شیر کنترل جریان هیدرولیک

شیر کنترل جریان هیدرولیک چیست؟

شیر کنترل جریان هیدرولیک وظیفه کنترل یا تنظیم جریان عبوری در سیستم های هیدرولیکی را بر عهده دارد و تنظیم کننده دبی بوده و فلو کنترل هیدرولیکی نیز نامیده می شوند. همچنین شیر کنترل جریان برای تنظیم سرعت حرکت پیستون در سیلندرهای قدرت و یا تنظیم سرعت گردشی محور موتورهای سیالی به کار می رود.

شیر کنترل جریان را می توان با دریچه های کولر هوا مقایسه کرد. اگر دریچه مقدار کمی باز باشد؛ هوا با حجمی متناسب با آن به درون اتاق جریان می یابد. می دانیم که اندازه ی باز بودن دریچه می تواند از حالت کاملا بسته تا حالت کاملا باز تنظیم شود. در شکل زیر تصویری از یک شیر کنترل جریان را مشاهده می کنیم که با چرخش پیچ (فلکه) متصل به آن گلوگاه را تحت کنترل خود قرار می دهد.

فیلم معرفی شیر کنترل جریان هیدرولیک

شیر کنترل جریان جزء ساده ای در مدار است ولی نقش بسیار مهمی در سیستم های هیدرولیکی دارد. از اساسی ترین مشخصاتی که توسط سازندگان هیدرولیکی برای شیر کنترل جریان ارائه می شود عبارت است:

1. حداکثر فشار مجاز
2. حداکثر جریان مجاز
3. مشخصات سیال ورودی که شامل نوع سیال، دبی، افت فشار و ویسکوزیته
4. ابعاد فیزیکی
5. روش نصب
6. ورودی و خروجی شیر

با مشاهده نماد شماتیک زیر می توان متوجه این شد که شیر کنترل جریان است.

انواع شیر کنترل جریان

شیر کنترل جریان به دو دسته ی اصلی تقسیم بندی می شود که شامل سیتم های با جبران کننده فشار و بدون جبران کننده ی فشار است که توضیحات آن را در بخش شیرهای هیدرولیکی بیان کردیم.

نوع دیگری از دسته بندی شیر کنترل جریان با توجه به نوع حساسیت آنها است:

• شیرهای حساس به تغییر فشار

با توجه به اینکه تغییرات فشار روی تغییرات دبی (جریان) تاثیر دارد و با افزایش فشار مقدار دبی خروجی نیز افزایش می یابد. با نصب یک سنسور حساس به فشار روی سوزن این شیرها عبور جریان را کنترل می کنند.

• شیرهای حساس به دما

افزایش دما باعث کاهش لزجت سیال عبوری می شود، هر چه سیال لزجت کمتری داشته باشد، سیال راحت تر حرکت کرده و در نتیجه دبی خروجی افزایش می یابد؛ پس با نصب سنسور حساس به دما میتوان دبی عبوری را تحت کنترل داشت.

اجزاء شیرهای کنترل جریان

اجزای قابل دسترسی شیر کنترل جریان شامل: بدنه ی شیر، جسمی برای کنترل روزنه، آب بندی روزنه، شیر یک طرفه، فنر هستند که در ادامه هرکدام را به تشریح بیان می کنیم.

• بدنه شیر

در شیرهای هیدرولیک بدنه را می توان از چدن مقاوم یا فولاد ریخته گری ساخت. همان قدر که صافی بیرون بدنه ی شیرکنترل جریان اهمیت زیادی ندارد ولی صافی سطح درونی بسیار مهم است چراکه سطح داخلی شیر باید کاملا آب بند و بدون نشت باشد.

• جسمی برای کنترل روزنه

کنترل روزنه می تواند با جسمی به شکل سوزنی و به این ترتیب قادر خواهد بود به راحتی روزنه ی شیر را تحت کنترل قرار داده و اندک اندک آن را ببند یا باز کند. به طور معمول جنس این عنصر از فولاد سخت آبکاری شده است. برای دسترسی آسان به تنظیم فاصله ی این مهار یک پیچ قرار داده شده است و برای باز کردن این روزنه کافی است که آن را در جهت پادساعتگرد بچرخانیم.

