شیربرقی چیست؟
شیربرقی یا سلونوئید ولو (Solenoid Valve) وسیلهای است که جریان مایعات و گازها را به صورت خودکار و با استفاده از نیروی الکتریکی کنترل میکند. این تجهیز از یک شیر مکانیکی و یک محرک الکترومغناطیسی ساخته شده است. با عبور جریان برق از سیم پیچ، میدان مغناطیسی ایجاد میشود که باعث حرکت هسته ی فلزی درون سیم پیچ میشود و این حرکت مکانیکی مسیر عبور سیال را باز یا بسته میکند. شیرهای برقی به دلیل فراهم آوردن امکان کنترل دقیق، سریع و ایمن سیالات بدون نیاز به اپراتور، در صنایع گوناگون نقش کلیدی دارند. شیرهای برقی همچنین در بهینه سازی فرآیندها ، کاهش مصرف انرژی و افزایش ایمنی نقش مهمی ایفا میکنند.
انواع شیربرقی:
انواع شیربرقی را میتوان بر اساس نوع عملکرد، نوع ساختار، نوع سیال و تعداد راهها طبقهبندی کرد:
بر اساس نوع عملکرد:
نرمال بسته (Normally Closed): در حالت بدون برق و وقتی سیم پیچ غیر فعال است، مسیر سیال بسته است و با تحریک الکتریکی و اعمال ولتاژ با میشود.
نرمال باز (Normally Open): در حالت عادی و غیر فعال بودن سیگنال الکتریکی، مسیر سیال باز است و هنگام اعمال ولتاژ و با فعال شدن سیم پیچ، مسیر بسته میشود.
دوبل یا دوطرفه (Bistable): دو وضعیت پایدار را در بر میگیرد و با هر بار تحریک از طریق دو سیم پیچ یا با بازگردانی با جریان کوتاه، تغییر وضعیت میدهد. همچنین از نظر مصرف انرژی در فرآیند های طولانی مناسب است.
بر اساس ساختار:
مستقیم (Direct Acting): دیافراگم یا پیستون مستقیما توسط نیروی الکترومغناطیسی جا به جا میشوند. به زبان ساده تر با تغییر میدان مغناطیسی مستقیم پیستون یا کارتریج حرکت میکند. برای فشارهای پایین و متوسط مناسب است.
غیرمستقیم یا پایلوتدار (Pilot Operated): سیال یا فشار موجود در خط، موجب حرکت پیستون اصلی میشود. چون از فشار خود سیال برای باز و بسته شدن استفاده میشود، امکان کنترل فشار های بالا و بهینه سازی مصرف انرژی را فراهم میکند.
نیمهمستقیم (Semi-Direct): ترکیبی از دو نوع مستقیم و غیر مستقیم بوده و دامنه فشار کاری وسیعی را در بر میگیرد.
بر اساس تعداد مسیرها:
دو راهه (2/2 Way): دارای یک ورودی و یک خروجی است و برای قطع و وصل ساده جریان کاربردی است.
سه راهه (3/2 Way): این مدل معمولا در مدارهای پنوماتیکی و برای کنترل سیلندر ها به کار میرود.
چهار و پنج راهه (4/2 یا 5/2 Way): در سیستمهای کنترل جهت هوا یا روغن برای سیلندرهای دوطرفه استفاده میشود.
بر اساس نوع سیال:
شیربرقی ها بر اساس نوع سیالی که باید اندازه گیری کنند مانند (آب، بخار، هوا، گاز، روغن، سوخت و غیره)، باید از نظر جنس بدنه و آب بندی متفاوت باشند.
شیربرقی چه کاربردهایی دارد؟
شیربرقی ها، به دلیل قابلیت کنترل دقیق و پاسخ سریع، کاربردهای گستردهای در صنایع و تجهیزات دارند. شیر برقی ها میتوانند جریان سیال در خطوط انتقال را به طور خودکار کنترل کنند.
در سامانه های خانگی، شیربرقی ها در لوازمی مانند ماشین لباسشویی، ظرفشویی و پکیج های گازی، جهت باز و بسته کردن جریان آب یا گاز استفاده میشوند.
در صنایع نفت و گاز، شیربرقی ها برای کنترل دقیق جریان سوخت، بخار و گاز طبیعی استفاده میشوند تا از بروز نشت یا انفجار جلوگیری کنند. در کارخانههای تولیدی نیز در خطوط مونتاژ و سیستمهای اتوماسیون صنعتی، برای هدایت هوای فشرده به عملگرهای پنوماتیکی استفاده میشود.
در صنایع دارویی و غذایی، این شیرها وظیفه کنترل ورود و خروج مواد اولیه به مخازن یا خطوط پرکن و بسته بندی و تنظیم دوز های دقیق در تولیدات نوشیدنی و مواد خوراکی را بر عهده دارند. دقت زیاد و سرعت بالای این شیربرقی ها تضمین کننده ی کیفیت فرآیند است.
در صنعت خودروسازی نیز شیرهای برقی کاربرد گسترده ای دارند. برای مثال در سیستمهای سوخترسانی، ترمز ضدقفل (ABS)، کنترل تهویه و سیستم تعلیق فعال.
در سیستمهای آبیاری هوشمند شیربرقی ها وظیفه ی تنظیم جریان آب را بر عهده دارند که این امر امکان کنترل از راه دور توسط سنسورها یا کنترلر مرکزی را فراهم میکند.
در کاربرد های نظامی و هوافضا نیز از شیربرقی ها برای کنترل دقیق جریان سوخت یا فشار هوا در سیستم های حساس بهره میگیرند.
به طور کلی، شیربرقی به عنوان یک رابط بین کنترل الکترونیک و فرایند سیالی، امکان پیشبینیپذیر، بازخورد سریع و پایداری در شرایط مختلف را فراهم میآورد. قیمتگذاری، دوام و سازگاری با محیط کار از جمله فاکتورهای مهم در انتخاب یک مدل مناسب است.
اجزای اصلی سازنده شیربرقی چیست؟
شیربرقی از چند بخش اصلی تشکیل شده است که هر کدام نقش مهمی در عملکرد آن ایفا میکنند:
بوبین یا سیمپیچ الکتریکی (Coil):
قسمت الکترومغناطیسی شیربرقی است که از طریق عبور جریان، میدان مغناطیسی تولید میکند.
هسته متحرک یا پیستون (Plunger):
قطعه فلزی متحرکی است که میدان مغناطیسی باعث حرکت آن شده و در نتیجه ی این عمل مسیر جریان باز یا بسته میشود.
بدنه (Body):
پوسته اصلی شیر که بسته به دمای کار، فشار و سیال از جنس های مختلفی مثل: برنج، استیل، آلومینیوم یا پلاستیک مقاوم ساخته میشود و مسیر عبور سیال را در خود جای میدهد.
دیافراگم یا آببند (Seal/Diaphragm):
وظیفه ی این بخش جلوگیری از نشت سیال میباشد. این بخش برای جلوگیری از نشت مایعات و گازها باید از مواد مقاوم در برابر حرارت و خوردگی مانند NBR، EPDM یا وایتون ساخته شود.
فنر برگشت (Return Spring):
در حالت قطع برق، پلانجر را به موقعیت اولیه بر میگرداند.
پورتهای ورودی و خروجی:
محل اتصال لولههای ورودی و خروجی سیال بوده و به نوعی مشخص کننده ی مسیر ورودی و خروجی سیال هستند..
نحوه عملکرد شیربرقی :
اصل عملکرد شیربرقی بر پایه ی تبدیل انرژی است، بدین صورت که انرژی الکتریکی را از طریق نیروی الکترومغناطیسی به انرژی مکانیکی تبدیل میکند. در حالت عادی شیربرقی بسته به نوع طراحی خود، در وضعیت باز یا بسته است. زمانی که جریان برق به بویین اعمال میشود، میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ ایجاد میشود و باعث کشیده شدن هسته ی متحرک به سمت مرکز میدان میشود. این حرکت در نهایت موجب جابجایی پیستون یا دیافراگم شده و مسیر جریان سیال را باز میکند.
