باشد بنا بر اين

شيرهاي كنترل بايد از لحاظ هزينه هاي اوليه و هزينه هاي تعميراتي مناسب باشند ضمن اينكه مي‍بايست خواص كنترلي خوبي داشته باشند.

پارامترهاي ثانويه در انتخاب شير كنترل شامل نشتي‍هاي مجاز، خصوصيات جرياني، دما، لزجت و سايش مي‍باشد.

همچنين بايد مساله Noise را در نظر گرفت و نيز بايد محرك مناسب انتخاب گردد و نياز به موقعيت دهنده شير (Positioner) مشخص گردد.

مشخص كردن سايز شير كنترل كه به آنValve Sizing مي‍گويند بستگي به پارامتر متغيري به نام Cv دارد.پارامترهاي مورد نياز جهت انتخاب شير كنترل در استانداردISA

مشخص شده است.

فصل اول:تعاريف و اصطلاحات
******************


تاريخچه شير کنترل

تعاريف و اصطلاحات

طبقه بندي شيرهاي کنترل

خصوصيات شير حرکت خطي

خصوصيت شير حرکت دوراني

اهداف فصل اول

1-آشنائي با تعاريف و اصطلاحات شير کنترل

2-آشنائي باخصوصيات شيرهاي حرکت خطي و حرکت دوراني

------------------------------------------------
1-1: تاريخچه شير كنترل
استفاده از شير كنترل حداقل به زمان روميان بر مي‍گردد، زماني كه آنها از شيرهاي سماوري برنزي استفاده مي‍كردند ولي استفاده از شير كنترل اتوماتيك ابتدا توسط جيمز وات در اواخر

قرن 18 ميلادي انجام شد. وي در ماشين بخار خود جهت کنترل سرعت از شيرهاي کنترل استفاده نمود.

اجداد شيرهاي كنترل امروزي در قرن نوزدهم ميلادي همزمان با كاربرد بيشتر بخار گسترش يافتند. در اواخر قرن نوزدهم رگلاتورهاي فشار و ارتفاع (Self-Contained) به بازار آمدند.

در سال 1880، ويليام فيشر (William Fisher) - مهندسي در ايالت آيواي آمريكا- در پي راهي جهت كنترل فشار خروجي پمپهاي آب آتش نشاني بود. با تلاش وي تنظيم

کننده هائي(governor) جهت پمپها ساخته شد و پس از آن شركت Fisher تاسيس گرديد. در سال 1907 اين تنظيم کننده ها(governor) در نيروگاههاي ايالات متحده،

كانادا و انگليس نصب شدند.

در سال 1882 آقاي ويليام ماسون (William Mason) شركت ماسون رگلاتور را تاسيس نمود. اين شركت در قسمتي از شهر بوستون از ايالت ماساچوست قرار داشت. وي سپس

تنظيم کننده هاي ديگري براي كشتي هاي بخار توليد نمود.

در سال 1890 رگلاتورها در كشتي‍هاي نيروي دريايي آمريكا مورد استفاده قرار گرفتند. شركتهاي ديگري نيز در اواخر قرن نوزدهم جهت ساخت شير كنترل شروع به فعاليت نمودند.

با رشد صنايع نفت و گاز نياز به رگلاتورهاي بزرگ بيشتر گرديد و بنابراين رگلاتورهاي عمل کننده با پايلوت به بازار عرضه شدند.

در سالهاي 1920 و 1930 شركت هانلون- واترز (Hanlon-Waters) ابداعاتي در زمينه ساخت شيرهاي كنترل به عمل آورد. اين شركت در ايالت اوكلاهماي آمريكا قرار داشت.

تا سال 1930 جهت تعيين سايز شيرهاي كنترل از نمودارهاي شركت Fisher استفاده مي‍شد تا اينكه آقاي راكول (Ralph Rockwell) و آقاي دكتر ماسون از شركت فاكس

برو (faxboro) فرمولهايي را جهت تعيين اندازه شيرهاي كنترل ارائه نمودند، در اين فرمولهاي اوليه اثري از Cv نبود.

در سالهاي 1943 تا 1945 شركت National Steam Specially Club شروع به استانداردسازي جهت ابعاد شيرهاي كنترل (Face-To-face) نمود. استانداردسازي

نهايتا به وسيله گروهي متشكل از Paul Elfers از شركت Fisher، Ralph Rockwell از شركت Mason-Neilan و... تكميل گرديد.

