صمام التحكم

الموسوعة الحرة

صمام التحكم هو صمام يُستخدم للتحكم في تدفق السوائل عن طريق تغيير حجم ممر التدفق وفقًا لإشارة من وحدة تحكم. [ 1 ] وهذا يُمكّن من التحكم المباشر في معدل التدفق ، وبالتالي التحكم في كميات العملية مثل الضغط ودرجة الحرارة ومستوى السائل .

في مصطلحات التحكم الآلي ، يُطلق على صمام التحكم اسم "عنصر التحكم النهائي".

عملية

صمامات تحكم تعمل بالهواء المضغوط، كل منها مزود بمحول تيار إلى طاقة (I-P) مدمج في جهاز تحديد موضع الصمام، ويتراوح تياره بين 4 و20 مللي أمبير. في هذا المثال، يقارن كل جهاز تحديد موضع حركة ساق الصمام بإشارة التحكم، ويُجري أي تصحيح لازم.

يتم فتح أو إغلاق صمامات التحكم الآلي عادةً بواسطة مشغلات كهربائية أو هيدروليكية أو هوائية . وفي حالة الصمامات المعدلة، التي يمكن ضبطها على أي وضع بين الفتح الكامل والإغلاق الكامل، تُستخدم أجهزة تحديد موضع الصمام لضمان وصول الصمام إلى درجة الفتح المطلوبة. [ 2 ]

تُستخدم الصمامات التي تعمل بالهواء المضغوط بشكل شائع نظرًا لبساطتها، حيث أنها لا تتطلب سوى مصدر هواء مضغوط، في حين أن الصمامات التي تعمل بالكهرباء تتطلب كابلات إضافية ومعدات تبديل، والصمامات التي تعمل بالهيدروليك تتطلب خطوط إمداد وعودة عالية الضغط للسائل الهيدروليكي.

تعتمد إشارات التحكم الهوائي تقليديًا على نطاق ضغط يتراوح بين 3 و15 رطل لكل بوصة مربعة (0.2 إلى 1.0 بار)، أو بشكل أكثر شيوعًا الآن، على إشارة كهربائية تتراوح بين 4 و20 مللي أمبير للصناعات، أو بين 0 و10 فولت لأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء . غالبًا ما يتضمن التحكم الكهربائي الآن إشارة اتصال ذكية مُضافة إلى تيار التحكم 4-20 مللي أمبير، بحيث يمكن إرسال إشارة إلى وحدة التحكم تُفيد بحالة الصمام والتحقق من موضعه. تُعد بروتوكولات HART و Fieldbus Foundation و Profinet و Profibus من أكثر البروتوكولات شيوعًا.

يتكون صمام التحكم الآلي من ثلاثة أجزاء رئيسية، يوجد كل جزء منها في عدة أنواع وتصاميم:

  • مشغل الصمام - الذي يحرك عنصر التعديل في الصمام، مثل الكرة أو الفراشة.
  • جهاز تحديد موضع الصمام - الذي يضمن وصول الصمام إلى درجة الفتح المطلوبة. وهذا يتغلب على مشاكل الاحتكاك والتآكل.
  • جسم الصمام - الذي يحتوي على عنصر التعديل، وهو عبارة عن سدادة أو كرة أو صمام فراشة.

إجراء التحكم

يوضح تطور إشارات حلقة التحكم التناظرية من العصر الهوائي إلى العصر الإلكتروني
مثال على حلقات التيار المستخدمة في الاستشعار ونقل التحكم. مثال محدد على جهاز تحديد موضع الصمام الذكي المستخدم.
صمام تحكم كروي مزود بمشغل غشائي هوائي ومحدد موضع "ذكي" يقوم أيضًا بتغذية وحدة التحكم بموضع الصمام الفعلي

بالنظر إلى مثال الصمام الذي يعمل بالهواء، هناك إجراءان تحكم ممكنان:

  • "الهواء أو التيار لفتح" - يقل تقييد التدفق مع زيادة قيمة إشارة التحكم.
  • "الهواء أو التيار للإغلاق" - يزداد تقييد التدفق مع زيادة قيمة إشارة التحكم.

