انواع شیرهای مورد استفاده در صنعت از نظر کارایی

شیرهای مورد استفاده در صنعت از نظر کارایی به طور کلی به دو دسته خاموش/روشن (On/Off) و تدریجی تقسیم می گردند. کاربرد دسته اول در انسداد مسیر جریان سیال است، بنابراین این شیرها در هنگام استفاده در حالت یا کاملا باز یا کاملا بسته قرار می گیرند و نمی توان از آنها جهت تنظیم میزان جریان استفاده کرد به همین دلیل به آنها شیرهای on/off اطلاق می گردد. زیرا اولا تنظیم شاخص های سیال نظیر جریان و فشار توسط این شیرها عملا غیر ممکن است و ثانیا در صورت نیمه باز بودن جهت کاهش میزان جریان، به مرور زمان به اجزای داخلی آنها آسیب می رسد. دسته ی دوم شیرهای تدریجی هستند. استفاده از واژه تدریجی به این معنی است که توسط این شیرها، می توان شاخص هایی همچون جریان عبوری و فشار را به طور مطلوبی تحت کنترل درآورد. لازم به ذکر است که باز و بسته کردن هرکدام از این دو دسته می تواند به دو صورت مکانیکی و برقی باشد. بدین معنی که هرکدام از این شیرها را صرف نظر از کارایی، می توان هم به صورت دستی و هم توسط جریان برق یا فشار هوا باز و بسته کرد. در واقع برای هرکدام از این شیرها میتوان از یک موتور یا بوبین برقی جهت باز و بسته کردن‌شان استفاده کرد. بنابراین واژه تدریجی نباید به عنوان باز و بسته شدن توسط جریان برق تلقی گردد و تاکید می گردد که منظور از شیرهای تدریجی، مدیریت شاخص های مهم سیال از جمله فشار و جریان است.

شیرهای توپی، دروازه ای، پروانه ای، یک طرفه و شیرهای ایمنی از مهمترین انواع شیرهای on/off  هستند و شیرهایی مثل Globe Valve و سوزنی را می توان به عنوان مهمترین شیرهای تدریجی بر شمرد که وظیفه آنها تنظیم میزان جریان عبوری است. به علاوه شیرهای فشار شکن یا  تنظیم فشار نیز انواع دیگری از شیرهای تدریجی هستند که کاربرد آنها تنظیم فشار عبوری سیالات از یک مقطع لوله است.

در مدارهای تبرید نظیر چیلر و مینی چیلر، از هر دو مدل این شیرها استفاده می شود. به عنوان مثال شیرهای انبساط ترموستاتیکی و الکترونیکی از نوع شیرهای تدریجی هستند که میزان باز و بسته شدن آنها توسط فرمانهای برقی یا تغییرات دما و فشار تنظیم می گردد. اما هدف از مقاله ی حاضر، معرفی شیر برقی است که یکی از شیرهای on/off در مدارهای تبرید از جمله چیلر و مینی چیلر است.

شیر برقی چیست؟

شیر برقی یا Solenoid valve یک شیر از دسته on/off است که به علت باز و بسته شدن توسط جریان برق، به شیر برقی معروف شده است. این شیر از دو قسمت کلی بدنه و بوبین تشکیل شده است. بدنه ی این شیر دارای یک میله عمود بر مسیر جریان است و بوبین آن دارای یک سیم پیچ برای تولید نیروی الکترومغناطیسی است. با عبور جریان برق از داخل سیم پیچ، میله آن به صورت خطی حرکت می کند و مسیر عبور جریان را باز یا بسته می کند. در واقع این شیرها می توانند به صورت normally close یا normally open تولید گردند.

 

در همه انواع چیلر ها و مینی چیلرهای پلاس شرکت پاکفو از شیربرقی استفاده می شود. شیر برقی مورد استفاده در این دستگاه ها از نوع Normally Close  است. محل نصب این شیر در مسیر خط مایع، بعد از کندانسور و قبل از شیر انبساط است و وظیفه ی آن باز نگه داشتن مسیر جریان در مواقع مورد نیاز است. در واقع در حالتی که کمپرسور خاموش است، این شیر باعث بسته نگه داشتن مسیر عبور جریان می شود.

