محاسبه و انتخاب شیر برقی

محاسبه و انتخاب شیر برقی

شیر برقی یک شیر کنترل الکتریکی می باشد ، کارکرد شیر های برقی به طور کلی و ساده در یک جمله بدین است صورت است که ،یک کویل الکتریکی با یک هسته فرو مغناطیسی قابل حرکت که به عنوان یک پیستون تحت تاثیر میدان های مغناطیسی قرار خواهد گرفت مسیر عبور جریان یا اوریفیش شیر را باز یا بسته می کند ، در واقع این مجموعه بوبین شیر برقی نامیده می شود و اجزای مهم شیر های برقی که بدون آن شیر غیر قابل استفاده خواهد بود ،محاسبه و انتخاب شیر برقی در برای انواع سیستم های بسته باز به عنوان یک تجیهز کنترلی بسیار مهم است که در صورت عدم انتخاب و محاسبه درست شیر برقی کنترل سیستم نتایج مطلوبی نخواهد داشت

شیر های برقی از دو جز مهم بوبین به عنوان هسته اصلی شیر در بالا و خوده بدنه اصلی شیر که معمولا برنجی یا استیل و آلیاژی از آن می باشد تشکیل شده است ، این بوبین است شیر برقی که فرمان باز و بسته شدن شیر را صادر می کند

مکانیزم عملکرد و ساختار شیر های برقی

در شیر های برقی پس از ارسال جریان برقی جریان الکتریکی به طریق سیم پیچ یا بوببین شیر ، باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی می شود ،، به طوریکه وقتی این میدان شکل گرفت باعث حرکت پیستون و غلبه بر نیروی فنر شده و باتوجه به حالت اولیه شیر (باز یا بسته بودن که جلوتر توضیح خواهیم داد ) به سمت بالا یا پایین حرکت میکند ، این حرکت پیستون به سمت بالا باعث باز شدن مسیر اوریفیس یا مجرای خروجی شیر می گردد به عبارت دیگر این پیستون که مانند یک دیافراگم از جنس EPDM می باشد (نوع این دیافراگم به دمای کاری و نوع سیال بستگی دارد ) در اثر ایجاد جریان مغناطسی نیروی فنر از جلوی جریان برداشته شده شده و یا جلوی جریان قرار میگرد ، و دوباره با قطع جریان برق از سیم پیچ و قطع شدن مدار مغناطیسی دیافراگم یا پیسون به حالت اولیه خوده بر میگردند این مکانیزم منطق کارکرد شیر های برقی و باز و بسته شدن آنها است که کاملا بر اساس نیروی مغناطیسی می باشد

شکل زیر بوبین یک شیر برقی می باشد

A = سیم پیچ
B = هسته آهنی
C = رینگ جلوگیری از لرزش سیم پیچ
D = فنر
E = نشمینگاه حرکت پیستون
F = دیافراگم
G = مجرای خروجی شیر

دسته بندی و و عملکرد مدار شیر های برقی

شیر های برقی از نظر عملکرد و یا به عبارت ساده تر باز و بسته شدن جریان به دو دسته کلی نرمالی اپن و نرمالی کلوز تقسیم بندی می شوند که مهمترین تقسیم بندی در شیر های سنولوئیدی می باشند

شیر های برقی Normally closed با NC

این دسته از شیر های برقی سنولوئیدی همانطور که از اسمشان پیداست در حالت عادی بسته هستند ، حالت عادی در شیر های برقی زمان استراحت شیر نام دارد ، یعنی زمانی که هیچ جریان و لتاژی به سمت سیم پیچ ارسال نشده است و درنتیجه میدان مغناظیسی نیز وجود ندارد ،به محض ارسال جریان و لتاژ به سمت سیم پیچ بلافاصله میدان مغناطیسی تشکیل شده و تحت تاثیر این میدان پیستون به نیروی فنر غلبه کرده و باعث حرکت آن به سمت بالا و متعاقب آن باز شدن اوریفیس می شود

شیر های برقی Normally OPEN با NO

دقیقا برعکس شیر های برقی NC می باشند ف یعنی در حلت عادی و استراحت شیر برقی اجازه عبور جریان را داده و به راحتی جریان در حال گذر می باشد ، یعنی هنوز هیچ جریانی و لتاژی ارسال نشده است ،حال زمانی که با اولین پالس جریان به سیم پیچ ارسال می شود یک میدان الکترو مغناطیسی اطراف پیستون ایجاد شده و آن را واادار می کند تا به نیروی فنر فلبه کند ، حرکت پیستون و غلیه به سمت پایین یعنی مسدود ارویفس یا دیافراگم درون شیر و قطع جریان

