شیر برقی

معرفی شیر برقی (Solenoid Valve)

این نوع شیر یک وسیله‌ی الکترومکانیکی است که در آن جریان الکتریکی با گذر از یک سیم لوله (Solenoid)، میدان مغناطیسی تولید می‌کند. این میدان مغناطیسی عبور جریان سیال در شیر را تنظیم می کند. درواقع میدان مغناطیسی باز و بسته شدن شیر را به همراه خواهد داشت.

انواع شیرهای برقی را می‌توان با توجه به منبع الکتریکی مورد استفاده، سازوکار تنظیم جریان سیال و نوع سیال عبوری (مایع یا گاز) دسته‌بندی کرد.

شیرهای برقی بر اساس شکل ظاهری

این شیرها در انواع دو راهه، سه راهه یا بیشتر موجودند. در شیرهای برقی دو راهه یک مسیر برای ورود سیال و دیگری برای خروج سیال است. اما در شیرهای سه راهه معمولا یک مسیر برای ورود سیال و هر کدام از دو درگاه دیگر، با توجه به نیاز کاربر، برای خروج سیال است.

کاربرد شیرهای برقی ( سلونوئید ولو)

شیر برقی پرکاربردترین قسمت کنترلی در کنترل جریان سیالات است. وظیفه‌ی اصلی این شیرها قطع و وصل کردن جریان، مقداردهی به جریان سیال عبوری، توزیع یا مخلوط کردن سیالات است. همان‌طور که پیداست این شیرها کاربرد فراوانی دارند. در از کاربردهای این شیر می‌توان به سیستم‌های گرمایشی، استخرها، دستگاه‌های اتوماسیون صنعتی، ماشین لباس‌شویی، تجهیزات دندانپزشکی، سیستم های شست‌وشوی خودرو و سیستم های آبیاری زمین‌های کشاورزی اشاره کرد.

  شیر برقی علاوه بر اینکه قابلیت اطمینان بالا و طول عمر زیادی دارد، طراحی مناسبی داشته و با توان کنترلی کم، قادر به قطع و وصل کردن سریع و امن جریان است.

اجزای تشکیل‌دهنده‌ی شیر برقی

شیرهای برقی با توجه به کاربردشان طراحی‌های متفاوتی دارند. اما اغلب آن‌ها از اجزای زیر تشکیل شده‌اند:

سیم لوله (که از کویل، هسته و پیستون تشکیل می‌شود)، واشر آب‌بند، هسته‌ی آب‌بند، سرپوش، فنر نگهدارنده، دیافراگم، دیسک و بدنه‌ی شیر (که شامل نشیمنگاه شیر نیز می‌باشد)

مواد سازنده‌ی سلونوئید ولو

مواد (Materials) سازنده‌ی بدنه‌ و آب‌بند شیرهای برقی باید با سیالات مختلف سازگار باشد. موادی مانند برنج، فولاد ضد زنگ، آلومینیوم و پلاستیک برای این مصرف مناسب هستند. 

انواع شیرهای برقی بر اساس عملکرد

• شیر برقی با عملکرد مستقیم

این نوع شیرها ساده ترین سازوکار را دارند. جریان متوسط سیال از طریق یک روزنه كه می تواند توسط یک پیستون دارای آب‌بند لاستیکی در پایین بسته شود، عبور می‌کند. پیستون که از یک ماده‌ی فرومغناطیسی ساخته شده، توسط یک فنر کوچک نگه داشته می‌شود تا در مواقع لازم شیر را ببندد. به محض اینکه جریان الکتریسیته از کویل عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که پیستون بالا برده و در مرکز کویل قرار می‌دهد. روزنه باز شده و سیال عبور می‌کند. به این فرآیند بسته شدن طبیعی (Normally closed, NC) می‌گویند. به عکس این فرآیند، که ساختار متفاوتی دارد،  باز شدن طبیعی (Normally open, NO) گفته می‌شود.

در فرآیند باز شدن طبیعی هنگامی که برق تغذیه به سیم لوله نرسد، روزنه باز می‌شود و هنگامی که جریان برق از سیم لوله بگذرد، روزنه به صورت خودکار بسته می‌شود. حداکثر فشار عملیاتی و مقدار جریان عبوری به‌طور مستقیم با قطر روزنه و نیروی مغناطیسی شیر برقی متناسب است. بنابراین این اصل برای جریان‌های نسبتاً کوچک استفاده می‌شود. شیرهای برقی با عملکرد مستقیم نیاز به حداقل فشار عملیاتی یا اختلاف فشار ندارند. از این جهت قابل استفاده در فشار ۰ بار تا حداکثر فشار مجاز سیستم هستند.

• شیر برقی با عملکرد غیرمستقیم

این شیرها، که به شیرهای کنترلی سرو نیز معروف هستند، از فشار جزئی متوسط خروجی شیر برای باز و بسته کردن آن استفاده می‌کنند. معمولاً این شیرها برای عملکرد خود به حداقل فشار جزئی 0.5 بار نیاز دارند. ورودی و خروجی به وسیله‌ی یک غشای لاستیکی، که به آن دیافراگم گفته می‌شود، از یکدیگر جدا می‌شوند. این غشا دارای حفره‌ی کوچکی است که جریان از طریق آن می‌تواند به قسمت بالایی شیر برسد. فشار و فنر حمایت‌کننده‌ی بالای غشا وظیفه‌ی بسته نگه داشتن شیر را برعهده دارند. محفظه‌ی بالای غشا توسط یک کانال کوچک به خروجی فشار پایین متصل می شود. این اتصال توسط یک سیم لوله در موقعیت بسته‌ی شیر ثابت می‌ماند.

قطر روزنه‌ی Pilot از قطر حفره‌ی موجود در غشا کوچکتر است. هنگامی که جریان برق از سیم لوله بگذرد، روزنه‌ی Pilot باز می‌شود و در ادامه فشار بالای غشا را كاهش مي دهد. به دلیل اختلاف فشار در دو طرف غشا، غشا برداشته می شود و در نتیجه سیال از ورودی به خروجی جاری می‌شود. محفظه‌ی فشار اضافی بالای غشا مانند یک تقویت‌کننده عمل می‌کند. در نتیجه می‌توان از یک سیم لوله‌ی کوچک برای جریان یافتن مقدار زیادی سیال استفاده کرد. اما لازم به ذکر است که این شیرها فقط برای جریان جاری در یک جهت استفاده می‌شود. در سیستم‌های آبیاری، دوش حمام و سیستم شست و شوی خودرو از این شیرها استفاده می‌شود. 

• شیر برقی با عملکرد نیمه مستقیم

عملکرد این شیرها ترکیبی از عملکرد دو دسته‌ی قبل می‌باشد. به همین دلیل این شیرها توانایی کار کردن در فشار 0 بار را دارند و همچنان قادر به عملکرد برای جریان با دبی خروجی بالا هستند. این نوع از شیرهای برقی دارای غشای جابه‌جا شونده، روزنه‌ای کوچک و محفظه‌ی فشار در هر دو طرف غشا هستند. هنگامی که پیستون برداشته می‌شود غشا را نیز به‌طور مستقیم برای باز کردن شیر جابه‌جا می‌کند. حفره‌ی دوم به صورت هم‌زمان توسط پیستونی با قطر بزرگتر باز می‌شود. این فرآیند کاهش فشار محفظه را به همراه دارد.