ابتدا اجازه دهید یک کنترل ولو را تصور کنیم که در پایه یک سد نصب شده و آب را از مخزن آزاد می کند.
با توجه به ارتفاع ثابت آب در مخزن، فشار بالادست (هیدرواستاتیک) در شیر نیز ثابت خواهد بود.
فرض کنید این فشار ثابت بالادست ) 20 PSIمطابق با تقریباً 46 فوت ستون آب بالای ورودی شیر) خواهد بود. با تخلیه شیرکنترل، فشار پایین دست اساساً صفر خواهد بود.
و این مجموعه از شرایط بالادست و پایین دست، افت فشار ثابت 20 PSI را در سراسر شیر کنترل در هر زمان، برای همه شرایط جریان تضمین می کند:
عملکرد شیر کنترل با فشار ثابت
علاوه بر این، فرض کنید شیر کنترل دارای یک مشخصه ذاتی خطی و حداکثر ظرفیت جریان 18 Cv است.
این به این معنی است که Cv شیر 18 در 100٪ باز، 13.5 در 75٪ باز، 9 در 50٪ باز، 4.5 در 25% باز و 0 در حالت کاملا بسته باز خواهد بود.
ما ممکن است رفتار این شیر کنترل را در این چهار موقعیت ساقه با نموداری از مقدار جریان از طریق شیر برای درجات مختلف افت فشار در سراسر شیر ترسیم کنیم.
نکته مهم
برای آن دسته از خوانندگان مقاله با پیشینه الکترونیکی، مفهوم “منحنی های مشخصه” برای یک شیر کنترل دقیقاً مشابه منحنی های مشخصه برای ترانزیستورها است.
به جای ترسیم مقدار جریانی که یک ترانزیستور دوقطبی از ترمینال خود (I C ) عبور می کند
با توجه به مقادیر متفاوت افت ولتاژ -ا (V CE )، ما نرخ جریان آب از طریق شیر (Q) را که متغیر است ترسیم می کنیم.
مقادیر فشار عرضه (ΔP)
هر منحنی روی نمودار، مقدار جریان را از طریق شیر در یک موقعیت ساقه ثابت، برای مقادیر مختلف افت فشار اعمال شده، ردیابی می کند.
به عنوان مثال، با نگاه کردن به منحنی که نشان دهنده 50٪ باز (Cv = 9) است.
می بینیم که شیر باید حدود 42 GPM در 22 PSI، حدود 35 GPM در 15 PSI، حدود 20 GPM در 5 PSI و غیره جریان داشته باشد.
البته، می‌توانیم همین شکل‌های جریان را به سادگی با ارزیابی فرمول Q = Cv√ΔP که در واقع همان چیزی است که من برای رسم این منحنی‌ها استفاده کردم بدست آوریم، اما نکته اینجاست که یاد بگیریم چگونه نمودار را تفسیر کنیم.
ما ممکن است از این مجموعه منحنی‌های مشخصه استفاده کنیم تا با قرار دادن منحنی دیگری بر روی نمودار به نام خط بار، تعیین کنیم.
که این شیر در هر شرایط نصبی چگونه پاسخ می‌دهد و افت فشار موجود در شیر را در نرخ‌های جریان مختلف توصیف می‌کند.
از آنجایی که می دانیم سد فرضی ما 20 PSI ثابت را در سراسر شیر کنترل برای تمام شرایط جریان تامین می کند.
خط بار برای سد یک خط عمودی در 20 PSI خواهد بود:
محاسبه نرخ جریان شیر کنترل از سد
با توجه به نقاط تقاطع بین منحنی های مشخصه شیر و خط بار، ممکن است نرخ جریان از سد را در آن موقعیت های ساقه تعیین کنیم:
اگر بخواهیم این جدول را رسم کنیم، جریان را در مقابل موقعیت ساقه رسم کنیم ، یک نمودار بسیار خطی به دست خواهیم آورد.
توجه داشته باشید که چگونه 50% باز به ما دو برابر 25% باز جریان می دهد و 100% باز تقریباً دو برابر 50% باز جریان دارد.
این اطلاعات به ما نشان می دهد که شیر کنترل ما در صورت کارکرد در این شرایط به صورت خطی پاسخ می دهد یعنی با افت فشار ثابت کار می کند.
عملکرد شیر کنترل با فشار متغیر
حال اجازه دهید سناریویی را در نظر بگیریم که در آن افت فشار در سراسر شیر با تغییر سرعت جریان از طریق شیر تغییر می‌کند.
ممکن است مثال قبلی یک شیر کنترلی که آب را از یک سد آزاد می کند را برای ایجاد این اثر اصلاح کنیم.
