شیر برقی چیست و چگونه در سیستم‌های صنعتی کار می‌کند؟

معرفی و تاریخچه شیر برقی در بازار

شیر برقی یا سلونوئید ولو، یک تجهیز الکترومکانیکی است که برای کنترل جریان سیالات (مایعات و گازها) به کار می‌رود. این شیرها با استفاده از نیروی الکترومغناطیسی، به صورت دقیق و سریع جریان سیال را باز و بسته می‌کنند. به عبارت ساده‌تر، شیر برقی یک شیر است که با برق کار می‌کند و برای کنترل جریان سیالات در سیستم‌های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تاریخچه دقیق اختراع شیر برقی به طور دقیق مشخص نیست، اما می‌توان گفت که این فناوری با پیشرفت‌های صورت گرفته در حوزه الکترومغناطیس و مهندسی کنترل در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم به تدریج توسعه یافته است. در ابتدا، شیرهای برقی به صورت ساده و با عملکرد محدود ساخته می‌شدند و بیشتر در کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می‌گرفتند. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی، طراحی و ساخت شیرهای برقی بهبود یافت و انواع مختلفی از آن‌ها با قابلیت‌ها و کاربردهای متنوع تولید شد.

عوامل موثر در توسعه شیرهای برقی

• پیشرفت در فناوری الکترومغناطیس: کشف پدیده القای الکترومغناطیسی توسط مایکل فارادی و توسعه موتورهای الکتریکی، نقش مهمی در توسعه شیرهای برقی ایفا کرد.
• نیاز به کنترل دقیق جریان سیالات: در صنایع مختلف، نیاز به کنترل دقیق جریان سیالات برای بهبود فرآیندهای تولید و افزایش بهره‌وری احساس می‌شد.
• توسعه اتوماسیون صنعتی: با گسترش اتوماسیون صنعتی، نیاز به تجهیزات کنترل از راه دور و خودکار افزایش یافت که شیرهای برقی یکی از این تجهیزات بودند.
• توسعه مواد جدید: استفاده از مواد جدید با خواص مکانیکی و حرارتی بهتر، باعث بهبود عملکرد و طول عمر شیرهای برقی شد. امروزه، شیرهای برقی به عنوان یکی از اجزای جدایی‌ناپذیر سیستم‌های اتوماسیون صنعتی در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع غذایی، خودروسازی و بسیاری از صنایع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 اجزای اصلی شیر برقی

شیر برقی، به عنوان یک قطعه الکترومکانیکی، از چندین جزء اصلی تشکیل شده است که هر یک نقش مهمی در عملکرد آن ایفا می‌کنند. در این فصل، به بررسی دقیق اجزای اصلی شیر برقی و عملکرد هر یک خواهیم پرداخت.

1. سیم‌پیچ (Coil):

   • سیم‌پیچ قلب تپنده شیر برقی است. این قطعه شامل یک سیم مسی عایق‌بندی شده است که به دور یک هسته آهنی پیچیده شده است.
   • هنگامی که جریان الکتریکی از سیم‌پیچ عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی قوی ایجاد می‌شود.
   • این میدان مغناطیسی، هسته آهنی را به سمت خود جذب کرده و باعث حرکت آن می‌شود.
   • حرکت هسته آهنی، به نوبه خود، باعث باز یا بسته شدن مسیر عبور سیال می‌شود.

2. هسته آهنی (Core):

   • هسته آهنی یک قطعه فلزی است که به صورت میله‌ای یا استوانه‌ای ساخته می‌شود.
   • این قطعه قابلیت جذب میدان مغناطیسی را دارد.
   • هنگامی که سیم‌پیچ فعال می‌شود، هسته آهنی به سمت آن حرکت کرده و باعث باز یا بسته شدن مسیر عبور سیال می‌شود.

3. بدنه شیر (Body):

   • بدنه شیر، محفظه‌ای است که تمام اجزای شیر برقی را در خود جای می‌دهد.
   • بدنه معمولاً از مواد مقاوم در برابر خوردگی و فشار ساخته می‌شود تا بتواند در شرایط مختلف کاری مقاومت کند.
   • بدنه همچنین دارای ورودی و خروجی برای ورود و خروج سیال است.

4. آب‌بندها (Seals):

   • آب‌بندها قطعاتی هستند که از نشت سیال از اطراف هسته آهنی و سایر اجزای متحرک جلوگیری می‌کنند.
   • آب‌بندها معمولاً از مواد نرم و انعطاف‌پذیر مانند لاستیک یا اورینگ ساخته می‌شوند.

