انتخاب اکچویتور مناسب

اکچویتور یا محرک بخش مهمی از کنترل ولو است که ساقه یا Stem کنترل ولو را هدایت می کند.

برای انتخاب یک کنترل ولو مناسب، یک مهندس باید در مورد انواع اکچویتور های شیر و مشخصات ان بداند.

انتخاب اکچویتور مناسب برای کنترل ولو

انتخاب اکچویتور برای یک کنترل ولو (Control Valve) در ظاهر شاید فقط مسأله‌ای مربوط به اندازه و نوع حرکت باشد.

اما در عمل، تصمیمی استراتژیک است که بر عملکرد، قابلیت اطمینان و حتی هزینه‌های بهره‌برداری سیستم تأثیر مستقیم دارد.

تجربه نشان داده که انتخاب صرفاً بر اساس کاتالوگ می‌تواند منجر به مشکلاتی جدی شود. از حرکت کند و ناپایدار شیر کنترل گرفته تا مصرف انرژی بالا یا نیاز به تعمیرات مکرر

درک نیاز فرآیند قبل از انتخاب اکچویتور

قبل از هر چیز باید دقیقاً بدانیم کنترل ولو در مدار چه وظیفه‌ای دارد:

مدار جریان سیال: آیا سیال بخار، گاز طبیعی، روغن هیدرولیک یا آب خنک‌کننده است. ویژگی‌های سیال (چگالی، ویسکوزیته، دما، خورندگی) نقشی کلیدی در انتخاب اکچویتور دارد.

برای مثال اکچویتوری که در خطوط بخار ۲۰ بار کار می‌کند با اکچویتور در خطوط نفت سبک تفاوت زیادی دارد.

الزامات پاسخ زمانی: برخی فرآیندها مانند کنترل فشار در راکتور نیاز به واکنش سریع دارند، در حالی که برخی دیگر مانند تنظیم سطح مخزن زمان پاسخ چندان بحرانی نیست.
سیگنال فرمان: از سیستم کنترل چه نوع سیگنالی دریافت می‌کنیم؟

پنوماتیک، برقی یا هیدرولیک؟ انتخاب اکچویتور بدون توجه به این مسأله، اتصال درست به سیستم کنترل را مختل می‌کند.

محرک های پنوماتیک و الکتریکی:

محرک ها(اکچویتورها) با توجه به عملکرد ان هدف متفاوتی دارند. اساسا دو نوع محرک در دسترس وجود دارد، پنوماتیک و الکتریکی بر اساس منبع تغذیه مورد استفاده

همه انواع مزایایی دارند و در دسترس بودن داده ها برای انتخاب بهترین ها مهم است.

۲. انتخاب نوع اکچویتور بر اساس نیروی محرکه

در ادامه به بررسی مزایا و معایب انواع اکچویتور برای انتخاب بهترین اکچویتور برای کنترل ولو می پردازیم:

اکچویتور های پنوماتیک(Pneumatic Actuators):

رایج ترین اکچویتورهای پنوماتیک از فشار هوا 40 تا 120 psi یا 3 تا 8 bar استفاده می کنند.

انها به طور کلی برای فشار عرضه 60 تا 80 psi یا 4 تا 6 bar اندازه گیری می شوند.

برای تولید گشتاور عملیاتی مطلوب، تضمین فشار هوا بالاتر معمولا دشوار است و فشارهای پایین تر نیاز به پیستون یا قطر دیافراگم بسیار گسترده ای دارند.

اکچویتور های الکتریکی (Electrical Actuators ):

محرک های الکتریکی اغلب با منبع تغذیه 110 VAC استفاده می شوند اما در یک فاز و سه فاز با طیف گسترده ای از موتورهای AC و DC در دسترس هستند.

موقعیت شکست Spring return :

Spring return یا موقعیت شکست یکی دیگر از مشخصات مهم در صنعت فرایند است.

یک محرک موقعیت شکست شیر را به یک موقعیت امن ثابت در هنگام قطع برق یا سیگنال منتقل می کند.

این یک انتخاب عملی و ارزان با محرک های پنوماتیک است و دلیل مهمی است که چرا محرک های پنوماتیک به طور گسترده ای در سراسر صنعت استفاده می شود.

محرک های الکتریکی به طور گسترده ای در نسخه موقعیت شکست در دسترس نیستند. با این حال، یک سیستم پشتیبان باتری یک راه حل ظریف است.