• آب بندی روزنه

همانطور که از نام آنها مشخص است، این آب بندها برای جلوگیری از نشت سیال بین بدنه و ساقه ی عنصر مهار روزنه استفاده می شوند. سیال درون شیر پرفشار است و در صورت نشتی به سیستم آسیب میرسد، به همین منظور آب بندی اهمیت زیادی دارد. این آب بندها میتوانند شکل ها و جنس های مختلفی داشته باشند. جنس این روزنه ها می تواند شامل لاستیک ها، مواد مصنوعی، آزبست اشباع شده با گرافیت و غیره باشد. آب بندها می توانند به شکل اورینگ، حلقه ی چهاربر، حلقه ی جناغی، گوه ای و غیره که به عنوان نگهدارنده در نشیمن ها استفاده می شوند؛ باشند.

• شیر کنترل جریان یکطرفه

برای فراهم کردن امکان جریان آزاد سیال در یک جهت در شیر کنترل جریان، لازم است داخل شیر، شیر یک طرفه وجود داشته باشد. شیر یکطرفه باید بدون هیچ نشت در نشیمن خود قرار گیرند، زیرا در غیر این صورت به کارگیری آن بی فایده است.

• فنر

در شیر کنترل جریان یک طرفه از فنر برای نشاندن اجزای شیر یکطرفه روی نشیمن استفاده می شود. هنگامی که فشار وارد شده به شیر یک طرفه برداشته می شود فنر کمک می کند که مسیر شیر به سرعت بسته شود.

نصب شیرهای کنترل جریان

هنگام نصب شیر کنترل جریان در یک سیستم هیدرولیکی به موارد زیر باید توجه کرد:

1. جهت جریان کنترل شده شیر در مدار باید بررسی شود.
2. درپوش لوله ها برداشته شود.
3. رزوه ی لوله ها و همچنین رزوه ی شیرها باید کاملا تمیز باشند.
4. اتصالات لوله ها را به دقت روی شیر بسته شود و توجه شود که اتصالات مدارهای پرفشار کاملا سفت باشند.
5. پس از راه اندازی، سیستم را از نظر نداشتن نشت به دقت بررسی کنید.

نحوه عملکرد شیر کنترل دبی

اکنون نحوه عملکرد شیر کنترل دبی را بررسی خواهیم کرد. شیر کنترل دبی، فلو کنترل یا شیر کنترل جریان هیدرولیک از تجهیزات بسیار مهم و اساسی در یوینت های هیدرولیکی می باشد. فلوکنترل یا شیر کنترل جریان با تعیین مقدار دبی عبوری باعث تنظیم سرعت عملگر خطی و دورانی می گردد. زمانی که کنترل دبی فقط در یک جهت مد نظر باشد از فلوکنترل های دو راهی استفاده می شود.

زمانی که دبی توسط فلوکنترل کم می شود به این معنی است که سطح مقطع گلویی که برای انتقال روغن وجود دارد کمتر شده و باعث ایجاد افت فشار می گردد در این صورت دبی اضافی از ریلیف یا شیر اطمینان فلوکنترل ها خارج می گردد که به این فلوکنترل ها سوپاپ دار می گویند.

علل خرابی در شیر کنترل جریان

علت خرابی شیرهای کنترل جریان می تواند متفاوت باشد که در ادامه به تفصیل آنها را بررسی می کنیم.

• جرم گرفتگی

در شیر کنترل جریان هیدرولیکی ذرات ورودی موجب خرابی و اختلال اساسی در عملکرد شیر می شوند. جرم گرفتگی باعث بسته شدن روزنه می شود. با توجه به اندازه ی ذرات عبوری از روزنه جریان می تواند کاملا قطع شود و یا اختلال در جریان باشد. جرم گرفتگی و عبور این ذرات می تواندباعث خط افتادن نشیمن شیرهای یک طرفه شده و در نتیجه سیال درست کنترل نخواهد شد.

• شکستن فنر شیر کنترل جریان یکطرفه

در اثر این مشکل شیر یک طرفه به درستی روی نشیمن قرار نمی گیرد و در نتیجه نشت درونی اتفاق می افتد؛ همچنین باعث عبور ناخواسته ی سیال از شیر یک طرفه می شود که در نهایت در جریان خروجی اختلال ایجاد می شود.

• نصب وارونه ی شیر کنترل جریان در مدار

این حالت باعث خرابی شیر نمی شود اما واضح است که کارکرد آن در سیستم صحیح نبوده و در نهایت منجر به خرابی شیر خواهد شد. هرگاه سیال در جهت مورد نظر کنترل نشد می توان این موضوع را بررسی کرد. برای پیشگیری از این مشکل باید به علامت روی شیرها دقت کرد که مسیر جریان کنترل شده یا مسیر آزاد را نشان می دهد.

