شیر برقی یا سلونوئید ولو (Solenoid Valve) وسیله ای است که برای کنترل جریان مایعات و گازها به کار برده می شود. این شیر دارای یک بدنه ی فلزی و یک بوبین می باشد.  بوبین، یک سیم پیچ با خاصیت مغناطیسی بالا است. با تحریک کردن بوبین، میدان مغناطیسی بزرگی ایجاد شده و با وارد کردن نیرو به یک پیستون یا یک آرمیچر، تغییراتی ایجاد می شود.

اگر تعداد پورت های ورودی و خروجی یک شیر برقی ۲ عدد باشد، به این معناست که:
این شیر به صورت قطع یا وصل عمل کرده و تک حالته است (متناسب با آنکه NC یا NO باشد).

در صورتی که تعداد پورت های ورودی و خروجی به یک شیر برقی ۳ عدد باشد:
آن شیر برقی دوحالته (سه راهه) بوده و قادر به هدایت سیال در دو مسیر مختلف است. در این حالت، از دو بوبین استفاده می شود.

اجزای شیر برقی

این نوع از شیرآلات ساختار بسیار ساده ای دارند و از تعداد اجزای کمی ساخته شده اند:

بدنه شیر بخش اصلی آن است که از جنس فولاد ضد زنگ است.

همانطور که در بخش بالا گفته شد دو یا سه دریچه برای ورود و خروجی سیال ها دارد.

سیم پیچ یا بوبین بخش اصلی این شیر است که علت نام گذاری آن به عنوان شیر برقی به دلیل وجود همین قطعه است. در این بخش از سیم ها مسی با روکش لاکی استفاده می شود تا در برابر خوردگی و رطوبت سالم بماند.

قاب اصلی سیم پیچ یک که به آن سلونوئید گفته می شود و در زمان عملکردن شیر و اتصال جریان الکتریکی به آهنربا تبدیل می شود.

محل اتصال سیم ها به یکدیگر

سوزنی و فنر که برای قطع و وصل جریان استفاده می شود.

 

طرز کار شیر برقی

شکل زیر ساختمان یک شیر برقی NC (در حالت عادی بسته) (normally closed) را نشان می دهد.

 

با توجه به شکل فوق، با رسیدن فرمان به بوبین، کویل بوبین تحریک شده و یک میدان مغناطیسی بزرگ ایجاد می شود. این میدان مغناطیسی باعث می شود که نیرویی بزرگ به پیستون وارد گردد و پیستون به بالا آمده و فنر را فشرده کند. در نتیجه مسیر سیال باز شده و سیال عبور می کند. سپس با قطع ولتاژ ورودی به بوبین، نیروی مغناطیسی از بین رفته و فنر، پیستون را به حالت عادی خود باز می گرداند. جنس پیستونی که استفاده می شود، بسیار مرغوب بوده و مانع از عبور سیال در شرایط عادی می گردد.

از شیرهای برقی در مصارف مختلفی از صنایع رنگ و رزین سازی گرفته تا ماشین لباس شویی خانگی و آبیاری اتوماتیک مزارع کشاورزی استفاده می شود.

وظیفه این شیرها، کنترل وضعیت سیالات مختلفی نظیر گاز، آب، نفت و مواد شیمیایی است.

 

انواع شیر برقی

Solenoid Valve دایرکت اکتینگ یا مستقیم:

این نوع از سلنوئید ولو­ها ساده ­ترین نحوه عملکرد را دارند. یک فنر کوچک پیستون را به سمت پایین نگه می­دارد تا شیر بسته شود. پیستون از مواد فرومغناطیسی ساخته می­شود. یک سیم ­پیچ الکتریکی در اطراف پیستون قرار می­گیرد.

هنگامی که سیم­پیچ با جریان الکتریکی تحریک شود، یک میدان مغناطیسی شکل گرفته که پیستون را به سمت بالا حرکت می­دهد که این کار باعث باز شدن دریچه و جاری شدن سیال می­شود.

