آدرس : تهران خیابان لاله زار شمالی کوچه گلپرور پلاک 12 واحد 4

وبلاگ یوتاب صنعت

| سیم وکابل | هیدرولیک | پنوماتیک | اتوماسیون
شیر اطمینان

شیر اطمینان

شیر اطمینان

شیر اطمینان یا فشار شکن پر کاربردترین انواع شیرهای کنترل فشار، که بطور معمول در هر سیستم هیدرولیک یافت می شوند،هستند. شیرهای اطمینان معمولا در نزدیکی خروجی پمپها نصب می گردند. از این نوع شیرها بمنظور محافظت از پمپ و اجزاء سیستم در مقابل افزایش فشار استفاده می شود. شیرهای اطمینان ظرفیت تحمل بار مقاوم (نیرو- گشتاور) توسط سیلندرها و موتورهای هیدرولیکی را نیز محدود می نمایند. شیرهای اطمینان را می توان به دو دسته ساده و دارای خط فرمان تقسیم نمود.

شیر اطمینان ساده

شیر اطمینان ساده یک شیر کنترل فشار نرمال بسته است که از آن بمنظور کنترل حداکثر فشار سیستم استفاده می شود. در شکل ۴-۲۰ (الف) نمای ساده ای از نحوه عملکرد یک شیر اطمینان ساده نشان داده شده است. در شکل ۴-۲۰ (ب) نمای برش خورده و علامت سمبلیک این نوع شیر مشاهده می گردد. باید توجه داشت که با پیچ تنظیم می توان بوسیله تغییر نیروی فشردگی فنر، فشاری را که در آن شیر شروع به باز شدن می کند (فشار شکست) تنظیم نمود.

لازم به ذکر است که برای تخلیه کل جریان پمپ به مخزن، باید ساچمه یا سوپاپ، تا حد مناسبی از جای خود حرکت کرده و مسیر را باز نماید. بنابر این کل جریان پمپ در فشاری بالاتر از حد تنظیمی در شیر اطمینان (فشار شکست) به مخزن تخلیه گشته و معرف حداکثر سطح فشار حاکم در مدار می باشد. از ترکیب سوپاپ و فنر در ساختمان شیر اطمینان ساده معمولا برای استفاده در مدارهایی که دبی عبوری کم است استفاده می شود. شیرهای اطمینان ساده در کمتر از فشار شکست نشتی ندارند و پاسخ زمانی آنها نسبتا سریع است (حدود ۲۵ میلی ثانیه).

کاربرد شیر اطمینان ساده

لذا اینگونه شیرها برای تخلیه سیال هنگام بروز افزایش فشار (ناشی از ضربات) ایده آل هستند. از این نوع شیرها جهت اطمینان از سالم ماندن قطعات هنگام بروز فشارهای ناگهانی در مدار و یا به منظور تخلیه فشار اضافی ناشی از انبساط حرارتی در سیلندرهای قفل کن ، جریانهای مداوم با نوسانات کم استفاده می شود. برخی از انواع شیر اطمینان دارای نوعی ضربه گیر هستند تا از حرکت نوسانی سریع سوپاپ جلوگیری نمایند.  در صورتیکه شیر اطمینان ساده جهت عملکرد متناوب مورد استفاده قرار گیرد، امکان صدمه دیدن نشیمنگاه سوپاپ و ایجاد موجهای برگشتی ضربه ای در سیستم هیدرولیک وجود خواهد داشت.

جریان ضربانی در سیستم هیدرولیک

هنگامی که فشار سیال موجب جدا شدن سوپاپ از نشیمنگاه گردد، جریان سیال در مجاورت مجرای باز شده به مخزن شتاب می گیرد و موجب اعمال فشار بیشتر، از طرف سیال بر سوپاپ خواهد شد که این حالت سبب عبور جریان بیش از حد سیال به مخزن می گردد و افت فشار بیشتری را در پی خواهد داشت. این افت فشار موجب می گردد تا سوپاپ مجددا به موقعیت خود باز گردد. تکرار سریع سیکل مذکور یک جریان ضربانی در پائین دست در سیستم هیدرولیک بوجود خواهد آورد. بنابر این

الف)نحوه عملکرد یک شیر اطمینان ساده ب)نمای برش خورده و علامت سمبلیک یک شیر اطمینان ساده
الف)نحوه عملکرد یک شیر اطمینان ساده
ب)نمای برش خورده و علامت سمبلیک یک شیر اطمینان ساده

فشار شکست

فشاری که در آن شیر اطمینان شروع به باز شدن می کند فشار شکست نام دارد.

شکل 2-1مقایسه بین عملکرد شیر اطمینان ساده باشیر اطمینان مجهز به خط فرمانبه منظور باز شدن کامل مجرای خروجی شیر اطمینان به مخزن و در نتیجه تخلیه کل جریان، فشار بایستی به میزان قابل توجهی افزایش
فشار نظیر عبور کل جریان پمپ یابد.

فشار معادل کل جریان و فشار مازاد

فشاری که در آن، مجرا کاملا باز شده و به کل جریان شیر اطمینان ساده شیر اطمینان با خط فرمان سیال اجازه تخلیه داده می شود، فشار معادل کل جریان” اطلاق می گردد. به اختلاف بین دو فشار مذکور، فشار مازاد و یا فشار بیش از حد گفته می شود.

در بسیاری موارد این اختلاف فشار نامطلوب بوده و مجاز نمی باشد.  به منظور کاهش فشار مازاد، از مقایسه بین عملکرد شیر اطمینان ساده با شیر اطمینان مجهز به خط فرمان شیرهای اطمینان مجهز به خط فرمان (شیر اطمینان ترکیبی) استفاده می شود. این مطلب در شکل 2-1 با رسم نمودار فشار سیستم بر حسب جریان عبوری از شیر اطمینان نشان داده شده است.

دقت کارایی شیر اطمینان ساده

لازم به ذکر است که شیر اطمینان ساده فقط در اندازه های نسبتا کوچک قابل دسترس می باشد. زیرا باطراحی فنری قوی که بتواند سوپاپ را در فشار و دبی بالا بسته نگاه دارد کار مشکلی است. به عبارت دیگر با افزایش دبی عبوری و در نتیجه بزرگ شدن اندازه شیر و سوپاپ، به فنر بزرگتری جهت بسته نگاه داشتن شیر در فشارهای عادی نیاز می باشد و هنگام استفاده از فنر بزرگ اختلاف بین فشار شکست و فشار نظیر عبور کل جریان بصورت قابل ملاحظه ای افزایش خواهد یافت. از آنجائیکه در شیر اطمینان ساده اختلاف فشار بین فشار شکست و فشار نظیر عبور کل جریان، زیاد است، از آن جهت سیستمهای هیدرولیک با کنترل دقیق استفاده نمی شود.

شیر اطمینان مجهز به خط فرمان

در بسیاری از کاربردها لازم است شیر اطمینان جریان زیادی را از خودعبور دهد (بدون آنکه فشار مازاد بالائی در سیستم بوجود آورد. در چنین شرایطی می توان از شیر اطمینان مجهز به خط فرمان استفاده نمود. معمولا این نوع شیرها تا قبل از رسیدن فشار سیستم به ۹۰٪ فشار نظیر عبور کل جریان باز نمی شوند و لذا بازده سیستم بدلیل عبور بخشی از جریان از شیر اطمینان (در پائین تر از حداکثر فشار تنظیمی) کاهش نخواهد یافت.

شیرهای اطمینان مجهز به خط فرمان جهت استفاده در کاربردهایی که فشار و دبی سیال زیاد است بسیار مناسب هستند و بدلیل آرامی عملکرد، فشار سیستم را در حین تخلیه سیال ثابت نگاه می دارند.

نحوه ی عملکرد شیر اطمینان مجهز به خط فرمان

شیر اطمینان با خط فرمان بصورت یک واحد با عملکرد دو مرحله ای است. واحد فرمان در قسمت بالائی بدنه و متشکل از یک سوپاپ محدود کننده فشار بوده که توسط نیروی قابل تنظیم فنر در نشمینگاه خود مستقر می باشد. دهانه های اتصال و سوپشد و لذا سوپاپ ۱ در اثر نیروی ضعیف فنر فشاری ۲ به نشیمنگاه خود فشرده شده و مجرای تخلیه را مسدود می سازد.

افزایش فشار در ورودی (تا بیش از مقدار تنظیمی) با غلبه بر نیروی فنر ۴ موجب بالا رفتن سوپاپ ۳ می شود. در نتیجه باز شدن مسیر تخلیه ۵، فشار در پشت سوپاپ ۱ افت نموده و سبب نامتعادل شدن نیروهای هیدرولیکی در دو طرف آن می گردد که نهایتا با حرکت سوپاپ ۱، مجرای تخلیه به مخزن باز می شود. هنگامیکه اختلاف فشار بین دو قسمت بالا و پائین سوپاپ ۱ به حدود psi ۲۰ برسد، این سوپاپ از نشیمنگاه خود جدا شده و جریان پمپ مستقیما به مخزن بر می گردد. چنانچه جریان افزایش یابد، سوپاپ باز هم بالاتر رفته و مسیر خروجی به مخزن بزرگتر می شود.

کاربرد شیرهای اطمینان مجهز به خط فرمان

شیرهای اطمینان مجهز به خط فرمان به دلیل عملکرد سریع، قابلیت میرا نمودن ضربات هیدرولیکی و جلوگیری از افزایش فشار در خطوط طولانی، دارای کاربرد وسیعی هستند (بالاخص در حالتهائی که به سطوح فشار بالا و دقیق نیاز باشد). در مواردیکه مدار دارای چند شیر اطمینان بوده و پمپ به سیستم جبران کننده فشار مجهز است، نباید فشارهای تنطیمی به یکدیگر نزدیک باشند، زیرا امکان تداخل کاری بین آنها بوجود می آید. فشار تنظیمی شیر اطمینان اصلی که در نزدیکی پمپ نصب می گردد، معمولا ۱۰٪ بالاتر از فشار کاری عادی سیستم در نظر گرفته می شود.

شیر کنترل فشار از نوع بی بار کننده

مطابق شکل زیر، در بسیاری از موارد می توان از طریق یک شیر کنترل جهت، مجرای فرمان را مستقیما به مخزن تخلیه کرد. با چنین اتصالی می توان شیر اطمینان با خط فرمان را به یک شیر بی بار کننده تبدیل نمود. در این حالت، امکان تخلیه جریان ورودی به مخزن در فشار ناچیزی فراهم می گردد.

شیر اطمینان مجهز به خط فرمان
شیر اطمینان مجهز به خط فرمان

شیرهای کاهنده فشار

شیرهای کاهنده فشار نوع دیگری از شیرهای کنترل فشار بوده که در مواضع خاصی از  مدار به منظور کاهش سطح فشار تا یک حد معین مورد استفاده قرار می گیرند. مطابق شکل روبرو، در اثر حرکت قرقره داخلی (بواسطه فشار خروجی) مجرای خروجی تنگ تر شده و فشار در آن کاهش می یابد. این عملکرد تا رسیدن فشار خروجی به حد تنظیم شده ادامه خواهد یافت و هنگامی که فشار خروجی به کمتراز حد تنظیمی برسد، گلوگاه باز شده و جریان سیال بصورت آزاد برقرار خواهد گردید.

باید توجه داشت که یک مسیر داخلی، خروجی را به پشت قرقره وصل کرده و موجب انتقال فشار خروجی به آن در جهت ایجاد نیروی مقابله کننده با فنر می گردد. در شیرهای کاهنده فشار، جریان اضافی به مخزن بر نمی گردد، بلکه با ایجاد افت فشار در اثر تنگ شدن گلوگاه، صرفا فشار در خروجی کاهش می یابد. کاربرد این نوع شیر در مواقعی که در بخشی از مدار فشار محدود و قابل کنترلی نیاز باشد (مانند فشار در سیلندر متصل به گیرهای که قطعات ظریف را نگاه می دارد) اهمیت پیدا می کند.

کاربرد شیر کاهنده فشار

شکل زیر یک نمونه از کاربرد شیر کاهنده فشار در مدار را نشان می دهد. با عملکرد شیر کاهنده فشار و در نتیجه کاهش یافتن فشار در ورودی سیلندر ۲، نیروی اعمالی به فنر توسط میله پیستون نیز کاهش می یابد. معکوس شدن جریان از خروجی شیر کاهنده فشار به سمت ورودی آن، در فشار تنظیمی، موجب بسته شدن کامل این شیر می گردد. بنابر این در مدارهایی که معکوس شدن جهت جریان اجتناب ناپذیر است، باید از تمهیدات دیگری نظیر تعبیه شیر کنترل جهت یکطرفه استفاده نمود.

در شیرهای کاهنده فشار بدلیل استفاده از اثر گلوگاه، گرما تولید می شود و می بایست مقدار این گرما در محاسبات مدار منظور گردد. در صورت نیاز به دو سطح فشار متفاوت و همزمان، سیستم متشکل از دو پمپ جداگانه عمکرد بهتری خواهد داشت که این امر به مقدار جریان، فشار سیال مورد نیاز و میزان تفاوت در دو سطح فشار وابسته است.

شیر بی بار کننده

شیر بی بار کننده، نوع دیگری از شیرهای کنترل فشار است که در مواقعی که به پمپ در مدار نیازی نیست جریان ارسالی از پمپ را در فشار ناچیز به مخزن تخلیه می کند. در نتیجه بیدار شدن پمپ، از مصرف توان و اتلاف حرارتی (ناشی از تخلیه سیال در فشار بالا از شیر اطمینان کاسته می شود.

مطابق شکل ۴-۲۷ با افزایش فشار در خط فرمان تا حد لازم جهت غلبه بر نیروی فنر، پیستون پایینی به سمت بالا حرکت کرده و موجبات تخلیه پمپ به مخزن را فراهم می آورد. مقدار فشار فرمان مورد نیاز به نیروی تنظیمی فنر بستگی دارد.

شیر بی بار کننده الف) وضعیت نرمال ب) وضعیت تحریک شده
شیر بی بار کننده الف) وضعیت نرمال ب) وضعیت تحریک شده

در بسیاری از سیستمهای هیدرولیک (مانند پرسها)، عملگر در بخشی از کورس رفت که بدون درگیری با بار مقاوم طی می شود، نیاز به جریان و سرعت بالا داشته و هنگام شروع و طی سیکل کاری به جریان پائین و فشار بالا نیازمند می باشد. در اینگونه مدارها (شکل ۴-۲۸) می توان از دو پمپ استفاده نمود، بگونه ای که هنگام درگیری با بار مقاوم، پمپ کوچکتر که از قابلیت تامین سیال در فشار بالا و دبی پایین برخوردار است .

سیال مورد نیاز مدار را تامین نموده و پمپ بزرگتر را که جهت تامین حجم زیاد سیال در فشار پایین طراحی شده است، بی بار می گرداند. در این حالت جریان خروجی پمپ بزرگتر بدون نیاز به تخلیه از طریق شیر اطمینان، مستقیما به مخزن تخلیه می شود. بدین ترتیب با بی بار کردن پمپ بزرگ در طی بخشی از سیکل کاری از اتلاف توان جلوگیری می شود.

یک نمونه کاربرد شیر کاهنده فشار در مدار
یک نمونه کاربرد شیر کاهنده فشار در مدار

شیر متعادل کننده

از شیرهای متعادل کننده به منظور جلوگیری از حرکت سقوطی سیلندر تحت بار استفاده میشود شکل ۴-۲۹). مدارهای شامل شیر یکطرفه مجهز به خط فرمان نیز به این منظور مورد استفاده قرار می گیرند و هر دو نوع مدار کاربرد یکسانی دارند. شیرهای متعادل کننده همواره با مقداری نشتی همراه هستند که میزان آن معمولا بر حسب تعداد قطره در دقیقه توسط سازنده شیر مشخص می گردد.

ولی در مواردی که بایستی سیلندر کاملا در محل خود قفل شود لازم است از شیرهای بدون نشتی (شیرهای یکطرفه) استفاده گردد. شیر متعادل کننده را باید بلافاصله بعد از سیلندر نصب نمود.