قد يحدث أيضًا فشل في أوضاع السلامة:

  • "فشل الهواء أو إشارة التحكم في الإغلاق" - عند فشل الهواء المضغوط في الوصول إلى المشغل، يتم إغلاق الصمام تحت ضغط الزنبرك أو بواسطة طاقة احتياطية.
  • "فشل الهواء أو إشارة التحكم في الفتح" - عند فشل الهواء المضغوط في الوصول إلى المشغل، يفتح الصمام تحت ضغط الزنبرك أو بواسطة الطاقة الاحتياطية.

تُعدّ أنماط التشغيل في حالة الأعطال من متطلبات مواصفات التحكم في عمليات السلامة الخاصة بالمصنع. ففي حالة مياه التبريد، قد يكون العطل عبارة عن فتح الصمام، وفي حالة توصيل المواد الكيميائية، قد يكون العطل عبارة عن إغلاق الصمام.

محددات موضع الصمامات

تتمثل الوظيفة الأساسية للمُوَضِّع في تزويد مُشغِّل الصمام بالهواء المضغوط، بحيث يتوافق موضع ساق الصمام أو عموده مع نقطة الضبط من نظام التحكم. تُستخدم المُوَضِّعات عادةً عندما يتطلب الصمام عملية خنق. يحتاج المُوَضِّع إلى تغذية راجعة للموضع من ساق الصمام أو عموده، ويُوَفِّر ضغطًا هوائيًا للمُشغِّل لفتح الصمام وإغلاقه. يجب تركيب المُوَضِّع على مجموعة صمام التحكم أو بالقرب منها. توجد ثلاث فئات رئيسية من المُوَضِّعات، اعتمادًا على نوع إشارة التحكم، وقدرة التشخيص، وبروتوكول الاتصال: هوائية، تناظرية، ورقمية. [ 3 ]

أجهزة تحديد المواقع الهوائية

قد تستخدم وحدات المعالجة إشارات الضغط الهوائي كنقطة ضبط للتحكم في صمامات التحكم. يتم تعديل الضغط عادةً بين 20.7 و103 كيلو باسكال (3 إلى 15 رطل لكل بوصة مربعة) لتحريك الصمام من وضع 0 إلى 100%. في جهاز تحديد المواقع الهوائي الشائع، تتم مقارنة موضع ساق الصمام أو عموده بموضع منفاخ يستقبل إشارة التحكم الهوائية. عند زيادة إشارة الإدخال، يتمدد المنفاخ ويحرك ذراعًا. يدور الذراع حول محور الإدخال، مما يحرك رفرفًا أقرب إلى الفوهة. يزداد ضغط الفوهة، مما يزيد ضغط الخرج إلى المشغل عبر مرحل مكبر هوائي. يؤدي ازدياد ضغط الخرج إلى المشغل إلى تحريك ساق الصمام.

تُعاد حركة ساق الصمام إلى العارضة بواسطة كامة. ومع دوران الكامة، تدور العارضة حول محور التغذية الراجعة لتحريك الصمام قليلاً بعيدًا عن الفوهة. ينخفض ​​ضغط الفوهة، مما يقلل ضغط الخرج إلى المشغل. تستمر حركة ساق الصمام، دافعةً الصمام بعيدًا عن الفوهة حتى الوصول إلى حالة التوازن. عند انخفاض إشارة الدخل، ينكمش المنفاخ (بمساعدة نابض داخلي) وتدور العارضة حول محور الدخل لتحريك الصمام بعيدًا عن الفوهة. ينخفض ​​ضغط الفوهة، ويسمح المرحل بتفريغ ضغط غلاف الغشاء إلى الغلاف الجوي، مما يسمح لساق المشغل بالتحرك لأعلى.