• انتخاب روغن نامناسب

روغن مورد استفاده برای شیر کنترل جریان الزاما روغن معدنی است و استفاده از روغن یا سیال دیگری می تواند در سیستم شیرها اختلال ایجاد کند. آنچه ذکر شد تنها تعدادی از عوامل مهم در خرابی شیر کنترل جریان هستند؛ علاوه بر موارد ذکر شده عوامل متعدد دیگری هستند که می توانند باعث آسیب شوند که باید با توجه به شرایط آن را سنجید و از رخ دادن آنها پیشگیری کرد.

انواع فلو کنترل

• شیر های کنترل جریان وابسته به فشار و وابسته به فشار روغن که هرگاه تغییرات سرعت در مدار اهمیت نداشته باشد مورد استفاده قرا می گیرد.

• شیر های کنترل جریان وابسته به فشار و مستقل از ویسکوزیته روغن که هرگاه اهمیت مدار در سرعت یکنواخت باشد مورد استفاده قرا می گیرد.

توضیح: به موارد 1 و 2 شیر های گلویی جریان یا Throttle Valve می گویند.

• شیر های کنترل جریان مستقل از فشار و وابسته ویسکوزیته روغن

• شیر های کنترل جریان مستقل از فشار و مستقل از ویسکوزیته روغن

توضیح: به موارد 3 و 4 رگلاتور جریان Flow Regulator یا Pressure Compensated می گویند.

انواع شیر گلویی

وقتی میزان مقاومت شیر ثابت باقی بماند نرخ جریان عبوری از گلویی به اختلاف فشار دو طرف آن بستگی دارد. به عبارت دیگر شیر های گلویی و سوزنی در مقابل جریان مقاومت می نمایند. این مقاومت بستگی به سطح مقطع عبور سیال در شیر، شکل هندسی مجاری شیر و ویسکوزیته سیال دارد. وقتی سیال هیدرولیک از عامل ایجاد مقاومت در برابر جریان عبور می کند، افت فشار ناشی از اصطکاک و افزایش جریان سرعت پدید می آید.

در شیر های گلویی جریانی که از گلویی عبور می کند به اختلاف فشار دو طرف آن بستگی دارد. هر چه اختلاف فشار دو طرف گلویی بیشتر باشد جریان بیشتری از گلویی عبور می کند. این شیر ها دو نوع تقسیم بندی می شوند:

1. وابسته به ویسکوزیته
2. مستقل از ویسکوزیته

چنانچه طول گلویی کم باشد گرمای کمتری ناشی از اصطکاک بین ذرات سیال و دیواره گلویی به وجود می آید و باعث می شود که عبور جریان از گلویی باعث تغییرات ویسکوزیته نشود. از شیر های گلویی در مدارهایی استفاده می کنند که میزان بار ثابت است و یا تغییرات بار مهم نبوده و تاثیر منفی در عملکرد سیستم ندارد. مانند بالابرهای هیدرولیک

شیر گلویی ثابت

به علت آنکه سطح مقطع گلویی در تمامی این شیر ها ثابت است، مقدار عبور شدت جریان در این شیر نیز ثابت می باشد. شیر گلویی در واقعیت کار یک مقاومت هیدرولیکی را انجام می دهد. در نتیجه به وسیله این شیر می توان جریان حجمی و نیز سرعت سیلندر را تحت تاثیر قرار داد. در ضمن از این شیر می توان جهت ضربه گیر استفاده نمود و جلوی بعضی از قطعات هیدرولیکی قرا داد تا ضربات فشار باعث خرابی قطعات نشود. شیر های گلویی که به صورت نازلی بوده و اغلب در موارد زیر مورد استفاده قرا می گیرد:

1. جهت محدود کردن و متاثر کردن شدت جریان روغن
2. جهت اختلاف فشار و یا سد فشار
3. به منظور ضربه گیر برای ضربات فشار

شیر گلویی قابل تنظیم

شیر گلویی قابل تنظیم، عمل یک مقاومت هیدرولیکی را انجام می دهد. به وسیله این شیر سرعت پیستون و شدت جریان حجمی را می توان تحت تاثیر قرار داد. برتری این شیر با نوع ثابت در این است که روغن فشرده شده ای که از طریق گلوگاه خارج می گردد، توسط پیچ قابل تنظیم می باشد. به عبارت دیگر با افزایش سطح گلوگاه، جریان بیشتری عبور کرده و یا کم شدن سطح گلوگاه جریان کمتری عبور می نماید. این نوع شیر همانند نوع ثابت آن شدت جریان حجمی موجود در این قسمت از مدار کمتر از مقدار تولیدی پمپ خواهد بود.

مقدار جریان حجمی که از شیر گلویی قابل تنظیم در ارتباط با شیر شیر محدود کننده فشار عبور می کند، بستگی به بزرگی گلوگاه شیر و نیز غلظت و اختلاف فشار در شیر گلویی دارد.

در نتیجه می توان گفت که مقدار جریانی که از شیر گلویی قابل تنظیم عبور می کند بستگی شدید به فشار و ویسکوزیته دارد.

• وابستگی به فشار بدین معنی است که اختلاف فشاری که در اثر مقطع گلوگاه پیش می آید، باعث تغییر شدت جریان حجمی تنظیم شده در شیر می گردد.
• وابستگی به ویسکوزیته (غلظت) بدین معنی است که در اثر حرارت، غلظت مایع فشرده تغییر پیدا نموده و در نتیجه شدت جریان حجمی آن نیز تغییر می نماید.

به این نوع فلوکنترل ها به اصطلاح فلوکنترل دو طرف می گویند.

کاربرد شیر گلویی قابل تنظیم

از آنجایی که دقت ثابت بودن شدت جریان حجمی در این شیر بستگی به اختلاف فشار و غلظت دارد. در نتیجه از این نوع شیر در سیستم های هیدرولیکی زمانی استفاده می گردد که دقت شدت جریان حجمی چندان مورد نظر نباشد.

شیر گلویی قابل تنظیم با چک ولو

این نوع شیر ها که به اصطلاح شیر کنترل جهت یکطرفه (One-Way Flow Control Valve) می گویند، ترکیبی است از یک شیر گلویی با مانع برگشت (چک ولو) که می تواند عبور جریان را از جهت محدود و از یک جهت دیگر به طور کامل آزاد نماید.

One-Way Flow Control Valve

رگلاتور جریان (Two-Way Flow Control Valve)

در شیر های کنترل جریان تغییر مقدار بار روی سیلندر موجب اختلاف فشار دو سمت اریفیس که این امر موجب تغییر دبی عبوری و سرعت سیال خروجی از شیر می گردد. به منظور رفع این مشکل از شیر های جبران کننده فشار یا همان رگلاتور جریان استفاده می گردد. این شیر می تواند سرعت ثابت را در بارهای متغیر تامین می کند. به عبارت دیگر برای اینکه دبی عبوری از شیر ثابت بماند باید اختلاف فشار دو طرف اریفیس ثابت باشد.

ساختمان داخلی شیر رگلاتور جریان

ساختمان این شیر به نحوی است که اختلاف فشار در دو سمت شیر کنترل جریان همواره ثابت باقی می ماند. بنابراین دبی عبوری از شیر ثابت باقی مانده و در نتیجه سرعت سیلندر تغییری نخواهد کرد و بر خلاف شیر های گلویی، دبی مازاد به تانک منتقل نمی شود. این شیر در مدارهای هیدرولیکی استفاده می شود که نیاز به سرعت ثابت در بارهای متغیر باشد. (کنترل سرعت مستقل از نوع بار) مانند حرکت پیشروی در ماشین های ابزار، پرس های خم و غیره به کار می رود.

انواع فلو کنترل از لحاظ شکل ظاهری

فلوکنترل ها هم مانند سایر شیر های هیدرولیکی به سه صورت کلی در مدار موجود بوده و قابل نصب می باشند. انواع فلوکنترل قابل ارائه در هایپر صنعت فامکو عبارت است از:

شیر کنترل جریان خطی لوله ای یا سرراهی

آلنی

• ولومی
• مچی
• ربع گرد
  • دوراهه
  • سه راهه
  • چهارراهه

شیر کنترل جریان بلوکی

شیر کنترل جریان زیر شیری (مادولار)

فلو کنترل برقی مادولار

اکنون به بررسی هر مدل می پردازیم:

• فلوکنترل خط لوله ای یا سر راهی

فلو کنترل های سرراهی جزء پرکاربردترین شیرهای کنترل جریان به حساب می آیند به علت اینکه استفاده از آن ها بسیار آسان بوده و نحوه تنظیم کردن آن ها نیز بسیار ساده می باشد. معمولاً فلو کنترل های سر راهی به صورت آلنی و ولومی قابل تنظیم هستند. از دیگر انواع فلو کنترل های سر راهی می توان به انواع مچی و ربع گرد اشاره کرد.