کارایی شیربرقی

سوال این است که بسته نگه داشتن مسیر عبور جریان چه تاثیری بر عملکرد یک دستگاه سرمایشی از جمله مینی چیلر دارد؟ برای پاسخ به این سوال باید به منطق کنترل چیلر و مینی چیلرها رجوع کرد.

در یک مدار تبرید که از شیر انبساط مکانیکی استفاده می شود، هنگامی که کمپرسور در حال کار است و دمای آّب به نزدیکی دمای مورد نظر یا دمای تنظیم شده رسیده است، احتمال انتقال مایع از اواپراتور به کمپرسور بالا می رود و مسلما وارد شدن مایع به کمپرسور، باعث خسارات شدیدی به آن می شود. برای جلوگیری از این خسارت، قبل از خاموش شدن کمپرسور فرمان قطع مسیر جریان به شیر برقی ارسال می گردد و بوبین شیر برقی فعال میگردد. با قطع شدن مسیر جریان، مبردی که داخل اواپراتور قرار دارد، توسط کمپرسور مکش می شود، بنابراین با وارد نشدن مبرد اضافه به اواپراتور، مبرد باقی مانده در آن، در حالت گازی به کمپرسور وارد خواهد شد که این مساله باعث عملکرد عادی کمپرسور و وارد نشدن آسیب به آن میگردد. از طرفی چون دما در نزدیکی دمای تنظیم شده است، کمپرسور پس از چند ثانیه خاموش میگردد و فشار در قسمت دهش آن آنقدر بالا نمیرود که کمپرسور تحت فشار غیرعادی قرار گیرد.

از این عملکرد شیر برقی در در برخی از چیلرها که از شیر انبساط الکترونیکی استفاده نمی شود و نیاز به Pump Dawn وجود دارد، برای خاموش کردن مداراستفاده کرد. به این صورت که با بسته شدن شیر برقی، پس از تخلیه مبرد از اواپراتور فشار مکش کمپرسور تا حد فشار پایین (Low Pressure)  کاهش می یابد و حسگر فشار پایین عمل می کند و با اعلام به برد، فرمان خاموش شدن کمپرسور توسط برد صادر می گردد.

بنابراین یک از وظایف اصلی شیر برقی خط مایع، جلوگیری از ورود مایع به کمپرسور است.  بسته شدن شیر برقی قبل از خاموش شدن کمپرسور، باعث میشود که فشار سمت مکش در کمپرسور کاهش یابد. بنابراین کمپرسور در هنگامی که تحت فشار است به صورت یکباره خاموش نمی گردد بلکه با بسته شدن شیر برقی، ابتدا فشار در آن کاهش می یابد سپس کمپرسور خاموش می گردد. لذا در هنگام راه اندازی مجدد، کمپرسور تحت فشار قرار ندارد. این مطلب در هنگامی که کمپرسور به مدت طولانی خاموش میگردد، مثلا در روزهای آغازین و پایانی فصل سرما که دمای هوا در طول شب و روز با هم اختلاف زیادی دارند، نیز بسیار مفید است. زیرا با خاموش ماندن کمپرسور به مدت طولانی، در صورت نبود شیر برقی، فشار گاز موجود در مدار در تمام قسمت های آن به تعادل میرسد و بخشی از آن در اثر کاهش دمای محیط به مایع تبدیل خواهد شد. پس در هنگام راه اندازی مجدد، کمپرسور به جای گاز، حاوی مایع مبرد خواهد بود، لذا تحت فشار مکانیکی و برقی زیادی قرار خواهد گرفت و احتمال خرابی آن بیشتر می شود.

عمده مسائلی که در نبود شیر برقی ایجاد میگردد، به علت استفاده از شیر انبساط ترموستاتیکی است. زیرا در هنگام روشن بودن کمپرسور، شیر انبساط ترموستاتیکی که از فشار و دمای خط مکش به صورت مکانیکی فرمان می گیرد، به میزان مشخصی باعث عبور مبرد به اواپراتور می گردد. هنگامی که کمپرسور خاموش میگردد و دما و فشار خط مکش به تعادل می رسد، شیر انبساط کاملا بسته نخواهد شد و جریان کم مبرد از کندانسور به سمت کمپرسور همچنان ادامه خواهد داشت و مشکلات ناشی از بازگشت مایع به کمپرسور به وجود  خواهد آمد.