اولين نوع شيرهاي Rotary در سال 1930 توسط شركت Mason-Neilan ساخته شد.

در سال 1954 شيرهاي از نوع ساندرز (Saunders) و پروانه‍ اي (Butterfly) توليد شد.در بين سالهاي 1980 و 1995 شيرهاي هوشمند (Smart Valve) گسترش يافتند.

شيرهاي هوشمند شيرهايي هستند كه از ترانسميترهاي هوشمند در Positionerهاي خود استفاده نموده‍اند.

1-2 تعاريف و اصطلاحات در شير كنترل

1-2-1 Actuator:

قسمتي از شير كه به وسيلة جريان الكتريكي يا فشار سيال به عضو مسدودكنندة شير نيرو و حركت اعمال مي‍كند.

1-2-2 Air Set:

به آن Supply Pressure Regulator نيز مي‍گويندوسيله اي است که جهت كاهش فشار هواي واحد جهت استفاده در Positioner و ديگر وسايل كنترل استفاده مي‍شود.

معمولا فشار حدود 20-35 Psi مي‍باشد.

1-2-3 Av:

ضريب جريان شير در سيستم بين الملل (SI) :

Av = 2.4 ×10^-5 Cv

1-2-4 ANSI Class:

معرف و نمايشگر ميزان تحمل شير در اثر فشار سيال مي باشد. براي اين منظور جداولي توسط انجمن مهندسي مكانيك آمريكا براي هر آلياژ تهيه شده كه در آن جداول

حداكثر فشاري كه شير مي‍تواند در هر دماي بخصوص تحمل نمايد، درج شده است. معمولا از كلمة Class و يك عدد جهت نمايش ANSI Class استفاده مي‍شود. مثلاً Class150

1-2-5 Body:

بدنة شير اصلي‍ترين قسمتي از شير است كه تحت فشار مي‍باشد. اين قسمت شامل اتصالات به لوله (Connecting end) و مسير جريان مي‍باشد.

اين قسمت همچنين محل لازم براي Seat و Plugرا فراهم مي‍آورد (نشيمنگاه و بندآور).

1-2-6 Bonnet:

ساقه قسمتي از شير است كه ميلة شير (Stem) در آن حركت مي‍كند و به عنوان يك هدايت‍ كننده (Guid) براي ميلة شير مي‍باشد. ساقة شير همچنين در برگيرندة

جعبة آب‍بند و آب‍بندها مي‍باشد. ساقه مي‍تواند يكپارچه، پيچي يا فلنجي باشد.

1-2-7 Booster:

تقويت كننده، يك رلة نيوماتيك است كه جهت كاهش تاخير زماني (Time Lag) در مدارهاي نيوماتيك به وسيلة توليد سيگنالهاي خروجي حجم بالا و يا فشار بالا استفاده مي‍شود.

از اين وسيله مي‍توان به عنوان تقويت كنندة حجم (Volume Booster) و يا تقويت‍ كنندة فشار استفاده نمود.

1-2-8 Cage:

عضوي سيلندر مانند توخالي است كه قسمتي از تريم شير محسوب مي‍گردد. از اين عضو مي‍توان به عنوان يك هدايت كننده جهت هدايت بندآور بر روي نشيمنگاه استفاده نمود.

در بعضي از انواع شيرها، Cage ممكن است داراي حفره اي با اشکال مختلف باشد كه خصوصيات جرياني شير كنترل را تعيين مي‍كند. Cage همچنين مي‍تواند به عنوان كاهندة

سر و صدا (Noise) و نيز به عنوان يك وسيلة ضد كاويتاسيون Anti-Cavitation استفاده شود.

1-2-9 Control Valve Gain:

رابطة بين حركت و ميزان جريان عبوري از شير كه به وسيلة منحني‍هايي در روي يك نمودار به صورت منحني‍هاي مشخصه شير بيان مي‍شود.


تنها کاربران عضو سايت قادر به مشاهده لينک ها هستند.
عضويت در سايت / ورود به سايت

1-2-10 Diaphragm:

عضو انعطاف پذيري است که نسبت به فشار اعمال شده به آن واكنش مي‍دهد و نيرو را به صفحة دياگرام و سپس ميلة شير (Stem) انتقال مي‍دهد.

1-2-11 Face-To-Face :

فاصلة بين سطح مربوط به ورودي تا سطح مربوط به خروجي شير است. اين ابعاد توسط استاندارد ANSI/ISA مشخص شده است.