این ولو، یک ولو Normally Close نامیده می­شود. ولو normally open نیز عملکرد عکس چیزی که بیان شد را دارد. به این صورت که هنگامی که سیم­پیچ با جریان الکتریکی تحریک نشده است، دریچه باز می­باشد. با جاری­ شدن جریان الکتریکی در سیم­پیچ، پیستون به سمت پایین حرکت کرده و دریچه بسته می­شود.

فشار عملکرد و میزان جریان عبوری مستقیما با قطر دریچه و نیروی مغناطیسی سلنوئید ولو متناسب است.

این روش عمکرد برای مقدار جریان­های پایین استفاده می­شود. سلنوئید ولو­های با عملکرد مستقیم این توانایی را دارند تا در فشار­های صفر تا ماکزیمم فشار مجاز عمل کنند.

در شکل زیر نحوه عملکرد یک شیر 2/2 با عملکرد مستقیم نمایش داده شده است.

 

Solenoid Valve پایلوت یا غیر مستقیم:

در سلنوئید ولوهای با عملکرد غیر مستقیم(servo operated) یا ( pilot operated) از اختلاف فشار سیال بین مجراهای ولو برای باز و بسته شدن استفاده می‌شود. معمولا این نوع از ولوها نیازمند یک اختلاف فشار حداقلی 0.5 bar می‌باشند.

ورودی و خروجی توسط یک واسط لاستیکی از یکدیگر جدا شده است که دیافراگم نامیده می‌شود. این واسط لاستیکی دارای یک حفره می‌باشد که سیال از طریق آن می‌تواند به بخش بالایی جریان پیدا کند.

میزان فشار و همچنین فنری که در بالای دیافراگم قرار دارد، بسته ماندن ولو را تضمین می‌کند. چمبر بالای دیافراگم از طریق یک مسیر کوچک به مجرای فشار پایین متصل می‌باشد.

این اتصال در حالت بسته توسط ولو قطع می‌شود. قطر این حفره پایلوت از قطر حفره دیافراگم بزرگتر است. هنگامی که سلنوئید تحریک می‌شود، حفره پایلوت باز شده که باعث می‌شود فشار بالای دیافراگم افت کند. به علت اختلاف فشار دو طرف دیافراگم، دیافراگم بالا رفته و سیال می‌تواند از ورودی به خروجی جریان پیدا کند. سلنوئید ولوهای غیر مستقیم می‌توانند تنها برای یک جهت جریان استفاده شوند.

این نوع از سلنوئید ولو در کاربردهای با اختلاف فشار کافی و شدت جریان بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ برای مثال در سیستم‌های آبیاری و کارواش.

 

 

سلونوئید ولو با عملکرد نیمه مستقیم

سلنوئید ولوهای با عملکرد نیمه مستقیم، مشخصه‌های دو نوع قبلی را با هم دارا می‌باشد. این ولوها می‌توانند در فشار صفر کار کرده و در عین حال شدت جریان زیادی را کنترل کنند.

این نوع از ولو از یک نظر تا حدودی مشابه ولو غیرمستقیم بوده و دارای یک دیافراگم و یک حفره کوچک در دو طرف می‌باشد. تفاوت آن در این است که پیستون آن مستقیما به دیافراگم متصل می‌باشد.

هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می‌کند، مستقیما دیافراگم را حرکت داده تا ولو را باز کند. به طور همزمان، حفره دیگری توسط پیستون باز شده که قطر بزرگتری نسبت به حفره اول در دیافراگم دارد. این باعث افت فشار در چمبر بالای دیافراگم خواهد شد. در نتیجه دیافراگم نه تنها توسط پیستون، بلکه توسط اختلاف فشار نیز به بالا حرکت خواهد کرد. این ترکیب باعث می‌شود تا ولو بتواند در فشار صفر کار کند و در عین حال بتواند جریان بالایی را کنترل کند.

