شیر برقی چیست؟ معرفی شیر برقی آب، و معیارهای انتخاب

انواع شیر برقی – راهنمای جامع و معیارهای منتخب

شکل 1: شیر برقی دو راهه 2/2

شیر برقی یک شیر کنترل برقی است که جریان سیال را از داخل خودش قطع کرده و یا اجازه عبور می دهد. یک شیر برقی با حرکت یک پیستون بر اساس میدان مغناطیسی تولید شده توسط شیر برقی به بالا و پایین کار می کند. پیستون روزنه ای را که سیال از آن عبور می کند باز یا بسته می کند. طرح های مختلف، مواد مورد استفاده در شیر و عملکرد مدار امکان استفاده از شیرهای برقی را در کاربردهای مختلف فراهم می کند.

از آنجایی که آنها به صورت الکتریکی کنترل می شوند، می توان آنها را از راه دور و به طور خودکار کنترل کرد. آنها معمولاً در تصفیه آب، خودروسازی، فرآوری مواد غذایی و سایر کاربردهای صنعتی یافت می شوند. این مقاله یک راهنمای کامل در مورد شیرهای برقی و به طور خاص شیر برقی برنجی یونیدی Uni-D است.

شیر برقی چگونه کار می کند؟

یک شیر برقی از دو بخش اصلی تشکیل شده است: یک بوبین و بدنه شیر. یک سلونوئید دارای یک سیم پیچ القایی الکترومغناطیسی در اطراف یک هسته آهنی در مرکز به نام پیستون است. کویل های AC دارای یک حلقه سایه هستند که از ایجاد لرزش و نویز جلوگیری می کند.

در حالت غیر فعال، شیر می تواند به طور معمول باز یا بسته باشد. در حالتی که به شبر برق نداده ایم، یک دریچه نرمال بسته، بسته می شود. هنگامی که جریان از طریق شیر برقی عبور می کند، سیم پیچ انرژی می گیرد و یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. این میدان پیستون را جذب کرده و آن را حرکت می دهد و بر نیروی فنر غلبه می کند. پیستون بلند می شود و درزگیر دهانه را باز می کند و به سیال اجازه می دهد از طریق دریچه جریان یابد. یک شیر برقی نرمال باز (NO) برعکس عمل می کند.

شکل 2- اجزای یک شیر برقی آب

شیر برقی بر حسب نحوه عملکرد به سه نوع 1- با عملگر مستقیم 2- با عملگر غیر مستقیم 3- با عملگر نیمه مستقیم تقسیم بندی می شود.

شیر برقی با عملگر مستقیم

یک شیر برقی مستقیم از شیر برقی برای باز یا بسته شدن بدون فشار تفاضلی استفاده می کند. این شیرها اغلب برای کنترل جریان گاز یا مایع در یک سیستم استفاده می شوند. شیرهای برقی مستقیم سریعترین عملکرد را دارند، قابل اعتماد هستند و طراحی جمع و جور دارند.

شیر برقی با عملگر غیر مستقیم

شیرهای برقی غیرمستقیم، چه با عملگر سروو یا پایلوت، با استفاده از اختلاف فشار کار می کنند. آنها به حداقل اختلاف فشار حدود 0.5 بار نیاز دارند. این شیرها شامل یک دیافراگم با یک سوراخ کوچک است که با برق دار شدن شیر و هنگامی که فشار کاهش می یابد اجازه می دهد جریان از ورودی به خروجی برقرار شود. این سیستم فشار را تقویت می کند و به یک شیر برقی کوچک اجازه می دهد تا سرعت جریان زیادی را کنترل کند. شیرهای برقی غیرمستقیم در کاربردهایی با اختلاف فشار کافی و دبی مطلوب بالا مورد استفاده قرار می گیرند و فقط در یک جهت به سیال اجازه می هند جریان پیدا کند.