• شیر کنترل جریان آلنی و ولومی

منظور از شیر کنترل جریان آلنی یعنی فلوکنترلی که به صورت سر راهی یا خطی داخل سیستم هیدرولیک استفاده می شود و تنظیم جریان در آن به صورت آلنی یا با آچار آلن انجام می شود. اما شیر کنترل جریان ولومی به وسیله ولوم هایی که روی آن ها تعبیه شده است قابل تنظیم هستند. معمولاً شیرهای کنترل جریان آلنی و ولومی متداول ترین فلوکنترل های موجود در بازار می باشند.

• فلو کنترل مچی هیدرولیک

فلو کنترل مچی یه شیر کنترل جریان بسیار ساده می باشد که به صورت سر راهی استفاده می شود. این قطعه که شبیه لوله هم می باشد برای تنظیم مقدار دبی عبوری در سیستم های هیدرولیکی استفاده می شود. بنابراین از این فلوکنترل های مچی نباید انتظار قطع یا وصل جریان را داشته باشیم. فلو کنترل مچی در سایزهای ¼ اینچ، ½، ¾، و 1 اینچ در بازار وجود دارد. معمولاً برای انتخاب فلو کنترل مچی مناسب باید دبی مورد نیاز برای عملگرد تعیین شده باشد تا بر اساس آن مقدار جریان روغن به عملگر خطی یا دورانی به درستی تأمین گردد.

بدنه فلو کنترل مچی معمولاً از فولاد استنلس استیل یا ضد زنگ است و برای استفاده در سیستم بسیار مقاوم و محکم طراحی شده است. از جمله ویژگی این فلو کنترل می توان به طراحی ساده آن اشاره کرد که باعث می شود کمترین تأثیر را در فشار سیستم داشته و عملگرها به خوبی کار کنند و افت فشار به دلیل تغییر در اتصال ایجاد نگردد.

• شیر ربع گرد هیدرولیک

شیر دو راهه از جمله شیرهای پر کاربرد در صنعت به شمار می رود. وظیفه شیرهای دوراهه یا ربع گرد کنترل مسیر و مقدار جریان می باشد. معمولا این شیرها دارای دو، سه یا چهار خروجی هستند که می توانند جریان را به سمتی که نیاز است هدایت کرده و مقدار آن را کنترل کنند. شیرهای دو راهه کنترل جریان معمولاً در بازار با نام ربع گرد شناخته می شود. علاوه بر شیرهای دو راهه، شیرهای سه راهه و چهار راهه نیز وجود دارای که به صورت ربع گرد هستند.

• فلو کنترل بلوکی (sub plate)

فلو کنترل یا شیر تنظیم دبی بلوکی، شیری است که بر روی بلوک های هیدرولیک نصب می شود و وظیفه کنترل جریان را برعهده دارد. این شیرهای با ولومی که بر روی آن ها قرار داده شده است. قابلیت تنظیم دبی را دارند.

• فلوکنترل زیر شیری (مادولار)

فلو کنترل های زیر شیری یا مادولار زیر شیر برقی های هیدرولیک نصب می شود و از آن جهت به آن ها مادولار گفته می شود که قابل نصب با شیرهای دیگر هستند. این شیر هیدرولیک مصرف بسیار زیادی در صنعت هیدرولیک دارد.

• فلو کنترل برقی مادولار

فلوکنترل یا شیر تنظیم دبی جریان برقی شیری است که تنظیمات آن به وسیله برق یا جریان الکتریکی انجام می شود. با توجه به اینکه استفاده این شیرهای کنترل جریان نسبت به سایر شیرها محدود می باشد بنابراین فقط برخی از برند های شناخته شده ماننده دوپلماتیک و رکسروت از این مدل شیرها تولید می کنند.

کاربرد شیر کنترل جریان هیدرولیک

• یونیت های هیدرولیک
• قطعات هیدرولیک صنعتی
• ماشین های کشاورزی
• ماشین های راهسازی
• ماشین های راهسازی

مزایای فلوکنترل هیدرولیک

• تنظیم جریان
• تنظیم دبی
• جلوگیری از افت فشار
• تقسیم جریان
• قطع و وصل جریان در مواقع مورد نیاز
• استفاده راحت
• افزایش ایمنی سیستم