اغلب، سلنوئید ولوهای نیمه مستقیم نسبت به غیر مستقیم دارای کویل‌های قوی‌تری می‌باشند. این نوع از ولوها با نام assisted-lift valve نیز شناخته می‌شوند.

 

مقایسه انواع مستقیم و غیر مستقیم

شیر برقی غیر مستقیم انرژی الکتریکی کمتری برای باز و بسته کردن نیاز دارد و معمولا نیاز دارد که کل توان را برای باقی ماندن در حالت باز، ذخیره کند و عملکرد کندتری نسبت به شیربرقی مستقیم دارد. شیربرقی های مستقیم برای باز کردن ولو نیازمند حداکثر توان هستند و می توانند حالت باز شیر را با توان کم حفظ کنند.

ولو های on/off (روشن – خاموش) ساده از مشهورترین ولوهای مورد استفاده در خطوط فرآیندی هستند؛ چرا که بیشتر خطوط فرآیندی تنها به قطع و وصل جریان نیازمندند.

شیر برقی ها می توانند در کارخانه ها و واحد هایی استفاده شوند که هوای فشرده در دسترس نیست.
تکنولوژی سایر سلونوئید ولو ها کمی پیچیده تر است به این معنی که می توانند به طور نسبی جریان یا فشار را وابسته به سیگنال ورودی متغیر، کنترل کنند.

 

انواع شیر برقی در هیدرولیک و پنوماتیک دارای ساختار و مکانیزمی مشابه هستند.

شیر برقی پنوماتیک

شیر برقی پنوماتیک یک قطعه صنعتی است که با استفاده از اعمال نیروی الکتریسیته فعالیت می کند و وظیفه آن این است که میزان جریان هوا را در یک سیستم پنوماتیک کنترل کرده و قطع و وصل نماید.

مکانیزم و ساختمان طراحی در یک شیر برقی پنوماتیک به این صورت است که از یک سو و همچنین یک بوبین برقی تشکیل شده است، که این بویین می تواند به کنترل و قطع و وصل کردن جریان هوا بپردازد. کنترل صورت گرفته به وسیله بوبین برقی با استفاده از دستوری است که توسط اپراتور به بویین داده می شود. انواع مختلف شیرهای برقی که در سیستمهای هیدرولیک و پنوماتیک مورد استفاده قرار می گیرند به شیرهای برقی دایرکشنال مشهور هستند دارای کاربری‌های بسیار فراوانی می باشند.

این نوع از شیر ها دارای دو المان و یا پورت برای ورود و خروج هوای فشرده می باشند. همچنین وضعیت این پورت‌ها می‌تواند بیشتر از دو وضعیت باز و بسته باشد. به عنوان مثال یک شیر برقی هیدرولیک 2/3 دارای ۳ پورت بوده که می‌تواند در دو وضعیت متفاوت اعمال گردد.  از مهم ترین کاربرد های شیر برقی پنوماتیک می توان در صنایع داروسازی، صنایع شیمی و شیمیایی، صنایع تجهیزات خودروسازی، صنایع ساخت کاشی و سرامیک و انواع مختلف دیگر صنعت ها اشاره نمود. انواع پر کاربرد شیر برقی پنوماتیک می توان به لیست زیر اشاره کرد:

شیر برقی پنوماتیک برای کنترل فشار
شیر برقی پنوماتیک از نوع پروپشنال اتوماتیک
شیر برقی پنوماتیک جهت متعادل کردن پروفشنال
شیر برقی پنوماتیک از نوع ماژولار اتوماتیک
شیر برقی پنوماتیک از نوع دستی
شیر برقی پنوماتیک برای کنترل جهت
شیر برقی پنوماتیک از نوع توزیع کننده پیلوت دار

 

شیر برقی هیدرولیک

از مهمترین کاربری‌های شیر برقی هیدرولیک دیپلمات می توان به تنظیم و کنترل جهت فشار جریان و سایر پارامترهای مهم این چنینی اشاره نمود. شیر برقی هیدرولیک با عمل تنظیم و قطع و وصل نمودن میزان فشار روغن ورودی باعث می شود تا روغن اضافی به صورت کامل به مخزن بازگشته و همچنین افزایش و کاهش فشار موجود را به صورت کامل تحت کنترل خود قرار می‌دهد.