فرض کنید شیر به طور نزدیک به سد متصل نیست، بلکه آب را از طریق یک لوله باریک (محدود کننده) دریافت می کند:
در این نصب، لوله باریک به دلیل اصطکاک بین آب متلاطم و دیواره‌های لوله، افت فشار وابسته به جریان ایجاد می‌کند و با افزایش جریان، فشار کمتر و کمتری در بالادست در شیر باقی می‌گذارد.
شیر کنترل هنوز به اتمسفر تخلیه می شود، بنابراین فشار پایین دست آن هنوز 0 PSIG ثابت است، اما اکنون فشار بالادست آن با افزایش جریان کاهش می یابد. این چگونه بر عملکرد شیر تأثیر می گذارد؟
ممکن است برای پاسخ به این سوال به همان مجموعه منحنی های مشخصه روی بیاوریم.
تنها چیزی که ما نیاز داریم یک خط بار جدید است که فشار موجود به شیر را در دبی های مختلف توصیف کند، سپس ممکن است به دنبال نقاط تقاطع بین این خط بار و منحنی های مشخصه شیر بگردیم.
به خاطر مثال فرضی خود، من یک “خط بار” دلخواه (در واقع یک منحنی بار) را ترسیم کرده ام که نشان می دهد چگونه فشار شیر با افزایش جریان کاهش می یابد .
نکات مهم شیر کنترل با فشار متغیر
نکته 1: تعیین دقیق این منحنی بر اساس مدلی از لوله باریک به عنوان یک عنصر محدود کننده جریان، شبیه به یک روزنه یا یک شیر کنترل با موقعیت ساقه ثابت است.
از آنجایی که فشار در طول لوله به عنوان تابعی از تلاطم (سرعت) کاهش می یابد.
منحنی های «خط» بار دقیقاً به این دلیل که نمودارهای مشخصه خود شیر منحنی هستند .
رابطه بین سرعت سیال و افت فشار آشفته به طور طبیعی غیر خطی است.
اکنون یک حرکت غیر خطی قطعی در رفتار شیر کنترل می بینیم.
و دیگر دو برابر شدن موقعیت ساقه (از 25٪ به 50٪ یا از 50٪ به 100٪) منجر به دو برابر شدن سرعت جریان نمی شود .
نکته 2: نه تنها پاسخ شیر با این کاهش فشار بالادست تغییر می‌کند، بلکه از خط بار نیز می‌توان دریافت که حداکثر دبی مشخصی توسط لوله باریکی که قبلاً وجود نداشت، مشخص شده است: 75 GPM.
حتی اگر شیر کنترل را از لوله باز کنیم و اجازه دهیم آب آزادانه به جو فوران کند، سرعت جریان تنها در 75 GPM اشباع می شود زیرا این مقدار جریانی است که تمام 20 PSI هیدرواستاتیک در اثر اصطکاک در لوله از دست می رود.
این را در مقابل سناریوی نزدیک به هم قرار دهید.
که در آن خط بار روی نمودار عمودی بود، که به معنای هیچ محدودیت نظری برای جریان نیست!
اگر عملکرد شیر را در هر دو سناریو ترسیم کنیم (در اتصال نزدیک به سد، در مقابل انتهای یک لوله محدود کننده)، تفاوت را به وضوح مشاهده می کنیم:
نتیجه گیری
نمودار “افتادگی” نشان می دهد که دریچه هنگامی که افت فشار ثابتی را در سراسر محدوده جریان دریافت نمی کند چگونه واکنش نشان می دهد.
در مقایسه با پاسخ خط مستقیمی که در شرایط ایده آل فشار ثابت نشان می دهد، شیر هنگام نصب در یک فرآیند غیر ایده آل به این شکل پاسخ می دهد.
افت فشار ناشی از اصطکاک سیال در حین حرکت به سمت پایین لوله تنها یکی از دلایل تغییر فشار شیر با جریان است.
کیاصنعت نمایندگی کنترل ولو سامسون و تامین کننده تخصصی انواع کنترل ولو ، کنترل ولو فیشر ، کنترل ولو سامسون،شیر فشار شکن سامسون، کنترل ولو سه راهه سامسون، کنترل ولو ماسونبلان ، کنترل ولو هانیول ، کنترل ولو یوشی تاکی و….هستیم.
از محصولات پر فروش ما می توان به آی توپی پوزیشنر سامسون ، اکچویتور سامسون، شیر پنوماتیک سامسون، گلوب ولو سامسون ، شیر تدریجی سامسون ، شیر ترموستاتیک سامسون، کنترل ولو پنوماتیک و… اشاره کرد.
مقالات مرتبط:
