صمام الملف اللولبي

صمام الملف اللولبي هو صمام يعمل كهروميكانيكيًا، ويُستخدم في أنظمة التدفئة وخطوط أنابيب الوقود والأتمتة الصناعية لتنظيم تدفق السوائل أو الغازات. يعمل هذا الصمام عن طريق تمرير تيار كهربائي عبر ملف سلكي، مما يُولّد مجالًا مغناطيسيًا. يجذب هذا المجال المغناطيسي مكبسًا، يقوم بدوره بتشغيل آلية الصمام، لفتح أو إغلاق ممرات السوائل.

تختلف الصمامات اللولبية في خصائص التيار الكهربائي المستخدم، وقوة المجال الكهرومغناطيسي المُوَلِّد، وآلية تنظيم السائل ، ونوع السائل وخصائصه. وتتنوع الآلية من الحركة الخطية ، والمشغلات المكبسية، إلى المشغلات ذات المحرك المحوري، والمشغلات المتأرجحة. يمكن للصمام استخدام تصميم ثنائي المنافذ لتنظيم التدفق، أو تصميم ثلاثي المنافذ أو أكثر لتبديل التدفقات بينها. ويمكن وضع عدة صمامات لولبية معًا على مشعب . قد تكون آلية الصمام، التي تعمل بقوة المكبس المغناطيسي، صمامًا أسطوانيًا أو صمامًا من نوع الصمام ذي القرص. قد تستخدم الصمامات اللولبية البسيطة نابضًا لإعادة الصمام إلى وضع الخمول؛ بينما قد تحتوي الصمامات الأكثر تعقيدًا على ملفين أو أكثر لتحريك الصمام الأسطواني. تسمح الصمامات التناسبية بتيار كهربائي متغير لضبط موضع الصمام ضمن نطاق معين، وهو ما يمكن استخدامه للتحكم في التدفق، وبالتالي سرعة أجهزة الطاقة الهيدروليكية. ^{[ 1 ]}

تُعدّ الصمامات اللولبية من أكثر عناصر التحكم استخدامًا في أنظمة السوائل . وتتمثل وظائفها في إغلاق السوائل، وإطلاقها، ومعايرة كمياتها، وتوزيعها، وخلطها. وتُستخدم هذه الصمامات في العديد من التطبيقات. وتتميز الصمامات اللولبية بسرعة وأمان التشغيل، وموثوقية عالية، وعمر خدمة طويل، وتوافق جيد للمواد المستخدمة، وانخفاض استهلاك الطاقة، وتصميم صغير الحجم.

تتنوع تصاميم الصمامات بشكل كبير. قد تحتوي الصمامات العادية على منافذ ومسارات متعددة للسوائل. على سبيل المثال، يحتوي الصمام ثنائي الاتجاه على منفذين؛ إذا كان الصمام مفتوحًا ، يكون المنفذان متصلين ويتدفق السائل بينهما؛ أما إذا كان الصمام مغلقًا ، فيكون المنفذان معزولين. يُطلق على الصمام المفتوح عندما لا يكون الملف اللولبي مُفعّلاً اسم "صمام مفتوح عادةً " (NO). وبالمثل، يُطلق على الصمام المغلق عندما لا يكون الملف اللولبي مُفعّلاً اسم "صمام مغلق عادةً" (NC). ^{[ 2 ]} توجد أيضًا صمامات ثلاثية الاتجاه وتصاميم أكثر تعقيدًا. ^{[ 3 ]} يحتوي الصمام ثلاثي الاتجاه على ثلاثة منافذ؛ حيث يربط أحد المنافذ بأحد المنفذين الآخرين (عادةً منفذ إمداد ومنفذ عادم).

تتميز الصمامات اللولبية أيضًا بطريقة عملها. يمكن للملف اللولبي الصغير توليد قوة محدودة. العلاقة التقريبية بين قوة الملف اللولبي المطلوبة F _s ، وضغط السائل P ، ومساحة الفتحة A لصمام لولبي يعمل مباشرة هي: ^{[ 4 ]}

${\displaystyle F_{s}=PA=P{\frac {\pi d^{2}}{4}}}$

حيث يمثل d قطر الفتحة. قد تكون قوة الملف اللولبي النموذجية 15 نيوتن (3.4 رطل _قوة ) . قد يكون التطبيق عبارة عن غاز منخفض الضغط (على سبيل المثال، 10 رطل لكل بوصة مربعة (69 كيلو باسكال) ) مع قطر فتحة صغير (على سبيل المثال، 3/8 بوصة ( 9.5 مم) لمساحة فتحة تبلغ 0.11 بوصة ^مربعة (71 مم ^مربع ) وقوة تقريبية تبلغ 1.1 رطل قوة (4.9 نيوتن) ).          

إذا كانت القوة المطلوبة منخفضة بما يكفي، يستطيع الملف اللولبي تشغيل الصمام الرئيسي مباشرةً. تُسمى هذه الصمامات ببساطة صمامات الملف اللولبي ذات التشغيل المباشر . عند تزويدها بالكهرباء، تتحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية ، مما يؤدي إلى تحريك حاجز مادي إما لمنع التدفق (إذا كان مفتوحًا عادةً) أو للسماح به (إذا كان مغلقًا عادةً). غالبًا ما يُستخدم نابض لإعادة الصمام إلى وضعه الأصلي عند انقطاع التيار الكهربائي. تتميز صمامات التشغيل المباشر ببساطتها، على الرغم من أنها تتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة مقارنةً بأنواع صمامات الملف اللولبي الأخرى. ^{[ 5 ]}

إذا كانت ضغوط السوائل عالية وقطر الفتحة كبيرًا، فقد لا يُولّد الملف اللولبي قوة كافية لتشغيل الصمام. ولحل هذه المشكلة، يُمكن استخدام تصميم صمام الملف اللولبي المُشغّل بالتحكم . ^{[ 2 ]} يعتمد هذا التصميم على السائل المضغوط نفسه لتطبيق القوى اللازمة لتشغيل الصمام، حيث يعمل الملف اللولبي كـ"متحكم" يُوجّه السائل (انظر القسم الفرعي أدناه). تُستخدم هذه الصمامات في غسالات الأطباق وأنظمة الري وغيرها من التطبيقات التي تتطلب ضغوطًا و/أو أحجامًا كبيرة. تميل صمامات الملف اللولبي المُشغّلة بالتحكم إلى استهلاك طاقة أقل من الصمامات ذات التشغيل المباشر، على الرغم من أنها لن تعمل إطلاقًا بدون ضغط سائل كافٍ، كما أنها أكثر عرضة للانسداد إذا احتوى السائل على شوائب صلبة. ^{[ 5 ]}

يعمل صمام الملف اللولبي ذو التأثير المباشر عادةً في غضون 5 إلى 10 مللي ثانية. أما الصمامات التي تعمل بالتحكم التجريبي فهي أبطأ قليلاً؛ وتتراوح القيم النموذجية، اعتمادًا على حجمها، من 15 إلى 150 مللي ثانية. ^{[ 3 ]}

يختلف استهلاك الطاقة ومتطلبات الإمداد للصمام اللولبي باختلاف التطبيق، ويتحدد ذلك بشكل أساسي بضغط السائل وقطر الفتحة. على سبيل المثال، صمام رشاش شائع بقطر 3/4 بوصة وضغط 150 رطل/بوصة مربعة، مُصمم لأنظمة سكنية بجهد 24 فولت تيار متردد (50-60 هرتز)، يتميز بتيار بدء تشغيل لحظي يبلغ 7.2 فولت أمبير، ومتطلبات طاقة تثبيت تبلغ 4.6 فولت أمبير. ^{[ 6 ]} في المقابل، صمام صناعي بقطر 1/2 بوصة وضغط 10000 رطل/ بوصة مربعة ، مُصمم لأنظمة بجهد 12 أو 24 أو 120 فولت تيار متردد في تطبيقات السوائل عالية الضغط والتطبيقات المبردة، يتميز بتيار بدء تشغيل يبلغ 300 فولت أمبير ومتطلبات طاقة تثبيت تبلغ 22 فولت أمبير. ^{[ 7 ]} لا يُحدد أي من الصمامين الحد الأدنى للضغط المطلوب للبقاء مغلقًا في حالة عدم وجود طاقة. 

تتضمن تصميمات الصمامات اللولبية العديد من الاختلافات والتحديات.

المكونات الشائعة للصمام اللولبي: ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

• مجموعة الملف اللولبي الفرعية
  • مشبك التثبيت (المعروف أيضًا باسم مشبك الملف)
  • ملف لولبي (مع مسار عودة مغناطيسي)
  • الأنبوب الأساسي (المعروف أيضًا باسم أنبوب المحرك، أنبوب المكبس، أنبوب صمام الملف اللولبي، الغلاف، مجموعة التوجيه)
  • صامولة التوصيل (المعروفة أيضًا باسم القلب الثابت)
  • ملف التظليل (المعروف أيضًا باسم حلقة التظليل)
  • زنبرك أساسي (يُعرف أيضًا باسم الزنبرك المضاد)
  • القلب (المعروف أيضًا باسم المكبس، أو المحرك)
• أنبوب القلب - مانع تسرب غطاء المحرك
• غطاء المحرك (أو غطاء المحرك)
• غطاء – غشاء – مانع تسرب الجسم
• زنبرك علاقة الملابس
• غسالة احتياطية
• غشاء
  • فتحة نزيف
• أدك
• جسم الصمام
  • مقعد

القلب أو المكبس هو المكون المغناطيسي الذي يتحرك عند تنشيط الملف اللولبي. يقع القلب على نفس محور الملف اللولبي. وتؤدي حركة القلب إلى إحكام أو إتلاف موانع التسرب التي تتحكم في حركة السائل. عندما لا يكون الملف مُنشطًا، تُبقي النوابض القلب في وضعه الطبيعي.

الصامولة الموصلة محورية أيضًا.

يحتوي الأنبوب المركزي على القلب ويوجهه، كما أنه يثبت صامولة السدادة وقد يمنع تسرب السائل. ولتحسين حركة القلب، يجب أن يكون الأنبوب المركزي غير مغناطيسي. فلو كان مغناطيسيًا، لكان سيوفر مسارًا جانبيًا لخطوط المجال المغناطيسي. ^{[ 12 ]} في بعض التصاميم، يكون الأنبوب المركزي عبارة عن غلاف معدني مغلق يُصنع بتقنية السحب العميق . يُبسط هذا التصميم مشاكل منع التسرب لأن السائل لا يمكنه التسرب من الغلاف، ولكنه يزيد أيضًا من مقاومة المسار المغناطيسي لأن المسار المغناطيسي يجب أن يقطع سُمك الأنبوب المركزي مرتين: مرة بالقرب من صامولة السدادة ومرة ​​بالقرب من القلب. في تصاميم أخرى، لا يكون الأنبوب المركزي مغلقًا، بل أنبوبًا مفتوحًا ينزلق فوق أحد طرفي صامولة السدادة. ولتثبيت الصامولة، قد يُضغط الأنبوب عليها. ويمنع مانع تسرب حلقي (O-ring) بين الأنبوب والصامولة تسرب السائل.

يتكون الملف اللولبي من لفات عديدة من سلك نحاسي تحيط بالأنبوب المركزي وتحفز حركته. غالبًا ما يُغلف الملف بمادة الإيبوكسي . كما يحتوي الملف على إطار حديدي يوفر مقاومة منخفضة للمسار المغناطيسي.

توجد العديد من الاختلافات الممكنة في الصمام الأساسي أحادي الاتجاه أحادي الملف اللولبي الموصوف أعلاه:

• صمامات لولبية أحادية أو ثنائية؛
• يعمل بالتيار المستمر أو التيار المتردد ؛
• عدد مختلف من الطرق والمواقع؛

تُستخدم الصمامات اللولبية في أنظمة الطاقة الهيدروليكية والهوائية، للتحكم في الأسطوانات ومحركات الطاقة الهيدروليكية أو الصمامات الصناعية الكبيرة. كما تستخدم أنظمة الري بالرش الأوتوماتيكية صمامات لولبية مع وحدة تحكم أوتوماتيكية. وتستخدم الغسالات المنزلية وغسالات الأطباق صمامات لولبية للتحكم في دخول الماء إلى الجهاز. كما تُستخدم أيضًا في زنادات بنادق كرات الطلاء لتشغيل صمام مطرقة _ثاني أكسيد الكربون . ويُشار إلى الصمامات اللولبية عادةً باسم "الملفات اللولبية".

يمكن استخدام الصمامات اللولبية في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية، بما في ذلك التحكم العام في التشغيل والإيقاف، ومحطات المعايرة والاختبار، وحلقات التحكم في المصانع التجريبية، وأنظمة التحكم في العمليات، وتطبيقات مصنعي المعدات الأصلية المختلفة . ^{[ 16 ]}

في عام 1910، أصبحت شركة ASCO Numatics أول شركة تقوم بتطوير وتصنيع الصمام اللولبي. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

• صمام يعمل بالهواء

• الصفحات 39-40. رسم توضيحي لصمام الملف اللولبي؛ دبوس الفصل / آلية التشغيل