شیر کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک: ساختار، اصل و کاربرد

دریچه کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیکیک قطعه کلیدی کنترل خودکار است که به طور گسترده در سیستم های کنترل فرآیند صنعتی استفاده می شود.آن را در شرایط کار با فشار فرقی بالا به دلیل ساختار منحصر به فرد دو اسپیل و دو صندلی مورد علاقه است، که به طور موثر مشکل عدم تعادل نیروی بزرگ دریچه های تک صندلی را حل می کند. این مقاله ساختار، اصل کار، ویژگی های عملکرد،سناریوهای کاربرد و محدودیت ها، به متخصصان و متخصصان صنعت کمک می کند تا درک جامع داشته باشند و مرجع موثر برای انتخاب و استفاده را فراهم می کنند.

1تعریف اساسی و ترکیب ساختاری
همان طور که از نامش پیداست، شیر کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک یک نوع شیر کنترل با دو اسپول و دو صندلی در داخل بدن شیر است.آن را یک ساختار راهنمای دوگانه را اتخاذ می کند و عمدتا از یک چند بهار مستقیم-سرقت هواوی دیافراگم محرک و یک مستقیم-از طریق دو صندلی کنترل شیر بدن تشکیل شده است. با تفاوت با شیرهای کنترل پنوماتیک معمولی، ویژگی اصلی آن در طراحی "نشست دوگانه + اسپول دوگانه" است،که کلید تحقق جبران فشار و عملکرد پایدار در شرایط فشار فرقی بالا است.
اجزای ساختاری اصلی عبارتند از:
• فعال کننده دیافراگم پنوماتیک:آن را به تصویب یک طراحی چند بهار، که دارای مزایای ساختار جمع و جور، وزن سبک و عمل حساس است.جزء اصلی یک دیافراگم لاستیکی از لاستیک نیتریل است که با پارچه پلی استر تقویت شده استهوا فشرده وارد اتاق دیافراگم می شود تا فشار ایجاد شود، که بر نیروی بهار غلبه می کند تا دریچه دریچه را به صورت خطی حرکت دهد.باز کردن و بستن یا تنظیم شیرمحدوده ی بهار معمولاً 0.02 ~ 0.1MPa یا 0.04 ~ 0.20MPa است و فشار تزریق هوا 0.14 ~ 0.28MPa است که می تواند با توجه به شرایط کار انعطاف پذیر تنظیم شود.
• بدنه دریچه دو صندلی مستقیم:بدن شیر یک ساختار کروی گداخته شده است که دارای دو صندلی مستقل و اسپول های متناسب در داخل است. اسپول ها از نوع قطب دو طرفه هستند و دو خط مهر و موم بر روی بشکه اسپول وجود دارد.وقتی که شیر بسته شده، دو اسپیل به طور محکم بر روی دو صندلی در همان زمان فشار می آورند تا دو مهر و موم را تشکیل دهند، به طوری که جبران فشار و بسته شدن شیر را تحقق می دهند.بدن شیر دارای انواع مختلف از اشکال اتصال و گزینه های مواد، مانند فولاد کربن (C) و فولاد ضد زنگ (P) ، که می توانند با ویژگی های مختلف محیط سازگار شوند.
• دریچه و دستگاه راهنما:ساقه دریچه با میله فشار محرک و اسپول متصل است و ساختار راهنمای دوگانه حرکت پایدار اسپول را تضمین می کند ، از گیر شدن جلوگیری می کند و دقت تنظیم را بهبود می بخشد.ساقه شیر و میله فشار معمولا از مواد 1Cr18Ni9Ti ساخته شده است، که دارای مقاومت خوب در برابر خوردگی و مقاومت در برابر لباس است.