چه زمانی از شیر برقی Normally closed یا Normally OPEN استفاده کنیم

حالت اولیه یا به اصطلاح حالت REST در شیر های برقی بسیار مهم است ،و بسته و باز یودن شیر در حالت نرمال یا استراحت به کاربری و محل نصب آن ستگی دارد ف از آنجا که بوبین یا هسته الکتریکی تمام شیر های برقی در اثر ارسال جریان ایجاد مغناطیسی دچار فرسودگی و سوختگی به مرور زمان می شوند ، سعی میشود جهت طول عمر شیر برقی حالتی انتخاب شود که در زمان کارکرد کمترین بازه زمانی ولتاز را دریافت کند

معمولا در کاربرد هایی که نیاز به باز بودن شیر برای مدت طولانی می باشند از شیر های برقی Normally OPEN استفاده می شود که در حالت استراحت شیر هیچ جریانی به بوبین ارسال نمیشود

برای مثال در فن کویل ها سقفی توکار برای سیو انرژی برای ساعاتی از روز که محل تحت پوش غیر فعال است ، مانند بخش یک بیمارستان به جای شیر سه راه فن کویلی که مقرون به صرفه نمی باشد ، از شیر برقی دوراهه نرمالی اپن استفاده میکنند که در بیشتر اوقات کارکرد فن کویل باید باز باشد و در ساعتی کمی از روز مثلا 1 ساعت باید ولتاژ را تحمل کرده و مسیر را ببندد

زیرا در حالت Normally OPEN هیچ جریانی به بوبین شیر ارسال نمیشود و اجازه عبور جریان را را می دهد ، در این حالت شیر کاملا استراحت کرده و مانند یک شبر معمولی عمل میکند

کاربرد های شیر های برقی سنولوئیدی

شیر های برقی و فقط برای کنترل دبی سیالات کاربرد دارد به عبارتی فقط برای مایعات و گازها می باشند
استفاده در مسیر های حامل انرژی و خطوط بسته سیرکولاتور ، مانند انواع مبدل های حرارتی استخری و فن کویل ها
برای استفاده در انواع سیستم های باز تحت فشار ، مانند بوستر های آبرسانی ، وروردی مخازن ذخیره آب و مصارف کشاورزی
برای کنترل دبی در مسیر هایی که زمان و قطع و صل جر یان بسیار مهم است و باید در کوتاهترین زمان انجام شود

همانطور که در شکل ملاحظه می فرمایید ، شیر های برقی از دو جز اصلی بوبین با یک هسته اکترو مغناطیسی و بدنه اصلی شیر تشکیل شده است ، بوبین شیر های برقی در قسمت فوقانی خود دارای یک سیم پیچ القایی می باشند ،این سیسم پیچ القایی الکترو مغناطیسی در اطراف یک هسته آهنی که آن داخل یک پیستون قرار دارد می باشد

آنچه باید در هنگام محاسبه و انتخاب شیر برقی بدانید

نحوه قطع و صل در شیر های برقی آب به صورت on/off می باشد ، و هیچ حالت تدریجی براین این شیر ها نمی توان متصور بود لذا اگر قصد قطع و صل تدریجی جریان را دارید باید از شیر های سه موتوری با موتور تدریجی استفاده کنید
در شیر های برقی علاوه بر قطع و صول جریان ، گاها در بعضی از شیر ها برقی مخصوص برای مخلوط کردن جریان ها نیز مورد استفاده قرار میگیرند
در بسیاری از کاربرد های خاص مانند قطع و صل جریان گاز یا جداسازی سیال های مشابه از شیر های برقی کنترل دستی استفاده می وشد ، زیرا سرعت قطع و وصل و به عبارتی زمان پاسخگویی به باز و بسته شیر مهم است
تمام شیر های برقی قابلیت کنترل توسط ترموستات های را دارند که به محض رسیدن به دمای مطلوب جریان وصل یا قطع نمایند.

پارامتر های مهم در محاسبه و انتخاب شیر برقی

نوع سیال عبوری از شیر برقی ، مایع یا گاز بودن آن را تعیین نمایید
نوع سیستم و مدت زمان باز بودن یا بسته بودن شیر برقی را معیین نماید
مشخص کردن سایز لوله
محاسبه مقدار KV و سرعت جریان
دما و فشار کاری شیر برقی
ولتاز وروردی به هسته الکترونیکی بوبین اعم از 24 یا 220 ولت بودن
مدت زمان پاسخگویی به باز شدن یا بسته شدن مسیر جریان

بررسی پارامتر فشار در شیر برقی

فشار کاری سیستم در انتخاب شیر برقی بسیار مهم می باشد ، اگر ا حداکثر فشار یاد شده فراتر رود ، شیر برقی دچار ترکیدگی شده و دچار نشتی می گردد ، بنابراین مقادیر مختلفی برای فشار انواع سیالات وجود دارد

بررسی پارامتر دما در شیر برقی

در هنگام انتخاب شیر برقی مناسب حداقل و حداکثر دمای سیال عبوری از شیر را در ذهن داشته باشید ،توصیه میشود از شیر های برقی آب زیر 0 درجه استفاده نکنید زیرا خطر یخ زدگی را دارد