شیر برقی با عملگر نیمه مستقیم

شیرهای برقی نیمه مستقیم عملکرد شیرهای مستقیم و غیرمستقیم را با هم ترکیب می‌کنند و عملکرد از فشار صفر باررا امکان‌پذیر می‌کنند و در عین حال جریان با شدت زیاد را مدیریت می‌کنند. این شیرها شبیه شیرهای غیرمستقیم با غشای متحرک، دهانه کوچک و محفظه های فشار در دو طرف هستند، اما پیستون برقی مستقیماً به غشاء متصل است. هنگامی که پیستون بلند می شود، مستقیماً دریچه و دهانه دوم را باز می کند و باعث افت فشار و بلند شدن غشاء می شود.

این منجر به عملکرد یک شیر از فشار صفر بار می شود و نرخ جریان قابل توجهی را مدیریت می کند. این شیرهای نیمه مستقیم که به عنوان شیرهای برقی کمکی نیز شناخته می شوند، اغلب سیم پیچ های قوی تری نسبت به شیرهای غیر مستقیم دارند.

شیر برقی نرمال باز (NO) و نرمال بسته (NC)

شیر برقی آب نرمال باز (NO)

یک شیر برقی نرمال باز (NO) در هنگام قطع انرژی باز است و به سیال اجازه می دهد از طریق آن جریان یابد. هنگامی که جریان به سیم پیچ فرستاده می شود، میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کند که پیستون را به سمت پایین هل داده و بر نیروی فنر غلبه می کند. آب بندی در دهانه می نشیند و آن را می بندد و از عبور مواد از طریق شیر جلوگیری می کند.

شکل 3 اصول عملکرد یک شیر برقی معمولی باز را در حالت های بدون انرژی و برق دار نشان می دهد. یک شیر برقی نرمال باز برای کاربردهایی که نیاز به باز بودن شیر برای مدت زمان طولانی دارند، ایده آل است، زیرا از نظر مصرف انرژی کارآمدتر است. همچنین می‌توان از آن‌ها به دلایل ایمنی استفاده کرد، اگر کاربرد نیاز به باز بودن شیر بدون برق داشته باشد (مثلاً برای جلوگیری از فشار بیش از حد).

شکل 3: اصول کاری یک شیر برقی آب نرمال باز: حالت تحریک نشده یا بدون برق (چپ)، حالت تحریک شده یا برق دار (راست)

شیر برقی آب نرمال بسته (NC)

یک شیر برقی نرمال بسته(NC) در صورت قطع برق بسته است. که در این حالت از عبور سیال از میان آن جلوگیری می‌کند. هنگامی که جریان به سیم پیچ ارسال می شود، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کند که پیستون را به سمت بالا می برد و بر نیروی فنر غلبه می کند. این کار آب بندی را از دهانه جدا کرده و دهانه را باز می‌کند و به سیال اجازه می‌دهد از طریق دریچه جریان یابد.

شکل 4 اصول عملکرد یک شیر برقی نرمال بسته را در حالت های تحریک نشده (بدون برق) و تحریک شده (برق دار) نشان می دهد. یک شیر برقی نرمال بسته برای کاربردهایی که نیاز به بسته شدن شیر برای مدت زمان طولانی دارند، ایده آل است، زیرا این کار در مصرف انرژی کارآمدتر است. همچنین می‌توان از آن‌ها به دلایل ایمنی استفاده کرد، اگر کاربری ما نیاز به بسته شدن شیر در حالت بدون برق داشته باشد (مثلاً وسایل گازسوز).

شکل 4: اصول کاری یک شیر برقی آب نرمال بسته: حالت تحریک نشده یا بدون برق (چپ)، حالت تحریک شده یا برق دار (راست)

شیر برقی دو پایا (Bi-stable solenoid valve)

یک شیر برقی دوپایا یا چفت شونده را می توان با یک منبع تغذیه لحظه ای سوئیچ کرد. هنگامی که برق قطع می شود، دریچه در موقعیتی که تغییر کرده است باقی می ماند. بنابراین، به طور معمول باز یا بسته نیست، زیرا زمانی که هیچ برقی اعمال نمی شود، در موقعیت فعلی باقی می ماند. آنها این کار را با استفاده از آهنرباهای دائمی به جای فنر انجام می دهند. این کار مزیت کاهش مصرف برق را به همراه دارد.

شیر برقی آب دو راهه

شیرهای برقی دو راهه دارای دو درگاه ورودی و خروجی هستند و برای باز و بسته کردن جریان سیال استفاده می شوند. برای اطمینان از عملکرد صحیح جهت عبور جریان سیال از طریق شیر بسیار مهم است. به طور معمول، یک فلش جهت جریان روی بدنه شیر را نشان می دهد.

شکل 5: شیر برقی دو طرفه کنترل سیال

شیر برقی سه راهه

یک شیر برقی 3 راهه معمولاً دارای سه درگاه است که هر یک هدف مشخصی دارد: یکی برای ورودی، یکی برای خروجی و دیگری بسته به پیکربندی و کاربرد سوپاپ (اگزوز، برگشت، ورودی دیگر یا خروجی دیگر). در اینجا نام های رایج برای این پورت ها آمده است:

• پورت P (فشار) یا درگاه ورودی: جایی است که سیال یا گاز تحت فشار وارد شیر می شود.
• پورت (محرک) یا پورت خروجی: این درگاه کار متصل به دستگاه یا محرکی است که شیر برای کنترل آن در نظر گرفته شده است، مانند یک سیلندر پنوماتیک یک طرفه یا یک خط فرآیند.
• پورت E (اگزوز) یا پورت R (بازگشت): هنگامی که سوپاپ به موقعیت خروجی سوئیچ می شود، این درگاه سیال یا گاز را از محرک یا دستگاه به اتمسفر یا مخزن باز می کند. بسته به پیکربندی و کاربرد شیر، این پورت ممکن است در برخی سیستم ها به عنوان ورودی یا خروجی جایگزین نیز عمل کند.

عملکرد خاص پورت ها به وضعیت شیر ​​برقی (تحریک شده یا تحریک نشده) و طراحی (نرمال بسته یا نرمال باز) بستگی دارد.

نرمال بسته (NC): هنگامی که شیر قطع می شود، پورت P بسته می شود و هیچ جریانی از ورودی به خروجی مجاز نیست. پورت A معمولا به پورت E یا R متصل می شود و به محرک اجازه می دهد تا اگزوز شود. هنگام روشن شدن، شیر جریان را از پورت P به پورت A باز می کند و پورت E یا R را می بندد.

نرمال باز (NO): هنگامی که شیر قطع می شود، پورت P به درگاه A باز می شود و جریان را از ورودی به خروجی می دهد. پورت E یا R بسته است. هنگام روشن شدن، سوپاپ برای بستن جریان از P به A سوئیچ می‌کند و اتصال بین A و E یا R را باز می‌کند و به محرک اجازه می‌دهد تخلیه شود.

شکل 6: شیر برقی کنترل سیال سه راهه

جنس بدنه شیر

محفظه و جنس بدنه شیر برقی باید با سیال سازگار باشد. گزینه های رایج عبارتند از: برنج، فولاد ضد زنگ، PVC، آلومینیوم و چدن. راهنمای سریع ما را در ادامه ببینید که در مورد هر کدام از این مواد توضیح داده ایم.

• برنج: برنج با محیط های خنثی مانند آب مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد
• فولاد ضد زنگ: فولاد ضد زنگ دارای مقاومت شیمیایی، دما و فشار خوبی است
• PVC: معمولاً از PVC و پلی آمید استفاده می شود زیرا مقرون به صرفه هستند. آنها همچنین در کاربردهای پیشرفته با مواد شیمیایی خورنده استفاده می شوند
• آلومینیوم: سبکی، استحکام و خواص حرارتی آلومینیوم آن را به انتخابی مقرون به صرفه و قابل اعتماد برای محفظه شیرهای برقی تبدیل کرده است.
• چدن: چدن یک محفظه قوی، مقاوم در برابر سایش و مقرون به صرفه برای شیرهای برقی، با میرایی ارتعاش اضافه مناسب برای کاربردهای صنعتی سخت فراهم می کند.