2اصول کار
اصل کار دریچه کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک بر مبنای تغییر متقابل نیروهای متوسط و تنظیم منطقه جریان با حرکت اسپول است، به طور خاص به شرح زیر:
هنگامی که سیستم کنترل (مانند DCS، PLC) یک سیگنال الکتریکی 4-20mA را ارسال می کند، موقعیت دهنده شیر سیگنال الکتریکی را به یک سیگنال فشار هوا متناسب (معمولا 0.2-1.0bar) تبدیل می کند.که وارد اتاق دیافراگم اکتور دیافراگم پنوماتیک می شودفشار هوا بر دیافراگم عمل می کند تا فشار ایجاد کند، که باعث می شود که ساقه شیر به صورت خطی حرکت کند، و سپس باعث می شود که اسپول های بالا و پایین به طور همزمان حرکت کنند.
مایع از سمت چپ به بدن شیر وارد می شود، از شکاف بین دو صندلی و اسپول عبور می کند و سپس از سمت راست خارج می شود.با توجه به طراحی تقارن اسپول های بالا و پایین، نیروی رسانه ای که بر روی دو اسپول عمل می کند در جهت مخالف است و می تواند یکدیگر را جابه جا کند، بنابراین نیروی نامتعادل شیر کوچک است.که باعث می شود که شیر در شرایط تفاوت فشار بزرگ بین جلو و عقب شیر به طور پایدار کار کند..
در مقایسه با دریچه کنترل یک صندلی با همان قطر اسمی، مسیر جریان دریچه کنترل دو صندلی بدون مانع تر است.و ظرفیت گردش آن حدود 20 تا 25 درصد افزایش می یابد.. مقدار ضریب جریان Kv با قطر اسمی متفاوت است. به عنوان مثال مقدار Kv دریچه با قطر اسمی DN25 4 و DN200 630 است.که می تواند نیازهای زمان تنظیم جریان بزرگ را برآورده کند.

3ویژگی های عملکرد
دریچه کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک دارای مزایا و محدودیت های مشخصی است که باید در فرآیند انتخاب به طور جامع در نظر گرفته شود.ویژگی های اصلی عملکرد آن عبارتند از::
3.1 مزایا
• نیروی نامتعادل کوچک و فشار فرقی بزرگ مجاز:تعویض متقابل نیروی متوسط بر روی اسپول های دوگانه، نیروی نامتعادل را به شدت کاهش می دهد، به طوری که محرک به فشار بیش از حد بزرگ نیاز ندارد،و شیر می تواند به طور پایدار در شرایط تفاوت فشار بزرگ بین جلو و عقب کار می کندفشار فرقی مجاز دریچه با قطر اسمی DN25 می تواند به 5.8MPa برسد، که بسیار بالاتر از دریچه یک صندلی از همان مشخصات است.
• ظرفیت بزرگ شیر و مشخصات جریان دقیق:ساختار دو صندلی و طراحی مسیر جریان بهینه شده باعث می شود که شیر دارای ضریب جریان نامی بزرگ باشد که بزرگتر از شیر تک صندلی از همان کالیبر است.ویژگی های جریان دقیق دارد.، از جمله ویژگی های خطی، ویژگی های درصد برابر و ویژگی های باز شدن سریع، که می تواند تنظیم دقیق جریان متوسط را درک کند و خطا اساسی تنها 1.5٪ است.
• ساختار فشرده و سازگاری گسترده:محرک دیافراگم چند بهار دارای ساختار فشرده و وزن سبک است که برای نصب و جدا کردن آسان است. شیر دارای انواع مختلفی مانند نوع استاندارد،نوع مهر و موم و نوع نگهدارنده گرما در ژاکت، و دمای مایع قابل استفاده از -250°C تا +560°C است که می تواند به شرایط سخت کار سازگار شود.
3.2 محدودیت ها
• نشت بزرگ:با توجه به ویژگی های ساختاری اسپیل های دوگانه، بسته شدن کامل اسپیل های بالا و پایین به طور همزمان دشوار است.بنابراین نشت زمانی که شیر بسته شده است بزرگتر از آن را از شیر تک صندلی استنشت کمتر از 0.5٪ از ضریب جریان نامی Kv است که برای مواردی که نیاز به نشت سخت نیست مناسب است.
• فرسایش و آسیب های جدی به صورت کاویتاسیونمسیر جریان متوسط در داخل بدن شیر نسبتا پیچیده است.مایع با سرعت بالا باعث فرسایش جدی و آسیب های حفاری به بدن شیر و اسپول ها می شود.لازم است که مواد مناسب (مانند سطح آلیاژ استیلایت) برای بهبود مقاومت در برابر لباس و مقاومت در برابر حفاری انتخاب شود.
• برای رسانه های خاص مناسب نیست:برای تنظیم رسانه های با لزگی بالا و رسانه هایی که حاوی فیبر هستند مناسب نیست، زیرا چنین رسانه هایی به راحتی مسیر جریان بین اسپیل ها و صندلی ها را مسدود می کنند.که بر عملکرد عادی شیر تاثیر می گذارد.