زمان پاسخگویی شیر برقی به اولین فراکانس ارسالی به بوبین

در یک شیر برقی زمان پاسخگویی قاصله ایست به حظه فعال شدن شیر برقی تا زمانی که فشار به 10 درصد کاهش یافته یا به 90% حداکثر فشار آزمایش افزایش یابد اطلاق می شود
برای مثال اگر حداکثر فشار کاری کی شیر از 6 بار بیشتر شود ، زمان پاسخگویی در 6 بار اندازه گیری می شود
زمان پاسخگویی در یک شیر برقی به :

نوع ساخت شیر
خصوصیات سیم پیچ
فشار اتمسفر و ویسکوزیته محیط بستگی دارد

بررسی زمان باز و بسته شدن انواع شیر های برقی

زمان پاسخگویی شیر های برقی dc به باز و بسته شدن نسبت به شیر های برقی AC کمی کندتر است
شیر های برقی عملکرد مستقیم عموما سریعتر از شیر های برقی غیر مستقیم باز و بسته می شوند
زمان پاسخگویی شیر های برقی مستقیم بین 5 تا 50 میلی ثانیه است
برای سوپاپ های غیر مستقیم پاسخ از 50 تا 1500 میلی ثانیه است
بسته شدن سریع شیر های برقی می توانند باعث ایجاد امواج فشار در مدار شده که تبعا به لوله و سایر اتصالات آسیب میرساند

مهمترین مزایای استفاده از شیر برقی انواع سیستم ها

حداقل سایز اوریفیس یا مجرای عبور جریان ازین شیر ها 10 میلیمتر است که سایز قابل قبولی است
شیر های برقی در قیاس با انواع شیر های موتوری و شیر های الکتریکی مشابه خیلی سریعتر و باز بسته می شوند
مدت زمان پاسخگویی نیسیت به دریافت اولین پالس از طریق هسته الکترونیکی خود خیلی سریعتر می باشد که این برای یک سیستم بسته یا باز مزیت خوبی است
مناسب برای استفاده از سیستم های بسته یا باز با فشار کاری کم و قابل راه اندازی با حداقل فشار کاری
شیر های برقی با EPDM یا دیافراگم های مخصوص برای کاربری های آبگرم و مایعات خنثی بسیار مناسب هستند
محافظ خوب در برابر محیط زیست به لطف امتیاز IP 65

ملاحظات اجرایی درمورد محاسبه و انتخاب شیر برقی

شیر های برقی سنولوئیدی بسیار به آلودگی حساس بوده و فقط با مایعات تمیز یا هوا کار میکنند به همین دلیل تصویه میشود از فیلتر های و صافیهای مناسب برنجی برای قبل از وروردی شیر استفاده فرمایید
به دلیل اینکه شیر های برقی به سرعت باز و بسته می شوند (بین 10 تا 1000 میلی ثانیه )پس استفاده نادرست باعث ایجاد فشارهای گذرا در سیستم شده و باعث نشتی شیر می شود
قبل از استفاده ، محیط و درجه حرارت و سال عبوری را با بدنه شیر و جنس EPDM کنترل فرمایید
ولتاژ ورودی به هسته الکتریکی یا بوبین شیر برقی با منبع الکتریکی اصلی سنخیت داشته باشد

محاسبه سایز اوریفیس ، مقدار و سرعت جریان

در محاسبه و انتخاب شیر برقی مقدار مقاومت جریان شیر به شکل هندسی بدنه و قطر دهانه شیر های برقی بستگی دارد ، اوریفیس یا همان قطر لوله که باز و بسته شدن شیر از این مجرا صورت می گیرد می باشد ، هرچه قطر لوله و اتنصالات شیر بزرگتر باشد اوریفیس یا قطر دهیناه نیز بزرگتر می باشد

مقاومت جریان در شیر های برقی در قالب پارامتری بنام KV یا ضریب جریان بیان می شود ، این پارامتر میزان آبی را در واحد متر مکعب در ساعت نشان میدهد که دریچه با فشار 1 بار در دمای 20 درجه عبور میکند ، هرچه مقدار KV بیشتر باشد دبی در فشار میعن بیشتر خواهد بود

Q = دبی سیال برحسب متر مکعب در ساعت

KV = ضریب جریان

Dp = اختلاف فشار دو سر وروردی خروجی شیر

SG = ضریب مخصوص گراویتی آب = 1

برای مثلا یک شیر برقی با مقداری KV برابر 1.25 به یک لوله با فشار 2 بار متصل است ، بعد از شیر برقی یک لوله 1 متری با افت فشار ناچیز و خروجی آن نا چیز است قرار دارد ، با فرض اینکه افت فشار روی شیر برقی 2 بار است ، سرعت جریان آنرا حساب کنید

وبلاگ