هنگام قطع برق میدان مغناطیسی از بین میرود. فنر برگشت هسته را به حالت اولیه باز میگرداند و باعث بسته شدن دوباره ی مسیر جریان میشود. سریع بودن این فرآیند و انجام آن در کسری از ثانیه، موجب محبوبیت شیرهای برقی در سیستم های نیازمند پاسخ سریع است.
در نوع پایلوت دار، فشار سیال از مسیر کوچکی که توسط جریان الکتریکی باز شده عبور میکند و باعث جابجایی دیافراگم اصلی میشود. این ساختار باعث میشود که شیر توانایی کنترل جریان های با فشار بالا را از طریق نیروی اندک الکتریکی، کنترل کند.
در سیستمهای خودکار، حسگرها یا کنترلرهای PLC فرمان باز یا بسته شدن شیر را دریافت میکنند. مثلاً در یک سیستم کنترل دما، وقتی حسگر دما افزایش بیش از حد را تشخیص دهد، جهت حفظ ایمنی فرآیند، سیگنال الکتریکی برای بستن شیر بخار ارسال میشود.
شیربرقی در چه صنایعی کاربرد دارد؟
شیر برقی به دلیل انعطاف بالا، توانایی کنترل دقیق جریان انواع سیالات و پاسخ سریع، در صنایع زیر کاربرد گسترده دارد:
نفت، گاز و پتروشیمی:
در این صنایع از شیربرقی جهت کنترل جریان سوخت، گاز طبیعی، بخار و سیالات خورنده استفاده میشود.
صنایع غذایی و نوشیدنی:
شیربرقی در این صنایع برای اندازه گیری و تزریق دقیق مواد اولیه، مدیریت جریان آب و مواد افزودنی در خطوط بسته بندی، کنترل خطوط پر کردن و حفظ بهداشت با استفاده از پلتفرم های ضد عفونی به کار میرود.
خودروسازی:
کنترل سیستمهای سوخت، ترمز ABS، تهویه و تعلیق در این صنایع بر عهده این تجهیز است.
کشاورزی و آبیاری:
در این صنایع جهت کنترل خودکار آبیاری قطره ای یا بارانی و پاشش کود از شیربرقی استفاده میشود.
کارخانههای صنعتی:
سیستمهای پنوماتیک و هیدرولیک، خطوط مونتاژ، کنترل فشار و دما در کارخانه ها برای بهبود عملکرد خود نیازمند شیربرقی هستند.
از دیگر دلایل استفاده ی گسترده از شیربرقی میتوان به دقت، سرعت عملکرد، قابلیت اتوماسیون و کاهش نیاز به نیروی انسانی نام برد. به طور کلی امکان کنترل دقیق و ایمن سیالات در صنایع مختلف، توسط شیربرقی میسر میشود. این امر کارایی را بهبود داده و مصرف انرژی را کاهش میدهد، همچنین باعث بالا رفتن ایمنی کارکنان و حفظ کیفیت محصول میشود.
شیربرقی چه استانداردها و چه الزاماتی دارد؟
برای اطمینان از عملکرد ایمن و قابل اعتماد شیربرقی، رعایت استانداردهای بینالمللی ضروری است. مهمترین استانداردها عبارتاند از:
ISO 5599 / ISO 1219: مربوط به استانداردهای عمومی طراحی و نمادگذاری شیرهای کنترل سیال میباشد.
IEC 60529: تعیین درجه حفاظت در برابر نفوذ آب و گردوغبار به واسطه ی این استاندارد تعیین میشود.
ATEX Directive: برای تجهیزات قابل استفاده در محیطهای انفجاری لزوم رعایت این استاندارد ضروری است.
RoHS Compliance: محدودیت استفاده از مواد خطرناک در ساخت اجزای الکترونیکی را در بر میگیرد.
همچنین الزامات فنی دیگری همچون فشار کاری، دمای مجاز سیال، ولتاژ تغذیه، جنس بدنه، سرعت پاسخ، نوع آببندی و میزان افت فشار باید در طراحی و انتخاب شیر برقی در نظر گرفته شوند.
در صنایع حساس مانند داروسازی یا پتروشیمی، استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی، طراحی بهداشتی و قابلیت تمیزکاری آسان الزامی است.
رعایت این الزامات دقت، طول عمر دستگاه و اطمینان از عملکرد ایمن را افزایش میدهد.