5. فنر (Spring):

   • فنر نیرویی را ایجاد می‌کند که در مقابل حرکت هسته آهنی مقاومت می‌کند.
   • زمانی که جریان برق قطع می‌شود، فنر هسته آهنی را به موقعیت اولیه خود باز می‌گرداند و مسیر عبور سیال را بسته می‌کند.

6. قطعات متحرک دیگر:

   • بسته به نوع شیر برقی، ممکن است قطعات متحرک دیگری نیز وجود داشته باشد، مانند دیافراگم، اسپول و غیره. این قطعات به عملکرد خاص شیر کمک می‌کنند.

انواع شیرهای برقی

شیرهای برقی در انواع مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام دارای ویژگی‌ها، کاربردها و ساختار متفاوتی هستند. انتخاب نوع مناسب شیر برقی به عوامل مختلفی مانند نوع سیال، فشار کاری، دما، میزان جریان و کاربرد نهایی بستگی دارد. در این فصل به معرفی برخی از مهم‌ترین انواع شیرهای برقی خواهیم پرداخت.

تقسیم‌بندی شیرهای برقی بر اساس ساختار و عملکرد

1. شیرهای برقی مستقیم عمل‌کننده (Direct Acting):

   • ساده‌ترین نوع شیر برقی است.
   • هسته آهنی به طور مستقیم با سیم‌پیچ در تماس است.
   • برای سیالات با ویسکوزیته کم و فشار پایین مناسب است.
   • سرعت پاسخگویی بالایی دارد.

2. شیرهای برقی پیش‌تهیه‌شده (Pilot Operated):

   • در این نوع شیر، یک شیر کوچک (پایلوت) توسط سیم‌پیچ کنترل می‌شود.
   • شیر پایلوت، شیر اصلی را باز یا بسته می‌کند.
   • برای سیالات با ویسکوزیته بالا و فشار زیاد مناسب است.
   • نیروی کمتری برای عمل‌کردن نیاز دارد.

3. شیرهای برقی چندراهه (Multi-Way):

   • دارای چندین پورت ورودی و خروجی هستند.
   • می‌توانند جریان سیال را در مسیرهای مختلف هدایت کنند.
   • برای کاربردهای پیچیده و سیستم‌های کنترل دقیق مناسب هستند.

4. شیرهای برقی پروانه‌ای (Butterfly):

   • از یک دیسک دوار برای کنترل جریان استفاده می‌کنند.
   • برای کنترل جریان سیالات با ذرات جامد مناسب هستند.
   • در اندازه‌های بزرگ و برای جریان‌های حجیم استفاده می‌شوند.

تقسیم‌بندی شیرهای برقی بر اساس نوع سیال

• شیرهای برقی برای سیالات گازی:

  • برای کنترل جریان گازهای مختلف مانند هوا، گاز طبیعی و گازهای صنعتی استفاده می‌شوند.
  • معمولاً دارای آب‌بندهای مخصوص برای جلوگیری از نشتی گاز هستند.

• شیرهای برقی برای سیالات مایع:

  • برای کنترل جریان آب، روغن، مواد شیمیایی و سایر مایعات استفاده می‌شوند.
  • جنس بدنه و آب‌بندها باید با نوع سیال سازگار باشد.

تقسیم‌بندی شیرهای برقی بر اساس نوع عملگر

• شیرهای برقی نرمال بسته (Normally Closed):

  • زمانی که جریان برق قطع است، شیر بسته است.
  • با اعمال جریان برق، شیر باز می‌شود.

• شیرهای برقی نرمال باز (Normally Open):

  • زمانی که جریان برق قطع است، شیر باز است.
  • با اعمال جریان برق، شیر بسته می‌شود.

عوامل موثر در انتخاب نوع شیر برقی

• نوع سیال: ویسکوزیته، دما، خورندگی و ذرات جامد موجود در سیال
• فشار کاری: فشار ماکزیمم و حداقل سیال
• دبی: میزان جریان سیال
• ولتاژ و جریان تغذیه: ولتاژ و جریان مورد نیاز برای عمل‌کردن شیر
• محیط کار: دما، رطوبت، گرد و غبار و سایر عوامل محیطی
• کاربرد نهایی: نوع سیستمی که شیر برقی در آن استفاده می‌شود.