1-2-12 High Recovery Valve

طرحي از شير كه مقدار كمي از انرژي جريان را از دست مي‍دهد و اغتشاش (Turbulency) كمي در جريان به وجود مي‍آورد. در اين شيرها فشار بعد از ناحية

Vena Contracta با درصد بالايي نسبت به مقدار اوليه آن بازيافت مي‍شود. شيرهاي Rotary از اين دسته مي‍باشند.


1-2-13 Low Recovery Valve

طرحي از شير كه مقدار قابل توجهي از انرژي سيال را به علت ايجاد Turbulency هدر مي‍دهد و اين مساله به علت وجود مسير پيچ در پيچ

در جريان مي‍باشد. همچنين بازيافت فشار بعد از نقطة Vena Contracta كمتر از شيرهاي High Recovery مي‍باشد. شيرهاي Globe از اين دسته مي‍باشد.

1-2-14 Nominal Pipe Size (NPS):

قطر لوله بر حسب اينچ كه به وسيلة نوشتن كلمة NPS و سپس يك عدد مشخص مي‍شود.

مثال : NPS 10

1-2-15 Nominal Size (DN):

علامت متريك سايز لوله (بر حسب ميلي‍متر) كه جهت نمايش آن با حروف DN و سپس يك عدد مشخص مي‍شود.

DN 5 : مثال

1-2-16 Plug:

يك عضو استوانه‍اي شكل كه در مسير جريان با حركت خطي جهت تنظيم جريان سيال حركت مي‍كند. اين عضو همچنين مي‍تواند يك استوانه يا مخروط ناقص باشد

كه جريان سيال از درون آن عبور مي‍كند و با حركت دوراني خود جريان سيال را تنظيم مي‍نمايد.

1-2-17 Rangeability:

Range مربوط به شير كنترل، كه در آن Range شير عمل كنترل را انجام مي‍دهد و عبارت است از نسبت حداكثر به حداقل جريان كنترل شوند.

دامنه‍ پذيري شير را معمولا در 10% و 100% حركت شير در نظر مي‍گيرند.

1-2-18 Reverse Acting Valve:

شير كنترلي كه موقعي كه سيگنال اعمالي روي محرك افزايش مي‍يابد، باز مي‍نمايد.

1-3 انواع شير از لحاظ نوع حرکت

شيرهاي کنترل از لحاظ نوع حرکت بند آور به دو دسته تقسيم ميشوند

1-شير با حرکت خطي

2-شير با حرکت دوراني

1-3-1 خصوصيات شيرحرکت خطي (Linear Motion)

1. مسير جريان پيچ و خم‍داراست.

2. از نوع شيرهاي Low Recovery است (از لحاظ بازيافت فشار).

3. مي‍تواند Flow Rate هاي كم را نيز كنترل كند.

4. داراي طراحي هاي مختلفي از trim مي‍باشد.

5. براي فشارهاي بالا مناسب مي‍باشد.

6. معمولا به صورت فلنجي يا پيچي ساخته مي‍شود.

7. Bonnet آن قابل جدا شدن است.
تنها کاربران عضو سايت قادر به مشاهده لينک ها هستند.
عضويت در سايت / ورود به سايت

شکل 1-1 شير خطي

1-3-2 خصوصيات شيرحرکت دوراني  Rotary Valve)

1. مسير جريان Stream Lined مي‍باشد

تنها کاربران عضو سايت قادر به مشاهده لينک ها هستند.
عضويت در سايت / ورود به سايت


2. از نوع شيرهاي High Recovery مي‍باشد (از لحاظ بازيافت فشار).

3. ظرفيت بيشتري نسبت به نوع Linear دارد.

4. سايش Racking در آن كمتر است.

5. مي‍تواند سيالهاي ساينده و غليظ و دوغ‍آبها را Handle كند.

6. مي‍تواند بدون Flange طراحي شود.

7. معمولا Bonnet آن يكپارچه مي‍باشد.

8. Rangeability بالايي دارد.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------
سوالات فصل اول

1-شير بازيافت بالا چه مشخصه اي دارد؟

2-دامنه پذيري شير را تعريف نمائيد؟

3-شير حرکت خطي چه خصوصياتي دارد؟

4- شير حرکت دوراني چه خصوصياتي دارد؟

+ نوشته شده در  یکشنبه ۱۴ اسفند ۱۳۹۰ساعت 22:22  توسط سيد مصطفي محمدزاده   |