به طور کلی شما باید در انتخاب اکچویتور، به داشتن ویژگی موقعیت شکست توجه کنید.

چرخه وظیفه یا Duty cycle:

یک چرخه وظیفه 100 درصد برای محرک های پنوماتیک وجود دارد. هر چه بیشتر کار کنند، بهتر کار می کنند. محرک های الکتریکی با موتورهای چرخه کار 25٪ بیشتر در دسترس هستند.

چرخه وظیفه نیز یکی از موارد مهم در انتخاب اکچویتور برای کنترل ولو است.

کنترل سرعت:

یکی از مزایای مهم اکچویتور پنوماتیک ، توانایی کنترل سرعت آن است. بهترین راه برای کنترل سرعت این است که محرک را در پورت اگزوز pilote هوا با یک سوراخ متغیر (نیدل ولو) قرار دهیم.

کنترل مدولاسیون Modulating control:

یک محرک الکتریکی به خوبی با سیستم های کنترل الکترونیکی فعلی در مدولاسیون عملیات ارتباط برقرار می کند و نیاز به کنترل های الکترو پنوماتیک را از بین می برد. با محرک های پنوماتیک، یک موقعیت پنوماتیک یا الکترو پنوماتیک برای کنترل موقعیت دریچه استفاده می شود.

مناطق خطرناک:

توجیه استفاده از اکچویتورهای الکتریکی در یک محیط خطرناک گاهی اوقات دشوار است، اما اگر هوای فشرده در دسترس نباشد یا اگر یک اکچویتور پنوماتیک ویژگی های عملیاتی لازم را ارائه ندهد، بهتر است از یک محرک الکتریکی با یک محفظه به درستی مشخص شده استفاده شود.

۳. بررسی گشتاور یا نیروی لازم

یکی از رایج‌ترین اشتباه‌ها انتخاب اکچویتور با توان کمتر از نیاز واقعی کنتترل ولو است. برای جلوگیری از این خطا باید:

اطلاعات دقیق از تولیدکننده ولو دریافت شود: Torque Requirement Curve یا نمودار نیاز گشتاور در شرایط مختلف
شرایط واقعی خط را شبیه‌سازی یا محاسبه کنیم؛ فشار سیال و شرایط دمایی می‌توانند مقاومت ولو را افزایش دهند.
اندکی ضریب اطمینان لحاظ کنیم (معمولاً ۱۵ تا ۲۰ درصد بالاتر از مقدار محاسبه شده)

۴. ملاحظات نصب و ابعاد

اکچویتور باید با بدنه و پکینگ ولو سازگار باشد. حتی موقعیت فلنج‌ها، نوع کوپلینگ و فضای در دسترس در محل نصب اهمیت دارد.

تجربه نشان می‌دهد که در برخی سایت‌ها فضای اطراف ولو به‌حدی محدود است که تنها اکچویتور با طراحی جمع‌وجور قابل استفاده است.

این نکته باید در مرحله انتخاب لحاظ شود تا بعداً با هزینه‌های تغییر سازه یا پایپینگ مواجه نشویم.

۵. قابلیت کنترل دقیق

در فرآیندهایی که نیاز به تنظیم پیوسته و دقیق جریان داریم، اکچویتور باید بتواند موقعیت ولو را با دقت بالا و بدون نوسان ثابت نگه دارد. برای این منظور:

در اکچویتور پنوماتیک استفاده از Positioner دقیق ضروری است.
برای اکچویتورهای الکتریکی، انتخاب مدل با Stepper Motor یا سیستم بازخورد موقعیت (Feedback) عملکرد را بهبود می‌دهد.

۶. دوام و شرایط محیطی

محیط کاری، یکی از عوامل کمتر در نظر گرفته شده اما بسیار اثرگذار است:

دمای شدید: اکچویتورهای استاندارد ممکن است در دمای بالای ۷۰ درجه یا زیر صفر کارایی خود را از دست بدهند. انتخاب مدل با رنج دمایی مناسب الزامی است.
خورندگی و رطوبت: در واحدهای شیمیایی یا سواحل، حفاظت پوشش و آب‌بندی کامل باید در اولویت باشد.
نقاط خطر انفجار: تجهیزات باید تاییدیه ATEX یا استانداردهای مشابه داشته باشند.

در پروژه‌های صنعتی موفق، تیم مهندسی همواره باید مراحل زیر را رعایت می‌کند: