شیر پنوماتیک چیست و چه وظیفه‌ای دارد؟

شیر پنوماتیک چیست؟

شیر پنوماتیک که به عنوان شیرهای کنترل جهت نیز شناخته می‌شود، موظف به تغییر جریان هوا است. طیف وسیعی از شیرهای پنوماتیک عرضه شده است و دسته بندی‌های زیادی برای آن وجود دارد. شیرهای پنوماتیکی بر اساس سبک، نوع، اصل طراحی، نوع عملکرد، اندازه و کاربرد دسته‌بندی می‌شوند. شیر پنوماتیک می‌تواند ساده‌ترین عملکرد را برای روشن و خاموش کردن یک مسیر جریان واحد، برای کنترل دقیق فشار و جریان انجام دهند. شیرهایی که در یک سیستم پنوماتیکی استفاده می‌شوند بیشتر دارای عملکرد کنترلی می‌باشند. یک عملکرد کنترلی به انرژی کنترل نیاز دارد، که از طریق حالاتی مانند: دستی، مکانیکی، هیدرولیک یا پنوماتیکی تامین می‌شود.

پنوماتیک چیست؟

پنوماتیک را می‌توان به عنوان استفاده از هوای تحت فشار برای برخی از حرکت‌های مکانیکی توصیف کرد. از نیروی پنوماتیک در شیرهای کنترل، صنایع مختلف مانند دندانپزشکی، ساخت و ساز و معدن استفاده می‌شود. سوخت نیروی پنوماتیک هوا است.

شیر کنترل پنوماتیک چگونه کار می‌کند؟

دریچه‌های کنترل پنوماتیکی می‌توانند با کمک محرک‌ها و نشانگر موقعیت، فشار را به صورت کنترل‌شده کاهش دهند. کنترل‌کننده‌ها می‌توانند نوسانات فشار را حس و سیگنال تامین هوا را به پوزیشنر پنوماتیکی ارسال کنند. یک پوزیشنر پنوماتیکی هوا را به دیافراگم می‌رساند که دریچه‌ای را باز می‌کند. فنرها به عنوان یک نیروی مخالف عمل می‌کنند که این امر باعث می‌شود، دریچه‌ها در صورت از دست دادن یا کاهش فشار هوای اعمال شده روی دیافراگم بسته شوند. شیرهای کنترل پنوماتیک به طور گسترده در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند.

انواع شیر پنوماتیک چیست؟

شیرهای پنوماتیکی دارای عملکرد متفاوتی هستند که بر اساس عملکرد، می‌توان آن‌ها را این‌گونه دسته‌بندی کرد:

• شیر بدون برگشت
• شیر کنترل جریان
• شیر کنترل فشار
• شیر کنترل جهت

شیر بدون برگشت

این شیر پنوماتیک برای کنترل جریان هوا کاربردی است. در این شیرها جریان هوا فقط از یکسو وارد می‌شود و در جهت دیگر جریان هوا همیشه مسدود می‌گردد. شیرهای غیر برگشتی خاصی وجود دارند که می‌توانند کنترل‌های پنوماتیکی را انجام دهند، مانند شیر چک، شیر شاتل، شیر اگزوز سریع.

شیر کنترل جریان

این شیر قبلیت تنظیم جریان هوا را دارد. به این صورت که جریان هوای عبوری از شیر را در زمانی که باز است, کنترل کند و حجم تنظیم شده در واحد زمان را حفظ می‌کند. شیرهای کنترل جریان در اشکال، اندازه‌ها و طرح‌های متفاوت هستند. با این حال، عملکرد اصلی آن‌ها یکسان است و آن هم کنترل جریان هوا است. یک نمونه معمولی از شیر کنترل جریان، شیر آب ساده نصب شده در خانه‌ها است. این شیر در کنترل سرعت سیلندرها و موتورهای هوا بسیار کاربرد دارد. سرعت سیلندرها یا موتورهای هوا به مقدار هوا بستگی دارد که توسط شیرهای کنترل جریان قابل کنترل است.

شیر کنترل فشار

شیرهای کنترل فشار عملاً در هر سیستم پنوماتیک و هیدرولیک یافت می‌شوند. آن‌ها در عملکردهای مختلفی از نگه داشتن فشار سیستم زیر حد مطلوب گرفته تا حفظ سطح فشار تنظیم شده در بخشی از مدار کمک می‌کنند. انواع مختلف شیرهای کنترل فشار عبارتند از: شیر محدود کننده فشار، شیر توالی فشار و شیر کاهنده فشار. همه آن‌ها معمولاً دریچه‌ بسته هستند، به جز دریچه‌های کاهنده که معمولاً باز است. برای اکثر این شیرها، محدودیتی برای ایجاد کنترل فشار لازم ضروری است.

شیر کنترل جهت

شیرهای کنترل جهت در سیستم‌های پنوماتیکی برای هدایت یا توقف جریان هوا یا روغن فشرده به دستگاه‌هایشان استفاده می‌شوند. آن‌ها احتمالاً پر استفاده‌ترین عناصر در سیستم‌های پنوماتیک هستند و می‌توانند به عنوان مثال برای به کار انداختن یک سیلندر، یک شیر صنعتی بزرگتر یا ابزارهای هوا استفاده شوند. شیرها می‌توانند دو یا چند پورت داشته باشند و عملکردهای مدار مختلفی را انجام دهند. شیرهای کنترل جهت را می‌توان با روش‌های مختلفی مانند راه اندازی دستی یا شیر برقی فعال کرد.

اصل طراحی و عملیات شیر برقی

شیرهای برقی پنوماتیکی معمولاً دارای طراحی قرقره هستند. آن‌ها از یک بدنه آلومینیومی با سوراخ استوانه‌ای تشکیل شده‌اند. پورت‌های مختلف سوپاپ به سیلندر متصل می‌شوند. یک قرقره کشویی در سیلندر  مهر و موم‌های متفاوتی در طول خود دارد، با کشیدن قرقره به جلو و عقب در داخل سیلندر، می‌توان پورت‌های مختلف را متصل یا بسته کرد. ایجاد آب‌بندی بدون نشتی با طراحی قرقره بسیار دشوار است. بنابراین شیرهای برقی پنوماتیکی در اکثر اوقات دارای مقدار کمی نشتی داخلی  هستند. با این نوع دریچه‌ها، هوا می‌تواند در هر دو جهت از شیر عبور کند. این نوع، شیر دو جهته نامیده می‌شود.

نیروی مورد نیاز برای حرکت قرقره می‌تواند نسبتاً کم باشد. در نتیجه، شیر برقی‌ها معمولاً مقدار کمی برق مصرف می‌کنند. از آن‌جایی که اکثر شیرها به صورت پایلوت کار می‌کنند، نیروی مورد نیاز شیر برقی حتی کمتر است. عملکرد پایلوت (عملکرد غیر مستقیم) به این معنی است که شیر از فشار هوا برای فعال شدنش استفاده می‌کند، فشار هوا توسط شیر برقی کنترل می‌شود. با این طراحی، شیر برقی باید نیروی بسیار کمتری نسبت به نیرویی که توسط فشار هوا وارد می‌شود، وارد کند.

 این شیر می‌تواند به صورت داخلی یا خارجی هدایت شود. دریچه‌های هدایت شونده داخلی از فشار ورودی برای فعال کردن شیر استفاده می‌کنند، دریچه‌های هدایت‌شونده خارجی از یک کانال جداگانه برای عملیات پایلوت استفاده می‌کنند. اگر فشار خیلی کم باشد، هنگام فعال شدن شیر برقی، سوپاپ تغییر حالت نمی‌دهد. شیرهای کنترل داخلی برای استفاده در سیستم‌های کم فشار یا کاربردهای خلاء مناسب نیستند.

آیا می‌توان از شیر برقی پنوماتیکی برای سایر رسانه‌ها مانند آب یا روغن استفاده کرد؟

 پاسخ کوتاه این است که توصیه نمی‌شود. بسیاری از شیرهای برقی پنوماتیکی به صورت داخلی هدایت می‌شوند و حداقل مقدار هوای مورد نیاز برای فعال کردن شیر را تخلیه می‌کنند. اتلاف اندک هوا در محیط اطراف در بیشتر کاربردها قابل قبول است، اما در مورد آب، روغن یا سایر انواع رسانه‌ها قابل قبول نیست. علاوه بر این، مواد دریچه برای استفاده با هوا بهینه شده‌اند. معمولاً شیر از قطعات آلومینیومی و مهر و موم NBR یا HNBR ساخته می‌شود. رسانه‌های دیگری غیر از هوا ممکن است باعث خوردگی یا سایر واکنش‌های شیمیایی شوند که می‌تواند تأثیر منفی بر طول عمر شیر داشته باشد.

شیرهای تک پایدار و دو پایدار

یک شیر تک پایدار توسط یک فنر (پنوماتیک یا سیم پیچ) در موقعیت اصلی خود نگه داشته می‌شود. به محض اینکه سوپاپ فعال شود (مثلاً توسط یک شیر برقی)، شیر به حالت فعال خود تغییر می‌کند. هنگامی که برق (الکتریکی) آزاد شد، شیر به موقعیت اصلی خود باز می‌گردد. به این شیرها شیرهای برقی تک اثره نیز گفته می‌شود.

یک شیر دو پایدار می‌تواند با یک عملیات لحظه‌ای سوئیچ شود و در موقعیت خود باقی بماند. بنابراین هنگامی که عملیات متوقف می‌شود، شیر به وضعیت اولیه خود باز نمی‌گردد. یک شیر برقی دو پایدار معمولاً دارای یک شیر برقی در دو سر شیر است. هر شیر برقی وظیفه سوئیچ به یک حالت واحد را دارد. به این شیرها، شیرهای برقی دو اثره می‌گویند.

تعیین انواع شیر جهت دار

شیرهای جهت دار با دو شماره تعیین می‌شوند. عدد اول نشان می‌دهد که شیر چند پورت دارد و عدد دوم مقدار حالت‌ها را نشان می‌دهد. به عنوان مثال، یک شیر 2/2 طرفه دارای دو پورت (in/out) و دو حالت (باز/بسته) است. شیرهای جهت دار معمولا دارای دو، سه یا پنج پورت هستند. در قسمت‌های بعدی انواع مختلف با جزئیات بیشتر توضیح داده خواهد شد.

شیر 2/2 طرفه

شیر 3/2 طرفه

شیر 5/2 طرفه

شیر 5/3 طرفه

شیر 2/2 طرفه

رایج‌ترین و ساده‌ترین شیر، شیر 2/2 طرفه می‌باشد. این شیر دارای دو پورت و دو حالت (باز و بسته) است و به همین دلیل شیر خاموش کننده نیز نامیده می‌شود. آن‌ها در کاربردهای پنوماتیکی استفاده می‌شوند که در آن جریان هوا باید به طور دوره‌ای بسته شود. شیرهای 2/2 طرفه می‌توانند تک پایدار یا دو پایدار باشند. شیرهای 2/2 طرفه دو پایدار معمولاً یک شیر برقی دارند و برای تغییر وضعیت به صورت پالس عمل می‌کنند. شیرهای 2/2 طرفه تک پایدار می‌توانند به طور معمول بسته باشند (هنگام فعال شدن باز می‌شوند) یا به طور معمول باز (در صورت فعال شدن بسته می‌شوند).

شیر 3/2 طرفه

یک شیر 3/2 طرفه دارای سه پورت و دو حالت است. به عنوان مثال برای کنترل یک سیلندر تک اثر استفاده می‌شود. سوپاپ برای پر کردن و همچنین تخلیه سیلندر پس از آن برای ایجاد یک حرکت کاری جدید استفاده می‌شود. بنابراین، یک شیر با دو پورت کافی نخواهد بود. یک پورت سوم برای هواگیری لازم است. شیرهای 3/2 طرفه می‌توانند تک پایدار یا دو پایدار باشند. درست مانند شیرهای 2/2 طرفه، شیرهای 3/2 طرفه تک پایدار می‌توانند به طور معمول بسته یا باز باشند. نماد زیر یک راه 3/2 تک پایدار را نشان می‌دهد که معمولاً بسته است.

شیر 5/2 طرفه

یک شیر پنوماتیک 5/2 طرفه، پنج پورت و دو حالت دارد. این شیرها به عنوان مثال برای کنترل سیلندرهای دو اثره استفاده می‌شوند. یک سیلندر دو اثره به دو درگاه خروجی شیر نیاز دارد. شیرهای 5/2 طرفه می‌توانند تک پایدار یا دو پایدار باشند.

شیر 5/3 طرفه

دریچه‌های ذکر شده همگی دو حالت دارند. همچنین می‌توان حالت سومی داشت، مثلاً شیر برقی 5/3 طرفه. حالت سوم برای متوقف کردن سیلندر دو اثر در یک موقعیت میانی استفاده می‌شود. این سوپاپ‌ها مونو پایدار هستند و زمانیکه شیر برقی، برق ندارد به موقعیت مرکزی باز می‌گردد. برای تعویض شیر به دو حالت دیگر از دو شیر برقی استفاده می‌شود. شیرهای 5/3 در سه نوع موجود هستند: با موقعیت مرکزی بسته، با موقعیت مرکز تهویه و با موقعیت مرکزی تحت فشار.

نتیجه‌گیری: شیر پنوماتیک تنظیم کننده اصلی جریان هوا و گاز فشرده در سیستم‌های پنوماتیکی است و به دلیل تنوع زیاد، قادر به انجام کارهای پیچیده و ساده مختلفی در کنترل جهت جریان می‌باشد. هر کدام از شیرها طراحی خاص خود را دارند. در وب سایت ما می‌توانید شیرهای پنوماتیک Burkert، SMC، Norgren،  Airtac و Hpc را پیدا کنید.