آشنایی با عملگر شیرآلات صنعتی

عملگر به قطعه ای از شیر گفته می شود که وظیفه ی باز و بسته کردن شیرآلات صنعتی را بر عهده دارد. در واقع عملگر با حرکت دادن ساقه و به دنبال آن بندآور سبب باز یا بسته شدن شیر می شود. عملگر ها می توانند در برابر خرابی سیستم و یا قطع منبع نیرو سه رفتار متفاوت از خود نشان دهند که عبارتند از:

1. Fail as is: در این حالت عملگر ها بعد از قطع منبع نیرو، حالت موجود خود را حفظ می کنند. این وضعیت معمولا در شیر های دارای عملگرهای الکتریکی که مجهز به گیربکس های خاصی هستند، دیده می شود.

2.Normally Close: در این حالت عملگر ها پس از قطع منبع نیرو، مسیر حرکت سیال را مسدود می کنند. در واقع در این حالت عملگر ها شیر را پس از قطع منبع نیرو، می بندند. کاربرد این نوع عملگر ها بیشتر در مواردی است که سیالاتی حساس (مانند سوخت یک کوره) در مسیر خط لوله عبور می کنند. 

3.Normally open: در این حالت که برعکس حالت Normally Close است پس از قطع منبع، نیرو عملگر مسیر عبور سیال را باز خواهد کرد. کابرد این نوع از عملگر ها بیشتر برای مواردی مانند جریان آب سرد کندانسور که نیاز به تداوم جریان دارند، می باشد.

اما عملگر در شیرآلات صنعتی از لحاظ نحوه عملکرد به دو دسته ی اصلی، دستی و توانی تقسیم می شوند که هر کدام از آن ها خود نیز شامل چند نوع می باشند. که در ادامه به برسی هر یک از آن ها خواهیم پرداخت. 

عملگر های دستی

1) Hand wheel (چرخ دستی): پرکاربرد ترین نوع عملگر در انواع شیرآلات صنعتی، hand wheel است. در این نوع با استفاده از چرخش عملگر، باز و بسته کردن شیر انجام می شود. عملگر های hand wheel عموما برای شیرهای دروازه ای، کروی، دیافراگمی مورد استفاده قرار می گیرند.

2)Hand lever  (اهرم دستی): این نوع عملگر از یک دسته با قابلیت چرخش 90 درجه ای تشکیل شده است و بیشتر در شیرآلات صنعتی پروانه ای و توپی مورد استفاده قرار می گیرد.

3) Chain (زنجیر) : در این نوع از عملگر ها از یک زنجیر (chain) به منظور باز و بسته کردن شیر استفاده می شود. کاربرد این عملگر ها در مکان هایی است که استفاده از hand wheel و یا hand lever ممکن نباشد. 

4) Gear box(جعبه دنده): در عملگر های Gear از مجموعه ای از چرخ دنده ها به منظور اعمال نیرو برای باز و بسته کردن شیر استفاده می شود. در واقع ترکیب چرخ دنده ها سبب افزایش نیروی اعمال شده از دسته گرداننده شده و باز و بسته کردن شیر را راحت تر می کند. شکل چرخ دنده ها می تواند به صورت ملخی، مخروطی و یا حلزونی باشد. 

در حالت های معمول از همین عملگر های دستی برای باز و بسته کردن شیر ها استفاده می شود؛ اما در بعضی از مواقع حالت هایی پیش می آید که استفاده از عملگر های دستی امکان پذیر نخواهد بود. از آن جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد: 

• شیرهایی که باز و بسته کردن آن ها به صورت دستی زمان زیادی لازم داشته باشد. 
• شیرهایی که نیروی زیادی برای باز و بسته کردن آن ها نیاز است.
• شیرهایی که از لحاظ دسترسی دارای محدودیت هستند. (محدودیت مکانی و فضایی و بعد مسافت)
در چنین مواردی از عملگرهای ویژه ای به نام عملگر های توانی استفاده می شود که کار کردن با این گونه شیرآلات صنعتی آسان می باشد.

عملگر های توانی

در عملگرهای توانی همان گونه که از نام شان مشخص است، از توان های اعمالی توسط سیال و یا موتور های خاص برای باز و بسته کردن شیر استفاده می شود که به چهار دسته ی هیدرولیک، نیوماتیک، موتور الکتریکی و سلونوئیدی تقسیم می شوند. 

هیدرولیک

این عملگر ها عموما از فشار روغن هیدرولیک برای انتقال نیرو استفاده می کنند. اما در مواردی خاص می توان از سیال سرویس و آب نیز استفاده کرد. مهمترین مزیت هایی که عملگر های هیدرولیکی دارند عبارتند از: 

• ایجاد نیروهای بالاتر ممکن است.
• می توان فشار هیدرولیکی را در آن ذخیره کرد.
• هزینه ی مربوط به پوشش دادن و عایق کاری آن پایین است.