مطابق شکل زیر ،شیر متعادل کننده با خط فرمان مستقیم (متصل به ناحیه زیر پیستون ) و یا غیر مستقیم ( متصل به ورودی سیلندر کنترل می شود. در حالت خط فرمان مستقیم ،پیستون در ضورتی حرکت می کند که فشار خط فرمان از فشار تنظیمی شیر ( که معمولا 10% بالاتر از فشار مورد نیاز جهت متعادل نگه داشتن وزنه می باشد)بیشتر شود و این در حالتی است که در بالای پیستون فشار کافی برای حرکت ، توسط مدار تامین گردد.

کاربرد شیر متعادل کننده
کاربرد شیر متعادل کننده

مطابق شکل، فشار زیر پیستون در اثر بار مقاوم عبارتست از  P = F / A = ۱۰۰۰ psi . بنابر این شیر باید در افشار ۱۱۰۰psi تنظیم شود تا در صورت تامین فشار خط فرمان مستقیم،  به اندازه ۱۰/ بالاتر از فشار عادی در اثر وجود وزنه، شیر باز شده و پیستون اجازه حرکت یابد. چنانچه شیر متعادل کننده به خط فرمان غیر مستقیم متصل گردد، بدلیل عدم اتصال خط فرمان به فشار عادی سیستم (در اثر وجود وزنه)، به فشار تنظیمی بسیار پایین تری نیاز می باشد.

در شکل ۴-۲۹ (الف) در حالت خط فرمان مستقیم، چنانچه اعمال فشار در بالای پیستون موجب افزایش فشار به اندازه ۱۰۰psi در پایین پیستون گردد، شیر متعادل کننده با فشار ۱۱۰۰psi مواجه شده و مدار را باز می کند. در این حالت افزایش نیروی لازم جهت تامین ۱۰۰psi عبارتست از     ۲۰۰۰ =F = PxA = ۱۰۰ × ۲۰l
و فشار لازم در بالای پیستون برای ایجاد این نیرو برابر با  P = F / A = ۲۰۰۰ / ۵۰ = ۴۰ psi  می باشد. این محاسبه نشان می دهد که فقط تامین ۴۰psi فشار از سمت ورودی سیلندر و از طرف پمپ کافی است تا شیر متعادل کننده در ۱۱۰۰psi مدار را باز نموده و به پیستون اجازه حرکت بدهد.

ولی در حالت خط فرمان غیر مستقیم، شیر متعادل کننده فقط در فشار ۴۰psi تنظیم شده و نهایتا مانند حالت قبل در فشاری ۱۰٪ بالاتر از فشار عادی سیستم، مدار را باز می کند. چگونگی عملکرد مکانیزم داخلی شیر در شکل ۴-۳۰ نشان داده شده است.
در مواقعی که بار متصل به سیلندر ثابت نبوده و سیستم با نیروها و بارهای متغیر مواجه باشد، بجای استفاده از شیرهای متعادل کننده (که به فشارهای خط فرمان متغیر نیاز دارند از شیرهای یکطرفه مجهز به خط فرمان استفاده می گردد.

شیرهای ترتیبی

شیرهای ترتیبی برای کنترل ترتیب عملکرد دو شاخه موازی از مدار مورد استفاده قرار می گیرند. بعنوان مثال توسط این شیر می توان عملکرد دو سیلندر را به ترتیبی کنترل نمود که سیلندر دوم پس از طی کورس سیلندر اول وارد عمل گردد (شکل ۴-۳۱ ج).

از شیرهای ترتیبی به منظور حصول اطمینان از تامین فشار به اندازه معین در یک قسمت از مدار قبل از شروع بکار قسمت دیگر نیز استفاده می شود. در شکل ۴-۳۱ (ب) ساختمان داخلی و نحوه عملکرد شیر ترتیبی بکار برده شده در مدار شکل ۴-۳۱ (ج) نشان داده شده است.

شیر ترتیبی
کاربرد شیر متعادل کننده

شیر ترمزی

شیر ترمزی یک شیر کنترل فشار نرمال بسته است که معمولا دارای دو خط فرمان مستقیم و غیرمستقیم می باشد. این شیر اغلب همراه با موتورهای هیدرولیکی بعنوان ترمز دینامیکی مورد استفاده قرار می گیرد . در حین دوران عادی موتور، خط فرمان غیر مستقیم با استفاده از فشار عملکرد سیستم موجب باز نگاه داشتن شیر می گردد.

