شیر هیدرولیک و انواع آن

شیر هیدرولیک در واقع یک دستگاه مکانیکی است که برای تنظیم جریان سیال داخل یک چرخه یا سیستم هیدرولیک استفاده می‌شود. می‌توان از این شیر برای بستن کامل یک خط، تغییر مسیر سیال تحت فشار و یا کنترل سطح جریان تا حد مشخص استفاده کرد. این شیر در طیف وسیعی از استایل‌ها طراحی می‌شود. می‌توان شیر هیدرولیک را به صورت دستی یا اتوماتیک (توسط اکچویتور فیزیکی، مکانیکی، پنوماتیک، هیدرولیکی یا الکتریکی) کنترل کرد. شیر هیدرولیک باید بتواند مقادیر زیادی از فشار سیال را تحمل کند، زیرا طبیعت بسیاری از سیستم‌های هیدرولیک این است که دارای فشار ۳۰۰۰psi و یا بالاتر از آن هستند. به همین دلیل آن‌ها اغلب از فولاد، آهن یا دیگر فلزاتی ساخته می‌شوند که می‌توانند تحت فشار بالا به طور مداوم کار کنند.

حتما بخوانید: شیر دوار یا روتاری ولو چیست؟

پترو ایلیا در این مقاله اطلاعات جامعی را در مورد شیر هیدرولیک عنوان می‌کند که شامل انواع شیر هیدرولیک، ساختار آن و مشخصات آن می‌شود. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد انواع شیرآلات می‌توانید به صفحه شیرآلات صنعتی مراجعه نمایید.

انواع شیر هیدرولیک

شیر هیدرولیک با استایل‌های مختلفی ساخته می‌شود که بسیاری از آن‌ها مشابه شیرآلات دیگر می‌باشند، از آن جمله می‌توان شیر هیدرولیک توپی، پروانه ای، بای‌پس ریلیف، یکطرفه، سوزنی، دایورتر، تنظیم کننده، پایلوت و دایرکشنال را نام برد. از یک منظر گسترده‌تر می‌توان این شیرآلات هیدرولیک را به سه دسته اصلی تقسیم‌بندی کرد:

• شیر کنترل هیدرولیک فشاری
• شیر هیدرولیک کنترل جریان
• شیر کنترل هیدرولیک دایرکشنال

شیر کنترل فشاری هیدرولیک برای تنظیم فشار سیالی که از داخل سیستم هیدرولیک عبور می‌کند طراحی شده تا بتواند فشار را بر اساس آنچه اپراتور سیستم مشخص کرده در سطح مورد نظر نگاه دارد. معمولاً سیستم‌های هیدرولیک برای کار کردن در محدوده فشار خاصی طراحی می‌شوند.

حتما بخوانید: شیر برقی و نحوه عملکرد آن

این شیرآلات نقش بسیار مهمی در جلوگیری از افزایش فشار دارند؛ زیرا افزایش فشار می‌تواند باعث نشتی سیال هیدرولیک و ترکیدن لوله‌ها شود. همچنین از آن‌ها برای حفظ فشار تنظیم شده در بخشی از چرخه هیدرولیک استفاده می‌شود.

انواع شیرهای کنترل فشار در سیستم‌های هیدرولیک استفاده می‌شوند که این شیرآلات عبارتند از شیر اطمینان، شیر تبدیل، شیر توالی، شیر موازنه و شیر تخلیه.

شیر هیدرولیک کنترل جریان

این شیر برای تنظیم سرعت جریان سیال در سیستم هیدرولیک استفاده می‌شود. این شیرآلات پورتی دارند که قابل تنظیم است، بنابراین ممکن است برای تنظیم سرعت جریان در شیر نیازمند ایجاد تغییر در ناحیه جریان باشیم. برای مثال از این شیر در چرخه‌های کنترل مانند سیلندرها، موتورها یا اکچویتورها استفاده می‌شود. سرعت حرکت این دستگاه‌ها تابعی مستقیم از سرعت جریان است، یعنی کاهش سرعت جریان باعث کاهش سرعت عملکرد آن‌ها شده و بالعکس.