 

کاربردهای شیر برقی یا سلونوئید ولو:

از کاربردهای مشترک شیر برقی در مصارف خانگی و صنعتی می توان موارد زیر را نام برد:

سیستم های برودتی از شیرهای برقی برای برگشت جریان مبرد استفاده می کنند. این امر به خنک سازی در تابستان و گرم شدن در زمستان کمک می کند.

سیستم های آبیاری از شیرهای برقی با کنترل اتوماتیک استفاده می کنند.

ماشین های ظرفشویی و لباسشویی از شیرهای برقی برای کنترل جریان آب استفاده می کنند.

سیستم های تهویه مطبوع از شیرهای برقی برای کنترل فشار هوا استفاده می کنند.

از شیر برقی در سیستم های قفل اتوماتیک 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 ورود یا خروج آب استفاده می کنند، که اغلب در ترکیب با کلید شناور است.

در کارواش های شستشوی ماشین برای کنترل جریان آب و شوینده ها و در نهایت در تجهیزات نظافت صنعتی

مزیت استفاده از  Solenoid Valve

سلونوئید ولو یک ولو کنترل الکترومغناطیسی است که به شیر برقی هم معروف است. با استفاده از شیر برقی، دیگر نیازی به اپراتور نیست و ولو می تواند به صورت اتوماتیک باز یا بسته شود.

سرعت بالا
قابلیت اطمینان بالا
قطع و وصل سریع
سرویس دهی طولانی
طراحی یکپارچه
جریان برق مصرفی پایین

 

برای انتخاب شیر برقی مناسب بایستی به فاکتورهای زیر توجه نمود :

ماکزیمم و مینیمم فشار خطی که شیر برقی در آن قرار میگیرد

ماکزیمم و مینیمم اختلاف فشار بین ورودی و خروجی شیر برقی

ماکزیمم و مینیمم فلوی عبوری از شیر برقی

وزن مخصوص، ویسکوزیته و نوع سیال از نظر خورندگی و …

دمای محیط و سیال

مشخصات الکتریکی و تغذیه بوبین

انفجاری یا غیر انفجاری بودن محیط شیر برقی

 

الزامات نصب شیر برقی

شیر برقی باید براساس دستورالعمل سازنده نصب شود زیرا در برخی شیربرقی ها سنبه شیر برقی حرکت افقی و در بعضی دیگر برای حرکت عمودی طراحی میشود.

اگر شیر برقی برای نصب در لوله طراحی شده باشد برای پیشگیری از نشت باید رو به بالا نصب شود . از آنجایی که بیشتر این گونه شیربرقی ها برنجی یا چدنی هستند باید مراقب بود تا بدنه آنها در اثر پیچش زیاد ترک نخورد.

پیش از بستن سیم ها باید جریان برق مورد نیاز شیربرقی با پلاک یا مشخصات سیم پیچ مطابقت داده شود.

شیر برقی یاید از حرارت دور باشد و تا حدامکان سیم پیچ آن باید در محیط معتدل نگه داشته شود.

در محیط های قابل انفجار باید از شیربرقی با بدنه ضد انفجار که برای محیط و شرایط مورد نظر توصیه میشود استفاده کرد.

شیر برقی ها به ویژه آن دسته که پوسته ضدآب ندارند باید از ریختن آب و ذرات معلق در هوا دور شوند.

هنگام نصب باید از تمیزی درون شیربرقی مطمئن شد.

برای جلوگیری از ورود ذرات خارجی قبل ا استفاده از شیربرقی باید از قرار گرفتن درست درپوش مطمئن شویم.