نیوماتیکی

در عملگر های نیوماتیکی از نیروی فشار هوا یا یک گاز بی اثر برای به حرکت درآوردن ساقه شیر استفاده می شود. در عملگرهای نیوماتیک می توان نیرو و گشتاور بسیار بالایی را تولید کرد. در این نوع عملگرها عموما از فنر هایی استفاده می شود تا در صورت از دست رفتن فشار عملگر، حالت شیر به وضیعت باز یا بسته تغییر کند. از عملگرهای نیوماتیکی مانند عملگرها هیدرولیکی می توان در دو حالت Normally Open و Normally Close استفاده کرد. مهم ترین مزایا و معایب عملگرهای نیوماتیکی عبارتند از:

مزایا

• تهیه هوای فشرده نسبتا ارزان و آسان است.
• طراحی این عملگرها ساده تر و هزینه نگهداری و تعمیرات آن نسبتا کم است.
• هوای اضافی و خارج شده از سیستم بدون ایجاد هیچ مشکلی به هوای آزاد باز می گردد.
• هنگامی که در تماس با یک منبع گرم باشد افزایش فشار هوای گرم به عملگر نیوماتیکی کمک خواهد کرد.

معایب

• با توجه به انرژی جنبشی کم هوای فشرده، نمی توان از نیروی حاصل از عملگرهای نیوماتیکی برای بلند کردن دیسک های گوه ای و باز کردن این گونه شیرآلات صنعتی استفاده کرد.
• هوا یک ماده قابل تراکم است و نمی تواند میله شیر متصل به پیستون را دقیقا در یک وضعیت نگه دارد.
• طراحی عملگر نیوماتیکی و به کارگیری رینگ های آب بندی لاستیکی در آن ها باعث محدودیت دمایی این گونه عملگر ها می شود. در نتیجه نیاز به عایق حرارتی و قطعات پیشگیری از اشتعال لازم است.
• موتور های بادی (air motors) ممکن است به علت وجود مواد خارجی ریز، گیر کرده و یا اگر هوای فشرده به اندازه کافی خشک نشده باشد ممکن است قطعات موتور در معرض خوردگی قرار گیرد.
• ممکن است نیروی هوای فشرده قادر به گرداندن میله شیرهای بزرگ نباشد.

موتور الکتریکی 

در این نوع عملگرها از یک موتور الکتریکی به منظور باز و بسته کرن شیرآلات صنعتی استفاده می شود. سرعت حرکت ساقه در شیر هایی با این نوع عملگر در بازه ی 30-60 سانتی متر در دقیقه قرار دارد. البته عملگر موتور الکتریکی این قابلیت را دارد تا در مواردی خاص با سرعت بالاتری عمل کند. طراحی این عملگرا ها عموما به گونه ای انجام می شود که در صورت بروز مشکل در کارکرد عملگر، شیر از حالت Fail as is تبعیت کرده و در موقعیت خود ثابت بماند. مهمترین مزیت های عملگرهای موتور الکتریکی عبارتند از:

• سرعت موتورهای الکتریکی را می توان با گیربکس کاهش داد و به سادگی سرعت دورانی مطلوب به دست آورد.
• با توجه به وجود گیربکس میان موتور و عملگر، ثبات وضعیتی خوبی در عملگر های الکتریکی وجود دارد.
• موتور الکتریکی را می توان  توسط سیستم کنترل فرآیند تحت کنترل داشت.
• موتورهای الکتریکی سبب آلودگی محیط نمی شوند.
• تامین انرژی آنها ساده است.

با توجه به مزایای ذکر شده فوق، عملگرهای الکتریکی مخصوصا برای سیستم ها و فرآیندهایی که نیاز به کنترل دقیقی دارند، مناسب می باشد. در انتخاب عملگر الکتریکی باید دقت کرد که بی جهت از موتورهای قوی تر استفاده نشود. موتورهای الکتریکی، قطعات متحرک کمی داشته و به همین علت احتیاج به نگهداری کمتری دارند و از نظر مصرف انرژی نیز بازده بالاتری دارند. اما مهم ترین معایب عملگرهایی که از نوع موتور الکتریکی هستند، را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:

• عملگرهای موتور الکتریکی نسبتا گران قیمت هستند.
• در صورت قطع انرژی الکتریکی، عملگر در همان وضعیت باقی می ماند.

سلونوئیدی

این عملگرها با کمک یک بوبین و استفاده از نیروی الکترومغناطیسی کار می کنند. در واقع با برقراری جریان در سیم پیچ و به وجود آمدن جاذبه مغناطیسی، ساقه و بندآور از محل خود  بلند شده و شیرآلات صنعتی در حالت باز قرار می گیرد. با قطع جریان الکتریکی، فنری که در شیر وجود دارد، بندآور را به محل خود باز می گرداند و شیر در وضعیت بسته قرار می گیرد. سلونوئید ها دارای مزایایی همچون سرعت در انجام کار، قابلیت اعتماد بالا، قطع و وصل سریع و مطمئن، زمان سرویس دهی طولانی، طراحی یکپارچه و جریان برق مصرفی کم هستند. عملگر های سلونوئیدی را می توان در سه حالت Normally Open، Normally Close، Fail as is مورد استفاده قرار داد.