شیر برقی پروپرشنال، شیری است که برای کنترل میزان جریان سیال از طریق تغییر اندازه عبور جریان از طریق محدود کردن مورد استفاده قرار می گیرد. نرخ جریان تنظیم شده متعاقباً پارامترهای موثر بر یک فرآیند را در سیستم تنظیم می کند، عمدتا سطح، فشار و دما. پارامترهای جزئی دیگر عبارتند از: وزن، ضخامت، رطوبت، چگالی، Ph، رنگ و گرانروی. در یک شیر کنترل اتوماتیک، محدود کننده توسط سیگنال کنترل کننده ای به اکچویتور نامیده می شود، هدایت می شود. یک شیر برقی پروپرشنال متناسب از یک شیر برقی به عنوان اکچویتور برای موقعیت متفاوت شیراستفاده می کند.
شیر برقی استاندارد دو راهه مستقیم کاملاً مشابه شیر برقی پروپرشنال عمل می کند با این تفاوت که سابق از طریق طیف وسیعی از موقعیت شیر کار می کند در حالی که دومی فقط دو حالت سوئیچینگ را فراهم می کند (یعنی قطع /وصل)، شکل زیر یک شیر برقی پروپرشنال با عملکرد مستقیم، پلاگر محدود کننده است.
عملکرد شیر برقی پروپرشنال
در اصل می توان پلاگر را با ولتاژ متغیر DC کنترل کرد، اما در عمل اصطحکاک ایستا روی نقاط راهنمای پلاگر حساسیت شیر را مختل می کند، که منجر به اثرات پسماند بیشتری می شود (پدیده ای که در آن مقدار یک خاصیت فیزیکی از تغییرات تأثیرگذار عقب است). برای جلوگیری از اصطحکاک ساکن، سیگنال ورودی طبیعی را می توان با استفاده از الکترونیک کنترل ویژه به سیگنال ولتاژ فرکانس عرض پالس (PWM) تبدیل کرد.
فرکانس عرض پالس (PWM) روشی است که غالباً برای کنترل قدرت تامین شده به دستگاه های الکتریکی استفاده می شود. مقدار متوسط ولتاژ (و جریان) خورده به شیر برقی با روشن و خاموش کردن کلید برق با سرعت سریع کنترل می شود (شکل زیر). این نوع کنترل پیستون را در یک نوسان دامنه بسیار سریع اما ضعیف قرار می دهد. نوسان پلاگر را در یک حالت متعادل قرار می دهد که اصطحکاک کشویی ثابت خود را حفظ می کند. حرکت نوسان لاگر تاثیری در رفتار جریان سیال ندارد.
هرچه سوئیچ در مقایسه با دوره های خاموش روشن تر باشد، کل انرژی که به شیر برقی می رود بیشتر است. چرخه وظیفه اصطلاح، نسبت زمان روشن “t1” را با مدت زمان چرخه توصیف می کند. یک چرخه کم کار با توان کم مطابقت دارد، زیرا در بیشتر اوقات برق خاموش است. چرخه وظیفه با درصد بیان می شود، 100٪ کاملاً روشن است.
در یک شیر کنترل شیر برقی بسته شده، با جریان صفر که به بوبین تغذیه می شود، فنر پیستون را به سمت پایین و به یک موقعیت کاملاً بسته سوق می دهد، بنابراین شیر در نزدیکی نگه داشته می شود. اعمال جریان بر روی بوبین، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند تا پیستون را به سمت بالا در برابر فنر برگشت حرکت دهد. در چرخه کار 100٪، برق به طور کامل به سلونوئید تغذیه می شود و شیر باز نگه داشته می شود. چرخه های وظیفه بین دامنه 0 تا 100 درصد متناسب جریان دریچه را تغییر می دهند. به عنوان مثال، یک چرخه کار 50٪ تغذیه شده با سلونوئید فنر و پیستون را به 50٪ محدوده عملکرد منتقل می کند.
معیارهای انتخاب شیر برقی پروپرشنال
در کاربردهای جریان مداوم، انتخاب اندازه شیر مناسب بسیار مهمتر از شیرهای روشن / خاموش است. با تنظیم روزنه زیاد، شیر می تواند در یک دهانه (ضربه) بسیار کوچک به سرعت جریان کامل برسد. ضربه باقی مانده پس از آن بی فایده است، که باعث کاهش قدرت تفکیک و کیفیت کنترل عمومی شیر می شود. از طرف دیگر، با اندازه روزنه که خیلی کوچک است، شیر به دبی کامل نمی رسد. توصیه می شود که افت فشار روی شیر باید حدود 30٪ افت فشار کل در سیستم باشد.