حتما بخوانید: شیر کنترل پنتوماتیک

انواع مختلف شیر هیدرولیک کنترل جریان شامل شیر کنترل جریان ثابت، شیر کنترل جریان قابل تنظیم، شیر کنترل جریان فشاری می‌باشد. مکانیزم کنترل جریان در این شیرآلات بسته به طراحی مکانیکی شیر متغیر است و این شیرآلات در طرح‌های مختلفی نظیر شیر توپی، پروانه ای، دیافراگمی، سوزنی و پلاگ تولید می‌شوند.

می‌توان سرعت جریان را از چند راه مختلف اندازه‌گیری کرد که مشابه هم نیستند، بنابراین انتخاب یک شیر کنترل جریان درست نیازمند فهم درست از سرعت یا نرخ جریان است. سه عامل مهم در اندازه‌گیری نرخ جریان یا دبی جریان عبارتند از:

• دبی جریان حجمی، که اندازه‌گیری واحد حجم در واحد زمان است، مانند in3/sec یا cc/min
• دبی جریان وزنی، که اندازه‌گیری واحد وزن در واحد زمان است، مانند lb/sec
• دبی جریان جرمی، که اندازه‌گیری واحد جرم در واحد زمان است، مانند slugs/sec یا kg/min

برخی از شیرهای کنترل جریان هیدرولیک عبارتند از:

• شیر جریان متغیر فشار
• شیر جریان متغیر فشار و دما
• شیر تفاضلی
• شیر کاهنده
• شیر کنترل جریان متناسب با فشار
• شیر کنترل جریان نسبی

شیر کنترل هیدرولیک دایرکشنال

این شیر برای هدایت سیال هیدرولیک در چرخه یا سیستم و رساندن آن به دستگاه‌های مختلف استفاده می‌شود. مثلاً شیر کنترل هیدرولیک دایرکشنال برای کنترل یک سیلندر هیدرولیک بین پوزیشن‌های مجزا مانند انبساط (extend)، انقباض (retract) یا خنثی (neutral) جابجا می‌شود. همچنین این شیر می‌تواند در وضعیت واسط (intermediate) قرار گرفته و در این وضعیت برای کنترل سرعت، جهت یا شتاب اکچویتور مورد استفاده قرار بگیرد.

به دنبال کامل‌ترین خدمات هستید؟

ما با به‌روزترین تجهیزات و محصولات در کنار شما هستیم. برای دریافت مشاوره در انتخاب و خرید تجهیزات می‌توانید، همین حالا با ما تماس بگیرید.

۰۲۶۳۲۵۶۳۷۹۶

یک نمونه ساده از شیر کنترل دایرکشنال هیدرولیک مجزا، باینری ولو می‌باشد که جریان سیال را قطع و وصل می‌کند. در شیر یکطرفه زمانیکه سیال می‌خواهد در خلاف جهت جریان مورد نظر حرکت کند، از یک پیستون یا توپی برای بستن شیر در خلاف جهت نشیمنگاه استفاده می‌شود. شیرهای کنترل هیدرولیک دایرکشنال که ساختاری پیچیده‌تر دارند، ممکن است دارای چند پورت باشند و طبیعتاً می‌توانند برای تغذیه دستگاه‌های هیدرولیک، سیال را مابین این چند پورت جابجا کنند.

در نتیجه ویژگی‌های این شیرآلات با یک سیستم شماره‌گذاری استاندارد که شامل دو مقدار عددی مانند ۲/۲ یا ۳/۴ می‌باشد، مشخص می‌گردد. اولین شماره در این سیستم تعداد پورت‌های سیال در شیر است و شماره دوم نشان دهنده تعداد وضعیت‌ها یا موقعیت‌های شیر است. بر اساس این قرارداد ۲/۲ نشان می‌دهد شیر دارای دو پورت و دو وضعیت (پوزیشن) است و همچنین ۳/۴ یعنی شیر ۴ پورت و ۳ وضعیت دارد. برای مثال می‌توان از شیر هیدرولیک ۳/۴ برای کنترل سیلندر هیدرولیک استفاده کرده؛ سه وضعیت از این قرارند:

• خنثی (Neutral) : تمامی پورت‌های شیر مسدود بوده و هیچ جریال سیالی نمی‌تواند عبور کند.
• انبساطی (Extend) : شیر سیال را از پمپ هیدرولیک به انتهای درپوش سیلندر هدایت کرده و باعث انبساط سیلندر می‌گردد.
• انقباضی (Retract) : شیر سیال را از پمپ هیدرولیک به انتهای میله سیلندر هدایت کرده و باعث انقباض یا جمع شدن سیلندر می‌گردد.

بسیاری از این شیرها از قرقره‌هایی استفاده می‌کنند که مابین گذرگاه‌ها می‌لغزند و اجازه می‌دهند تا جریان از داخل پورت‌های باز عبور نماید و البته این به وضعیت قرقره در بدنه شیر بستگی دارد. ممکن است شیرآلات از یک یا چند قرقره برای کنترل پورت استفاده کنند. سایر المان‌های کنترل جریان در این شیرآلات شامل پیستون‌ها و پاپت‌ها می‌شود.

حتما بخوانید: انواع شیر پنوماتیک

قسمتی از شیر که المان‌های کنترل جریان را حرکت می‌دهد به عنوان اپراتور یا اکچویتور (عملگر) شیر شناخته می‌شود. این قطعه برای ترتیب‌دهی و تایمینگ تغییرات موقعیت شیر جهت کنترل چرخه یا سیستم هیدرولیک، طراحی شده است. آپشن‌هایی که برای انواع مکانیزم اکچویتور وجود دارند شامل اکچویتور مکانیکی، پایلوت و الکتریکی می‌شوند.

اکچویتور مکانیکی شامل کنترل‌های دستی شیر مانند اهرم‌ها، دکمه‌های فشاری، پدال‌ها و در اغلب مواقع شامل دستگاه‌های مکانیکی خودکار مانند غلتک، اهرم، فنر و … می‌شود. اکچویتور پایلوت برای سیال تحت فشار استفاده شده و به حرکت المان‌های کنترل جریان شیر کمک می‌کند. استفاده از این نوع عملگر در محیط‌های انفجاری بسیار مفید است، همانطور که استفاده از دستگاه‌های الکتریکی در این محیط‌ها توصیه نمی‌شود، زیرا احتمال بروز جرقه و ایجاد انفجار بالا می‌رود.

اکچویتورهای الکتریکی از سلونوئیدهایی استفاده می‌کنند که سیگنال‌های الکتریکی رسیده به سیم‌پیچ سلونوئید را به حرکت مکانیکی پیستون تبدیل می‌کنند؛ این حرکت می‌تواند خطی یا دوار باشد. سلونوئیدهای الکتریکی از نظر مقدار نیرویی که می‌توانند تولید کنند محدود هستند، بنابراین تعویض مدارهای هیدرولیکی فشار بالا با عملکرد مستقیم امکان‌پذیر نیست. استفاده از ترکیب سلونوئید و اکچویتور پایلوت به سلونوئید اجازه می‌دهد تا مدارهای پایلوت کم فشار را سوئیچ کرده و از آن‌ها برای کنترل پورت‌های با فشار بالاتر استفاده کند.

مشخصات شیر هیدرولیک

شیرهای هیدرولیکی با استفاده از چندین پارامتر مشخص می‌شوند که به سایز، ظرفیت جریان، اتصالات و مکانیزم اکچویتور بستگی دارد. مشخصات متداول این شیرها در زیر آورده شده است اما در نظر داشته باشید که به دلیل متفاوت بودن تولید کنندگان و تامین کنندگان شیرآلات ممکن است در برخی پارامترها تغییراتی وجود داشته باشد. داده‌هایی که در زیر آورده می‌شوند شاخص‌هایی کلی هستند که هنگام انتخاب شیر هیدرولیک باید به آن‌ها توجه داشته باشید.