من خلال الكامة، تُنقل حركة ساق الصمام إلى العارضة لإعادة وضع الصمام المتحرك بالقرب من الفوهة. وعند الوصول إلى حالة التوازن، تتوقف حركة ساق الصمام ويُعاد وضع الصمام المتحرك لمنع أي انخفاض إضافي في ضغط المشغل. [ 3 ]

محددات المواقع التناظرية

النوع الثاني من أجهزة تحديد المواقع هو جهاز تحديد المواقع التناظري I/P. تستخدم معظم وحدات المعالجة الحديثة إشارة تيار مستمر تتراوح بين 4 و20 مللي أمبير لتعديل صمامات التحكم. يُدخل هذا عنصرًا إلكترونيًا في تصميم جهاز تحديد المواقع، ويتطلب منه تحويل إشارة التيار الإلكتروني إلى إشارة ضغط هوائي (تحويل التيار إلى هوائي أو I/P). في جهاز تحديد المواقع التناظري I/P النموذجي، يستقبل المحول إشارة دخل تيار مستمر، ويُخرج إشارة ضغط هوائي متناسبة عبر آلية فوهة/صمام. تُستخدم إشارة الخرج الهوائي كإشارة دخل لجهاز تحديد المواقع الهوائي. بخلاف ذلك، يكون التصميم مماثلاً لتصميم جهاز تحديد المواقع الهوائي [ 3 ].

أجهزة تحديد المواقع الرقمية

بينما توفر أجهزة تحديد المواقع الهوائية وأجهزة تحديد المواقع التناظرية (I/P) تحكمًا أساسيًا في موضع الصمام، تضيف وحدات التحكم الرقمية في الصمامات بُعدًا آخر لقدرات أجهزة تحديد المواقع. هذا النوع من أجهزة تحديد المواقع هو جهاز يعتمد على معالج دقيق. يُمكّن المعالج الدقيق من التشخيص والاتصال ثنائي الاتجاه لتبسيط الإعداد واستكشاف الأخطاء وإصلاحها.

في وحدة تحكم الصمامات الرقمية النموذجية، يقرأ المعالج الدقيق إشارة التحكم، ويعالجها بواسطة خوارزمية رقمية، ثم يحولها إلى إشارة تيار تشغيل لمحول التيار إلى الضغط. يقوم المعالج الدقيق بتنفيذ خوارزمية التحكم في الموضع بدلاً من مجموعة ميكانيكية تتكون من ذراع وكامة ورفرف. مع ازدياد إشارة التحكم، تزداد إشارة التشغيل لمحول التيار إلى الضغط، مما يزيد ضغط الخرج من المحول. يُوجَّه هذا الضغط إلى مرحل مكبر هوائي، ويوفر ضغطَي خرج للمشغل. مع ازدياد إشارة التحكم، يزداد أحد ضغطَي الخرج بينما ينخفض ​​الآخر.

تستخدم المشغلات ثنائية الفعل كلا المخرجين، بينما تستخدم المشغلات أحادية الفعل مخرجًا واحدًا فقط. يؤدي تغير ضغط المخرج إلى تحريك ساق أو عمود المشغل. تُرسل بيانات موضع الصمام إلى المعالج الدقيق. يستمر الساق في الحركة حتى يصل إلى الموضع الصحيح. عند هذه النقطة، يُثبّت المعالج الدقيق إشارة التشغيل لمحول التيار/الضغط حتى يتحقق التوازن.

بالإضافة إلى وظيفة التحكم في موضع الصمام، يتمتع جهاز التحكم الرقمي بالصمام بقدرتين إضافيتين: التشخيص والاتصال الرقمي ثنائي الاتجاه. [ 3 ]

تشمل بروتوكولات الاتصال المستخدمة على نطاق واسع HART و FOUNDATION fieldbus و PROFIBUS.

مزايا وضع جهاز تحديد المواقع الذكي على صمام التحكم:

  • المعايرة والتكوين التلقائيان لجهاز تحديد المواقع.
  • التشخيص في الوقت الفعلي.
  • انخفاض تكلفة تشغيل الدائرة، بما في ذلك التركيب والمعايرة.
  • استخدام التشخيصات للحفاظ على مستويات أداء الحلقة .
  • تحسين دقة التحكم في العمليات مما يقلل من تباين العمليات.