برای عملکرد کنترل صحیح و دقیق، شیرهای کنترل برقی باید پیکربندی و متناسب با هدف خاص خود انتخاب شوند. مهمترین پارامترها برای انتخاب شیر کنترل برقی، مقدار kV (در m3 / h داده شده) و دامنه فشار برنامه است. هرچه اوریفیس شیر کمتر باشد یا بوبین قوی تر باشد، فشار شیر می تواند قطع کند. بالاترین مقدار کیلوولت مورد نیاز براساس فرمولهای اندازه گیری در شکل زیر محاسبه می شود.
جایی که:
QN = سرعت جریان عادی [m3 / ساعت]
Kv = عامل هیدرولیک
T = دمای گاز ورودی [K]
p1 = فشار ورودی [بار]
p2 = فشار خروجی [بار]
dp = فشار دیفرانسیل [بار]
SG = وزن مخصوص (هوا = 1)
بر اساس مقدار KV محاسبه شده و دامنه فشار برنامه برنامه ریزی شده، می توان یک نوع شیر مناسب و دهانه مورد نیاز آن را تعیین کرد. لطفا توجه داشته باشید که kV های شیر باید تقریباً 10٪ بیشتر از kV برنامه باشند.
سایر معیارهای انتخابی که باید در نظر گرفته شوند حداکثر فشار کار، سیال، مصرف برق، سازگاری مواد، زمان پاسخ، دمای رسانه، ولتاژ کار و اتصال پورت است.
کاربرد شیر برقی پروپرشنال
مشعل/کنترل شعله: دو گاز باید در سیستم کنترل مشعل کنترل شوند. هر دو در نسبت مطلوبی با یکدیگر قرار دارند. نسبت گاز احتراق به گاز اکسیدان، مانند هوا، اکسیژن و هوا توسط شعله ای که برای فرآیند مربوطه لازم است تعیین می شود. کنترل سطح با فشار دادن (کنترل فشار جریان) کنترل فشار اتمسفر یکی از انواع احتمالی کنترل سطح است. از طریق دو شیر کنترل برقی، یک کنترل کننده PID هوا یا نیتروژن کافی را تأمین می کند تا فشار مشابهی با مایعات همیشه داشته باشد که با کاهش فشار مایع از طریق برداشتن بخشی از مایع تغییر می کند.
مخلوط آب سرد و گرم: سنسور دمای Pt100 دمای آب مخلوط را اندازه گیری می کند. کنترل کننده دما با کنترل دو شیر کنترل برقی بر این اساس، این دما را به مقدار مرجع داده شده می رساند.
کنترل دما: یک شیر کنترل برقی می تواند منبع آب سرد را به مبدل حرارتی مطابق با دمای آب فرآیند اندازه گیری شده تنظیم کند. اگر این بالاتر از مقدار مرجع باشد، آب سرد بیشتری لازم است. اگر کمتر از مقدار مرجع باشد، خنک کننده کمتری لازم است. مدار گرمایش به روشی مشابه کار می کند.
کنترل جریان: به عنوان مثال، از شیر کنترل برقی می توان مستقیماً به عنوان شیر کنترل استفاده کرد.
کنترل اکچویتور (کنترل فشار استاتیک): دو شیر کنترل برقی می توانند هوا را برای درایو پنوماتیک کنترل کنند (شیر پیستونی، سیلندر و غیره). یک کنترل کننده PID تعیین می کند کدام یک از دو شیر باید باز شود. الکترونیک کنترل، درایو را از طریق شیرهای کنترل برقی تنظیم می کند تا مقدار فرآیند با نقطه تنظیم شده مطابقت داشته باشد.
اجکتورها/کنترل فشار: یک شیر کنترل برقی می تواند میزان جریان گاز پیشرانه را کنترل کند. گاز پیشرانه بیشتر قدرت مکش بیشتر و خلا عمیق تری در خط مکش ایجاد می کند. کنترل کننده شیر را با توجه به فشار خلا تنظیم می کند.