جنس مواد آب بندی

مواد آب بندی شیر برقی نیز باید با سیال سازگار باشد. گزینه های رایج عبارتند از NBR، EPDM، FKM (Viton) و PTFE (تفلون). در ادامه توضیحات کوتاهی از هر کدام از این مواد آورده ایم.

• NBR: مواد آب بندی NBR دارای مقاومت عالی در برابر روغن و سوخت هستند که آنها را برای کاربردهای مبتنی بر نفت ایده آل می کند
• EPDM: مواد آب بندی EPDM مقاومت زیادی در برابر هوا، ازن و بخار آب دارند و برای کاربردهای آب گرم و محیط های بیرونی مناسب هستند.
• FKM (Viton): آب بندهای FKM در برابر مواد شیمیایی و حرارت بسیار مقاوم است، و برای محیط های شیمیایی خشن و با دمای بالا بسیار مناسب می باشند.
• تفلون (PTFE): آب بندهای PTFE دارای بی اثری شیمیایی استثنایی و دامنه دمایی گسترده هستند، که آنها را برای محیط های خورنده و شرایط سخت تطبیق پذیر می کند.

تاییدیه های شیر برقی

ممکن است تأییدیه های خاصی برای شیر مورد نیاز باشد. داشتن یک شیر با مجوز خاص تضمین می کند که خواسته های کاربری مورد نیاز ما را برآورده می کند. تاییدیه های رایج عبارتند از:

• UL/UR: تایید آزمایشگاهی آزمایشگاه مرجع محصولات را با توجه به ایمنی آنها بازرسی و تأیید می کند.
• آب آشامیدنی: اطمینان می دهد که برای مصارف آب آشامیدنی مناسب است
• FDA: موسسه غذا و داروی آمریکا
• ورژن ATEX: گواهینامه ATEX برای حفاظت در برابر انفجار ارائه شده است
• گواهینامه CE: گواهینامه CE به معنای انطباق با الزامات ایمنی، بهداشت و حفاظت از محیط زیست بالا برای همه محصولات در منطقه اقتصادی اروپا است.
• نسخه گاز: شیرهای برای کاربردهای گاز دارای تأییدیه DVGW برای استفاده در وسایل گازسوز به عنوان شیرهای قطع کننده خودکار هستند.
• درجه حفاظت(IP): درجه IP یک شیر، حفاظت آن در برابر گرد و غبار و آب را نشان می دهد

شکل 7: تاییدیه ها و گواهینامه ها

ویژگی های خاص شیر برقی

• کاهش توان الکتریکی: ولتاژ نامی برای مدت زمان کوتاهی به شیر اعمال می شود تا شیر را فعال کند، سپس به ولتاژ نگهدارنده ای کاهش می یابد که به اندازه کافی قوی باشد تا شیر را در آن موقعیت نگه دارد و در عین حال مصرف برق را کاهش دهد و بوبین شیر زیاد داغ نکند.
• Latching: نسخه Latching یا سیم پیچ پالسی راه حلی را برای کاربردهایی با سوئیچینگ فرکانس پایین ارائه می دهد. دریچه با یک پالس الکتریکی کوتاه مدت برای حرکت پیستون انرژی می گیرد. سپس از یک آهنربای دائمی برای نگه داشتن پیستون در آن موقعیت بدون فنر یا میدان مغناطیسی اضافی استفاده می شود. این ویژگی باعث کاهش مصرف برق و کاهش حرارت در بوبین شیر می شود.
• فشار بالا: نسخه های پرفشار برای فشار حداکثر 250 بار طراحی شده اند.
• نادیده گرفتن دستی: قابلیت لغو اختیاری در هنگام استفاده دستی، ایمنی و راحتی بهتری را در هنگام راه اندازی، آزمایش، تعمیر و نگهداری و در صورت قطع برق فراهم می کند. در برخی از نسخه ها، هنگامی که کنترل دستی قفل است، شیر نمی تواند به صورت الکتریکی فعال شود.
• جداسازی سیال: طراحی شیر برقی جداکننده سیال با محیط کاری شیر اجازه جداسازی محیط از قسمت های کاری شیر را می دهد و آن را به راه حل خوبی برای سیالات و مواد خورنده یا کمی آلوده تبدیل می کند.
• وکیوم: شیرهایی که به حداقل اختلاف فشار نیاز ندارند برای جاروهای خشن مناسب هستند. شیرهای برقی مستقیم یا نیمه مستقیم یونیورسال برای این کاربردها مناسب هستند. نسخه‌های خلاء ویژه برای الزامات دقیق‌تر نرخ نشت در دسترس می باشند.
• زمان پاسخ دهی قابل تنظیم: زمانی که طول می کشد تا شیر باز یا بسته شود، معمولاً با چرخاندن پیچ های روی بدنه شیر قابل تنظیم است. این ویژگی می تواند به جلوگیری از چکش آب (ضربه قوچ) کمک کند.
• فیدبک موقعیت: وضعیت سوئیچینگ یک شیر برقی را می توان با بازخورد موقعیت الکتریکی یا نوری به عنوان سیگنال باینری یا NAMUR نشان داد. NAMUR یک خروجی سنسور است که وضعیت روشن یا خاموش شیر را نشان می دهد
• نویز کم: سوپاپ ها دارای طراحی میرا کننده برای کاهش نویز در هنگام بسته شدن شیر هستند.

معیارهای انتخاب شیر برقی

قبل از انتخاب شیر برقی، درک کاربری مورد نیاز، ضروری است. برخی از معیارهای مهم انتخاب به شرح زیر است:

• جنس بدنه: جنس بدنه شیر را بر اساس خواص شیمیایی و دمای محیط و محیطی که شیر در آن قرار دارد تعیین کنید. گزینه های رایج عبارتند از: برنج، فولاد ضد زنگ، PVC، آلومینیوم و چدن.
• اندازه اتصال: اطمینان حاصل کنید که اندازه پورت شیر ​​برقی با چیزی که شیر به آن وصل می شود یکسان باشد.
• نوع اتصال: انواع اتصالات از فلنجی، رزوه ای، جوشی، فشاری و غیره متغیر است.
• حالت بدون تحریک (De-energized state): تعیین کنید که آیا کاربری شما به شیر با عملکرد نرمال باز، نرمال بسته یا دو پایدار نیاز دارد
• ولتاژ: ولتاژ منبع تغذیه را تعیین کنید و یک شیر برقی با بوبین در ولتاژ مناسب انتخاب کنید.
• مواد آب بندی: مواد آب بندی باید بر اساس خواص شیمیایی و دمای محیط انتخاب شود. گزینه های رایج عبارتند از NBR، EPDM، FKM (Viton) و PTFE (تفلون).
• عملکرد: شیرهای برقی می توانند مستقیم، غیر مستقیم یا نیمه مستقیم باشند. برای کسب اطلاعات بیشتر، بخش انواع شیر برقی را در بالا بخوانید.
• فشار: شیر باید بتواند حداکثر فشار مورد نیاز برای کاربری را تحمل کند. توجه به حداقل فشار به همان اندازه مهم است زیرا اختلاف فشار بالا می تواند باعث خرابی شیر شود.
• کانکتور: کانکتور برقی تجهیزی است که برای تامین برق به شیر برقی متصل می شود و به محافظت از اتصالات در برابر ورود آلودگی و آب کمک می کند.
• دما: اطمینان حاصل کنید که مواد شیر می توانند حداقل و حداکثر دمای مورد نیاز کاربری شما را تحمل کنند. در نظر گرفتن دما نیز برای تعیین ظرفیت شیر ضروری است زیرا بر ویسکوزیته و جریان سیال تأثیر می گذارد.
• زمان پاسخ: زمان پاسخ شیر مدت زمان مورد نیاز برای تغییر وضعیت شیر از حالت باز به بسته یا برعکس می باشد. شیرهای برقی کوچک با اثر مستقیم بسیار سریعتر از شیرهای نیمه مستقیم یا غیر مستقیم واکنش نشان می دهند.
• تاییدیه ها: اطمینان حاصل کنید که شیر  بسته به کاربرد مورد نیاز دارای گواهی مناسب است
• درجه حفاظت: اطمینان حاصل کنید که شیر دارای درجه IP مناسب برای محافظت در برابر گرد و غبار، مایع، رطوبت و تماس است

سایر کاربردهای شیر برقی آب

کاربردهای رایج شیر برقی خانگی و صنعتی عبارتند از:

• سیستم های تبرید از شیرهای برقی برای معکوس کردن جریان مبرد استفاده می کنند. این به سرمایش در تابستان و گرمایش در زمستان کمک می کند
• سیستم های آبیاری از شیرهای برقی با کنترل اتوماتیک استفاده می کنند.
• ماشین های لباسشویی و ظرفشویی از شیر برقی برای کنترل جریان آب استفاده می کنند
• سیستم های تهویه مطبوع از شیر برقی برای کنترل فشار هوا استفاده می کند.
• شیر برقی در سیستم های قفل اتوماتیک برای قفل درب استفاده می شود
• تجهیزات پزشکی و دندانپزشکی از شیر برقی برای کنترل جریان، جهت و فشار مایع استفاده می کنند
• مخازن آب از شیرهای برقی برای کنترل ورودی یا خروجی آب، اغلب در ترکیب با سوئیچ شناور استفاده می کنند.
• کارواش برای کنترل جریان آب و صابون
• تجهیزات نظافتی صنعتی
• تجهیزات پنوماتیک

سوالات متداول درباره شیر برقی

شیر برقی آب برای چه مواردی استفاده می شود؟

شیر برقی برای باز کردن، بستن، مخلوط کردن یا منحرف کردن سیالات در یک برنامه کاربردی استفاده می شود. آنها در طیف گسترده ای از کاربردها از ماشین ظرفشویی، خودرو و آبیاری استفاده می شوند.

چگونه می توانید تشخیص دهید که شیر برقی آب شما خراب است؟

اگر شیر برقی باز یا بسته نمی شود، نیمه باز است، صدای زمزمه (لرزش) ایجاد می کند یا سیم پیچ سوخته است، باید شیر برقی شیر را عیب یابی کنید. برای اطلاعات بیشتر به راهنمای عیب یابی مراجعه کنید.

چگونه شیر برقی را انتخاب کنم؟

بسته به نیاز سیال و نرخ جریان، مواد، اندازه دریچه، دما، فشار، ولتاژ، زمان پاسخ و گواهی مورد نیاز برای کاربری خود را انتخاب کنید.

بوبین شیر برقی آب چیست؟

بوبین شیر برقی یک سیم پیچ الکتریکی است که به دور یک ماده فرومغناطیسی (مانند آهن) پیچیده می شود که وقتی جریان از آن عبور می کند مانند آهنربای الکتریکی عمل می کند.

شیر برقی آب چگونه کار می کند؟

هنگامی که جریان الکتریکی از سیم پیچ عبور می کند، یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می شود. این میدان الکترومغناطیسی باعث می شود که پیستون به سمت بالا یا پایین حرکت کند. این مکانیزم توسط شیرهای برقی برای باز یا بسته کردن شیر استفاده می شود.

مرجع: https://tameson.com/pages/solenoid-valve-types