به عبارت دیگر، وجود فشار در خط فرمان غیر مستقیم از ایجاد فشار پشت روی موتور (در اثر بسته شدن مسیر تخلیه موتور توسط شیر ترمزی) جلوگیری می کند.

یک نمونه کاربرد شیر ترمزی در مدار
یک نمونه کاربرد شیر ترمزی در مدار

شرح ترمز دینامیکی  در مدار:

مطابق شکل بالا با قطع تحریک شیر 4/2، خط فرمان غیر مستقیم به مخزن متصل شده و مسیر تخلیه موتور توسط شیر ترمزی مسدود می گردد. در این مرحله، در اثر اینرسی بار، فشار در خروجی موتور افزایش یافته و شیر ترمزی توسط خط فرمان داخلی (مستقیم) مسیر تخلیه را باز می کند. بدین ترتیب فشار پشت (فشار پس زنی) اعمال شده در خط تخلیه موتور موجب ترمز دینامیکی می شود.

فیوزهای هیدرولیکی:

فیوزهای الکتریکی با جلوگیری از افزایش بیش از حد فشار از سزاء سیستم حفاظت می کنند.این حفاظت با پاره شدن یک دیسک فلزی سوئیچهای فشار و دما نازک در فشار مشخص و باز شدن مسیر سیال به مخزن صورت می پذیرد .برای استفاده ی مجدد باید دیسک جدیدی را جایگزین نمود از این فیوزها همراه با پمپ های مجهز به سیستم جبران کننده فشار استفاده می شود تا در اثر بالارفتن فشار (در صورت وجود خرابی) سیستم هیدرولیک دچار آسیب نشود .

فیوز هیدرولیکی نوع مشابه یک فیوز الکتریکی بوده و هردو وضایف مشابهی را بر عهده دارند . بمنظور حفاظت از سیلندرهای هیدرولیکی بزرگ و تحت فشار نیز از فیوزهای هیدرولیکی استفاده می شود.

سوئیچ فشار و دما :

سوئیچ فشار با حس نمودن تغییرات فشار در یک محدوده مشخص، یک کلید الکتریکی را باز یا بسته می نماید. قسمت حس کننده در اثر تغییرات فشار حرکت می کند. این قسمت دارای انواع مختلف بشرح زیر است:

١- لوله بردون – محدوده فشار 50 تا  psi 18000

۲- دیافراگمی – محدوده فشارهای منفی تا 150 psi
٣- پیستون آب بندی شده – محدوده فشارهای 15 تا 12000 psi
۴- پیستون آب بندی شده و دیافراگم – محدوده فشارهای0.5 تا  psi 1600

ساختمان داخلی یک سوئیچ فشاری از نوع پیستونی در شکل ۴-۳۵ نشان داده شده است. متناسب با افزایش فشار، نیروی اعمالی بر پیستون عملگر افزایش می یابد و در صورت غلبه بر نیروی فنر، میکروسوئیچ را تحریک می کند. کلید الکتریکی تعبیه شده در سوئیچ فشاری، عملیاتی مانند راه اندازی یا توقف یک پمپ، تحریک و یا قطع تحریک یک شیر الکتریکی و … را انجام می دهد.

از سوئیچهای فشاری در خطوط منتهی به سیلندرهای هیدرولیکی و یا مدارات شامل انباره و سیستمهای فیلتراسیون جهت کنترل حداقل یا حداکثر فشار نیز استفاده می شود. سوئیچهای حرارتی نیز تغییرات درجه حرارت را بصورت اتوماتیک احساس نموده و در یک درجه حرارت مشخص مدار الکتریکی را در وضعیت باز یا بسته قرار می دهند.

یک نمونه کاربرد شیر ترمزی در مدار
یک نمونه کاربرد شیر ترمزی در مدار
ساختمان داخلی سوئیچ فشار
ساختمان داخلی سوئیچ فشار

 

دیدگاه خود را به اشتراک بگذارید

ایمیل شما به دیگران نمایش داده نمیشود.