حتما بخوانید: مزایا و معایب شیرآلات صنعتی

• نوع شیر: این می‌تواند شامل استایل فیزیکی شیر (شیر توپی، یکطرفه،سوزنی و …) شود؛ همچنین ممکن است به نوع کنترل شیر مربوط شود (کنترل جریان، کنترل فشار یا کنترل جهت)
• مکانیزم اکچویتور شیر: ابزاری است که موقعیت شیر توسط آن تغییر می‌کند و نحوه عملکرد آن می‌تواند پایلوت، سلونوئید، مکانیکی و … باشد.
• پیکربندی شیر: نشان دهنده تعداد پورت‌ها، موقعیت‌های سوئیچینگ و حالت استراحت شیر می‌باشد. برای مثال شیر NC 2/3 (که در حالت عادی بسته است )
• متریال بدنه: یعنی متریالی که بدنه شیر از آن ساخته شده است که می‌تواند از آلومینیوم، برنج، برنز، استنلس استیل، پلاستیک مهندسی و یا دیگر متریال‌ها باشد.
• نوع سیال: منظور ماهیت سیالی است که شیر می‌تواند پذیرای آن باشد (گاز یا مایع). برای مثال سیال شما می‌تواند آب، نفت، سوخت و… باشد.
• سایز پورت: نشان دهنده سایز پورت‌های ورودی و خروجی شیر است که می‌تواند با اینچ یا میلیمتر نشان داده شود.
• نوع پورت (نوع مونتینگ): نشان دهنده استایل پورت یا نوع اتصال شیر می‌باشد، مانند فلنجی، منیفولد، رزوه‌ای و … .
• ولتاژ کار: برای شیرهایی که دارای اکچویتور الکتریکی هستند، هم میزان ولتاژ و هم سیگنال کنترل الکتریکی که برای انرژی دادن به سلونوئید استفاده می‌شود مهم هستند. شیر سلونوئید با طیف وسیعی از ولتاژهای فعال AC/DC موجود است که می‌توان از آن در شرایط کاربری مختلف استفاده کرد.
• فرکانس عملکرد: شیرهای هیدرولیکی که دارای اکچویتور الکتریکی هستند با استفاده از ولتاژ AC کار می‌کنند. فرکانس، تعداد سیکل‌ها در هر ثانیه از جریان متناوب است که به سلونوئید می‌رسد و با هرتز (Hertz) نشان داده می‌شود، برای مثال ۶۰ Hz.
• ضریب جریان: ضریب جریان یا Cv توانایی شیر برای عبور دادن جریان‌های گاز یا مایع را نشان می‌دهد. تعریف استاندارد ضریب جریان این است: حجم آبی که باید در دمای ۶۰ درجه فارنهایت، در بازه زمانی یک دقیقه و در اُفت فشار ۱ psi )اختلاف فشار ورودی و خروجی شیر) از داخل شیر عبور کند. هر چه مقدار ضریب جریان بیشتر باشد یعنی مقدار جریان بزرگتر است.
• نرخ جریان (دبی جریان): ممکن است تامین کنندگان شیرآلات بجای استفاده از ضریب جریان، نرخ جریان را مشخص کنند که برای مثال می‌تواند گالن یا لیتر در هر دقیقه باشد.
• حداکثر فشار مجاز: حداکثر فشاری است که شیر می‌تواند هنگام نصب در سیستم هیدرولیک تحمل نماید.
• حداقل فشار عملیاتی: نشان دهنده حداقل فشاری است که برای کار کردن شیر باید در سیستم هیدرولیک وجود داشته باشد. البته بسیاری از شیرهای مستقیم در فشار ۰ بار نیز کار می‌کنند اما شیرهای غیر مستقیم برای عمل کردن نیاز به یک فشار حداقلی دارند. محدوده فشار کاری شیرها مشخص است.
• دمای کارکرد (محدوده دمایی): نشان دهنده محدوده دمایی است که شیر می‌تواند در آن کار کند.
• کاربرد: نشان دهنده نوع کاربری شیر است برای مثال کاربری شیمیایی، بالابرها، هواپیماها و … . شناخت نوع کاربری و صنعتی که شیر هیدرولیک در آن استفاده می‌شود در انتخاب آن بسیار موثر است.