أنواع صمامات التحكم

يتم تصنيف صمامات التحكم حسب خصائصها وميزاتها.

بناءً على منحنى انخفاض الضغط

بناءً على خصائص حركة العنصر المتحكم

  • ساق منزلق: يتحرك ساق الصمام/السدادة حركة خطية أو مستقيمة. أمثلة: صمام كروي، [ 4 ] صمام زاوية، صمام بوابة من نوع إسفيني
  • الصمام الدوار: يدور قرص الصمام. أمثلة: صمام الفراشة ، صمام الكرة

بناءً على الوظائف

  • صمام التحكم: يتحكم في معايير التدفق بما يتناسب مع إشارة الإدخال الواردة من نظام التحكم المركزي. أمثلة: صمام كروي، صمام زاوية، صمام كروي
  • صمامات الإغلاق/التشغيل/الإيقاف: تكون هذه الصمامات إما مفتوحة تمامًا أو مغلقة تمامًا. أمثلة: صمام البوابة، صمام الكرة، صمام الكرة الأرضية، صمام الزاوية، صمام الضغط، صمام الحجاب الحاجز
  • صمام عدم الرجوع: يسمح بالتدفق في اتجاه واحد فقط
  • صمام تكييف البخار: ينظم ضغط ودرجة حرارة وسائط الدخول إلى المعايير المطلوبة عند المخرج. أمثلة: صمام تجاوز التوربين، محطة تخفيض ضغط بخار العملية
  • صمام أمان زنبركي: يُغلق بفعل قوة الزنبرك، الذي ينكمش ليفتح عندما يتساوى ضغط المدخل مع قوة الزنبرك.

بناءً على وسيط التشغيل

  • صمام يدوي: يتم تشغيله بواسطة عجلة يدوية
  • صمام هوائي: يتم تشغيله باستخدام وسيط قابل للانضغاط مثل الهواء أو الهيدروكربون أو النيتروجين، مع غشاء زنبركي أو أسطوانة مكبس أو مشغل من نوع المكبس الزنبركي
  • الصمام الهيدروليكي: يتم تشغيله بواسطة وسيط غير قابل للانضغاط مثل الماء أو الزيت
  • صمام كهربائي: يتم تشغيله بواسطة محرك كهربائي

توجد أنواع عديدة من الصمامات وطرق التحكم بها. ومع ذلك، هناك شكلان رئيسيان للعمل، وهما الصمام ذو الساق المنزلقة والصمام الدوار.

تُعدّ صمامات التحكم الكروية ذات الساق المنزلقة، والصمامات الكروية ذات الشق على شكل حرف V، وصمامات الفراشة، والصمامات الزاوية من أكثر أنواع صمامات التحكم شيوعًا وتعددًا في الاستخدامات. وتستمد هذه الأنواع شعبيتها من متانتها وتعدد الخيارات المتاحة التي تجعلها مناسبة لمجموعة متنوعة من تطبيقات العمليات. [ 5 ] يمكن تصنيف أجسام صمامات التحكم كما يلي: [ 3 ]

قائمة بأنواع صمامات التحكم الشائعة

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ معيار جمعية الأجهزة الأمريكية S561.1، 1976، كما ورد في "دليل صمامات التحكم من فيشر"، الطبعة الرابعة، 1977. الطبعة الحالية: الرابعة
  2. ↑ "ما هو صمام التحكم وكيف يعمل | صمام أيرا" . 2020-10-07 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2022-12-17 .
  3. 1 2 3 4 5 حلول أتمتة إيمرسون (2017). "دليل صمامات التحكم" (ملف PDF) ( الطبعة الخامسة). شركة فيشر كونترولز إنترناشونال ذ.م.م. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 مايو 2019 . 
  4. ↑ "ما هو صمام الكرة الأرضية؟ مبدأ العمل والوظيفة | لينكيب" . www.linquip.com . تاريخ الاسترجاع: 25 نوفمبر 2021 .
  5. ↑ هاجن، س. (2003) "تكنولوجيا صمامات التحكم" خدمات المصانع