4سناریوهای کاربرد
بر اساس ویژگی های عملکرد آن، شیر کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک به طور گسترده ای در بخش های کنترل صنعتی مانند نفت، صنعت شیمیایی، داروخانه،متالورژی و نیروگاه های برق، و عمدتا برای کنترل رسانه هایی مانند گاز، مایع و بخار استفاده می شود.
• مواقع با تفاوت فشار بزرگ و الزامات خروجی غیر سختگیرانه:به عنوان مثال در تنظیم جریان لوله های فشار بالا در کارخانه های شیمیایی و نیروگاه ها،شیر می تواند با تفاوت فشار بزرگ تحمل کند و الزامات اساسی کنترل جریان را بدون الزامات سختگیرانه در مورد فشرده سازی خاموش کند..
• مواقع با تقاضای جریان بزرگ:مانند تنظیم جریان بخار دیگ های نیروگاه های حرارتی، تنظیم جریان روغن پالایشگاه های نفت و غیره.ظرفیت گردش بزرگ از شیر می تواند نیازهای کنترل رسانه جریان بزرگ را برآورده کند، و ثبات فرآیند تولید را تضمین می کند.
• فرصت های متوسط پاک:مناسب برای رسانه های تمیز بدون ناخالصی، فیبر و مواد دیگر، مانند آب خالص، بخار تمیز، گاز طبیعی و غیره است. می تواند از گیر شدن شیر و آسیب ناشی از آلودگی محیط جلوگیری کند.
در کاربردهای عملی، می توان آن را با موقعیت های هوشمند برای تحقق کنترل دقیق جریان تطبیق داد. به عنوان مثال در فرآیند تولید مواد شیمیایی خوب،می تواند تنظیم پایدار جریان کوچک (کمتر از 0) را تحقق بخشد..1m3/h) ، تضمین پیشرفت کامل واکنش های شیمیایی و صلاحیت خالصیت محصول؛ در صنعت برق،می تواند برای تنظیم مصرف بخار توربین های بخار برای مطابقت با تقاضای بار شبکه استفاده شود.

5نکات انتخاب کلیدی
در هنگام انتخاب یک شیر کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک باید بر نکات کلیدی زیر تمرکز شود تا اطمینان حاصل شود که با شرایط کار سازگار است:
• ویژگی های متوسط:نوع رسانه (گاز، مایع، بخار) ، لزگی، خوردگی و غیره را تأیید کنید. برای رسانه های خوردگی، مواد مقاوم به خوردگی مانند فولاد ضد زنگ را انتخاب کنید؛ برای رسانه های تمیز،انتخاب هسته های استاندارد و صندلی های شیر.
• شرایط کار:تفاوت فشار بین جلو و عقب شیر، سرعت جریان، دمای کار و سایر پارامترها را تعیین کنید، قطر نامی مناسب را انتخاب کنید، فشار نامی (PN1.6، 4.0، 6.4MPa) و نوع دریچه (مانند نوع محافظ گرما ژاکت برای رسانه های با دمای بالا) مطابق با پارامترها.
• نیاز به نشت:در صورتی که شرایطی سختگیرانه در مورد نشت (مانند نشت صفر) وجود داشته باشد، شیر کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک مناسب نیست.و یک دریچه یک صندلی یا انواع دیگر از دریچه های کنترل باید به جای آن انتخاب شوداگر نیاز به نشت سختگیرانه نباشد، می تواند با توجه به مقاومت فشار فرقی بالا و ظرفیت جریان بزرگ ترجیح داده شود.
• انتخاب محرک:در صورت استفاده از لوله های مختلف، لوله های مختلف را باید به صورت یکپارچه و به صورت یکپارچه از هم جدا کنند.برای فشار دیفرانسیل بالا و موقعیت های کالیبر بزرگ، یک محرک دو سر دیافراگم می تواند برای بهبود فشار انتخاب شود.

6خلاصه
دریچه کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک یک دریچه کنترل صنعتی مهم با ویژگی های نیروی نامتعادل کوچک، فشار فرقی قابل قبول بزرگ است.ظرفیت جریان بزرگ و تنظیم دقیقاین مشکل تنظیم دشوار دریچه های تک صندلی در شرایط فشار فرقی بالا را حل می کند و به طور گسترده ای در زمینه های مختلف صنعتی استفاده می شود.لازم به ذکر است که آن را محدودیت نشت بزرگ و مناسب برای رسانه های ویژه و مواقع با الزامات سخت گیر خاموش نیست.
در فرآیند کاربرد واقعی، با انتخاب منطقی مشخصات شیر، مواد و محرک و ترکیب با شرایط کار خاص،می توان به بهترین اثر کنترل رسیدبا توسعه مداوم اتوماسیون صنعتی، می توان ثبات و قابلیت اطمینان فرآیند تولید صنعتی را تضمین کرد و کارایی تولید را بهبود بخشید.دریچه کنترل دو صندلی دیافراگم پنوماتیک در ساختار و عملکرد بهینه خواهد شد، و نقش مهمی در کنترل صنعتی دارند.